原创 一站式服务 | 转向系统硬件在环（HIL）测试台架解决方案

Background

汽车转向系统作为汽车底盘四大系统之一，从传统的液压助力转向系统（HPS）逐渐发展到现在的电动助力转向系统（EPS）。在伺服电机和大量辅助系统支持下，已不再单纯的用于转向目的，随着智能驾驶技术的发展，ADAS/AD系统也离不开EPS的参与，例如LKAS、智能纠偏避障控制等一系列功能的实现。

随着越来越多软件功能集成，新的驾驶辅助系统的加入，极大的增加了对转向系统的稳定性，高性能开发测试的需求。

基于HiL的转向系统测试台架可以实现实车试验条件下难以达到的测试条件，比如安全保障、外部环境条件、边界极限，事故重现和故障注入等。基于HIL的转向系统测试台架，可以在整车试装前高效重复调试转向系统性能，测试更加接近实车，从而加快我们的开发测试流程和效率。

北汇信息本着让中国的汽车变得越来越安全、越来越舒适、越来越智能的企业使命，携手德国MdynamiX公司为汽车行业客户提供从模型在环到整车试验全流程开发测试解决方案，以帮助客户加速其EPS产品的研发效率。

Challenge

现今转向系统（EPS）在开发和测试流程中存在主要挑战是基于转向模型的高效精准开发不同的车辆配置的性能操纵感调试。

Solution

适用于汽车智能化电气化的新型转向系统开发解决方案

MXsteering model：可深入到模块层面的实时反馈三自由度模型

精准的转向模型为前期系统开发或设计提供至关重要的基础。MdynamiX自主开发的 “Pfeffer MXsteering Model ”可以模拟传统液压和新型电机转向助力系统(管柱助力型、小齿轮助力型和齿条助力型)的运作。拥有三个自由度的实时反馈模型可以深入到模块层面，全面反映出在高低频区域下的机械摩擦、刚度以及阻尼参数对转向手感的影响。与此同时，转向力矩会被极其精准地预测出来，这对于开发和优化转向手感也是非常重要的。

该转向模型已经在dSPACE ASM,、IPG CarMaker 和 VI-CarRealTime 的整车模型中运用。用户也可以集成在 MATLAB/Simulink 中与其他模块比如个性化的ECU控制系统集成或者结合ADAS控制系统进行仿真试验。

当然也可以基于我们的电动助力转向系统 (EPS）转向应用软件 MXASWsteering来重新开发控制策略，或者在开发早期进行ADAS控制系统对于转向系统的干扰分析。

MXASWsteering：电动助力转向系统(EPS）转向应用软件

Mdynamix自主开发的转向应用软件包含了对电动助力转向系统的转向操纵感的控制以及安全措施的实施，每个组件都可以灵活结合及按照客户要求校准调试。

转向应用软件架构

灵活的个性化测试台架配置

针对不同的用户需求可以提供个性化的测试台架方案，比如对不同的测试范围可以提供紧凑型到高性能的测试台架。下文简单介绍了几种测试台架方案，

具体的执行器选型和参数可根据需求另选配置。

Option1：紧凑型测试台架，经济实惠，大部分性能指标测试都能够覆盖，组成部件：

线性执行器：采用主轴驱动器

方向盘致动器：采用交流伺服电机

和固定转向系统底座进行机械连接以实现整体台架方案，其参数如下所示：

Option2：相比第一种方案，因为增加了万向节，按照车里的安装位置，更加能够接近车试的结果，类似齿条，万向节的震动摩擦可以进行深层分析，组成部件如下：

1个线性执行器：采用主轴驱动器

方向盘致动器：采用交流伺服电机

和灵活可调转向系统底座柔性连接，方便后期调整位置，其参数如下所示：

Option3：第三种方案增加了一个负载电机，是第二种的方案的升级版，在齿条左右各连接了一个电机，可以进行更高负荷范围测试和耐久性的实验，组成部件如下：

2个线性执行器：采用主轴驱动器

方向盘致动器：采用交流伺服电机

和灵活可调转向系统底座柔性连接，方便后期调整，其参数如下所示：

HiL（硬件在环）系统

以上台架可以实现转向系统的特性测试，也可以结合整车模型进行硬件在环的性能测试。

HiL系统硬件组成有实时处理器，丰富的IO资源板卡、通信板卡和故障注入板卡等。HiL硬件与转向测试台架通过IO通道、总线等进行配置和映射。

HiL系统与试验台系统原理

通过HiL与试验台的配置和映射，实现EPS试验台的控制和相关信号的采集。

HiL系统软件层面包括：整车系统模型，主要包括车辆动力学、道路环境以及驾驶员模型。模型基于Matlab/Simulink环境建立，根据车辆相关特性数据，可以通过模型参数化软件对车辆模型进行参数化，使实时车辆模型能够正确模拟车辆运动，被控对象能够及时准确响应控制器的控制动作，并把车辆的运动状态提供给待测控制器。

MXsteeringbench示例

Advantages

模块化软件开发平台，保障连贯稳定的早期开发环境；

依据实车调整安装位置，更加能够接近车试的结果;

不同的线性电机组合和参数范围选择：得益于精准的转矩转角、齿条力和位置的控制，最终达到精确的实时测试结果;

满足需求的定制化车辆模型参数，实现接近实车测试的闭环HIL测试环境；

转向测试台架灵活开放，用户可以轻松根据具体需求对转向测试台架进行包括控制器、ECU界面的调节转换，也可以实现电动转向系统控制器和自动驾驶功能相结合的前期测试;

可以轻松转换为转向模拟器，实现早期的驾驶感分析

Conclusion

针对EPS系统的开发测试流程，我们可以提供完整的全流程测试方案。包括软件层面的以控制策略为测试目的的信号级测试（MiL和SiL测试），软件层面的测试一般由整车厂的ECU供应商进行。

另外就是对EPS系统总成的测试，系统级测试方案的待测对象为整套转向系统。把ECU控制策略和电机驱动执行部分一同测试，其控制器和转向助力总成都是实物，借助测试台架对EPS系统在最接近于真实EPS在实车工况下的测试进行性能或系统的release（通关）测试，这些都是OEM在对比各个转向系统必须要进行的测试方案。

北汇信息联合MdynamiX公司将为您提供专业转向模型及XiL全流程（从MiL-SiL-HiL到Vehicle Test）解决方案，以及ADAS和自动驾驶解决方案。

以上部分图片来自于MdynamiX