福特​公司​使用​NI VeriStand​和​INERTIA​附件​部署​燃料​电池​测试​系统

Michael P.C. Cornwall, Wineman Technology, Inc.

"NI VeriStand​和​INERTIA​附加​工具,​为​我们​提供​了​易​于​使用​的​工具,​用于​开发​和​部署​HIL​测试;​而​NI VeriStand​的​插​件​式​架构​为​我们​提供​了​自​定义​环境,​能够​满足​福特​特定​的​应用​需求。" ​

- Michael P.C. Cornwall, Wineman Technology, Inc.

挑战:

创建​一个​硬件​在​环​(HIL)​测试​系统,​使​其​能够​仿真、​控制、​监测​福特​汽车​公司​开发​的​乘​用​车辆​燃料​电池。 ​

解决​方案:

由于​采用​基于​NI VeriStand​的​实​时​测试​环境,​Wineman Technology​公司​的​INERTIA​控制​附加​软件​以及​NI PXI​的​硬件​测试​系统,​使​福特​能够​只在​一个​测试​系统​平台​中​就​可以​测试​各种​燃料​电池。 ​

作者:

Michael P.C. Cornwall - Wineman Technology, Inc.
​Todd VanGilder - Wineman Technology, Inc.
​Darryn La Zar - Wineman Technology, Inc.
​Todd VanCamp - Ford Motor Company

 

 

 

简介

燃料​电池​是​电化学​装置,​可​将​氢气​和​大气​中的​氧气​转化​为​电能​和​水。​福特​汽车​公司​正在​寻求​将​它​作为​驱动​乘​用​车辆​的​替代​能源​的​方法。​燃料​电池​的​研究​需要​一个​测试​系统来

 

  • 仿真​输入​到​燃料​电池​的​车辆​运行​信号
  • 监​控​燃料​电池​及​周围​的​系统
  • 获取​分析​数据
  • 轻松​适应​未来​的​燃料​电池​原型

 

燃料​电池​需要​精确​的​输入​资源​控制,​比如​均衡​的​温度、​空气​流量​和​冷却​液​压力​控制。 发动​机​的​电子​控制​单元​(ECU)​电子​控制​燃料​电池​响应​驾驶​者​的​操作​意图。 ECU​通过​控制器​区域​网络​(CAN)​总​线​的​输入​输出​信号 实现​闭​环​控制。​在​完成​新​燃料​电池​原型​开发​之后,​福特​燃料​电池​开发​团队​必须​快速​调整​试验​台​的​配置​以​适应​新​燃料​电池​的​特性。

 

 

 

构​建​一个​完整​的​软​硬件​解决​方案

福特​汽车​公司​选择​Wineman Technology​的​产品,​开发​了​能够​提供​基本​控制、​数据​采集​以及​系统​构​架​监测​的​软件​解决​方案。 NI VeriStandINERTIA 实​时​控制​附加​工具,​提供​了​易​于​使用​的​测试​软件​环境,​因此​我们​选择​了​它们​进行​开发​和​部署。 在​硬件​方面,​我们​选择了NI PXISCXI、NI​可​重​配置​I/​O(RIO)​现场​可​编​程​门​阵列(FPGA)模​块,​以及​EtherCAT​分布​式​I/​O​设备,​为​HIL​系统​提供​一个​模​块​化​的​平台。 使用​NI VeriStand API,​我们​创建​了​一个LabVIEW自​定义 的​用户​界面,​具有​更高​的​灵活​性。

 

开发​实​时​软件​应用

NI VeriStand​与​实​时​PXI​提供​了​带有​实​时​数据​记录​的​确定​性​控制。 NI VeriStand INERTIA​实​时​控制​附加​工具​提供​了​多种​模式​的​PID​控制​方法,​有利​于​温度、​压力​和​流量​等​控制​模式​之间​的​动态​切换。

 

借助​于​NI VeriStand​插​件​构​架​和​现成​即​用​的​特性,​我们​创建​了​特定​应用​的​软​硬件​功能。 这些​附件​软件​完全​集成​在​应用​中,​和​其他​NI VeriStand​特性​一样,​拥有​相同​的​确定​性​性能。 我们​创建​了​增强​警报​功能​(警报​矩阵)​插​件​和​用于​仿真​目标​ECU​输出​的​车辆​系统​控制器​(VSC)。​这​两​种​插​件​能够​运行​需要​实​时​条件​响应​的​重要​函数。

 

警报​矩阵​插​件​监视​通道​和​车辆​系统​状态。 警报​矩阵​根据​可​定义​的​警报​级别​和​车辆​系统​状态,​执行​操作​并​减少​VSC​系统​输出。 VSC​插​件​作为​燃料​电池​系统​的​一个​网​关,​仿真​车辆​ECU。 VSC​负责​接收​燃料​电池​系统​的​充电​和​冷却​请求, 根据​车辆​系统​状态​来​确定​所​要求​的​警报​级别,​并​通过​CAN​总​线​请求​需求​警报​的​级别​或​反馈​回​燃料​电池​系统。

 

连接​车辆​模型

我们​使用​NI VeriStand​连接​自​定义​NI LabVIEW​代码、​MathWorks​公司​MATLAB®​开发​的​模型,​以及​其他​开发​环境​中​创建​的​编译​模型。 我们​将​CAN​数据​库​文件​上​传​至​NI VeriStand​环境,​并​配置​其中​的​信号​关联​至​模型​的​输出​通道。 当​模型​运行​时,​它​会​执行​实​时​逻辑​运算,​以​确保​电子​负载​处于​正确​的​状态。

 

在​下​一​循环​中,​福特​选择了Dynacar, 一​款​针对​整​车​仿真​的​NI VeriStand​附加​软件​工具 ,​你​可以​用​它​来​选择​目标​车辆 以​匹配​所要​测试​的​燃料​电池。 福特​的​工程​师​可以​使用​下​拉​菜单​来​配置​模拟​器,​因而​无​需​建立​复杂​的​模型​就​可以​重建​接近​真实​的​目标​车辆​仿真​模型。 通过​将​Dynacar​添加​至​系统,​福特​燃料​电池​开发​团队​可以​使用​必要​的​硬件,​将​实际​驾驶​员​模型​包含​在​循环​中。 这​意味​着​他们​无​需​脱离​试验​台,​就​能​以​车辆​实际​行驶​条件​去​评估​燃料​电池​系统。

 

 

自​定义​用户​界面

我们​创建​了​一个​自​定义​的​LabVIEW​应用​程序,​它​可以​动态​配置​NI VeriStand,​并​为​用户​提供​了​一系列​的​工具​和​I / O​显示​控​件。​这些​I/​O​显示​控​件 能够​根据​需求​与​车辆​系统​的​仪表​盘​的​数量​保持​一致。 这些​显示​控​件​和​工具​能够​提供​自​定制​的​图形​用户​界面​(GUI)​显示​功能,​从而​满足​福特​应用​的​需求,​还能够​与​NI VeriStand​进行​交互,​如​信道​配置、​校准、​计算​信道,​并​测试​配置​文件​生成。

 

快速​更换​传感器,​用于​新型​燃料​电池

每​个​新​燃料​电池​使用​的​传感器​根据​着​燃料​电池​原型​的​不同​而​不同,​所以​试验​台​最主要​的​需求​就是​能够​随​传感器​变化​与其​无缝​连接。 传感器​反馈​对于​了解​燃料​电池​与​测试​台​操作​的​相互作用​来说​至​关​重要。 为了​理解​这种​关系,​就​必须​记录、​同步​测试​台​数据。 使用​EtherCAT​分布​式​I/​O​机​箱,​我们​可以​更换​传感器,​并​在​燃料​电池​进入​测试​单元​之前,​将​它们​连接​到​机​箱。 因此,​试验​台​工作​的​同时,​技术​人员​可​将​下​一个​测试​的​燃料​电池​连接​上去,​节省​时间​和​资源。 这​也​意味​着​我们​可以​通过​NI VeriStand​中的​EtherCAT​设备​设置,​更新​每​个​新​燃料​电池​的​传感器​列表。

 

始终​坚持​为​客户​提供​复杂​测试​的​解决​方案

Wineman Technology​公司​与​NI​和​福特​汽车​公司​紧密​合作,​为​复杂​的​车​用​替代​燃料​应用​提供​了​直观​的​解决​方案。 Wineman Technology​公司​拥有​悠久​的​高性能​实​时​控制​和​数据​采集​系统​的​开发​历史,​加上​与​NI​紧密​的​合作​关系 ,​以及​对​NI​实​时​硬件​和​软件​平台​的​深入​了解,​帮助​我们​创建​先进、​强大、​灵活、​用户​友好​的​系统,​满足​所有​福特​汽车​公司​测试​系统​的​需求。

 

MATLAB®​是​MathWorks, Inc.​公司​的​注册​商标。

 

作者​信息:

Michael P.C. Cornwall
Wineman Technology, Inc.
​1668 Champagne Dr
​Saginaw, MI
​Tel: 989-771-3000

图​1. ​ ​福特​汽车​公司​需要​一个​灵活​的​HIL​测试​系统​来​评估​乘​用​车辆​的​燃料​电池。 ​
图​2. ​ ​Wineman Technology​创建​了​一个​即​用​型​解决​方案,​将​NI VeriStand、​INERTIA​实​时​控制、​PXI、​SCXI、​R​系列​模​块​与​FPGA​和​EtherCAT​分布​式​I/ O​进行​集成。 ​
图​3. ​ ​我们​开发​了​自​定义​的​LabVIEW​应用​程序,​以​编​程​方式​显示​所需​的​适当​工具​和​I/​O 显示​控​件。 ​