主页 解决方案 交通运输 案例分析 福特借助NI VeriStand和INERTIA附加软件部署燃料电池测试系统

福特借助NI VeriStand和INERTIA附加软件部署燃料电池测试系统

Todd VanGilder - Genuen

“NI VeriStand和INERTIA附加软件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插件架构可以帮助我们自定义环境，从而满足福特的特定应用需求。”

- Todd VanGilder，Genuen

挑战：

创建一个硬件在环(HIL)测试系统，对福特汽车公司开发的客运车辆燃料电池进行仿真、控制、监测。

解决方案：

福特汽车公司基于NI VeriStand实时测试环境、Wineman Technology公司的INERTIA控制软件附加软件以及NI PXI硬件测试系统构建了测试系统，从而能够在单一测试系统中测试各种燃料电池。

作者：

Todd VanGilder - Genuen。
Todd VanCamp -福特汽车公司

 

 

 

燃料电池是一种电化学装置，可将氢气和大气中的氧气转化为电能和水。福特汽车公司正在努力使燃料电池成为新的客运车辆能源。燃料电池研究需要一个测试系统来：

  • 对燃料电池的车辆输入进行仿真
  • 控制和监测燃料电池及周围的系统
  • 采集分析数据
  • 轻松适应未来的燃料电池原型

 

燃料电池需要精确的传入资源控制，以及均衡的温度、流量和冷却液压力控制。发动机控制单元(ECU)通过电子方式控制燃料电池，响应驾驶者的输入指令。ECU通过传入和传出控制器区域网络(CAN)的总线信号来实现闭环控制。在完成新燃料电池原型开发之后，福特燃料电池开发团队需要快速调整测试平台配置以适应新的燃料电池。

 

 

 

 

构建完整的软硬件解决方案

福特汽车公司选择NI合作伙伴Genuen(之前名为Wineman Technology)的产品，开发了软件解决方案，能够提供基本控制、数据采集以及系统架构监测功能。我们选择NI VeriStand和INERTIA实时控制附加软件进行开发和部署，因为它们提供了易于使用的测试软件环境。硬件方面，我们选择了NI PXI、SCXI、NI可重配置I/O(RIO)现场可编程门阵列(FPGA)模块和EtherCAT分布式I/O设备，为HIL系统提供模块化平台。使用NI VeriStand API，我们为用户界面创建了自定义LabVIEW应用程序，以提供更大的灵活性。

 

 

 

 

 

开发实时软件应用

NI VeriStand与实时PXI提供了可进行实时数据记录的确定性控制功能。NI VeriStand INERTIA实时控制附加软件支持多模比例积分微分，有利于在温度、压力和流量控制模式之间动态切换。

 

借助NI VeriStand插件架构和现成即用的特性，我们创建了特定应用的软硬件功能。这些插件是完全集成在应用中，与其他NI VeriStand特性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)插件。这两种插件能够运行需要实时条件响应的重要功能。

 

警报矩阵插件监视通道和车辆系统状态。警报矩阵根据可自定义的警报级别和车辆系统状态，来执行操作并减少VSC系统输出。VSC插件作为燃料电池系统的一个网关，对车辆ECU进行仿真。VSC主要接收燃料电池系统的电源和冷却请求，验证系统条件以提供所要求的电平，并通过CAN总线请求获得所需电平或将报告发送回燃料电池系统。

 

与车辆模型连接

我们使用NI VeriStand来连接自定义NI LabVIEW代码和MathWorks公司MATLAB®开发的模型，以及在其他开发环境中创建的编译模型。我们将CAN数据库上传至NI VeriStand环境，将信号连接至模型输出。当模型运行时，它会执行实时逻辑，确保电子负载处于正确的状态。

 

在下一次迭代中，福特选择了Dynacar，这是一个用于整车仿真的NI VeriStand附加软件，您可以使用该软件来选择要将燃料电池用于哪些目标车辆。福特的工程师可以使用下拉菜单来配置仿真器，无需复杂的模型即可准确还原目标车辆。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，在循环中加入真实的驾驶者。这意味着他们无需离开测试平台，就能在车辆实际行驶过程中评估系统。

 

 

自定义用户界面

我们创建了一个自定义LabVIEW应用，以动态配置NI VeriStand，并根据连接到系统的显示器数量为用户提供一系列的工具和I/O屏幕。这些屏幕和工具能够提供自定义GUI功能和显示，以满足福特对应用的需求，还能够与NI VeriStand功能互动（如信道配置、校准、计算信道）以及测试配置文件生成。

 

快速更换新燃料电池的传感器

每个新燃料电池原型使用的传感器各不相同，所以测试平台最主要的需求就是无缝更换传感器。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。要弄清这种关系，就必须记录和同步测试平台数据。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，将传感器连接到机箱。因此，技术人员可在测试平台运行时将下一个待测燃料电池连接上去，从而节省时间和资源。这也意味着我们可以通过NI VeriStand内的EtherCAT设备设置，更新每个新燃料电池的传感器列表。

 

始终坚持交付复杂测试解决方案

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。福特拥有悠久的高性能实时控制和数据采集系统开发的历史，与NI合作关系密切，并且对NI的实时硬件和软件平台有着深入的了解，因此能够创建先进、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公司的注册商标。

 

作者信息：

Todd VanGilder，Genuen
Genuen
1668 Champagne Dr
Saginaw, MI
电话： 248.922.9062

todd.vangilder@genuen.com

        图1. 福特汽车公司需要一个灵活的HIL测试系统来评估客运车辆的燃料电池。
        图2. Wineman Technology构建了一个一站式解决方案，将NI VeriStand、INERTIA实时控制、PXI、SCXI、R系列模块与FPGA和EtherCAT分布式I/O集成在一起。
        图3. 我们开发了自定义LabVIEW应用，以编程方式根据需要显示适当的工具和I/O屏幕。