动总mHIL：打造未来汽车测试新标（一）

Dotrust东信创智

已于 2025-03-07 14:00:08 修改

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文章标签：汽车

于 2025-03-07 13:57:27 首次发布

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随着新能源汽车行业的快速发展，硬件在环仿真（HIL）技术在控制系统开发过程中发挥着越来越重要的作用。HIL测试通过将真实的控制器与虚拟的车辆模型相结合，能够在实验室环境中模拟各种实际工况，从而加速开发进程并降低测试成本。

传统测功机主要是全面评估电机系统的性能、效率、可靠性和安全性，在不同负载和工况下输出功率、扭矩、转速等性能指标，验证其是否满足设计要求，模拟车辆实际行驶工况，如加速、爬坡、制动等，评估电机的动态响应能力和瞬态特性。

传统的信号级HIL主要针对控制器的功能进行测试，通过模拟传感器信号和执行器反馈来验证控制器的逻辑和算法。然而，传统的信号级HIL测试通常忽略了控制器与真实执行器及传感器之间的实际交互。这种测试方式虽然能够有效验证控制器的功能，但无法全面评估整个系统的性能，尤其是在真实工况下各个系统之间的协同工作效果。与信号级HIL相比，机械级HIL（mHIL）在测试中不仅包含了真实的控制器，还引入大功率执行驱动器设备。mHIL能够更全面地评估整个系统的性能，尤其是在新能源汽车中涉及到的复杂系统，如电池系统和电机系统。通过模拟各种工况，mHIL可以验证这些系统在不同条件下的表现，从而确保电动汽车的安全性、稳定性和可靠性。

总之，HIL测试已成为开发过程中不可或缺的一环，尤其是mHIL测试，为提升车辆性能和可靠性提供了强有力的支持。那么接下来小编将主要介绍动总mHIL实验室的组成和架构。

1 动总mHIL实验室组成

1.1 实验室布局

图1 实验室布局图

动总mHIL实验室由三大部分组成，该布局具有如下优点：

功能分区明确：核心设备区、辅助设备区和核心控制区相互独立，避免了设备之间的干扰。
安全性高：辅助设备与核心控制区、核心设备区隔离，减少了噪音、振动和热量对测试环境的影响，同时降低了安全隐患。
操作便捷：核心控制区集中管理整个系统，试验人员可以实时监控和调整测试过程，确保测试结果的准确性和可靠性。

1.动总mHIL核心设备区

区域1是整个动总mHIL的核心设备区，主要布置了测功机、风机以及数采机柜，可共同配置典型的四电机或五电机台架。这些台架用于模拟新能源汽车的动力系统，包括电机、变速箱、差速器等关键部件。通过电机台架，可以精确模拟车辆在不同工况下的动力输出和负载情况，从而对整个系统进行全面的功能测试和性能验证。

2.动总mHIL辅助设备区

区域2是整个动总mHIL的辅助设备区，这些设备通常包括温控系统、环境控制系统、供电系统等。由于这些设备在运行过程中可能会产生噪音、振动或热量，因此将其与实验室其他部分隔离开来，放置到单独的空间内，以确保测试环境的稳定性和安全性。

3.动总mHIL核心控制区

控制室是整个mHIL系统的核心控制区域，试验人员在此操作和监控整个测试过程。控制室内配备了主控计算机、数据采集系统、视频监控系统等设备，能够实时显示测试数据、调整测试参数，并对测试结果进行分析。

1.2 子系统功能

前文提到，一套完整的机械级硬件在环仿真（mHIL）系统由多个关键子系统组成，那么这些子系统又是如何工作的呢？其实它们之间既相互独立又紧密协作，共同构成一个高效的闭环测试系统。类似于人体的各个器官协同工作以维持身体健康，mHIL系统的各个组件也通过分工协作，确保测试的准确性、可靠性和全面性。

图2 动总mHIL架构图

1.测功机台架系统

测功机台架系统不仅是整个系统最终运算结果的直观体现，更是直接与被测件（如发动机、电机、变速器等）相连接的重要系统，承担着将虚拟仿真运算结果转化为实际物理运动的重任，是连接虚拟与现实的关键桥梁。同时，它还实时反馈被测件的运行状态信息，如转速、扭矩、温度等，这些反馈信息又会被传输回仿真模型，用于进一步优化仿真模型的计算和控制策略，从而实现整个mHIL系统的闭环控制，确保测试结果的准确性和可靠性。台架运动系统主要由三大核心设备构成，即负载测功机、驱动测功机及鼓风机，它们各司其职，协同工作，共同推动整个系统的高效运行。

图3 台架测功机系统功能图

2.台架数据采集系统

台架数据采集系统作为数据收集、整理和记录的中心，不仅能够高效地获取各类关键数据，还能将结果清晰、直观地呈现给试验人员，为试验决策提供有力支持。台架数据采集系统主要由台架传感器系统、设备通讯系统及数据整合处理系统组成，各部分协同工作，确保数据的准确性、完整性和可用性。

图4 台架数据采集系统图

3.台架高压供电系统

台架高压供电系统是整个试验系统的动力源泉。它为台架上的各种设备和被测件提供稳定、可靠的高压电能，确保试验的顺利进行。台架高压供电系统主要由电池模拟器和测功机变频器组成，二者协同工作，为整个系统提供精准、高效且可调控的电能支持。它不仅能够模拟电动汽车在各种复杂工况下的运行状态，还具备能量回收与再利用功能，显著提高了能源利用效率。通过高精度的控制和实时监控保护，台架高压供电系统确保了试验过程的安全性和可靠性，为动力总成的研发和测试提供了强大的支持。

电池模拟器是台架高压供电系统中的关键组成部分，主要用于模拟电动汽车动力电池的输出特性。它能够根据试验需求，精确地输出不同的电压、电流和功率，以满足不同类型电动汽车的动力需求。
测功机变频器不仅能够高效地驱动测功机运行，还具备能量回收功能。在测试过程中，当车辆处于减速或制动状态时，测功机变频器可以将车辆的动能转化为电能，并将其反馈回电网或存储在储能设备中，实现能量的高效利用，降低试验过程中的能耗。

4.台架温度控制系统

台架温度控制系统是确保试验结果准确性和可靠性的重要组成部分。它通过精确控制试验环境和设备的温度，为动力总成的测试提供稳定的温度条件。台架温度控制系统主要由台架设备的冷却系统、被测件的温控系统及环境仓温控系统组成。

台架设备冷却系统是台架温度控制系统的核心组成部分之一，其主要功能是为测功机提供有效的冷却，确保设备在高负荷运行时保持稳定的温度。
驱动电机温控系统是确保电机在试验过程中保持高效运行的关键设备。电机在高速运转时会产生大量热量，如果不加以控制，可能会导致电机过热、性能下降甚至损坏。因此，驱动电机温控系统通过精确控制冷却液的温度和流量，将电机的工作温度维持在最佳范围内。
环境仓温控系统是台架温度控制系统的重要组成部分，其主要功能是模拟车辆在实际运行中的外部环境温度。通过精确控制环境仓内的温度，试验人员可以模拟车辆在不同气候条件下的运行状态，评估动力总成在高温、低温和常温环境下的性能表现。

5.HIL仿真测试系统

HIL系统作为mHIL系统的核心大脑，通过操作指令下发、安全监测、算法集成、自动测试、动态标定和客观打分等功能，为整个测试系统提供了强大的支持。它不仅提高了测试的效率和准确性，还确保了测试过程的安全性和可靠性。