验证控制系统的增长趋势

为了验证复杂的车辆控制系统，必须对机械部件进行测试，这可能是一个耗时且昂贵的过程。随着汽车制造商寻求更高效的解决方案，使用机电一体化测试台架的趋势越来越大。硬件在环 （HIL） 技术已成为用于开发和测试机电一体化的工程流程的主要支柱。

为了测试机电一体化，工程师通常会开发代表正在开发的系统的机械组件的数学模型。这是非常具有成本效益的，并且可以在机械系统或车辆可用之前显着实施。

然而，随着系统复杂性的增加，代表这些系统的数学模型也变得越来越复杂。此外，由数学模型表示的系统动力学计算起来可能非常耗时。

虽然在许多情况下，保真度稍低的模型可能会起作用，但在复杂的安全关键系统（例如转向系统）中，这些模型可能无法满足工程团队需要完成的所有开发任务目标。此外，随着越来越多的软件被集成到现代电动助力转向系统中——特别是高级驾驶辅助系统 （ADAS） 和高度自动化的驾驶技术——以支持伺服电机和驾驶辅助功能，这使得这些对安全至关重要的车辆部件变得更加复杂。因此，也增加了测试要求的范围和深度。

将机械部件与 HIL 技术相结合

为了克服对高度非线性、快速系统动力学建模的困难，工程师可以将许多机械部件与 HIL 技术相结合。这种组合提供了能够在实验室环境的相对安全性中测试所有可能的高风险边界条件的好处，以及在动态条件下验证机械系统性能的能力，而不是通过为生产车辆配备仪器。 在实验室中使用这样的系统，可以在完全相同的条件下对各种软件版本甚至整辆车重复每次测试。

借助这些高动态机电一体化测试台，汽车原始设备制造商 （OEM） 可以测试从单个电子控制单元 （ECU） 到整个车辆系统的所有内容，同时将高风险道路测试降至最低。这意味着制造商可以在开发周期的早期有效地测试和优化新系统的行为，更具体地说，可以在车辆集成之前测试控制器和功能软件——这通常发生在开发过程的最后一步。

通过完全模拟 ECU 运行的真实环境，可以进行早期测试。开放模型用于模拟整个开发过程，从功能设计到ECU测试，任何部件（即发动机、车辆动力学、电气元件、动力传动系统、交通传感器等）都可以进行建模和组合，以构建完整的虚拟车辆用于在模拟环境中进行测试。在测试台上，这些模型与 HIL 环境中的真实控制器和真实机械组件结合使用，以运行模拟实验并观察组件和系统行为。

在测试台上模拟电动助力转向系统

保时捷是最近使用机电一体化测试台开发和验证电动助力转向系统的 OEM 示例，该测试台包括 HIL 仿真系统。 ［1］ 为了寻求一种更有效的方式来管理其测试活动，这家跑车制造商认识到机电一体化测试台对他们来说是一种可行的解决方案，因为它可以轻松准确地扩展和重现测试，从而提高其测试过程的整体效率。

执行器被集成到保时捷的测试台中，以机械地刺激转向系统，这使得测试系统行为几乎与测试驾驶真实车辆原型时的行为一样成为可能。这使保时捷能够及早测试新功能，以识别重要参数并评估车辆动态的极限，而不会有风险。

德国魏斯阿赫开发中心 hc F. Porsche AG 博士的 Anton Uselmann 表示，通过将部分转向系统测试带入实验室，保时捷得以实现开发效率。

“因为它是高度动态的，dSPACE 的机电一体化测试台对我们来说是一个重要的开发工具，它完美地集成到要求极高的保时捷转向系统开发中，”Uselmann 说。

机电一体化测试台的常见应用

机电一体化测试台通常用于测试和开发功能、自动化软件发布、检查错误情况行为、验证概念、完成机械耐久性测试以及测量被测单元。一些采用 HIL 技术的典型机电一体化测试台包括：

转向系统，例如：

电动助力转向

叠加转向

受控电动泵（例如，燃油和液压）

制动助力器

用于车辆动力学控制系统的 3-D 运动平台

实际泵电机的机械负载

具有集成传感器和执行器的机电一体化 ECU，例如：

带集成速度传感器的齿轮控制单元

带有集成倾角传感器的驻车制动 ECU

带有集成转速和加速度传感器的电子稳定程序 （ESP）

用于测试电动制动助力器的踏板驱动

驾驶模拟器应用中的力反馈控制

测试台也用于较小的应用，例如座椅控制装置、风扇、皮带张紧器和电动油箱盖。

审核编辑：郭婷