【摘" 要】新能源汽車(chē)的“三電系統(tǒng)”（電池、電機(jī)、電控）是車(chē)輛動(dòng)力系統(tǒng)的核心，承擔(dān)著能量?jī)?chǔ)存與管理、驅(qū)動(dòng)控制及整車(chē)控制等關(guān)鍵功能。鑒于“三電系統(tǒng)”的高度復(fù)雜性和故障敏感性，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證和故障注入安全測(cè)試至關(guān)重要。然而，當(dāng)前行業(yè)內(nèi)缺乏系統(tǒng)化的正向開(kāi)發(fā)三電系統(tǒng)集成臺(tái)架，單純依賴(lài)部件級(jí)測(cè)試難以全面覆蓋實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中的多樣化場(chǎng)景和工況，而系統(tǒng)級(jí)測(cè)試主要依賴(lài)供應(yīng)商的零部件測(cè)試和整車(chē)測(cè)試，這種做法可能會(huì)嚴(yán)重影響新能源汽車(chē)車(chē)型的開(kāi)發(fā)進(jìn)度和品質(zhì)。為解決這些問(wèn)題，提出一種新的測(cè)試系統(tǒng)：系統(tǒng)層級(jí)在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)（System-Level Hardware-in-the-Loop，S-HIL）。S-HIL測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)將真實(shí)的三電系統(tǒng)高壓部件與仿真的域外被控對(duì)象連接，利用實(shí)時(shí)仿真硬件來(lái)模擬，實(shí)現(xiàn)一種高效且低成本的三電系統(tǒng)高壓部件全面測(cè)試方法。

【關(guān)鍵詞】新能源汽車(chē)；系統(tǒng)集成；高壓系統(tǒng)；硬件在環(huán)；故障注入

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.72" " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（2025）01-0007-07

Research on Integrated Testing Method of New Energy Three Electric System Based on S-HIL

LUO Duanyang，LIU Wenhua，LIU Song

（Geely Automobile Research Institute（Ningbo）Co.，Ltd.，Ningbo 315326，China）

【Abstract】The“three electric systems”（battery，motor，and electronic control）of new energy vehicles are the core of the vehicle's power system，responsible for key functions such as energy storage and management，drive control，and vehicle control. Given the high complexity and fault sensitivity of the“three electricity system”，it is crucial to conduct system level validation and fault injection safety testing. However，there is currently a lack of systematic and positive development of the three electric system integration platform in the industry. Relying solely on component level testing is difficult to fully cover the diverse scenarios and working conditions in actual operating environments. System level testing mainly relies on supplier component testing and vehicle testing，which may seriously affect the development progress and quality of new energy vehicle models. To address these issues，a new testing system called System Level Hardware in the Loop（S-HIL）has been proposed. The S-HIL testing system connects real high-voltage components of the three electrical systems with simulated external controlled objects，and uses real-time simulation hardware to simulate，achieving an efficient and low-cost comprehensive testing method for high-voltage components of the three electrical systems.

【Key words】new energy vehicles；system integration；high voltage system；HIL；fault injection

0" 前言

系統(tǒng)層級(jí)在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)可以承接新能源三電系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及驗(yàn)證測(cè)試任務(wù)，能夠充分驗(yàn)證三電系統(tǒng)軟硬件匹配性，提前識(shí)別系統(tǒng)級(jí)的問(wèn)題，在系統(tǒng)的選型、設(shè)計(jì)變更、性能標(biāo)定和驗(yàn)證、售后問(wèn)題驗(yàn)證、供應(yīng)商質(zhì)量驗(yàn)證等方面有極其重要的作用。本文旨在深入探討系統(tǒng)級(jí)在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)在新能源三電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)踐中的創(chuàng)新應(yīng)用，并強(qiáng)調(diào)其在面對(duì)復(fù)雜多變、需求快速更迭的新能源三電域控制器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中不可或缺的重要地位。

1" 新能源汽車(chē)高壓系統(tǒng)軟硬件集成測(cè)試

當(dāng)前，新能源汽車(chē)高壓系統(tǒng)軟硬件集成測(cè)試驗(yàn)證體系存在不完整性，如圖1所示。測(cè)試體系在零部件層級(jí)主要基于供應(yīng)商或自研零部件的臺(tái)架以及硬件HIL測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證，并依賴(lài)于整車(chē)的性能、功能測(cè)試以及高溫、高濕、高寒條件下的標(biāo)定驗(yàn)證。然而，這一體系缺少了對(duì)高壓系統(tǒng)層級(jí)的軟硬件集成測(cè)試，在電驅(qū)、電池、充配電各子系統(tǒng)測(cè)試之后，高壓系統(tǒng)層級(jí)的測(cè)試用例覆蓋度不足。

目前，高壓系統(tǒng)的診斷驗(yàn)證主要依賴(lài)于整車(chē)驗(yàn)證，然而，在實(shí)際的系統(tǒng)診斷測(cè)試過(guò)程中，由于安全性的考慮或者故障注入的可行性限制，系統(tǒng)級(jí)的診斷測(cè)試無(wú)法實(shí)現(xiàn)100%覆蓋，如圖2所示。某車(chē)型直流快充期間出現(xiàn)快充粘連檢測(cè)誤報(bào)故障，BMS增加診斷窗口優(yōu)化粘連檢測(cè)，關(guān)聯(lián)控制器握手不充分，在直流充電場(chǎng)景兩個(gè)控制器交互時(shí)序存在缺陷；充電樁的繼電器型號(hào)不一致，響應(yīng)的時(shí)間不一致→充電樁繼電器延遲斷開(kāi)，導(dǎo)致繼電器外側(cè)電壓=電池端電壓→快充充電結(jié)束時(shí)，充電模塊給BMS報(bào)“快充繼電器粘連”→車(chē)輛收到電池管理系統(tǒng)上報(bào)故障，點(diǎn)亮故障燈。此案例中BMS和充電系統(tǒng)基于零部件級(jí)的軟/硬件HIL測(cè)試，已100%覆蓋各自需求，涉及到與其他控制器交互及功能，只能在整車(chē)場(chǎng)景下進(jìn)行功能測(cè)試，但無(wú)法遍歷所有的工況場(chǎng)景，特別是一些異常的場(chǎng)景，如案例中充電樁的異常故障注入和壓力測(cè)試。

新能源汽車(chē)在面臨高溫、高寒冷等極端環(huán)境考驗(yàn)時(shí)，三電系統(tǒng)的功能穩(wěn)定性和性能可靠性顯得尤為關(guān)鍵。但由于車(chē)輛駕駛安全、環(huán)境條件或地域限制等因素，整車(chē)功能測(cè)試難以實(shí)現(xiàn)100%覆蓋。特別是反向功能測(cè)試和極限功能測(cè)試，例如在極端山路工況下驗(yàn)證電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)溫保護(hù)，要求坡度達(dá)到20%，同時(shí)環(huán)境溫度需超過(guò)40℃。常見(jiàn)的高溫工況場(chǎng)景見(jiàn)表1。

2" 解決方案

2.1" S-HIL簡(jiǎn)介

S-HIL（System-Level Hardware-in-the-Loop，系統(tǒng)層級(jí)在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)）基于三電系統(tǒng)需求正向開(kāi)發(fā)，包括系統(tǒng)層級(jí)診斷、高壓電性能評(píng)估、系統(tǒng)功能邏輯驗(yàn)證和場(chǎng)景回放等。該系統(tǒng)級(jí)測(cè)試臺(tái)架旨在將整車(chē)高壓系統(tǒng)的測(cè)試驗(yàn)證工作前移，通過(guò)集成的測(cè)試系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)模塊、冷卻模塊、環(huán)境溫度模擬模塊、雙加載測(cè)功機(jī)臺(tái)架模塊和電池充放電模塊模擬整車(chē)環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)新能源高壓系統(tǒng)的電驅(qū)性能測(cè)試、充放電環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試、系統(tǒng)級(jí)故障注入模擬測(cè)試、診斷測(cè)試以及新能源系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)的臺(tái)架回放和故障復(fù)現(xiàn)等功能。S-HIL系統(tǒng)層級(jí)在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)驗(yàn)證規(guī)劃見(jiàn)表2。

2.2" 高壓系統(tǒng)架構(gòu)

圖3展示了某新能源車(chē)高壓系統(tǒng)的架構(gòu)。該圖主要描述了高壓系統(tǒng)的組成部分、各個(gè)高壓系統(tǒng)電氣連接的相互關(guān)系、高壓電的流向以及高低壓電的轉(zhuǎn)換過(guò)程。

2.3" S-HIL關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1" 仿真場(chǎng)景測(cè)試

為了實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景仿真測(cè)試，基于動(dòng)力學(xué)模型、駕駛員模型與電池模型關(guān)聯(lián)，構(gòu)建了一個(gè)綜合測(cè)試系統(tǒng)。這一測(cè)試系統(tǒng)能夠進(jìn)行車(chē)輛道路環(huán)境的實(shí)時(shí)在環(huán)仿真測(cè)試。此外，通過(guò)與臺(tái)架測(cè)功機(jī)、電池模擬器和CMU仿真器的聯(lián)動(dòng)，臺(tái)架能夠真實(shí)地模擬整車(chē)在各種工況下的運(yùn)行情況。如圖4所示，仿真系統(tǒng)通過(guò)模擬駕駛員的操作信號(hào)，向車(chē)輛控制單元（VCU）發(fā)送指令，VCU根據(jù)當(dāng)前工況計(jì)算出所需的扭矩，并將該扭矩發(fā)送給電機(jī)控制單元（MCU），MCU根據(jù)VCU的指令控制電機(jī)輸出相應(yīng)的扭矩；同時(shí)，仿真系統(tǒng)通過(guò)道路阻力模型，實(shí)時(shí)計(jì)算阻力矩加載至測(cè)功機(jī)上。

2.3.2" 自動(dòng)化故障注入

如圖5所示，系統(tǒng)層級(jí)在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)上位機(jī)的控制，能夠向車(chē)輛系統(tǒng)注入預(yù)定義的故障，以模擬實(shí)際運(yùn)行中可能遇到的問(wèn)題。相比整車(chē)實(shí)車(chē)測(cè)試受到安全性、成本和實(shí)際操作條件的限制，SIL仿真測(cè)試則提供了一個(gè)更加高效、安全和經(jīng)濟(jì)的替代方案。系統(tǒng)診斷架構(gòu)如圖5所示。

2.3.3" 場(chǎng)景智能識(shí)別

如圖6所示，該測(cè)試系統(tǒng)能夠應(yīng)對(duì)多個(gè)測(cè)試場(chǎng)景，通過(guò)真實(shí)/虛擬控制器的智能組合，根據(jù)被測(cè)件的測(cè)試需求，自動(dòng)識(shí)別并實(shí)現(xiàn)智能無(wú)縫切換（如電驅(qū)獨(dú)立性測(cè)試、CMU仿真測(cè)試、電池包獨(dú)立測(cè)試、三電系統(tǒng)測(cè)試、充放電測(cè)試和實(shí)車(chē)充放電測(cè)試等）。針對(duì)識(shí)別出的被測(cè)系統(tǒng)，推薦相應(yīng)的測(cè)試用例，并基于這些測(cè)試用例自動(dòng)導(dǎo)入測(cè)試工況、測(cè)試場(chǎng)景和測(cè)試模型，執(zhí)行預(yù)定義的測(cè)試項(xiàng)。

2.3.4" 場(chǎng)景回放

首次針對(duì)系統(tǒng)臺(tái)架開(kāi)發(fā)了場(chǎng)景回放測(cè)試，包括道路場(chǎng)景和充電場(chǎng)景，將離線(xiàn)仿真或道路采集的數(shù)據(jù)（如電門(mén)位置、車(chē)速等）存儲(chǔ)在測(cè)試臺(tái)主控電腦上，測(cè)試臺(tái)能夠自動(dòng)讀取這些數(shù)據(jù)，并按照原始采集頻率對(duì)測(cè)試臺(tái)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)路采數(shù)據(jù)或離線(xiàn)仿真數(shù)據(jù)的測(cè)試臺(tái)復(fù)現(xiàn)。

本方案融合了多年新能源汽車(chē)系統(tǒng)集成測(cè)試的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合了行業(yè)領(lǐng)先的測(cè)試設(shè)備和技術(shù)，是行業(yè)首創(chuàng)的三電系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)。

3" 系統(tǒng)層級(jí)在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)方案

3.1" 方案介紹

如圖7所示，系統(tǒng)層級(jí)在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)由上位機(jī)、下位機(jī)、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、電驅(qū)/電池環(huán)境艙、雙測(cè)功機(jī)臺(tái)架、交直流充電樁模擬器、高精度雙通道電池模擬器、冷卻模塊以及高低壓負(fù)載等多個(gè)部分組成。該系統(tǒng)專(zhuān)為新能源三電系統(tǒng)的高度集成測(cè)試而設(shè)計(jì)，旨在彌補(bǔ)新能源高壓軟硬件系統(tǒng)層級(jí)的驗(yàn)證不足。它重點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)測(cè)試和軟件深度測(cè)試（包括壓力、邊界、故障注入、濫用測(cè)試等），以確保系統(tǒng)臺(tái)架能夠在整車(chē)測(cè)試前進(jìn)行高壓系統(tǒng)軟硬件的聯(lián)調(diào)、故障注入測(cè)試、軟件標(biāo)定和功能成熟度的提升。實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)框圖如圖7所示。

3.2" 多場(chǎng)景測(cè)試

系統(tǒng)層級(jí)在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)具備多種硬件在環(huán)測(cè)試模式。臺(tái)架主控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠靈活配置以支持這些不同的HIL測(cè)試模式，以盡量減少試驗(yàn)操作人員更換試驗(yàn)設(shè)備及重新接線(xiàn)的需要。這些測(cè)試模式包括但不限于場(chǎng)景中被測(cè)系統(tǒng)電池總成（BMS）、VCU、電機(jī)控制器、電機(jī)、ODP、熱管理控制器（實(shí)物），可開(kāi)展BMS、電芯、VCU、電機(jī)及控制器的各類(lèi)故障注入，例如通信類(lèi)、診斷類(lèi)、低壓供電故障注入，絕緣失效模擬，直流母線(xiàn)故障模擬測(cè)試。測(cè)試場(chǎng)景1如圖8所示。臺(tái)架配備主要工作模式見(jiàn)表3。

3.3" 仿真模型

實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中最核心的為仿真模型，新能源三電系統(tǒng)相關(guān)仿真模型有縱向動(dòng)力學(xué)模型、駕駛員模型、制動(dòng)力模型和電池仿真模型。

3.3.1" 縱向動(dòng)力學(xué)模型

新能源三電系統(tǒng)動(dòng)力性主要有最高車(chē)速、加速時(shí)間和最大爬坡度三個(gè)值，汽車(chē)勻速行駛時(shí)要克服來(lái)自輪胎與地面的滾動(dòng)阻力和克服空氣的空氣阻力。在加速過(guò)程或爬坡時(shí)就需額外克服加速阻力及爬坡阻力。汽車(chē)行駛阻力包括滾動(dòng)阻力、空氣阻力、坡度阻力和加速阻力，如圖9所示。

[Ft=Ff+Fω+FI+Fj] （1）

式中：[Ff]——滾動(dòng)阻力；[Fω]——空氣阻力；[Fi]——坡度阻力；[Fj]——加速阻力。將方程轉(zhuǎn)換后得：

[Ttqigioηtγ=Gf+CdA21.15u2a+Gi+δmdudt] （2）

式中：[Ttq]——發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；[ig]——變速器傳動(dòng)比；[io]——主減速器傳動(dòng)比；[ηt]——傳動(dòng)系機(jī)械效率；[γ]——車(chē)輪滾動(dòng)半徑；[G]——汽車(chē)質(zhì)量，g；[f]——滾動(dòng)阻力系數(shù)；[i]——道路坡度；[Cd]——空氣阻力系數(shù)；[A]——迎風(fēng)面積；[ua]——車(chē)速；[δ]——汽車(chē)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；[m]——汽車(chē)質(zhì)量；[dudt]——加速度。

3.3.2" 駕駛員模型

新能源車(chē)駕駛員模型的基本內(nèi)容主要包括駕駛員模型、控制策略、車(chē)輛模型三部分，如圖10所示。

駕駛員模型就是模仿駕駛員操作的數(shù)學(xué)模型，駕駛員模型只需要考慮縱向控制，即油門(mén)踏板開(kāi)度和制動(dòng)踏板開(kāi)度控制。駕駛員模型的本質(zhì)就是駕駛員的期望車(chē)速和當(dāng)前的實(shí)際車(chē)速進(jìn)行油門(mén)踏板或制動(dòng)踏板的控制。

PID模型是由比例單元（Proportional）、積分單元（Integral）和微分單元（Derivative）組成，可以通過(guò)調(diào)整三個(gè)單元的增益系數(shù)Kp、Ki、Kd來(lái)調(diào)節(jié)模型的輸出特性，如圖11所示。

PID算法公式如下：

[ut=KPet+Ki0teτdτ+Kdddtet] （3）

[=KPet+1TI0teτdτ+Tdddtet]" （4）

式中：[Kp]——比例增益，調(diào)適參數(shù)；[Ki]——積分增益，調(diào)適參數(shù)；[Kd]——微分增益，調(diào)適參數(shù)；[Ti]——積分時(shí)間常數(shù)；[Td]——微分時(shí)間常數(shù)；[e]——誤差=設(shè)定值（SP）-當(dāng)前值（PV）；[t]——當(dāng)前時(shí)間；[τ]——積分變數(shù)，數(shù)值從0到當(dāng)前時(shí)間t。

例如自動(dòng)駕駛的ACC巡航功能，如果需要車(chē)輛保持在60km/h的速度行駛，即車(chē)速低于60km/h就讓汽車(chē)加速，車(chē)速高于60km/h就讓汽車(chē)減速。如圖12所示，基于PI控制器即可快速實(shí)現(xiàn)駕駛員的踏板請(qǐng)求計(jì)算。駕駛員期望車(chē)速作為PI控制器輸入，實(shí)際車(chē)速作為系統(tǒng)反饋，經(jīng)PI調(diào)節(jié)后，輸出一個(gè)-1～1的百分?jǐn)?shù)。當(dāng)期望車(chē)速大于實(shí)際車(chē)速時(shí)，PI控制器輸出0～1之間的一個(gè)數(shù)值，代表油門(mén)踏板開(kāi)度請(qǐng)求；當(dāng)期望車(chē)速小于實(shí)際車(chē)速時(shí)，PI控制器輸出-1～0之間的一個(gè)數(shù)值，代表制動(dòng)踏板開(kāi)度請(qǐng)求。具體模型框是積分抗飽和PI控制器。

仿真結(jié)果如圖13所示，對(duì)比輸入車(chē)速偏差信號(hào)（紅色曲線(xiàn)）與輸出踏板開(kāi)度信號(hào)（黑色曲線(xiàn)）發(fā)現(xiàn)，車(chē)速偏差為正值時(shí)，會(huì)請(qǐng)求一個(gè)正的加速踏板開(kāi)度信號(hào)，試圖增大實(shí)際車(chē)速使其趨向于期望車(chē)速，且偏差越大，請(qǐng)求的踏板開(kāi)度越大；車(chē)速偏差為負(fù)值時(shí)，會(huì)請(qǐng)求一個(gè)負(fù)的制動(dòng)踏板開(kāi)度信號(hào)，試圖減小實(shí)際車(chē)速使其趨向于期望車(chē)速，且偏差越大，請(qǐng)求的踏板開(kāi)度越大。以上駕駛員模型輸出符合需求設(shè)計(jì)并測(cè)試通過(guò)。

3.3.3" 電池仿真模型

基于二階RC電池仿真模型，模型具備電池SOC計(jì)算、端電壓計(jì)算、均衡計(jì)算、熱管理等仿真功能，可以與其他標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)進(jìn)行聯(lián)合仿真，搭建不同類(lèi)型、架構(gòu)的新能源車(chē)輛模型，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)層級(jí)在環(huán)測(cè)試。

3.3.3.1" 電池單體模型

如圖14所示，二階RC模型等效電路模型是將電池單體等效成理想電壓源與2個(gè)RC電路和1個(gè)內(nèi)阻R串聯(lián)的電路，計(jì)算不同電流情況下電池正負(fù)端電壓變化情況。

電池的端電壓公式為：

[UL=UOC?IL×R0?UP1?UP2] （5）

Uoc、R0的獲取參見(jiàn)3.4.3.2，Up1和Up2的端電壓表達(dá)式為：

[UP1= ?U1CP1RP1+ILCP1] （6）

[UP2= ?U2CP2RP2+ILCP2] （7）

將其轉(zhuǎn)化為離散形式，由于是在計(jì)算機(jī)中建模，需要將連續(xù)性問(wèn)題轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能夠處理的離散性問(wèn)題。

[UP1k+1=e?Tτ1UP1k?（1?e?Tτ1）RP1I（k）] （8）

[UP2k+1=e?Tτ2UP2k?（1?e?Tτ2）RP2I（k）] （9）

3.3.3.2" 等效模型建模參數(shù)

Uoc是開(kāi)路電壓，可以通過(guò)定量放電然后進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的擱置獲得。R0是電池的歐姆內(nèi)阻，可以通過(guò)脈沖電流加載前后的電壓差除以加載電流獲得。Rp1、Rp2是電池極化電阻。Cp1、Cp2是電池極化電容，可以通過(guò)HPPC工況數(shù)據(jù)在MATLAB的Curve Fitting Tool擬合工具箱進(jìn)行參數(shù)擬合。對(duì)于公式（8）中的時(shí)間常數(shù)τ而言，τ=Rp×Cp。

3.3.3.3" 電池溫度模型

電池溫度模型將電池單體等效為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算電池的產(chǎn)熱量和散熱量計(jì)算電池溫度變化。

[Tcell=Pcooling?PlossMcell×C?eatdt]） （10）

電池產(chǎn)熱包括歐姆內(nèi)阻產(chǎn)熱量、濃差極化產(chǎn)熱量、擴(kuò)散極化產(chǎn)熱量、自放電產(chǎn)熱量：

[Ploss=UR+URC1+URC2+URC3×I] （11）

將電池單體的所有散熱效應(yīng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，等效成一個(gè)等效熱阻，自然對(duì)流散熱、強(qiáng)制風(fēng)冷的散熱過(guò)程等效為不同的等效熱阻值，從而模擬不同的散熱效果。

[Pcooling=Tcell?TAmbRcoef]" （12）

3.3.3.4" 電池包模型

電池單體并聯(lián)仿真只仿真一串的單體，認(rèn)為并聯(lián)的單體狀態(tài)一致。電池單體串聯(lián)仿真：采用向量仿真方式，通過(guò)構(gòu)造NSeries維的均衡電流向量作為電池單體的輸入，仿真所有串聯(lián)單體。充放電仿真：將外部所有充電、放電設(shè)備電流求和作為電池包的輸入。

[Icell=IoutNparalle]" （13）

4" 系統(tǒng)層級(jí)在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐

系統(tǒng)層級(jí)在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)用于新能源汽車(chē)的多合一電驅(qū)系統(tǒng)的多電聯(lián)調(diào)測(cè)試，測(cè)試類(lèi)型包括但不僅限于系統(tǒng)需求驗(yàn)證測(cè)試、電驅(qū)總成的功能測(cè)試、道路循環(huán)工況測(cè)試、電驅(qū)系統(tǒng)的環(huán)境及壓力測(cè)試、系統(tǒng)的故障注入測(cè)試、高低壓供電測(cè)試及高低壓負(fù)載波動(dòng)測(cè)試、交直流充電互操作性測(cè)試及協(xié)議一致性測(cè)試、實(shí)車(chē)故障場(chǎng)景回溯。

4.1" 道路循環(huán)工況測(cè)試

該臺(tái)架可執(zhí)行基于道路循環(huán)工況的測(cè)試項(xiàng)目，如能量流測(cè)試、循環(huán)經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性評(píng)估等，如圖15所示。對(duì)于電驅(qū)動(dòng)總成測(cè)試且無(wú)實(shí)車(chē)VCU時(shí)，工作在車(chē)速-RLS（道路阻力模擬）模式，運(yùn)行車(chē)速循環(huán)時(shí)，在減速階段要求測(cè)試臺(tái)必須能夠運(yùn)行實(shí)車(chē)能量管理策略（主要是收油滑行的制動(dòng)能量回收，以及制動(dòng)時(shí)制動(dòng)能量回收扭矩與制動(dòng)盤(pán)的扭矩分配策略）。由于不同被測(cè)件的管理策略不同，因此要求測(cè)試臺(tái)實(shí)時(shí)機(jī)可以運(yùn)行實(shí)時(shí)仿真模型（例如Simulink模型）以實(shí)現(xiàn)上述功能。

該臺(tái)架可執(zhí)行基于道路工況的動(dòng)力相關(guān)功能測(cè)試，如圖16所示，仿真車(chē)輛關(guān)閉AUTO HOLD功能，坡道緩慢蠕行，不斷增加坡道至15°蠕行停車(chē)，踩油門(mén)有動(dòng)力響應(yīng)；由于蠕行停車(chē)車(chē)輛進(jìn)入電機(jī)堵轉(zhuǎn)狀態(tài)觸發(fā)最大可用扭矩值小于最大蠕行扭矩，可能導(dǎo)致無(wú)法在大坡度上起步，導(dǎo)致動(dòng)力無(wú)響應(yīng)；但通過(guò)系統(tǒng)層級(jí)在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)可以快速實(shí)現(xiàn)復(fù)雜極端工況的標(biāo)定：設(shè)置縱向動(dòng)力學(xué)模型中坡道、車(chē)重參數(shù)，完成特定工況下堵轉(zhuǎn)工況的最大可用扭矩值標(biāo)定。

4.2" 交直流充電功能驗(yàn)證

如圖17所示，臺(tái)架可執(zhí)行交直流充電驗(yàn)證功能，交流充電模擬結(jié)合電網(wǎng)模擬器，可模擬交流充電樁、充電槍及車(chē)輛插座的信號(hào)。電網(wǎng)模擬器可模擬CC信號(hào)、CP信號(hào)及交流充電引導(dǎo)電路；直流充電模擬結(jié)合2個(gè)電池模擬器（1個(gè)模擬直流充電樁，另外1個(gè)模擬電池包），可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流充電的模擬（可驗(yàn)證Boost等功能）。此時(shí)充配電模擬系統(tǒng)主要模擬直流樁的充電引導(dǎo)電路以及非車(chē)載充電機(jī)控制器（用于和BMS交互握手信號(hào)等）。

4.3" 冬夏標(biāo)定驗(yàn)證

該臺(tái)架可執(zhí)行冬夏標(biāo)定驗(yàn)證，如圖18所示，臺(tái)架配備了電驅(qū)環(huán)境艙、電池環(huán)境艙、雙通道水冷機(jī)（通過(guò)使用PID控制器，用戶(hù)可以對(duì)電池amp;電驅(qū)的冷卻進(jìn)行閉環(huán)環(huán)控），可以通過(guò)手動(dòng)/自動(dòng)模擬車(chē)輛在寒冷、高溫環(huán)境下的用戶(hù)日常駕駛狀況，包括高速公路、城市道路、郊區(qū)道路等；例如“低溫電池放電功率”測(cè)試，在（-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、0℃、45℃、50℃）環(huán)境溫度下浸至12h，或電芯最低（低溫）、最高（高溫）溫度達(dá)到環(huán)境溫度；每個(gè)溫度下測(cè)試SOC 90%、50%、20%、3%（純電）4個(gè)點(diǎn)；全油門(mén)加速，測(cè)試以上邊界下電池最大放電功率，單個(gè)工況測(cè)試時(shí)間120s；可以通過(guò)如圖手動(dòng)設(shè)置或者“電池環(huán)境艙自動(dòng)設(shè)置”，“加/減速工況”快速建立自動(dòng)化測(cè)試序列，不受時(shí)間地域的限制。

4.4" 優(yōu)勢(shì)及收益

系統(tǒng)層級(jí)在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)能夠模擬真實(shí)的三電系統(tǒng)高壓部件以及域外被控對(duì)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)三電系統(tǒng)高壓部件的全面測(cè)試，解決了傳統(tǒng)道路測(cè)試中周期長(zhǎng)、成本高、場(chǎng)景有限等問(wèn)題，尤其是那些難以模擬的極端場(chǎng)景，提高測(cè)試過(guò)程的安全性和效率。S-HIL技術(shù)使得試驗(yàn)室能夠24h進(jìn)行各類(lèi)場(chǎng)景的驗(yàn)證，提高復(fù)雜系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和測(cè)試的效率。此外，它不僅深化了測(cè)試場(chǎng)景，還能提高三倍的開(kāi)發(fā)效率，縮短50%的開(kāi)發(fā)周期，節(jié)約80%以上的開(kāi)發(fā)成本。更重要的是，在日益復(fù)雜和高度互聯(lián)的電動(dòng)和智能駕駛電控系統(tǒng)中，S-HIL技術(shù)確保了系統(tǒng)的可靠性和魯棒性。

系統(tǒng)層級(jí)在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)S-HIL已經(jīng)建立了行業(yè)領(lǐng)先的高壓系統(tǒng)整車(chē)-系統(tǒng)-零部件驗(yàn)證體系，具備高壓系統(tǒng)電性能、安全性能驗(yàn)證及評(píng)價(jià)能力。在不同開(kāi)發(fā)階段，都可以對(duì)被測(cè)件進(jìn)行充分的測(cè)試與驗(yàn)證，不斷將測(cè)試與驗(yàn)證環(huán)節(jié)前移，提高研發(fā)效率。S-HIL簡(jiǎn)便地模擬復(fù)雜、極端的外部環(huán)境，不受環(huán)境和樣車(chē)等因素的限制，具有很好的可控性和重復(fù)性，從而提高測(cè)試效率。

5" "結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了系統(tǒng)層級(jí)在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)S-HIL在新能源三電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)。通過(guò)建立行業(yè)領(lǐng)先的高壓系統(tǒng)整車(chē)-系統(tǒng)-零部件驗(yàn)證體系，對(duì)高壓系統(tǒng)的電性能和安全性能進(jìn)行全面驗(yàn)證和評(píng)價(jià)。S-HIL的優(yōu)勢(shì)在于其能夠簡(jiǎn)便地模擬復(fù)雜、極端的外部環(huán)境，且不受環(huán)境和樣車(chē)等因素的限制。S-HIL在整車(chē)測(cè)試前進(jìn)行高壓系統(tǒng)軟硬件聯(lián)調(diào)、故障注入測(cè)試，替代了90%的冬夏季環(huán)模驗(yàn)證，提升了軟件標(biāo)定成熟度和功能成熟度，能夠充分驗(yàn)證系統(tǒng)級(jí)軟硬件，降低復(fù)雜域控軟件的系統(tǒng)級(jí)故障風(fēng)險(xiǎn)?？傊?，S-HIL作為一種高效的測(cè)試系統(tǒng)，在新能源三電系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中起到了關(guān)鍵作用，提高了研發(fā)效率，降低了開(kāi)發(fā)成本和風(fēng)險(xiǎn)。為新能源汽車(chē)三電系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了高效、低成本的全面測(cè)試解決方案，有助于提高研發(fā)效率，降低開(kāi)發(fā)成本，并確保系統(tǒng)的可靠性和魯棒性。

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（編輯" 楊凱麟）