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推动汽车行业关键技术的发展

倪斌

NI 中国资深行业市场工程师

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National Instruments 基于计算机的测试测量与自动化行业的领导者

连续多年保持高速增长及高盈利

2010年营业额 $873M

全球近5,500 名员工；在40多个国家设有分支机构

每年为超过30,000 家公司提供服务

连续12年被FORTUNE 杂志评为100个最佳雇主之一

营业额（百万）

2011财年 营业额 达 $1.04 Billion

NI HQ

3 ni.com/china

National Instruments 中国

• NI 中国分支机构 • 主要分支机构位于上海、香港、北京、广州、西安

• 部门设置包括销售、市场、售前咨询、售后技术支持、用户培训等

• 强大的区域销售网络，覆盖主要城市

• 专业的、热情的售后技术支持团队

• NI 中国研发中心 • 位于上海

• NI 中国系统集成中心 • 位于西安

• 专业的合作伙伴

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汽车行业用户

5 ni.com/china

汽车电子的功能日新月异

发动机控制

变速箱控制

电子刹车控制

主动悬架控制

盲点监测

气囊控制

座椅/车门自动控制 挡风玻璃雨刮器控制

大灯控制

平行泊车控制

6 ni.com/china

汽车电子控制技术的发展趋势

有些汽车则采用越来越多的ECU 有些汽车采用数量更少、但是功能更强大的ECU

7 ni.com/china

但有一件事是确定无疑的…

车用嵌入式软件应用增长迅速!

航天飞机 ~500K 行代码

商用飞机 ~3M 行代码

现代汽车 100M 行代码*

多达100 个ECU

*IEEE, “This Car Runs on Code”, Charette, Robert N., February 2009

8 ni.com/china

电气化

燃油经济性

机械测试 安全性

车载信息娱乐& 驾驶辅助

9 ni.com/china

电气化

燃油经济性

机械测试 安全性

车载信息娱乐& 驾驶辅助

10 ni.com/china

电机系统测试

25kHz PWM

电机 ECU

11 ni.com/china

电机系统测试的不同阶段

功率输出级测试

机械测试

ECU 功率输出 电机 负载

HIL 仿真

信号级测试(分解的 ECU)

12 ni.com/china

为什么HIL如此重要?

• 减少现场测试的时间

• 可实现并行的控制器/电机开发

• 保护昂贵的电机原型

• 测试“corner case”场景

ECU HIL 仿真器

误差 控制输出 反馈 设定点

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基于FPGA的I/O接口

电机仿真

自定义协议 逆变器仿真

高速控制

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NI PXI 平台

实时测试架构

模拟/ 数字I/O

仪器级以及射频I/O

故障插入

总线接口 实时处理器

NI VeriStand

基于FPGA的 I/O

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实时测试软件的功能

• 实时激励生成

• 数据记录

• 测试自动化

• 单点 I/O

• 报警

• 运算通道

• 确定性模型执行

• 用户账户管理

• 多机箱同步

• 多机箱数据共享

• 闭环控制

• 缩放和标定

应用架构

16 ni.com/china

Application Architecture 实时测试和仿真软件

• 实时激励生成

• 数据记录

• 测试自动化

• 单点 I/O

• 报警

• 运算通道

• 确定性模型执行

• 用户账户管理

• 多机箱同步

• 多机箱数据共享

• 闭环控制

• 缩放和标定

17 ni.com/china

用于NI VeriStand 的JMAG-RT 插件

18 ni.com/china

创建高仿真度的模型

19 ni.com/china

模型 执行目标 仿真度 实时仿真速度

带有JMAG的

FEA

Windows 高 非实时：几分钟至

几小时

带有JMAG-RT

的DQ 模型

Windows

实时系统

中 20-30 us

NI FPGA 中 2-3 us

JMAG –RT FEA

模型

Windows

实时系统

中 20-30 us

NI FPGA 硬件 高 ~1-2 us

ni.com/china

JMAG-RT 与 FPGA 的比较

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NI VeriStand 实时测试软件

LabVIEW Real-Time LabVIEW FPGA Windows PC

为NI VeriStand使用JMAG-RT 插件

•部署至基于Windows、实时系统

以及FPGA的硬件目标

• 针对具体的应用需求改变仿真的

仿真度

•实时性能，仿真步长为~1-2 us

22 ni.com/china

功率输出级测试

• 对系统进行更加完整的测试

• 针对电机和负载生成模式实现动态的负载生成

• 负载环境可以改变

• 电机参数可以改变 (增加/减少EMF常数、摩擦或者惯量)

ECU

传感器接口

功率输出

电机仿真器

23 ni.com/china

电气化

燃油经济性

机械测试 安全性

车载信息娱乐 & 驾驶辅助

24 ni.com/china

减少排放并提高燃油经济性

• 针对排放的法律法规不断推出

• 适用于乘用车，路面和越野柴油车

• 到2025年实现50+ mpg

25 ni.com/china

嵌入式控制系统开发

• 提高开发效率(开发) • 时间是最宝贵的资源

• 满足用户要求

• 成本优化(部署) • 成本是最宝贵的资源

• 尽可能地降低总体成本

快速控制原型(RCP)

26 ni.com/china

ECU软件的组件

标准诊断服务

Control Algorithm

通信 I/O

硬件驱动

控制算法

对于快速控制原型，控制算法是核心，对控制器的功能快速地进行验证非常重要。

27 ni.com/china

商业现成可用的模块化I/O

50+ C 系列 I/O 和通信模块

28 ni.com/china

Drivven cRIO 模块，用于发动机控制 • ADCombo 模块包

21 汽车用模拟输入

2 VR 传感器输入

2 霍尔效应传感器输入

• 直喷驱动模块包

内部放大电压源，高达150 V

3 可配置峰值(30 A)/保持(10 A) 喷油驱动

多脉冲控制(5 脉冲/周期)

短路/开路诊断和保护

• 发动机同步 TTL模块包

8 TTL 输出，用于发动机同步命令

短路保护

• 火花塞驱动模块包 8 电感点火线圈驱动

短路保护

• VR/霍尔传感器模块包

6 VR 或者霍尔效应传感器输入

可选的独立的软件

• 低压侧驱动模块包 8 通用电磁驱动 (0-100% 占空比)

短路/开路故障诊断和保护

• 电子节气门驱动模块包 2 电子节气门驱动

模拟位置反馈

• 差分 I/O 模块 8-通道.差分DIO， 兼容RS-232/485

独立的通道方向选择

• 氧气传感器模块包 2 宽带 Bosch LSU-4.2氧气传感器控制器

4 窄带氧气传感器输入

传感器诊断和开路短路保护

• 氧化氮传感器模块包 1-通道或 2-通道系统

三联数据输出 (NOx 浓度, O2 含量)

• 喷油嘴驱动模块包 4 低/高阻抗喷油嘴驱动 4 通用电磁驱动(0-100% 占空比) 短路/开路诊断和保护

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燃烧分析系统

DCAT (PXI DAQ)

• 高级的定时/编码器选项

• 与控制器集成，进行下一循环/同一循环控制

• 发动机同步和发动机异步测量 (爆震 / 噪音)

μDCAT (USB DAQ)

• 低成本

• 便携式

• 低采样率

30 ni.com/china

电气化

燃油经济性

机械测试 安全性

车载信息娱乐& 驾驶辅助

31 ni.com/china

台架测试

压力传感器和执行器

压力箱 测试系统

记录/分析

激励 UUT

闭环控制

报警

控制与监测

32 ni.com/china

实时测试

HIL 基于模型的台架测试， 带有机械组件的HIL

台架测试 嵌入软件验证 (HIL, MIL,

SIL, RCP) 机械测试(耐久性、

测功机、环境试验…)

33 ni.com/china

插件用于

• 现成可用的闭环控制器 • 多模式PID，无缝传输

• 抖动、速度限制和幅度控制

• 控制器接口应用工具 • PID 调节工具

• 多模式工作空间对象

• 实时激励模式扩展 • 自定义编辑器GUI，专门针对台架测试的激励模式

• 与闭环控制器无缝集成

与NI VeriStand 组件无缝集成，用于多个执行器系统的闭环控制

34 ni.com/china

用于实际测试的汽车模型

35 ni.com/china

电气化

燃油经济性

机械测试 安全性

车载信息娱乐&驾驶辅助

36 ni.com/china

什么是 ISO 26262?

ISO 26262

主动系统

被动系统

ADAS

线控系统

电子稳定性控制

ISO 26262 满足了专门针对汽车行业的、全球统一的 关键组件安全标准

37 ni.com/china

ISO 26262 的困境

• 为满足安全性标准，针对E/E系统的开发流程所提出的要求

• 汽车行业对安全性的要求不断增加

• 涉及所有影响安全性的组件

• ASIL等级越高，组件需满足的安全性要求就越多

随着软件不断增加，以及26262标准的推出，如何才能控制成本？

38 ni.com/china

通过重用组件，实现测试的延续性

系统

ECU ECU

系统

仿真

39 ni.com/china

数据表

激励模式

数据记录

系统模型

燃料

点火

转角

负载

用户界面通信

用户界面、分析、

报表

NI VeriStand 实时引擎

模型在环测试系统

ECU 模型

转速

40 ni.com/china

数据表

激励模式

数据采集

DAQ 硬件

燃料

点火

转角

负载

用户界面通信

用户界面、分析、

报表

NI VeriStand 实时引擎

转换至控制器原型系统

系统

ECU 模型

转速

41 ni.com/china

数据表

激励模式

DAQ 硬件

数据记录

系统模型

燃料

点火

转角

负载

用户界面通信

用户界面、分析、

报表

NI VeriStand 实时引擎

转换至HIL测试系统

ECU

转速

42 ni.com/china

数据表

激励模式

数据记录

用户界面通信

用户界面、分析、

报表

NI VeriStand 实时引擎

转换至实际测试系统(台架测试)

DAQ 硬件 燃料

点火

转角

负载

系统

ECU

转速

43 ni.com/china

在整个开发过程中保持连贯性和高效率

在所有测试应用中，测试组件可以自动重用

实际测试

C 代码生成

原型 HIL 验证

设计

数据记录

激励模式

需求

数据记录

激励模式

数据记录

激励模式

数据记录

激励模式

44 ni.com/china

在整个开发过程中保持连贯性和高效率

实际测试

C 代码生成

原型 HIL 验证

设计

数据记录

激励模式

需求

早期原型

数据记录

激励模式

数据记录

激励模式

数据记录

激励模式

使用相同的架构，尽早开始原型设计，确定S、E和C，同时更早地定义需求

45 ni.com/china

电气化

燃油经济性

机械测试 安全性

车载信息娱乐& 驾驶辅助

46 ni.com/china

车载信息娱乐系统与高级驾驶辅助系统

• 数字音频和视频

• 娱乐系统

• GPS 导航系统

• 平视显示系统

• 蓝牙，WLAN等等

• 调频收音机

• 车道偏离警示

• 驾驶员防困系统

• 智能泊车辅助

• “中控台”

47 ni.com/china

新挑战

• 从前并不属于汽车行业的、新的 I/O 类型的出现

• 许多种类的I/O的同步

• 基于这些信息进行判定的额外软件(例如：障碍识别图片)

• 需要更多的软件处理数据和互联

我们如何能在汽车和手机越来越相似的今天提高汽车的安全性？

48 ni.com/china

基于PC的模块化架构，提供足够的灵活的功能

DAQ 和控制:

多功能 I/O

FPGA/可重配置 I/O

数字I/O

模拟输入/输出

机器视觉和运动控制

计数器/定时器

仪器:

示波器

数字波形发生器/分析仪

数字万用表

信号发生器

开关矩阵

射频信号发生器和分析仪

接口:

CAN, LIN, 和 FlexRay

GPIB, USB, LAN

SCSI + Enet

边界扫描/JTAG

RS232/RS485

VXI/VME

超过1,500 个PXI产品，来自超过 70 个供应商

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NI 多媒体测试方案 NI 视频分析仪

模拟: CVBS, S-Video, CAV, VGA

• PXI-512x + 视频MUX

HDMI: HDCP, 协议, 3D, 流盘

• PXIe-6545 + PXI-2172

NI 音频分析仪

模拟, HDMI, SPDIF, AES3 (Dolby)

• PXI-4461

• PXI-7813R+CB-2180 DigAud Acc.

NI/Alfamation 视频发生器

CVBS, S-Video, CAV, VGA, HDMI 1.4

50 ni.com/china

射频信号发生器和分析仪

开关、放大器和衰减器

射频矢量网络分析仪

功率计 FPGA I/O 和协同处理

多核处理

优化的 API

手机、无线电和GPS测试工具 (802.11 a/b/g/n , GSM/EDGE,

WCDMA, LTE, WiMAX, GPS, 等.)

参考架构

软面板

NI 射频测试平台

高度模块化的硬件和软件

51 ni.com/china

早期访问版本 早期访问版本

WCDMA & HSPA+

NI 基于软件的射频测试平台

WiMAX

WLAN ZigBee GPS

LTE GSM/EDGE

RFID

AM/FM Bluetooth CDMA2000 EV-DO

52 ni.com/china

电气化

燃油经济性

机械测试 安全性

车载信息娱乐& 驾驶辅助