摘要:美國國家儀器公司（NI）在汽車電子行業(yè)浸淫多年，最近中國市場開發(fā)部經(jīng)理付文武經(jīng)理談了他對汽車電子行業(yè)的發(fā)展狀況的看法，同時介紹了NI在汽車電子測試產(chǎn)品開發(fā)方面的一些新計劃與技術進展。
隨著科技的進步，汽車在人們生活中越來越重要，人們對汽車要求也越來越多；無論是汽車的控制性、舒適性、娛樂性還是對聯(lián)網(wǎng)性能都有了較大的提高。在這種大環(huán)境下，汽車電子技術加速發(fā)展，功能越來越多，智能化和復雜化程度也越來越高。
美國國家儀器公司（NI）在汽車電子行業(yè)浸淫多年，最近我們聯(lián)系到其中國市場開發(fā)部經(jīng)理付文武，付經(jīng)理談了他對汽車電子行業(yè)的發(fā)展狀況的看法，同時介紹了NI在汽車電子測試產(chǎn)品開發(fā)方面的一些新計劃與技術進展。
更好的測試將優(yōu)化設計、簡化生產(chǎn)
據(jù)付經(jīng)理介紹，NI在汽車車輛行業(yè)，從ECU硬件在環(huán)到控制器快速原型設計，從車載多媒體測試到混合動力系統(tǒng)開發(fā)等應用中，提供包括測量儀器、數(shù)據(jù)采集、信號調理、機器視覺、運動控制、分布式I/O、工業(yè)通訊、儀器控制等多樣的軟硬件選擇。
基于靈活可擴展的模塊化構架，NI的平臺均可實現(xiàn)軟硬件的無縫集成和系統(tǒng)功能升級。目前幾乎與所有的汽車電子廠商與供應商均采用NI的平臺實現(xiàn)各種測試仿真和設計應用。
例如，現(xiàn)代豪華轎車可能有多達100個發(fā)動機控制單元（ECU），相比傳統(tǒng)的測試方法，想要測試這些系統(tǒng)的技術、總線和同步變得越來越為困難。測試工程師需要測試策略和平臺，滿足他們對自動化、汽車專用I/O和靈活性的需求。NI產(chǎn)品提供了一套自動化產(chǎn)品，用來測試常用的汽車音頻和視頻接口，包括DVI和HDMI等接口和LVDS等自定義需求。這些解決方案結合了高性能基于PXI的模塊化儀器，并帶有功能強大、易于使用的應用軟件。通過在NIPXI平臺構架的汽車電子產(chǎn)品性能測試系統(tǒng)，由于具有靈活，可配置，可快速開發(fā)等特點，十分適合于汽車電子行業(yè)的質量，分析，實驗等部門進行產(chǎn)品分析，首件測試，功能實驗等用途。
NI公司也提供了數(shù)個用于小成本，小體積的HIL測試系統(tǒng)供選擇。NICompactRIO是一種低成本的可重配置的控制和采集系統(tǒng)。系統(tǒng)采用由可重配置I/O（RIO）現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）技術組成一個開放的小型嵌入式架構。
這種技術將實時處理器和用戶可編程FPGA結合起來。用戶可以使用FPGA創(chuàng)建自定義的I/O特性并且可以把模型執(zhí)行和信號處理運算從實時處理器下放到FPGA上來提高HIL測試系統(tǒng)的性能。
PXI是一款基于PC的測試，測量和控制的開放平臺。它提供廣泛的實時處理器選擇，包括數(shù)個高性能的多核處理器。PXI平臺能在很多同步技術下工作，包括通過IRIG-B，IEEE1588，SCRAMNet以及反射內存來在多機箱HIL測試系統(tǒng)中用于共享定時，觸發(fā)和數(shù)據(jù)。
對于硬件在環(huán)，NI一直都具有很權威的影響，付經(jīng)理認為硬件在環(huán)HIL仿真可以用于更加有效的測試嵌入式控制系統(tǒng)。當測試嵌入式控制系統(tǒng)時，從安全性，可行性和合理的成本上考慮，使用全系統(tǒng)進行所有必要的測試是不現(xiàn)實的。工程師可以使用HIL仿真來模擬部分系統(tǒng)以面對這些挑戰(zhàn)，在將整個系統(tǒng)進行實際測試之前使用戶能夠在虛擬環(huán)境下測試嵌入式控制器件。有了這個功能，即使工程師要測試的系統(tǒng)變得更加復雜，也可以以一種具有成本效益的方式維持可靠性和市場投放。
一個HIL測試系統(tǒng)由三個主要部分組成：一個實時處理器，I/O接口和一個操作界面。實時處理器是HIL測試系統(tǒng)的核心。它提供大多數(shù)HIL測試系統(tǒng)的確定執(zhí)行。要精確地仿真測試系統(tǒng)中物理上并不存在的部分，一個實時系統(tǒng)是非常必要的。I/O接口是與被測部件交互的模擬，數(shù)字和總線信號，用它們來產(chǎn)生激勵信號，獲取用于記錄和分析的數(shù)據(jù)，并提供被測的電子控制單元（ECU）與模型仿真的虛擬環(huán)境之間的傳感器/執(zhí)行器交互。操作界面與實時處理器相通，提供測試命令和可視化。在大多數(shù)情況下，這個部件也提供配置管理，測試自動化，分析和報告任務。
一旦確定了HIL測試系統(tǒng)的構架，創(chuàng)建一個HIL測試系統(tǒng)首先是選擇最能滿足要求的實時處理元件。NI公司為執(zhí)行HIL測試系統(tǒng)提供了廣泛的實時處理選擇。因為它們都基于開放的工業(yè)標準，所以它們能確保用戶總能將最新的PC技術進展用在自己的HIL測試系統(tǒng)中，從而始終滿足未來測試系統(tǒng)的要求。
電機將是電動汽車設計的重心
最近國外的高端電動車特斯拉和國內的平民電動車比亞迪都是炙手可熱，站在測試的角度，電動汽車和傳統(tǒng)汽車在內部電子設備與車身控制設備上的不同給開發(fā)和測試也帶來了一定的影響。
付經(jīng)理向OFweek電子工程網(wǎng)編輯介紹，電機是電動汽車的主要動力來源，相應的也為電動汽車控制設備的嵌入式控制系統(tǒng)開發(fā)人員和測試工程師帶來了新的挑戰(zhàn)，速度便是其一。電子驅動引擎控制單元（ECU）控制算法的運行速度必須遠快于內部燃燒引擎的動力傳達ECU。更快的速度需求使得傳統(tǒng)的HIL測試不足以支持測試電機ECU。而電機的仿真必須具備高仿真精度，HIL測試系統(tǒng)則必須在1μs的時間內執(zhí)行仿真模型，以充分顯示電機的實際操作。之前，高精度仿真和高速度運行似乎不可能并存，許多測試工程師不得不因此采用更為昂貴的測功器或現(xiàn)場測試來驗證他們的嵌入式軟件。
NI與合作伙伴共同開發(fā)了用于NIVeriStand的JMAG附加軟件模塊，該附加軟件模塊使用由FEA生成的電感與反電動勢（EMF）數(shù)據(jù)，進行電機模型的實時仿真。由于電機結構的不對稱性會產(chǎn)生非正弦通量和電流，經(jīng)典的D-Q模型就不再適用，這時就需要采用FEA技術。混合動力汽車制造商采用了高速電機，這對于優(yōu)化生產(chǎn)空間和成本來說十分重要。
在FEA仿真中，電機模型極其精確，且具有高精度，可充分體現(xiàn)電機中的非線性。然而，這種高精真的仿真耗時嚴重，設計工程師們不得不測量電機參數(shù)，并在后處理過程中進行數(shù)據(jù)分析。對于復雜的電機模型，該過程需要花費數(shù)個小時。通過NI和合作伙伴的軟件工具，可生成高精度模型，再搭配使用NILabVIEW系統(tǒng)設計軟件和NIVeriStand軟件來配置實時測試應用程序，最終完成驗證任務。通過這樣的方式，NI滿足了電機測試和仿真中的主要需求。現(xiàn)在用戶可以以微秒的速度運行FEA電機模型。這些模型可精確地仿真復雜的非線性行為，然后用戶就可以將在FPGA中運行的模型連接至其它硬件，以高I/O速率進行完整測試。
在真實系統(tǒng)中測試多種瞬變電流以及故障情況往往很麻煩或難操作，但這一點可通過實時高精度電機仿真實現(xiàn)。在這之前，通過HIL測試以及標準電機D-Q模型來實現(xiàn)許多情況，例如電機終端上或直流和交流總線間的故障仿真，幾乎不可能完成。NI的HIL平臺可提供最高仿真度的實時仿真，讓用戶在開發(fā)的早期階段就發(fā)現(xiàn)問題并優(yōu)化性能。全面的HIL測試可減少驗證嵌入式軟件的現(xiàn)場測試次數(shù)，最終縮短產(chǎn)品上市時間，并提高開發(fā)效率。
最后，當OFweek電子工程網(wǎng)編輯問及對于和整車廠商或第三方商家的合作，NI有著怎樣的要求和優(yōu)惠時，付經(jīng)理表示：“NI一直致力于為工程師和科學家提供各種工具來提高效率、加速創(chuàng)新和探索。在汽車電子行業(yè)，NI的工具和平臺，可以涵蓋從原型設計到生產(chǎn)測試的全流程。為了給汽車電子用戶提供更加高效的解決方案，NI也一直加強同業(yè)內服務商和系統(tǒng)集成商的合作，共同為用戶提供針對用戶特定需求的一站式解決方案和測試系統(tǒng)，并提供完善的后期支持和服務。我們同樣繼續(xù)歡迎更多的汽車電子行業(yè)第三方企業(yè)同NI建立合作關系，針對汽車電子行業(yè)不斷涌現(xiàn)的新測試需求和應用來提供解決方案。NI會為這些合作伙伴提供從市場到技術等多方面的支持，實現(xiàn)互惠共贏。”
同時他還表示，中國已經(jīng)多年成為全球最大的汽車市場，同時對于國際主要的汽車電子產(chǎn)品供應商來說，中國也都是他們的主要研發(fā)生產(chǎn)基地。汽車行業(yè)已經(jīng)成為NI中國的重要客戶市場之一。因此，NI對中國的汽車電子行業(yè)市場充滿信心，會繼續(xù)針對業(yè)內用戶的需求，特別是一些最具潛力的應用方向，包括汽車電子產(chǎn)品性能測試、車載娛樂信息系統(tǒng)測試、嵌入式軟件性能設計與驗證、硬件在環(huán)HIL、新能源汽車測試等方向，提供更加完善和最具前沿技術的解決方案。
【受訪人簡介】
美國國家儀器公司（NI）中國市場開發(fā)部經(jīng)理付文武
付文武先生目前擔任NI中國市場開發(fā)部經(jīng)理，負責帶領市場開發(fā)團隊，針對NI中國區(qū)重要行業(yè)和應用，包括車輛交通、政府國防、射頻無線、能源電力等方向的市場開發(fā)、推廣與合作等工作。此前，付文武先生曾在NI公司擔任應用工程師、區(qū)域銷售工程師、資深區(qū)域銷售經(jīng)理等職務，在測試測量和工業(yè)自動化領域擁有多年行業(yè)經(jīng)驗。
