直供中国*销售Proxitron IKB 080.38G
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nVent PXI Express系统的模块化设计
PXI Express系统分为两个部分。其中一个部分包括功能板卡(处理器卡、测量卡、I/O卡),这些板卡可以根据应用的不同进行组合,用以实现系统的目标功能。第二个部分由PXI Express机箱组成。它提供了运行以上板卡所需的基础设施,如机械外壳、背板、冷却系统、电源等。测试设备制造商更偏爱机箱解决方案,采用成熟的机箱平台来实现模块化,只需细微的调整即可适应不同的应用需求。基于各种标准件来打造模块化机械平台也有利于系统架构的灵活性,能够快速、轻松地完成定制,降低成本、交付周期和风险。
COM解决方案的模块化设计
不少设计师面临两难选择,模块化方式无法匹配其应用,而定制主板开发又价格高昂、上市时间过长。对于应用要求中小批量部署的情形,基于模块化单板计算机(例如标准计算机模块)的方法在开发时间和成本上优势尤为显著。另外模块化COM解决方案,机箱本身必须与载板的COM模块设计保持一致。采用参数化模型的机箱平台可以轻松适应COM模块和载板及其接口对高度、宽度和深度尺寸的严苛要求。例如,通过联锁设计,可以满足众多应用中对稳定性和EMC屏蔽的要求,这一设计可以安装在测试设备或控制柜中、也可以直接安装在机器上或作为便携式设备的一部分。冷却解决方案以及电源同样会有多种配置以满足不同环境下的应用要求。
nVent VPX系统的模块化设计
恶劣的环境对机械系统的抗冲击和振动载荷指标提出了特殊要求。在这种情况下,用户会倾向于使用模块化插箱解决方案,它包含了量的标准组件选项且可满足更高负载的要求例如,使常规系统能同时承受高达2G至40G的冲击和振动。这些机架还应能灵活地调整EMC屏蔽设置、开孔、油漆和印刷以及表面处理。在冷却方面,VPX规格提供了从对流风冷、物理热传导到液体冷却等各种散热技术。选用硬件冗余和硬件管理系统可在极的条件下保证系统*运行。电池动力总成技术和内燃机(ICE)动力总成技术从根本上来说是截然不同的。因此两种技术需要一系列截然不同的流程和测试方法。当这两种技术融合到混合动力汽车(无缝集成)时,测试时间和成本有可能会幅增加。
ICE*是物理测试,测试内容是燃烧机械、压力、温度、流体、机械连接和动力传递、排气控制等,通过涡轮增压器和增压器以及其他方法提高燃烧室的爆炸效率或能量,将线性活塞运动转换为旋转扭矩,并使用飞轮来平衡能量输出。
而电动动力总成则*是电气测试,测试的是电力电子和开关频率、电压和电流、感应和反电动势;电池容量、放电率、逆变器和转换器的热管理以及再生功率调节;电动机/发电机的相角和层压板几何形状以及磁铁位置和磁通线。
当两种技术以各种方式组合成混合动力系统时,就需要进行集成测试,包括管理ICE和电子元件之间相互作用的控制方案、状态图以及规则,以保系统能够在所有驾驶条件和场景下做出适当响应。
混合动力汽车(任何组合方式)比任何ICE或纯电动汽车(BEV)都更为复杂。
图1.传统内燃机动力总成和纯电动力总成之间的各种组合构造。
日益复杂的系统所包含的组件也在不断增加,这意味着故障概率增加了。对于测试工程师来说,这是1 + 1 >> 2。他们不仅要执行传统的ICE测试,还必须对电动动力系统执行新的且要求更高的子系统测试。测试工程师还必须设计广泛的集成测试覆盖范围,以保两种技术无缝协同工作,提供混合动力汽车设计时所期望的效率、性能和驾驶体验。
满足混合动力电动汽车测试需求
电动动力总成部件正在推动更复杂的测试需求。测试工具正在不断发展以跟上需求变化的步伐。测试工程师也必须紧跟不断发展的技术,才能满足汽车行业由于高速创新和新技术引入所带来测试要求变化。以下是电动动力总成部件所引入的一些新测试要求,以及不断进步和完善、能够满足这些要求的测试工具
更高保真度且更复杂的建模
相比ICE,电动机和逆变器的响应速度更快,且在其工作范围内表现出高度非线性特征。来自ECU的控制信号非常快(2-20kHZ),电机模型需要以高出100倍的速度运行(200kHz至2MHz),以便在硬件在环(HIL)测试中准地表示系统。如果是在用于ICE HIL基于处理器的实时系统上,这是无法高效实现的。因此,NI等测试系统提供商正在开发基于FPGA的仿真工具,以在所需的微秒循环速率下运行使用电子建模工具创建的模型。斯巴鲁已经成功实现了这样一个系统,测试时间幅缩短,仅为在测功机上进行等效测试所需估计时间的1/20。
功率测试
通常,ECU和逆变器封装在一起,使得信号电平(-10到10V和几mA)的测试变得非常困难。在全功率下进行测试,拉灌实际电流要比把组件拆开进行测试要方便得多。但是,这意味着在高达200千瓦的功率电平下进行测试。这么的功率电平需要使用能够提供通道间隔离的设备和电源,可以吸收和提供如此规模的动态负载,例如NI联盟商Loccioni为法拉利混合动力跑车的Magneti Marelli逆变器开发的终逆变器测试平台。
电池模块/电池组验证
电池,尤其是高容量插入式混合电池,必须在单元、模块和电池组别上分别进行特性分析。电池单元以串联/并联方式组成电池组,需要测试的电压范围高达0-800V以及相对于共模电压的测量精度要求非常高,这些测试可能非常困难(或非常昂贵)。
图2.电池组架构(单元、模块、电池组)和所需的电压电平测量范围
该电池组实际上拥有自己的ECU,也就是电池管理系统(BMS),不仅需要对模拟电池组进行组件测试(比如使用NI联盟商Bloomy开发的这一BMS测试解决方案),在其上运行控制算法和函数,也需要在子系统别下对实际电池组进行测试。这些测试发生在热室中,因为电池的工作特性非常程度依赖于温度。测试包含特性分析和耐久性测试两个方面,因为电池组性能的核心属性是充电/放电行为和整个生命周期内以及在各种温度条件下的循环时间(电池组在各种气候条件下正常使用的持续时间)。为了在可接受的时间内完成测试并具有统计意义,汽车制造商正在并行测试许多(数十到数百个)电池组。高效地管理这些测试装置、生成的数据以及保数据的可追溯性和测试数据有效性的置信度,需要门为此设计测试自动化、系统管理和数据管理工具。
随着汽车变得更加智能,现代汽车正在经历一场巨的变革。电气化、主动安全和V2X等趋势将改变我们对交通运输和生活方式。一开始的备用摄像头和停车辅助等便利功能现在已演变成紧急制动等救生功能。汽车也正在成为它们自己的微电网,不仅能够存储能量,还能通过再生制动等技术恢复能量。但强的力量也伴随着巨的责任。这一责任直接置于汽车测试部门的肩上,他们必须开发测试功能来保这些系统的质量、可靠性和安全性。本文将探讨这些趋势所带来的汽车挑战,以及测试工具如何不断发展才能跟上创新的步伐。
加强所有汽车的安全性和机动性
每年交通事故造成超过125万人死亡,数百万人受伤1。随着汽车朝着自动驾驶方向发展,驾驶员通过*进的驾驶辅助系统(ADAS)获得了更高的安全性。为减少交通事故死亡率和改善机动性所做的努力将产生巨的潜在影响,但不幸的是,今天进行上路测试的自动驾驶汽车却增加了这一交通事故率。为保这些汽车比人类驾驶员更安全,必须进行更严格的测试,提供可信赖且可溯源的结果,以验证多个子系统和软件算法是否正常运行。
自动驾驶汽车将产生的量数据(系统必须模拟行驶1.4亿公里,以证明它们与人类驾驶员一样安全),但采集数据并不是主要挑战。这些安全系统的重要性要求对细节极度关注,以及能够通过数据分析测试期间出现故障的切原因。在测试过程的任何步骤中,不善的数据管理都会导致产品开发出现问题或得出错误的结论。为了快速获得所需的信息、保持可追溯性并基于数据做出决策,工程师必须能够对车辆测试产生的数TB数据进行搜索、处理并生成报告。
电气化的角逐
超过五分之一的温室气体是由交通工具排放的2。对气候变化日益增长的担忧要求汽车制造商遵守更严格的燃油效率法规,以减少二氧化碳排放。此外,各国政府都宣布要求在特定日期之后只能出售一定数量的内燃机汽车,甚至禁止出售内燃机汽车。例如,德国和英国分别定了2030年和2040年之前禁止销售新汽油和柴油车辆的后期限。
图1.汽车制造商正在竞相设计更智能的动力总成系统,以符合严格的燃油效率法规。
在重新设计智能动力总成系统方面,混合动力和全电动汽车处于先地位。汽车动力总成的电气化提供更动力、更低排放和更舒适的驾驶员体验,但是高功率电子设备和更快的控制速率使这些部件非常难以验证。尤其是混合动力电动汽车集成了两种不同的动力总成技术,增加了测试的复杂性。例如,电池组必须在各种情况下特性分析,因为电荷和放电特性在很程度上取决于温度,而且电池组必须在设计的规格内安全地工作而不影响其他子系统。为了满足受到行业竞争和政府法规推动而日益紧迫的上市时间要求,以及应对日益增加的测试复杂性,汽车制造商必须采用具有高度混合I/O、更高频率和分辨率以及更高电压和电流的灵活测试系统来测试机械和电力电子元件。
电动汽车的增长也震动了汽车供应链。 OEM采购经理正在寻找可以提供更多电动汽车零件的供应商。 LG是汽车供应链的新成员,为雪佛兰沃尔特提供超过50%的零件,包括电池、几乎整个动力总成、连接和信息娱乐模块。虽然机械部件仍然很重要,但它们可以快速商品化,传统的一供应商正在进行创新以保持差异化。由于他们采用新技术来开发业化产品,因此测试部门也试图让相同人员操作相同的设备来满足新的测试要求。测试经理可以使用针对特定应用的工具来完善现有测试配置,提高效率,这些工具可以动态地进行重新配置,使更多用户能够获取关于特定测试的重要信息。
汽车是新型智能手机吗?
汽车早就不再是从A点到达B点的一种交通方式。私家汽车购买和使用方式的演变过程与智能手机的发展类似。尽管燃油效率、性能和价格等实际因素仍然是重要的考量因素,信息娱乐、驾驶员辅助和连接(即汽车的软件和体验)正在来多地影响消费者的购买决定。汽车制造商正在利用其他行业的创新来获得竞争优势,并满足客户对新功能不断增长的需求。主动安全系统正在利用雷达、摄像机和激光雷达等航空航天/国防工业的技术,并结合传感器融合方法,使汽车能够更全面地了解周边的环境。随着工程师加入功能丰富(包括音频、视频、RF和无线以及车载通信)的信息娱乐系统,汽车和消费电子产品之间的界限已然变得模糊不清。
图2.现代车辆结合了航空航天、能源和移动设备等其他行业的技术,增加了测试的复杂性。