NI助力Archer Aviation Midnight™快速腾飞

为eVTOL集成测试实验室构建仿真平台

目的

Archer团队在电动垂直起降(eVTOL)飞行器商业化所需的关键技术领域持续创新。团队致力于打造一款专有电力传动系统，该系统在保持较长使用寿命的同时，比市场上现有的产品具有更高的功率密度和效率。动力传动系统将由符合最高安全标准的现有大规模量产电芯供电，保障从电芯到电池组层面的安全。

为满足上述设计规格要求，我们的集成测试团队需提供解决方案，为飞行器开发团队提供快速迭代和改进飞行器系统硬件和软件所需的全部支持。此外，测试解决方案必须为飞行器系统提供相当于真实飞行器接口的仿真环境，并支持从单个系统级别到完全集成飞行器级别的多阶段测试。

最终测试方案应在满足所有测试需求的同时，实现比其他方案更低的资本和运营成本。在航空航天领域中，测试团队必须确保飞行器的最高可靠性和安全性，这是对飞行员和乘客的基本保障。

总体要求和约束

每个控制系统及其组件均由多个实验室的团队设计和建造。这些团队设定了测试参数与预期性能，需由集成测试团队验证。因此，每个单独的组件和子系统必须能够独立进行仿真与测试，同时也需作为集成飞行器的一部分进行测试。

在我们的用例中，部分组件测试系统已组建完毕，相关连接件和线缆已在设施中预先构建完成，需与选定的解决方案配合使用。但为满足开发里程碑的要求，必须按照既定时间表完成完全集成飞行器测试方案的设计、建造与部署。

团队面临的最大交付限制在于可用资源与设计、建造及部署解决方案所需人工工时之间的差距。

仿真要求

测试系统需满足以下全部要求：

• 集成飞行器系统模型以及用于仿真飞行条件的环境模型。
• 监控飞行器的电气信号与通信总线。
• 向各个系统及完全集成的飞行器注入故障，以仿真故障和短路等异常情况。
• 支持在环路中的真实LRU和子系统以及模拟LRU和子系统之间切换。 

仿真硬件平台选择

在针对解决方案选择适合的测试硬件时，团队考虑了以下关键因素：

• 缩短准备时间
• 降低成本
• 熟悉程度
• 平台架构

eVTOL行业作为新兴领域，正处于快速发展阶段。而作为该领域的初创企业，我们面临着诸多挑战。相较于一些老牌航空企业，我们拥有的时间和资金资源较为有限。选择NI的原因之一在于其能够帮助我们最大化资源利用效率，使我们能够在较短的准备期内获取硬件，并通过批量折扣实现相对较低的成本。与最佳替代方案相比，NI解决方案的资本成本降低了约30%。此外，对NI工具的熟悉程度增强了我们对该选择的信心，并使我们能够更高效地根据需求定制系统。

NI SLSC平台与PXI非常相似，因此能够满足我们的全部要求，帮助我们使用各种模块更快地集成和调试系统，同时保持必要的灵活性和可定制性。我们使用SLSC模块实现了连线和故障检测、数字（离散）输出仿真、真实/仿真切换以及可变差分变压器(VDT)仿真。NI LRU测试系统的分线面板也是我们系统的重要组成部分，支持我们监测、仿真并连接所需子系统，同时还能插入系统本身无法生成的故障信号。此外，我们还使用分线面板对系统组件进行自校准。

软件和分布式仿真架构

我们使用仿真和测试系统软件旨在：

• 监控LRU间的信号
• 向LRU注入故障信号
• 部分或完全仿真飞行器LRU
• 通过仪器采集数据

飞行器的飞行合格标准极为严格，我们的测试目标也充分反映了这一点。除了设备支持外，NI还提供了必要的技术支持，帮助我们达成目标。我们可向NI寻求从低到高的一系列技术专业支持，例如关于用户界面输入的软件驱动程序问题，他们均给予了令人满意的答复。

对于分布式仿真架构，我们使用The MathWorks, Inc.Simulink®软件生成自定义模型，并通过NI VeriStand™集成这些模型，从而加快嵌入式软件测试。VeriStand提供了用户界面，简化了I/O通道配置、数据记录和激励生成的操作，并帮助我们实现了数据记录和测试序列的自动化。将Simulink的自定义设备模型导入VeriStand后，我们能够实时执行系统仿真、闭环控制器以及信号分析算法。

利用VeriStand引擎，我们可以通过运行NI LabVIEW代码在不同条件下针对自定义模型执行测试序列。VeriStand引擎设计为独立于用户界面操作实时运行，确保系统的确定性。飞行器飞行过程中，在空中的每一秒都至关重要，因此确定性于我们而言尤为重要。机内操作系统的时间必须保证一定的误差范围，便于我们随时预测误差范围，以获得最大的可靠性。

在仿真环境中驾驶飞行器需要复杂的数据共享框架以及飞行器与测试系统之间的时间同步机制，使其尽可能接近真实的飞行环境。我们使用IRIG-B时间同步协议来实现所需的严格定时，并使用RDMA硬件与NI提供的数据共享框架和RDMA插件在整个系统中实时共享数据。

成果与结果

得益于NI的技术及其团队的专业知识，我们成功构建了3个完全集成的实验室、6个HIL测试台以及多个机械测试台架。我们还在三个月内交付了运营测试件，并达成了项目中设定的所有早期里程碑目标。在Archer，我们雄心勃勃，根据数据做出决策，对自己和客户负责，并且始终全力以赴。于我们而言，找到一个与我们的优先事项一致、并且同样追求卓越工程的伙伴至关重要。我们采用基于LRU测试系统参考架构的模块化方法，可以更加灵活地测试飞行器系统。NI的模块化测试系统及其灵活的软件助力我们的工程师随着需求的变化不断集成并完善系统。

^{Simulink®是MathWorks, Inc的注册商标。}