张虎：功率级/机械级半实物在环测试系统在商用车开发中的应用

专题：2024中国商用车论坛

　　2024年3月26日-28日，2024中国商用车论坛在湖北省十堰市举办。本届论坛由中国汽车工业协会主办，以“新步伐•新成效•新提高，助力商用车产业高质量发展”为主题，基于行业高质量发展要求、国家“双碳”目标实现、汽车产业转型和创新需要，以创新促改革、促转型、促发展，助力商用车产业高质量发展。其中，在3月28日下午举办的“主题论坛六：新产品、新技术助力商用车供应链创新发展”上，苏州英特模科技股份有限公司研发部总工张虎发表精彩演讲。以下内容为现场发言实录：

　　各位领导嘉宾下午好，我来自苏州英特模，苏州英特模是一家做测试服务和测试装备的公司。刚才很多嘉宾都讲到供应链，我总结一下大家对供应链的诉求，第一个是自主可控，我们英特模的半实物在环测试解决方案是自主研发的，包括其中最关键的主控软件和高精度高动态的加载台架。对供应链的第二个诉求就是降本增效，我们在研发新产品，新技术的时候，这个研发的投入是非常高的，特别是现在低碳动力、智能网联，智能底盘，智能座舱等各种新技术层出不穷。因此，一方面要提高研发效率，研发效率我们希望在很多时候，在只有零部件的状态下，或者只有个别零部件的状态下，就可以完成针对整车工况的一些功能、性能测试评价和匹配优化，把问题发现在前面，这样去提高研发效率。第二个方面，需要降低成本，如果企业在面对一些创新的、紧急的研发测试需求时，可以不自己建设台架，由我们英特模这样的第三方机构提供研发测试服务给企业。

　　下面引入正题，今天我汇报的题目是功率级/机械级半实物在环测试系统在商用车开发中的应用。首先，为什么要用这个半实物在环测试系统，同时它是一个什么样的系统？

　　大家在零部件或者控制器开发过程中，我们经常会遇到这样一些问题，比如说我有一款发动机已经开发好了，我希望知道这款发动机匹配不同变速箱，匹配不同车辆的时候，整车的动力性，经济性，排放怎么样？也就是，在只有零部件，没有整车的条件下，怎么样去提前评估零部件在整车状态下的一个表现，这是一个要解决的问题。

　　还有一个问题，比如说我的发动机和变速箱已经研发好了，但是发动机和变速箱的很多控制，是要双方协调的。发动机和变速箱是动力域内的协调控制，现在动力域、底盘域和智驾域，跨域之间也有很多需要互相协调控制的场景。现在的解决办法是这些零部件和总成上车后再一起做联合调试和联合标定，问题只能在上车后暴露和解决，影响开发周期。因此，在只有零部件和总成，没有整车的条件下，能不能对其控制策略以及性能做提前的测试评估和匹配优化，也是一个问题。

　　还有一个问题，就是很多复杂的功能，如果我们需要整车在道路上做测，由于很多外部环境因素不可控，不可重复，其实是效率很低的，比如说混合动力模式切换控制。同时，针对极端工况，失效工况，在道路上做测试本身就面临一个安全问题，特别是智能驾驶。

　　面对上述我们开发中的问题，对我们测试系统来讲，就是要实现两个功能。第一，在只有真实零部件的状态下，我们在实验室环境里面创造一个外部环境，让零部件能够像运行在整车环境下一样。第二，我们在实验室环境里面，高效、安全地创造复杂功能和失效模式的激活条件，创造极端工况，同时让它工作在我们创造的这个环境里面。如果这两个功能可以实现，就可以解决我们刚才讲到的开发中遇到的一些问题。

　　我们怎么做呢？其实就是我们这里面讲的半实物在环仿真测试系统，英文简称X-in-the-loop test system。这里X是被测对象，可以是发动机，可以是燃料电池，也可以是一辆整车，loop就是包括X在内的整个测试系统。X-in-the-loop的核心是虚拟和真实结合，X是真实的，loop内除了X以外的部分，也就是被测件的外部环境是模拟的。通过把真实的被测件实物和模拟的外部环境，构成一个虚实结合的“整车”，就可以实现下述两点：第一，在只有真实零部件和总成（也就是被测件）的条件下，对被测件进行一个整车运行条件下的测试和验证，不断的把测试前移；第二，被测环境是模拟的，因此是可控的，重复性好的，同时也非常容易实现复杂、极端和失效工况的模拟，提高我们研发和测试的效率和安全性。

　　接下来，介绍半实物在环测试系统的应用实践。

　　半实物在环仿真测试系统，可以应用在各个零部件和总成的测试中，可以是发动机，燃料电池发动机，驱动电机，电池，热管理系统，底盘系统，智驾系统，也可以是多个系统的组合。下面我会以驱动电机为例，介绍不同层级的半实物在环测试系统。

　　首先，是驱动电机控制器的信号级在环测试系统。这里面被测件是电机控制器的控制部分，即不包含功率模块。测试内容包括控制器信号级硬件输入输出测试，驱动电机控制器信号级功能测试（包括故障注入等），以及驱动电机在整车运行工况下的控制（例如电池包低温）。为了实现上述测试内容，将驾驶员，环境，以及车辆中的VCU，电池包及其BMS，电机控制器功率模块和电机本体，减速器及传动系统，制动系统及其控制器，道路阻力等进行仿真建模，将构建的虚拟模型与真实的电机控制器控制部分集成，从而建成驱动电机控制器的信号级在环测试系统。这里，虚拟模型和真实被测件之间，通过信号级I/O和通讯实现连接。

　　接着，如果电机控制器的功率模块也已经具备，被测件就是完整的电机控制器。这里测试内容包括控制器功率级硬件输入输出测试，驱动电机控制器功率级功能测试（包括故障注入等），以及驱动电机在整车运行工况下的控制（例如电池包低温）。为了实现上述测试内容，将驾驶员，环境，以及车辆中的VCU，电池包及其BMS，电机本体，减速器及传动系统，制动系统及其控制器，道路阻力等进行仿真建模，将构建的虚拟模型与真实的电机控制器集成，即可建成驱动电机控制器的功率级在环测试系统。这里，虚拟模型和真实被测件之间，除了信号级I/O、通讯之外，还需要功率加载设备（这里是电池模拟器和电机模拟器）实现两者之间的连接。

　　再进一步，电机本体已经制造完了，这时被测件就是完整的驱动电机。这里测试内容包括驱动电机的功能测试、性能测试、耐久测试，以及该电机匹配整车后在整车工况下的性能测试评估和匹配优化。为了实现上述测试内容，将驾驶员，环境，以及车辆中的VCU，电池包及其BMS，减速器及传动系统，制动系统及其控制器，道路阻力等进行仿真建模，将构建的虚拟模型与真实的电机集成，即可建成驱动电机的机械级在环测试系统。这里，虚拟模型和真实被测件之间，除了信号级I/O、通讯之外，还需要功率加载设备（这里是电池模拟器）和机械加载设备（这里是测功机）实现两者之间的连接。

　　更进一步，驱动电机及其减速器、传动系统，电池包及其BMS，VCU等都已经初步完成开发。这里希望完成的测试内容，包括驱动电机控制器与BMS和VCU的联合调试和匹配，以及进一步对被测总成在整车状态下性能进行测试评估和匹配优化。为了实现上述测试内容，这里只需要对驾驶员，环境，制动系统及其控制器和道路阻力等进行仿真建模，将构建的虚拟模型与真实的驱动电机及其减速器、传动系统，电池包及其BMS，VCU集成，即可建成动力域的机械级多电联调测试系统。这里，虚拟模型和真实被测件之间，除了信号级I/O、通讯之外，还需要机械加载设备（这里是轮边测功机）实现两者之间的连接。

　　再进一步，如果动力总成和底盘域的转向、制动系统都初步完成了开发，这里希望完成的测试内容，包括动力域和底盘域的联合调试和匹配，以及进一步动力总成和底盘在整车状态下的性能进行测试评估和匹配优化，特别是需要动力域和底盘域互相协调控制的场景。例如，车辆转向的时候，可以通过控制转向系统，改变车轮转角，来控制车辆横向运动状态，这是底盘域的范畴；也可以控制左右车轮的轮端扭矩，或者前后车轴的扭矩分配等，来控制车辆横向运动状态，这是动力域的范畴。这里需要对驾驶员，环境，轮胎和道路等进行仿真建模，将构建的虚拟模型与真实的动力总成和底盘集成，即可建成动力底盘在环测试系统。该动力底盘在环测试系统，除了实现动力总成和底盘的联合测试，也可以实现动力总成和底盘的单独测试。这里，虚拟模型和真实被测件之间，除了信号级I/O、通讯之外，同样需要机械加载设备（这里是轮边测功机，转向负载模拟系统等）实现两者之间的连接。

　　最后，整个车辆都已经具备，希望在实验室环境内实现复杂、极端和失效工况的测试，实现跨域联合调试。因此，构建整车在环测试系统，这里需要对轮胎和道路等进行仿真建模，将构建的虚拟模型与真实的整车集成。这里整车中的轮胎并不会像真实运行状态下一样工作，因此轮胎依然是模型。这里，虚拟模型和真实被测件之间，除了信号级I/O、通讯之外，同样需要机械加载设备（可以是四驱动力总成台架+转向负载模拟系统，也可以是可转向整车转毂）实现两者之间的连接。

　　最后，简单总结。上述半实物在环测试系统即可以应用于乘用车，也可以应用于商用车。面对，商用车不断进行低碳化和智能化升级的趋势，我们可以构建燃料电池发动机在环测试系统，低碳燃料内燃机在环测试系统，燃料电池汽车多电联调系统，商用车动力底盘在环测试系统，商用车整车在环测试系统等。

　　最后，和大家分享一个视频，这个是我们给某主机厂做的一个智能驾驶整车功能的测试。首先，将车辆开到实验室里面一个可以转向的转毂上；接着，构建虚拟的环境和智能传感器模型，并将模拟的摄像头数据，雷达数据等注入智能驾驶域控制器，让智能驾驶的整车以为运行在仿真的环境中。这样，通过改变仿真的场景，就可以在实验室环境里面做各种智能驾驶功能的测试。

　　非常感谢，欢迎交流。

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