一、燃料電池汽車及HiL測試系統簡介

近年來，隨著新能源汽車的大規模推廣應用，燃料電池汽車控制系統及零件的開發與測試計時也 得到了快速發展。燃料電池系統是新能源汽車領域重點發展方向之一，相比傳統燃油車最大的優點在 于能夠做到無排放零污染，同時能夠解決電動汽車續航和能源補給瓶頸問題。

1.1 FCU-HiL測試功能

燃料電池控制器（Fuel cell Control Unit,FCU）作為燃料電池系統的控制單元，控制燃料電池系統的安全、可靠、高效運行。 FCU 硬件在環（HiL）仿真測試系統，則是支持 FCU 信號 級控制器測試。目的是對燃料電池汽車控制系統進行全面深入的功能測試、故障測試、總線診斷測試 及自動化測試，并輔助工程師對測試結果分析驗證、故障再現，提高測試驗證及分析的手段。

1.2方案特點及技術參數

FCU-HiL 采用成熟可靠的硬件及應用方案，優化先進的在環與測試系統架構，本文測試系統基于業內著名的 NI PXI 開放式的硬件平臺介紹，方案采用專業的實驗管理軟件，基于燃料電池的實時仿真模型，針對燃料電池汽車 FCU， 完全滿足控制器的 HiL 測試要求，可以根據客戶的測試需求進行最優化的系統定制。 FCU 硬件在環 HiL 測試系統整體架構主要包含三層內容，第一層次為 HiL 測試系統軟硬件架構， 主要包括 HiL 測試系統的硬件設備、實驗管理軟件、被測控制器等；第二層次為 HiL 測試系統開發， 在第一層次軟硬件架構的基礎上進行被測對象仿真模型開發、實時 I/O 接口匹配、硬線信號匹配及實 驗定義等；第三層次為 HiL 測試，主要指在第一、二層次的基礎上進行 HiL 測試，主要包括測試序列 開發、激勵生成加載、模型參數調試、故障模擬實現及測試分析與評估等。

FCU 簡介

?燃料電池控制器（Fuel cell Control Unit,FCU）作為燃料電池系統的控制單元。

主要控制功能：?

燃料電池系統能量管理?

驅動電流、電壓協調控制?

燃料電池系統網絡維護與管理?

燃料電池故障診斷與處理?

燃料電池系統狀態監控?

燃料電池與外部通訊管

三?系統架構

系統基于業內著名的 NI PXI 開放式的硬件平臺，采用專業的實驗管理軟件，基于 MATLAB/simulink 實時仿真模型，針對新能源汽車FCU， 滿足控制器的 HiL 測試要求，主要包括兩個部分，實時仿真機（用于仿真電機及電源驅動電路）和外部被測設備（在 FCU -HiL系統中主要指燃料電池控制器的信號電路）。這兩個部分通過多個模擬/數字輸入/輸出通道 連接在一起，形成閉環回路。

3.2?基本組成

?HiL 系統組成主要包括以下三部分內容：

①系統硬件 系統硬件基于 NI PXI 平臺搭建，主要有上位機（PC）、PXI 機箱、實時處理器板卡、數據采集板 卡、CAN 卡、DIO 板卡、電阻模擬板卡、低壓電源等組成。

??HiL 系統組成

②試驗管理軟件

基于試驗管理軟件進行上位機管理和實驗測試，實現試驗管理、故障注入、測試用例編輯及自動化測試等功能。

試驗管理軟件基于NI VeriStand 軟件平臺，實現系統配置管理和測試管理。NI VeriStand 是一款基于配置的專業實時測試與仿真軟件，無需編程即可創建測試應用，快速將 硬件I/O 與多種環境下開發的仿真模型相集成，同時可以通過NI LabVIEW 及其他軟件添加自 定義與其他自動化測試功能，在兼具靈活性與開放性的同時，降低系統開發難度，縮短開發時間。

VeriStand 試驗管理軟件具有以下功能：

?1）可以以拖放方式建立試驗監控界面： ?

實時監控模型變量； ?

記錄實時數據，可以以圖形方式顯示，采集數據帶有時間軸，采集周期可以設置≤1ms； ?

界面控件支持實時激勵和自動測試功能類型，可以給系統輸入實時激勵信號（包括常值 輸入、斜坡輸入、脈沖輸入、工況數據輸入及時序關系設置等），可按預定的順序執行 一系列自動化測試邏輯，模擬各種不同駕駛員操作、試驗環境和駕駛工況，同時記錄運 行過程中的信號值。

可以在線實時監控和修改仿真模型中的參數；

能夠集成 CAN、LIN 等通訊數據庫，支持 CAN、LIN、FlexRay 總線通信功能： ?

支持導入*.dbc、*.xml 等多種格式的數據文件，并實現報文發送和接收配置； ?

能夠基于 dbc 等文件自動生成測試界面，其中發送報文可以修改包括周期、信號值、觸 發等，顯示信號名、周期、ID、數據長度等；接收報文可以顯示接收時間、周期、ID、 信號名稱、信號值等。 ?

支持 CAN 信號、IO 信號及仿真模型內部信號接收、數據記錄、數據回放、曲線在線顯 示功能； ?

支持 CAN 信號的實時監測，對于發送的 CAN 信號，能實時切換至手動輸入模式從而 進行調試；

實現故障注入管理功能： 可實現對指定管腳的故障注入功能：包括對電源短路、對地短路、開路、管腳信號之間 短路等故障； 通過軟件自動實現所有類型故障的注入和取消； ?可以以拖拽的方式選取需要配置的通道。

可直接在界面上配置 HiL 硬件系統參數，模擬各種不同駕駛員操作、試驗環境和駕駛工況可 編輯和調用測試序列，實現自動化測試；

可根據需求定制測試報告內容，自動導出測試報告；

實現對系統、硬件、模型進行統一管理和配置功能，軟件操作便捷，界面可視化；

報警功能：用戶可設置報警參數，以提醒用戶通道中的某個值超限。報警也可觸發某個流程 工作；

流程管理功能：用戶可在 VeriStand 上配置流程，以執行一系列動作。可以在啟動時執行流 程，或者通過報警或其他流程觸發該流程；

數據共享網絡：用戶可增加反射內存網絡，實現系統互聯。

系統初始化：如果有多個實時目標機，用戶可使用該功能設置目標機的部署順序，對目標機 進行重啟設置。

?通過常用語言的簡單配置即可實現自動化測試；

能通過鼠標點擊的方式，對實時操作系統進行配置，可以手動分配不同的任務至不同的運算 核中，并能為任務設定優先級；

有專用的硬件管理界面，能夠查看和管理 HiL 的所有的硬件，配置硬件 IO 板卡性能參數；

各軟硬件件模塊的輸入/輸出接口清單能在姐買你中清晰顯示，并通過鼠標點擊該清單的方式， 實現各軟硬件模塊之間的數據連接；

能將編譯好的工程下載至實時機中，能實時地進行數據觀測和更改，并對數據進行保存； 22) 帶有調試功能，在硬件管腳已經與模型輸出變量進行鏈接的情況下，可以實時進入調試功能， 手動更改 I/O 輸出進行調試，即實時在線調參；

實現模型所有的參數的在線標定與調試；

實現模型輸入、模型輸出、 IO 板卡信號輸入輸出等信號的任意形狀信號激勵曲線配置，即 信號發生器的功能

③實時仿真模型

模型基于 MATLAB/Simulink 或者 AMESim 仿真平臺進行搭建，提供與 FCU 控制器硬件IO信號相對應的資源及與 FCU 控制器控制策略相對應的燃料電池模型等。

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實時仿真模型示意圖

模型滿足如下要求：

1) 滿足燃料電池發動機控制器功能性測試要求；

2) 基于不同運行參數條件下的的電堆物理特性模型；

3) 燃料電池系統進氣子系統模型，主要包括空壓機、中冷器、增濕器、 背壓閥、溫度壓力傳感 器等；

4) 燃料電池系統供氫/回氫子系統模型，主要包括氫氣調壓閥、回氫泵/引射泵、水分離器等；

5) 燃料電池系統熱平衡子系統模型，主要包括散熱器、水泵、節溫器等；

6) 燃料電池系統輔助部件模型；

7) 模型滿足燃料電池控制器基于整車功能性測試要求；

8) 基于 MATLAB/Simulink 或者 AMESim 開發，能實現模型模塊化、參數化設置，模型精度高； 9) 支持以圖形用戶界面輸入數據；

10) 提供擴展的數據管理功能，方便應用于不同車型；

11）所有模型均開源、規范、易讀，易于自主進行模型的二次開發，每個模塊有詳細的模型說明， 方便用戶修改模型參數和完善模型。 燃料電池模型包含電堆模塊、氫氣系統模塊、空氣系統模塊、冷卻系統模塊、增濕系統模塊、功 率輸出系統和控制系統模塊組成

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的FCU-HiL测试介绍的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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