标签: 汽车电子测试

引言：AI 的机遇与挑战 自从 ChatGPT 横空出世以来，人工智能似乎一夜之间变得无处不在。在日常使用中，我们常常在惊艳与失望之间徘徊：它有时能展现出令人惊叹的能力，洞察深刻、对答如流，有时却又犯下令人哭笑不得的错误。正如 ChatGPT 官方页面的警示语所说：“ChatGPT 也可能会犯错。请核查重要信息。” 这提醒我们，尽管 AI 技术突飞猛进，但要将其转化为实际生产力，还需要深入的思考和探索。 在工程领域，特别是汽车电子测试这样的专业领域，我们更需要理性地看待 AI 的能力。不同于日常的聊天问答，工程领域对工具的可靠性、稳定性和可预测性有着极高的要求。那么，在这样的专业领域中，什么样的 AI 应用才是真正有价值的？AI 又该如何与现有的工作流程深度融合，真正帮助工程师提升工作效率？这些都是我们需要认真思考的问题。 今年初，我们给小北同学已经配上了AI智能助理PiHoo，看看他们配合得怎样了？ 汽车电子测试的复杂性与 AI 应用机会 汽车电子测试是一个专业性强、流程复杂的领域。从测试项目启动开始，工程师们就要经历一系列严谨而复杂的工作环节：首先需要深入分析需求文档，制定相应的测试策略；继而设计测试用例并组织评审；之后要搭建和配置测试环境，开发测试脚本；最后是执行测试，进行问题分析，生成测试报告，并对测试结果进行验证确认。每一个环节都需要专业的知识和丰富的经验，任何一个环节的疏漏都可能影响最终的测试质量。 在这些复杂的工作流程中，AI 可以作为工程师的得力助手，在多个关键环节发挥重要作用。在测试需求分析阶段，AI 可以辅助处理和解析复杂的需求文档，帮助工程师提取关键的测试点，识别需求中潜在的风险。当进入测试用例设计阶段，AI 能够推荐合适的测试场景，辅助生成基础的测试用例，并提供测试覆盖度分析，帮助工程师确保测试的完整性。 在测试脚本开发阶段，AI 可以显著提升效率：它能够根据测试用例自动生成测试脚本框架，提供代码补全和优化建议，辅助识别潜在的代码缺陷。在脚本调试过程中，AI 可以分析执行日志，辅助定位问题，并给出修复建议。这可以加快开发速度。 到了测试执行阶段，AI 的价值同样显著。它可以协助优化测试执行策略，生成部分测试数据，在发现异常时及时预警。测试完成后，AI 还能分析测试日志，对问题进行分类，并协助生成规范的测试报告，提升测试后期工作的效率。 通过在这些特定环节中融入 AI 能力，可以显著提升工程师的工作效率，减少重复性工作。 然而，要真正实现这些目标，我们必须首先正视当前 AI 技术面临的几个主要挑战。 当前 AI 在工程领域面临的主要挑战 1. 自然语言的固有局限 人们常说，被误解是表达者的宿命。这源于自然语言与生俱来的模糊性和不确定性。正是因为这个原因，在工程领域，人们发明了各种专门的语言，如编程语言和建模语言等，以降低信息传达过程中的不确定性。然而，当 AI 来处理这些自然语言时，同样会面临理解偏差的问题。为了确保 AI 能够准确理解输入文本中表达的意图，我们必须建立完善的机制，比如增加评审和测试环节，以验证 AI 的理解是否与人类的预期相符。这种验证机制不仅是对 AI 输出的把关，更是确保整个工作流程可靠性的重要保障。 2. 复杂图表处理能力不足 在汽车电子测试领域的需求文档中，各种专业术语和复杂图表是不可或缺的表达方式。然而，当前的大语言模型（LLM）最擅长处理的是纯文本数据，即便具备了多模态处理能力，要完全理解工程领域中那些专业的、复杂的图表依然是一个巨大的挑战。为了解决这个问题，需要精心设计处理流程，将LLM 不擅长处理的信息转换为它能够理解的纯文本格式，如 JSON 或 Markdown 等。但任何转换过程都不可避免地会造成信息损失，因此在设计这样的处理流程时，必须考虑如何控制信息损失，并建立有效的异常提示机制，确保在关键信息可能丢失时及时警示用户。 3. 上下文长度限制 上下文长度的限制是当前大语言模型面临的一个显著瓶颈。例如 32k token 的上下文长度，换算成英文文本大约是 50～100 页左右，这其中还没有考虑连续对话占用的空间。在实际工程应用中，需求文档动辄几百上千页，远超模型的处理能力。需要对文档进行分段处理，但这又带来了新的挑战：在一份完整的工程需求文档中，不同段落之间存在着复杂的互相引用和依赖关系。简单的分段处理可能导致 AI 无法完整理解某个需求片段的完整语境。因此，所需要的预处理机制，在保证每个片段长度适中的同时，还要能为 AI 提供充分的上下文信息，使其能够准确理解每个需求片段在整体系统中的位置和意义。 4. 幻觉问题 大语言模型的"幻觉"问题，即模型生成看似合理但实际错误的内容，这在工程应用中是不能接受的。当我们把 AI 视为一种工程工具时，如果这个工具本身无法检测或预防可能出现的错误，使用它将会带来难以预估的风险。在汽车电子测试这样对可靠性要求极高的领域，AI 的每一个输出都可能影响到测试的质量和结果的可靠性。因此就必须建立一套输出验证和监控机制，根据 AI 输出结果的影响程度和范围，设置相应的验证流程和质量控制门槛，确保每一个 AI 的输出都经过充分的验证和确认。 5. 专业知识体系的局限 当前的大语言模型虽然经过了海量数据的训练，但在特定专业领域的知识掌握仍然不够深入和系统。在汽车电子测试领域，存在大量的专业标准规范（如 ISO 26262、ASPICE 等）、测试方法论和最佳实践，这些专业知识往往需要多年的实践和积累才能真正掌握。AI 在处理这些专业问题时，可能会出现理解片面或者无法准确把握具体场景需求的情况。因此，在应用 AI 工具时，我们需要建立专门的行业知识库来增强 AI 在特定领域的专业能力。 6. 工具链集成的挑战 汽车电子测试领域已经形成了一套成熟的工具链生态，包括需求管理工具、测试用例管理系统、自动化测试平台、缺陷跟踪系统等。要让 AI 真正发挥作用，就必须能够与这些既有的工具链无缝集成。然而，不同工具之间的数据格式、接口协议可能存在差异，如何让 AI 能够准确理解和处理这些工具产生的数据，如何确保 AI 的输出能够被这些工具正确接收和使用，都是需要解决的技术难题。 结语 在汽车电子测试这样的专业工程领域，我们需要的显然不是一个简单的聊天机器人。工程师们需要的是一个可靠的、值得信赖的问题解决工具。这个工具的输出必须是稳定、一致且可预期的 —— 我们不期待它带来任何“惊喜”，更不能容忍“惊吓”。即便它每次只能给出 60 分的结果，我们也希望它能保持这个水准，而不是时而 40 分，时而又达到 80 分。同时，这个工具必须具有清晰明确的能力边界，能够识别出什么是它可以胜任的，什么是超出其能力范围的。更重要的是，它需要具备完善的错误检测机制，在出现问题时能够及时向用户发出警示。只有同时满足这些要求，AI 工具才能真正在工程实践中发挥其价值，成为工程师可靠的助手。 作为深耕汽车电子测试领域十余年的专业咨询公司，北汇信息对 AI 技术保持开放的态度。我们将充分发挥在汽车电子测试领域的专业优势和丰富经验，探索 AI 技术与传统测试服务的融合。 大家对于AI在汽车电子测试领域里有什么期待？对于PiHoo如何帮助小北同学有什么想法？欢迎在评论区留言，我们将择优派送PiHoo精美钥匙扣。

概述 VIO System是Vector推出的一款适用于前期单板级测试使用的硬件系统，不仅可以进行总线通讯测试，也可以同时进行I/O信号测试，可以让工程师在ECU或者传感器开发前期就发现问题，能够尽早排查解决，极大降低了人力物力开发成本。 今天就来了解一下关于VIO系统在CANoe中的一些应用以及配置方法，首先来看一下VIO系统的特点，如下： 支持通过系统变量控制，对连接的I/O板卡自动识别并生成接口变量 最大可级联10个VIO System机箱从而扩展I/O通道数量 可在同一CANoe工程下同时使用VT System及VN系列总线接口卡来扩展测试环境 所有相关的测试部件集成于单个设备中 支持复用VX1161中部分VX板卡 下表是对VIO板卡以及相关组件的基础介绍 测试方案介绍 软件：CANoe+vTESTstudio 硬件：VIO System+VN接口卡 核心流程： vTESTstudio软件可以将CANoe的测试环境导入到工程中； 直接调用CANoe中VIO的系统变量来编写测试脚本； 测试脚本载入CANoe，执行测试； 自动生成测试报告。 功能描述： CANoe：测试管理和执行，支持对测试环境配置以及进行测试监控； vTESTstudio：创建和编辑测试序列,定义测试用例的执行顺序； VIO板卡： 电压及电流模拟量测量 电压及电流模拟量激励 数字量信号激励及测量 切换及短路故障继电器板卡 VN接口卡：仿真、数据采集等。 基于CANoe的环境配置 3.1 线束连接 VIO System的板卡已经安装完成后，为VIO8904电源板卡进行供电，如下图，VIO系统内部板卡之间以3Gbps的HSBL连接通信，并通过RJ45千兆Ethernet网线将上行链路通信板卡VIO6020的ETH1网口连接至CANoe所在的上位机PC，同时可以使用另外2个RJ45 Ethernet端口级联更多VIO System或含Ethernet Uplink接口的VN总线接口卡，如VN1670、VN5620、VN5650等设备。 若遇到复杂测试需求，可将VIO System与VT System进行联用，在同一个CANoe工程中分别通过Ethernet网线对2种测试系统连接并同时使用，如下图。 3.2 识别VIO系统 要有三个确保： 确保上位机与VIO在同一个网段下，VIO的VIO6020主机通讯板卡默认IP地址：192.168.100.10； 确保UDP的2500端口以及TCP/IP的5555端口未被PC防火墙屏蔽； 确保CANoe软件版本在17以上； Tools，点击刷新图标会自动检测到VIO系统，同时也可以在此窗口更改VIO系统的IP地址。 3.3 Hardware配置 Configuration，点击Add VIO Sysytem，可以看到Available VIO Systems下出现已连接的VIO系统； 2.下图以VIO4028为例，选择对应VIO板卡，在右侧页面“Card name”配置中可以重命名板卡，此外可以通过“General”切换电平逻辑LVTTL以及TTL电平； 3.点击VIO4028对应通道，可以切换该通道的输入输出模式。 3.4 Tasks配置 1.右键Measurement tasks分类，通过Add Default Tasks For选项可以将所有板卡的系统变量添加； 2.选择VIO4028板卡，右侧页面如下图所示，可以对该板卡的测量任务名称进行修改以及设置CANoe的更新频率，此外在页面下方列出了当前VIO4028所有测量系统变量的默认名称，也可以根据使用习惯进行更改； 3.VIO4028所提供变量分为可读变量以及可写变量，参考下图； 3.5 下面以VIO4028为例，实际观察通道1输出变化频率和占空比的PWM波输出情况 以上是本章关于VIO System在CANoe中的应用以及配置方法，如果您想了解更多VIO System相关功能，或是在使用CANoe以及Vector工具中存在疑惑，请关注北汇信息的公众号，并在下方进行留言，北汇信息将竭诚为您解惑。

在智能化、网联化变革趋势下，汽车电子电气架构逐渐由分布式向集中式升级，全球智能汽车加快研发中央集成区域控制器，通过集中算力，整合更多功能，来打造汽车的“超级大脑”，以实现整车的迭代升级。目前的One BOX方案已经集成了座舱、智驾、娱乐等功能；刚发布的融合网关域控系统也集成了智能网关、动力控制、能量管理、热管理、车身控制、OTA、智能诊断等多个功能。域控制器整合功能的丰富也意味着其测试系统变得极其复杂，金蚂蚁国创通过研发域控自动化测试平台，提供对2/3/4/5G通信、WIFI通信、蓝牙通信、GNSS导航、USB通信、语音交互、摄像头上传信号解析、视频数据上传、车载以太网1000Base-T1和100Base-T1通信、传统的IO控制、CAN FD通信、LIN总线控制等多功能的域控测试方案，助力新能源汽车智能化的进一步发展。 1.背景 依照汽车域控制器功能不同，其可分为座舱域、智驾域、动力域、底盘域、车身域5个板块，其中座舱域主要负责汽车内部的功能与设备，集成驾驶员信息显示、车内环境控制、车内娱乐系统、座椅调节等功能；智驾域主要对环境的感知与识别，通过外接摄像头、毫米波雷达、激光雷达等设备，集成导航定位、路径规划、自动跟车、交通信号灯识别等功能。座舱域与智驾域属于性能域控制器，是汽车智能化的关键领域，现在正向域控融合迈进，以实现舱驾一体。在此趋势下，金蚂蚁国创研发可用于功能测试、HIL测试、EMC测试、可靠性测试、生产FCT测试和EOL测试的域控自动化测试平台，实现自动化的、高效的域控测试，满足汽车市场对提高产品品质，缩短研发周期的需求。 从汽车研发的ADVP的角度，需要对域控制器研发阶段的软件进行MIL测试，全功能域控HIL功能测试，生命周期内的硬件可靠性测试，域控制器的EMC和电性能测试，生产阶段的电路板FCT功能测试，生产过程的老化测试和下线的EOL测试。金蚂蚁国创在全ADVP流程都有域控制器的测试整体解决方案。 下面就部分应用进行简单的介绍： 2.域控自动化测试平台组成 域控自动化测试平台通过集成程控电源，CAN模块，LIN模块，100Base-T1转换器，1000Base-T1转换器，2/3/4/5G综合测试仪，电声分析系统，GNSS 信号模拟器，A2B模拟器，WIFI模拟器，Bluetooth模拟器，通用信号数据采集系统，定制视频板卡（支持 GMSL 和 FPD-LINK 协议），高性能示波器，万用表等设备组成测试系统，完成域控制器的功能测试、域控制器的老化测试和性能测试，以及域控制器的生产测试。 3.域控自动化测试平台的测试原理 3.1域控制器测试的原理拓扑示意图 域控制器测试原理拓扑示意图 3.2 部分测试原理和方案 3.2.1 CAN测试方案 DUT上的各模块具有多通道CAN FD模块，采用回环方式进行测试，即系统发送 CAN 将数据发给 DUT_CAN1，DUT将DUT_CAN1 接收的数据通过DUT_CAN2 发送给 DUT_CAN3，将 DUT_CAN3 接收的数据通过 DUT_CAN4 发送给 DUT_CAN5，以此类推，直至最终通过DUT_CAN8将数据发生给系统。系统对比前后发送和接收的数据，验证测试是否通过。也可以通过NI CAN卡单通道和DUT PIN to PIN对接实现总线通信。 3.2.2 LIN通信测试方案 一般域控具备多通道的LIN总线，系统采用一个 DUT 配置一块 LIN，同时采集 DUT 上的多路 LIN 的反馈信号，判定 LIN 模块工作是否正常。 也可以通过NI LIN卡单通道和DUT PIN to PIN对接实现总线通信。 3.2.3 千兆以太网 DUT 上具有多路的1000Base-t1通信接口，板卡上的千兆以太网用于两个板块之间的相互通信，并且对外无输出接口，测试时，通过 C 和 D 模块直接进行收发测试，监控通信丢包率和传输数据，之后 DUT 将数据反馈给上位机，上位机根据反馈数据判定该功能是否合格。 也可以通过NI 1000Base-t1板卡和DUT PIN to PIN对接实现总线通信。 3.2.4 百兆以太网 DUT具有多路百兆以太网，采用网络回环的方式测试，验证其丢包率是否在合格范围内。 系统采用集成多通道NI 100Base-T1 板卡的方式实现对多路、多个 DUT 的百兆以太网并行的灌包测试。 3.2.5 5G和 4G信号通信测试 DUT 上具有 1 路 5G 信号和 1 路 4G 信号，测试采用信令或非信令模式，可以选配：R&S的 CMW500综测仪，是德科技UXM系列综测仪，安立MT8821等综测仪完成2345G信号测试。通过射频线与 DUT 的 5G 和 4G 天线接口直连，测试 DUT 的吞吐量、误码率、信号灵敏度、S参数、射频参数等。 3.2.6 WIFI7和WIFI5信号通信测试 DUT 具有多路 WiFi 7和 WiFi 5，测试时，将 WiFi 7 和 WiFi 5 的天线接口和对应的路由器通过射频线直接连接，通过上位机进行灌包，监控传输速率和丢包率，验证WiFi通信功能是否合格。 系统采用集成多网卡 +路由器的方式实现对多路、多个 DUT 的百兆以太网并行的灌包测试。 3.2.7 蓝牙BT5.2通信测试 DUT 上具有两路蓝牙，低成本测试时，系统为每个 DUT 配置一个蓝牙音响，并将蓝牙音响上喇叭的驱动引出，系统通过通用信号采集系统的 AI 功能监控其上的波形，验证 DUT 的蓝牙功能是否正常。 高性能测试时使用综测仪测试蓝牙的性能。 3.2.8 BLE 信号测试 DUT 上具有一路 BLE，系统集成甲方提供的配侧件，通过 DUT 自校验之后将校验结果反馈给系统，验证该功能是否合格。 3.2.9 GNSS 信号测试 DUT 上具有两路 GNSS，通过射频线与系统上的GNSS 信号模拟器直连。GNSS 信号模拟器周期的输出固定的经纬度等信息，DUT 将采集到的经纬度信息、CN0 值（信噪比）、搜星数量反馈给系统，系统对比提供的 GNSS 信号，判定该功能是否正常，并实时记录 GNSS 连接状态。 3.2.10 低配 MIC、SPK 和高配 MIC、SPK 系统通过一套 A2B 模拟器分别向MIC发送指定的音频模拟信号（1kHz，差分），同时提供系统的通用信号，系统 AI 功能采集对应的 SPK 输出端电压和频率，以此来判定该功能工作是否正常。 3.2.11 ECall MIC 和 ECall SPK 测试 DUT 具有 1 套 ECall MIC 和 ECall SPK，系统通过通用信号数据采集系统的 AO 功能提供指定的音频模拟信号（1KHz，差分），并且提供通用信号，采集系统 AI 功能，采集 ECall 输出的电压和频率，以此来判定该功能工作是否正常。 3.2.12 视频输出信号测试 DUT 具有多路视频信号输出（IVI、P-HUD-L、P-HUD-H、P-HUD-M 和后排 console），系统集成对应通道数量的视频采集卡（根据甲方的芯片信号、帧率、像素等信息定制）。可以支持美信GMSL信号和TI FPD-LINK协议。 3.2.13 视频输入信号测试 DUT 具有多路视频输入信号（投屏输入，和环视摄像头， DMS， FWRC， FLRC，RLRC， LSCF，LSCR，RSCR，RSCF），系统集成其对应匹配的摄像头，并将其固定在钟表前（可以正常拍摄到钟表信息），DUT 采集钟表画面，进行自检，并将自检的信息反馈给系统，系统据此信息判定其功能是否正常。 高配方案采用NI FPD-LIK或者GMSL板卡产生模拟信号。 3.2.14USS 超声波雷达接口测试 DUT 上具有 多路超声波雷达接口，系统集成对应匹配的超声波雷传感器模拟器，DUT 进行自检，将自检结果反馈给系统，以此数据来判定该功能是否正常。 3.2.15USB 测试 DUT 上具有两个 USB 转接口，系统配置对应数量的 U 盘。 USB1 接口上连接的 U 盘储存 1KHz 的音频文件，DUT 自行读取，并且在蓝牙音响输出，系统采集音响输出的电压和频率信息，判定 USB1 接口工作是否正常。 USB2 接口上连接的 U 盘储存甲方提供的固定文件，DUT 自行读写，并将自检结果反馈给系统，系统以此数据，判定 USB2 接口工作是否正常。 高性能测试时，使用高端示波器识别USB2.0，USB3.0等信号，配置对应的协议对USB信号进行测试。 3.2.16 其他信号接口测试 DUT 上具有一部分现在汽车常用的通用接口。其分为两类： PWM/开关信号输入，系统通过通用信号数据采集系统向对应接口提供开关或 PWM 信号，DUT 采集信号后反馈给系统，系统对比提供的信号和反馈的报文信息，以此判定对应功能是否正常。 开关信号输出，提供通过用信号数据采集系统采集的对应接口的电压信号/高低电平，系统对比电压信号/高低电平与预设值是否在正常范围内，以此判定对应功能是否正常。 4.总结 智驾域控制器的发展依赖于强大的AI算力支持，目前领先的车载AI芯片厂商有英伟达、华为、Mobileye、高通、地平线、黑芝麻智能科技等，各企业通过自研或厂商合作形式加速布局智驾域控器产业，金蚂蚁国创也通过研发域控测试平台，为企业提供专业、全面、高效的域控测试方案，我们与国汽智联、中汽创智、潍柴清智、均胜电子、万集科技等域控企业合作，助力红旗、广汽、小鹏、蔚来、理想、长城、小米等企业智驾域控制器的优化升级，提高市场竞争力。 金蚂蚁国创团队来自于清华大学、吉林大学、北航、北京师范大学、天津大学等知名高校，自成立以来，秉持用一流供应链，成就一流客户的宗旨，不断引进先进的技术和管理经验，提高产品质量和工艺水平，与国内外众多知名汽车企业保持良好稳定的合作关系。未来，我们希望为更多汽车企业提供高品质的服务，为新能源汽车行业更好更快发展贡献一份力量。

8 .23-24号，北汇信息于长春一汽解放、一汽红旗顺利举办了主题为“符合功能安全及 ASPICE 要求的软件测试”交流研讨会。本次研讨会主要聚焦于嵌入式软件代码、模型的静态、动态测试，受到了新能源、智能网联等部门的广泛关注，客户在现场与北汇信息的软件测试工程师进行了深入的技术探讨交流。 本次研讨会北汇信息主要从软件测试工具链出发，向大家介绍了功能安全及ASPICE规范对软件测试要求及在软件测试的各个阶段需要用到的测试工具，它们分别是模型静态检查工具MXAM，模型动态测试工具TPT，代码静态分析工具QAC及代码动态测试工具VectorCAST。此外，北汇信息也准备了工具实际操作演示的Demo和供体验工具的电脑，以期通过实际上手操作让客户深切感受到测试工具的测试效率和测试便捷性。 北汇信息的软件测试业务主要分为两个方面，软件测试工具链和软件测试服务。北汇信息的软件测试工具链包含了软件模型、代码的静态和动态测试阶段，无论是基于模型开发还是代码开发，该工具链都能完美覆盖。北汇信息的软件测试服务包含模型测试、代码测试，持续集成/持续测试等，测试经验广泛，无论是传统域控、新能源三电还是智能网联方向，我们都有强大的测试经验。北汇信息的软件测试团队主要分布在上海和北京，服务于全国客户。 后续我们也会持续在不同的城市举办软件测试相关的线下活动，如果您关注软件测试，对北汇信息的测试工具、测试服务感兴趣，欢迎关注北汇信息公众号，获取最新活动资讯。 北汇信息专注于汽车电子测试，基于OEM需求、行业标准规范以及自身测试经验积累，为客户提供测试规范开发、自动化测试系统和测试脚本实现及测试实施和问题分析全流程的交钥匙服务。目前，北汇信息长春办事处技术团队也在不断发展壮大，可为本地客户提供CAN、LIN、Ethernet、FlexRay各类总线网络诊断刷写测试、功能测试、智能网联测试、汽车新能源测试等服务。从测试工具、专用测试设备、完整测试方案到实车测试服务，我们与我们的客户一起努力，让中国的汽车变得越来越安全、越来越舒适、越来越智能。。

以下文章来源于Vector维克多 ，作者Vector China 随着新能源汽车的蓬勃发展，电机控制器的复杂性和重要性日益增加。电机控制器作为新能源汽车核心三大件部件之一，同时也广泛应用于转向系统、热管理系统和车身系统中。电机控制器通过控制算法发出指令驱动电机转动，进而实现对电机扭矩/转速的控制。为了在软/硬件开发前期快速验证应用层算法功能及基础软件质量，同时实现极限工况验证和复杂场景复现，硬件在环（HIL）测试在整个电机控制器开发过程中扮演着重要的角色，能够降低各类电机控制器开发成本，加快研发进度，因此备受整车厂和供应商的重视。电机控制器 信号级 闭环HIL测试以其低成本、高安全性及高灵活度等特性，受到广泛青睐。 电机控制器整体简介 以永磁同步电机（PMSM）控制器为例，主要由微控制器（MCU控制板）、逆变器、传感器、散热组件和壳体等部件组成。其中MCU控制板接收整车控制器的指令，运行电机控制算法，发出控制信号给逆变器；逆变器接收MCU控制板信号，高频控制IGBT/MOSFET半导体功率器件通断，逆变输出三相交流电，从而控制电机转动；传感器负责电机本体和逆变器反馈信号的采样，用于MCU控制板中控制算法的闭环。 01 电机控制器逻辑连接图 MCU控制板到逆变器的信号控制原理 在PMSM电驱动系统当中，逆变器负责将动力电池输出的直流电压转换 为定频定压 或调频调压的交流电压，进而提供给驱动电机。从工作原理上来看，在电源与负载之间至少设置三组开关形成三相桥，通过控制开关的通断，改变经过负载的电流方向，从而得到平均电流为零且方向会随着时间变化的交流电。 以图2典型三相电压源逆变器为例， Ua 、 Ub 、Uc是逆变器的电压输出，Q1到Q6是6个功率晶体管，分别被a、a ’ 、b、b ’ 、c、c ’ 这6个控制信号控制。当逆变器同相上半 桥部分 的各个功率晶体管导通时，其下 半桥部分 的功率晶体管将会对应关闭。因此上半桥为0或者1的状态，将决定 Ua 、 Ub 、Uc三相输出电压的波形情况。 02 典型三相电压源逆变器拓扑图 从图2中不难看出，因为开关变量矢量 有8个不同的组合值，故其输出的相电压和线电压有8种对应组合，其与输出的线电压和相电压对应关系如表1。 表 功率晶体管开关状态和对应输出线电压、 相电压的关系 其中UAN、UBN、UCN表示3个输出的相电压，UAB、UBC、UCA表示3个输出的线电压。因此通过MCU控制板高频控制开关器件通断，便可以改变逆变器电路输出的电压大小和频率。 PWM调制技术可以通过一系列宽窄不等的脉冲进行调制，等效生成正弦波形（修改幅值、相位和频率），这样输出的波形具有平滑 且低次谐波少 等特点。在PWM波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可。此技术因控制理论成熟，控制效果优良而广泛应用于MCU控制板和逆变器的驱动链路中。 在电机控制器中一般还会有冷却系统，通过逆变器内的温度传感器，监测逆变器内部的温度变化。当温度过高时（变频、升压、频繁通断开关器件均会导致温度升高），MCU控制板会接收到温度传感器发出的信号，并根据算法控制散热组件对逆变器进行降温，对电机进行降速等操作。 逆变器到电机的信号原理 以PMSM永磁同步电机为例，电机主要由永磁体制造的转子，带有线圈绕组的定子和位置传感器（可选）组成。当定子线圈通电后，通过改变输入到定子线圈上的电流改变频率和波形，在定子线圈周围形成一个绕电机几何轴心旋转的磁场，这个磁场驱动转子上的永磁体转动，电机便会转动起来。 针对于PMSM永磁同步电机，使用FOC法进行控制，能够精确地控制磁场大小与方向，使得电机的运动转矩平稳，同时具有噪声小、效率高、具有高速的动态响应等特点。 通过三相全桥的PWM调节三个相线上的电流（灰色），三个方向矢量合成的磁场方向（红线）可以指向一周的任意方向，在三个线圈上的电流和为0。通过测量/计算得到当前线圈的三个电流（灰色），即可获知当前线圈的磁场方向，通过Clark变换和Park变换，将三相电流转换为转子磁链方向（d轴，直轴）和转子磁链垂直方向（q轴，交轴）的电流，其中d 轴用于 产生与转子磁场叠加的磁场，q 轴用于 扭矩大小和方向的控制，实现对励磁电流和扭矩电流的解耦，从而完成对电机的精准控制。 03 三个方向矢量合成的磁场方向 MCU控制板HIL系统整体简介 HIL测试系统通过软硬件仿真的方式，为被测控制器提供正常运行所需的供电、总线通讯、传感器输入、被测对象输出测量等资源，使被测控制器在实验室环境且无需依赖真实部件的情况下运行并进行测试验证。MCU控制板作为电机控制器的控制算法核心，其HIL测试系统使用数学模型来表示整个系统的物理状态并使用IO板卡连接到MCU控制板，从而实现对MCU控制板的代码和硬件电路测试。在MCU控制板 信号级 闭环HIL测试中，仅MCU控制板使用真实硬件，其余部件均通过数学模型和硬件IO进行模拟。根据上述介绍，需要进行仿真的数学模型主要有电机模型、逆变器模型和传感器模型。 04 MCU控制板 信号级 HIL测试系统架构图 在建模时需根据实际被控对象选择电路拓扑模型或数学模型，电路拓扑模型主要通过电力电子器件进行搭建，其特点是操作简便，方便用户进行建模，同时还有部分集成好的模型可供用户使用，如MATLAB/Simulink模块库中便有一些成熟的电机和逆变器模型；而数学建模主要是通过将物理对象数学化，方便在模型中加入一些自定义元素，如对模型的具体参数做动态修改，同时方便移植到不同平台中。实际应用时，可根据MCU控制板测试需求进行取舍。 电机模型 对于一个星形连接的三相电机，该电机模型和电压方程如下所示： 05 三相星形连接电机模型和电压方程示意图 其中R为电阻， Ld 、 Lq 为绕 直轴和交轴 的电感，Ψ为磁通量， we 为磁场旋转转速。 通过d轴和q轴电流，可以得到电磁力矩方程： Te =3/2 p (Ψmlq +( Ld −Lq ) Iq Id )；其中 Te 为电机力矩， p 为电机 极 对数。 逆变器模型： 逆变器模型主要由6个IGBT/MOSFET和6个反向二极管构成，每2个IGBT/MOSFET和反向二极管组成1个H半桥，一共3个H半桥。通过对集电极/漏极和发射极/栅极的电压进行参数化，可以实现对IGBT/MOSFET功率器件的模拟。由于IGBT/MOSFET是非理想开关器件，其开通和关断时间不是严格一致的，因此在进行模型参数 化设置 时，应注意“死区时间”的设置。 施加到电机上的电压主要由6个功率器件状态和它们的集电极/漏极和发射极/栅极电压所决定。 06 逆变器模型原理图 传感器模型： 传感器模型主要包含位置传感器模型、电流传感器模型、电压传感器模型、温度传感器模型等。以常用的位置传感器模型为例，旋转变压器将转子角度和速度信号转换为正余弦信号，MCU控制板通过对该旋变信号的解码得到所需的位置信息。将旋转变压器模型进行数学方程简化，可以得到激励信号和旋变输出电压的数学关系： 07 旋转变压器模型原理图 基于VT5838进行信号级电机闭环仿真 针对上述需求，Vector推出VT5838多I/O高速VT板卡。该板卡可以独立放置于桌面式6槽小型VT System机箱中使用，也可以配合其他供电、总线、低速I/O信号VT System板卡使用，实现完整的MCU控制板的 信号级 HIL测试系统。VT5838还可以满足DC/DC、AC/DC等 信号级 闭环测试需求，被控对象高速 闭环仿真也可通过VT5838实现。使用VT5838需要配合 CANoe 17.0及以上版本使用。 VT5838能够提供16路数字I/O、8路模拟输入、6路单端模拟输出，8路单端或4路差分可配置的模拟输出接口。搭载用户可编程的FPGA芯片，支持进行各类电机模型、逆变器模型、旋转变压器/温度等传感器模型的建模和仿真，并通过自身I/O资源与MCU控制板进行数据交互。VT5838 各 I/O通道详细技术指标如下表所示。 表 VT5838板卡详细技术指标 在进行MCU控制板 信号级 闭环HIL测试时，VT5838接收的PWM信号一般为高于10kHz的调制信号。为了获取精确的采样结果，仿真模型的仿真频率一般至少10倍于MCU控制板的频率。因此在仿真建模时，模型的步长设置会小于10µs。如果模型在PC或常规实时系统上运行，由于硬件及软件架构限制，仿真步长无法保证。而当模型在FPGA上运行时，由于FPGA具有强大的运算能力和专用资源，能够得到理想的仿真结果。VT5838搭载Intel Cyclone V系列芯片，该芯片有300k 个 逻辑处理单元，最高可支持80MHz的时钟频率，能够满足IGBT/MOSFET、电机、旋变信号等模型步长的要求。通过Simulink和Intel提供的DSP Builder Advanced Block Set进行各类电机、逆变器、位置传感器/温度传感器的数学建模，匹配VT5838的硬件I/O接口，编译生成可执行文件，利用VT System FPGA Manager工具将编译后的模型部署到FPGA芯片中。 08 FPGA仿真建模工具链使用 以之前 描述的MCU控制板 信号级 闭环HIL测试为例，MCU控制板共输出6个PWM和1对旋变励磁信号给VT5838板卡，其中6个PWM用于高频控制IGBT器件通 断驱动电机转动；励磁激励信号用于旋变模型的励磁线圈产生交流基准源磁场；VT5838可以反馈3个相电流、1个母线电压、1个母线电流和2对旋变信号给MCU控制板，其中：逆变器模型通过接收MCU控制板6个PWM信号产生3相交流电压；电机模型根据电机固有参数和3相电压反馈出3相电流供MCU控制板进行闭环控制运算；模型输入母线电压可通过 CANoe 用户界面自定义设置，电压传感器模型根据用户设置信息，将母线电压调理成MCU控制板所需要的电压，并通过VT5838模拟量输出通道发送给MCU控制板；旋转变压器（位置传感器）模型根据励磁激励信号和电机位置信息计算出正余弦函数的调幅信号供MCU控制板解析出电机的位置信息。同时，用户可在Simulink模型中自定义添加系统变量，方便在 CANoe 监视界面进行数据配置和查看，如电机速度、扭矩、反电动势等模型运行过程中的信息。 09 基于VT5838 MCU控制板 信号级 闭环HIL逻辑图 使用MATLAB/Simulink和DSP Builder搭建VT5838 FPGA模型及VT5838使用方法如下： 1. 使用Simulink和DSP Builder Advanced Block Set工具进行数学建模及编译； 10 Simulink中搭建“逆变器+电机+传感器”模型 2. 将编译后的文件使用FPGA Manager部署于VT5838的FPGA芯片中； 11 FPGA Manager 配置按钮 12 FPGA Manager 导入VT5838模型工程 导入VT5838模型后，按如图顺序查看模型中匹配的 CANoe 系统变量，点击步骤3 Persist，即可完成编译后的模型文件到FPGA芯片的部署。 13 FPGA Manager 查看 CANoe 系统变量信息 配置完成后，按照VT System正常操作，点击Hardware - VT System Configuration - Adapt to Connected Modules获取已连接配置的VT System板卡信息，在该界面中 可勾选 CANoe 和FPGA模型之间的接口变量和参数信息。然后点击Hardware - VT System Control进入VT System控制面板，进入VT5838的控制监视界面，从而进行MCU控制板 信号级 闭环HIL测试。 14 VT5838 CANoe 监视界面 信号采集示例： 1. 逆变器作为关键执行器，对数字信号采集频率要求很高。MCU控制板在启动时，VT5838将采集到的PWM信息传递给自身的逆变器模型，然后逆变器模型将调制后的电压波形实时输出。下图是MCU控制板启动时，示波器扑获到VT5838采集的PWM信号和输出的A相电流效果图： 15 VT5838数字信号采集和模拟量输出效果图 2. 旋转变压器模型将控制器输入的励磁信号进行调制，获得带有位置信息的正弦和余弦信号，并将其以差分模拟信号的方式输出，下面给出VT5838在电机1000rpm下通过示波器采集的旋变信号输出信号。 16 旋变信号输出示波器采集效果图 3. IGBT高频通断，输出三相电压，控制电机转动，电机反馈三相电流给MCU控制板，用于闭环控制。下面以A相电流为例，通过示波器采集电机从0rpm启动至1000rpm时，VT5838对A相电流的输出波形。 17 VT5838输出A相电流示波器采集效果图 综上，可通过仿真建模、可执行文件部署、上位机界面控制等步骤实现典型的MCU控制板 信号级 闭环HIL测试。当需要进行其它类型的闭环HIL测试时，可通过仿真建模环节完成与被测控制器的适配。 Vector中国的项目服务团队可根据客户需求，提供基于VT5838板卡的各类电机及功率器件FPGA模型定制开发服务及机柜集成服务。