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nVent PXI Express系統的模塊化設計
PXI Express系統分為兩個部分。其中一個部分包括功能板卡(處理器卡、測量卡、I/O卡)，這些板卡可以根據應用的不同進行組合，用以實現系統的目標功能。第二個部分由PXI Express機箱組成。它提供了運行以上板卡所需的基礎設施，如機械外殼、背板、冷卻系統、電源等。測試設備制造商更偏愛機箱解決方案，采用成熟的機箱平臺來實現模塊化，只需細微的調整即可適應不同的應用需求。基于各種標準件來打造模塊化機械平臺也有利于系統架構的靈活性，能夠快速、輕松地完成定制，降低成本、交付周期和風險。
COM解決方案的模塊化設計
不少設計師面臨兩難選擇，模塊化方式無法匹配其應用，而定制主板開發(fā)又價格高昂、上市時間過長。對于應用要求中小批量部署的情形，基于模塊化單板計算機(例如標準計算機模塊)的方法在開發(fā)時間和成本上優(yōu)勢尤為顯著。另外模塊化COM解決方案，機箱本身必須與載板的COM模塊設計保持一致。采用參數化模型的機箱平臺可以輕松適應COM模塊和載板及其接口對高度、寬度和深度尺寸的嚴苛要求。例如，通過聯鎖設計，可以滿足眾多應用中對穩(wěn)定性和EMC屏蔽的要求，這一設計可以安裝在測試設備或控制柜中、也可以直接安裝在機器上或作為便攜式設備的一部分。冷卻解決方案以及電源同樣會有多種配置以滿足不同環(huán)境下的應用要求。
nVent VPX系統的模塊化設計
惡劣的環(huán)境對機械系統的抗沖擊和振動載荷指標提出了特殊要求。在這種情況下，用戶會傾向于使用模塊化插箱解決方案，它包含了量的標準組件選項且可滿足更高負載的要求例如，使常規(guī)系統能同時承受高達2G至40G的沖擊和振動。這些機架還應能靈活地調整EMC屏蔽設置、開孔、油漆和印刷以及表面處理。在冷卻方面，VPX規(guī)格提供了從對流風冷、物理熱傳導到液體冷卻等各種散熱技術。選用硬件冗余和硬件管理系統可在極的條件下保證系統*運行。電池動力總成技術和內燃機(ICE)動力總成技術從根本上來說是截然不同的。因此兩種技術需要一系列截然不同的流程和測試方法。當這兩種技術融合到混合動力汽車(無縫集成)時，測試時間和成本有可能會幅增加。
ICE*是物理測試，測試內容是燃燒機械、壓力、溫度、流體、機械連接和動力傳遞、排氣控制等，通過渦輪增壓器和增壓器以及其他方法提高燃燒室的爆炸效率或能量，將線性活塞運動轉換為旋轉扭矩，并使用飛輪來平衡能量輸出。
而電動動力總成則*是電氣測試，測試的是電力電子和開關頻率、電壓和電流、感應和反電動勢;電池容量、放電率、逆變器和轉換器的熱管理以及再生功率調節(jié);電動機/發(fā)電機的相角和層壓板幾何形狀以及磁鐵位置和磁通線。
當兩種技術以各種方式組合成混合動力系統時，就需要進行集成測試，包括管理ICE和電子元件之間相互作用的控制方案、狀態(tài)圖以及規(guī)則，以保系統能夠在所有駕駛條件和場景下做出適當響應。
混合動力汽車(任何組合方式)比任何ICE或純電動汽車(BEV)都更為復雜。
圖1.傳統內燃機動力總成和純電動力總成之間的各種組合構造。
日益復雜的系統所包含的組件也在不斷增加，這意味著故障概率增加了。對于測試工程師來說，這是1 + 1 >> 2。他們不僅要執(zhí)行傳統的ICE測試，還必須對電動動力系統執(zhí)行新的且要求更高的子系統測試。測試工程師還必須設計廣泛的集成測試覆蓋范圍，以保兩種技術無縫協同工作，提供混合動力汽車設計時所期望的效率、性能和駕駛體驗。
滿足混合動力電動汽車測試需求
電動動力總成部件正在推動更復雜的測試需求。測試工具正在不斷發(fā)展以跟上需求變化的步伐。測試工程師也必須緊跟不斷發(fā)展的技術，才能滿足汽車行業(yè)由于高速創(chuàng)新和新技術引入所帶來測試要求變化。以下是電動動力總成部件所引入的一些新測試要求，以及不斷進步和完善、能夠滿足這些要求的測試工具
更高保真度且更復雜的建模
相比ICE，電動機和逆變器的響應速度更快，且在其工作范圍內表現出高度非線性特征。來自ECU的控制信號非常快(2-20kHZ)，電機模型需要以高出100倍的速度運行(200kHz至2MHz)，以便在硬件在環(huán)(HIL)測試中準地表示系統。如果是在用于ICE HIL基于處理器的實時系統上，這是無法高效實現的。因此，NI等測試系統提供商正在開發(fā)基于FPGA的仿真工具，以在所需的微秒循環(huán)速率下運行使用電子建模工具創(chuàng)建的模型。斯巴魯已經成功實現了這樣一個系統，測試時間幅縮短，僅為在測功機上進行等效測試所需估計時間的1/20。
功率測試
通常，ECU和逆變器封裝在一起，使得信號電平(-10到10V和幾mA)的測試變得非常困難。在全功率下進行測試，拉灌實際電流要比把組件拆開進行測試要方便得多。但是，這意味著在高達200千瓦的功率電平下進行測試。這么的功率電平需要使用能夠提供通道間隔離的設備和電源，可以吸收和提供如此規(guī)模的動態(tài)負載，例如NI聯盟商Loccioni為法拉利混合動力跑車的Magneti Marelli逆變器開發(fā)的終逆變器測試平臺。
電池模塊/電池組驗證
電池，尤其是高容量插入式混合電池，必須在單元、模塊和電池組別上分別進行特性分析。電池單元以串聯/并聯方式組成電池組，需要測試的電壓范圍高達0-800V以及相對于共模電壓的測量精度要求非常高，這些測試可能非常困難(或非常昂貴)。
圖2.電池組架構(單元、模塊、電池組)和所需的電壓電平測量范圍
該電池組實際上擁有自己的ECU，也就是電池管理系統(BMS)，不僅需要對模擬電池組進行組件測試(比如使用NI聯盟商Bloomy開發(fā)的這一BMS測試解決方案)，在其上運行控制算法和函數，也需要在子系統別下對實際電池組進行測試。這些測試發(fā)生在熱室中，因為電池的工作特性非常程度依賴于溫度。測試包含特性分析和耐久性測試兩個方面，因為電池組性能的核心屬性是充電/放電行為和整個生命周期內以及在各種溫度條件下的循環(huán)時間(電池組在各種氣候條件下正常使用的持續(xù)時間)。為了在可接受的時間內完成測試并具有統計意義，汽車制造商正在并行測試許多(數十到數百個)電池組。高效地管理這些測試裝置、生成的數據以及保數據的可追溯性和測試數據有效性的置信度，需要門為此設計測試自動化、系統管理和數據管理工具。
隨著汽車變得更加智能，現代汽車正在經歷一場巨的變革。電氣化、主動安全和V2X等趨勢將改變我們對交通運輸和生活方式。一開始的備用攝像頭和停車輔助等便利功能現在已演變成緊急制動等救生功能。汽車也正在成為它們自己的微電網，不僅能夠存儲能量，還能通過再生制動等技術恢復能量。但強的力量也伴隨著巨的責任。這一責任直接置于汽車測試部門的肩上，他們必須開發(fā)測試功能來保這些系統的質量、可靠性和安全性。本文將探討這些趨勢所帶來的汽車挑戰(zhàn)，以及測試工具如何不斷發(fā)展才能跟上創(chuàng)新的步伐。
加強所有汽車的安全性和機動性
每年交通事故造成超過125萬人死亡，數百萬人受傷1。隨著汽車朝著自動駕駛方向發(fā)展，駕駛員通過*進的駕駛輔助系統(ADAS)獲得了更高的安全性。為減少交通事故死亡率和改善機動性所做的努力將產生巨的潛在影響，但不幸的是，今天進行上路測試的自動駕駛汽車卻增加了這一交通事故率。為保這些汽車比人類駕駛員更安全，必須進行更嚴格的測試，提供可信賴且可溯源的結果，以驗證多個子系統和軟件算法是否正常運行。
自動駕駛汽車將產生的量數據(系統必須模擬行駛1.4億公里，以證明它們與人類駕駛員一樣安全)，但采集數據并不是主要挑戰(zhàn)。這些安全系統的重要性要求對細節(jié)極度關注，以及能夠通過數據分析測試期間出現故障的切原因。在測試過程的任何步驟中，不善的數據管理都會導致產品開發(fā)出現問題或得出錯誤的結論。為了快速獲得所需的信息、保持可追溯性并基于數據做出決策，工程師必須能夠對車輛測試產生的數TB數據進行搜索、處理并生成報告。
電氣化的角逐
超過五分之一的溫室氣體是由交通工具排放的2。對氣候變化日益增長的擔憂要求汽車制造商遵守更嚴格的燃油效率法規(guī)，以減少二氧化碳排放。此外，各國政府都宣布要求在特定日期之后只能出售一定數量的內燃機汽車，甚至禁止出售內燃機汽車。例如，德國和英國分別定了2030年和2040年之前禁止銷售新汽油和柴油車輛的后期限。
圖1.汽車制造商正在競相設計更智能的動力總成系統，以符合嚴格的燃油效率法規(guī)。
在重新設計智能動力總成系統方面，混合動力和全電動汽車處于先地位。汽車動力總成的電氣化提供更動力、更低排放和更舒適的駕駛員體驗，但是高功率電子設備和更快的控制速率使這些部件非常難以驗證。尤其是混合動力電動汽車集成了兩種不同的動力總成技術，增加了測試的復雜性。例如，電池組必須在各種情況下特性分析，因為電荷和放電特性在很程度上取決于溫度，而且電池組必須在設計的規(guī)格內安全地工作而不影響其他子系統。為了滿足受到行業(yè)競爭和政府法規(guī)推動而日益緊迫的上市時間要求，以及應對日益增加的測試復雜性，汽車制造商必須采用具有高度混合I/O、更高頻率和分辨率以及更高電壓和電流的靈活測試系統來測試機械和電力電子元件。
電動汽車的增長也震動了汽車供應鏈。 OEM采購經理正在尋找可以提供更多電動汽車零件的供應商。 LG是汽車供應鏈的新成員，為雪佛蘭沃爾特提供超過50%的零件，包括電池、幾乎整個動力總成、連接和信息娛樂模塊。雖然機械部件仍然很重要，但它們可以快速商品化，傳統的一供應商正在進行創(chuàng)新以保持差異化。由于他們采用新技術來開發(fā)業(yè)化產品，因此測試部門也試圖讓相同人員操作相同的設備來滿足新的測試要求。測試經理可以使用針對特定應用的工具來完善現有測試配置，提高效率，這些工具可以動態(tài)地進行重新配置，使更多用戶能夠獲取關于特定測試的重要信息。
汽車是新型智能手機嗎?
汽車早就不再是從A點到達B點的一種交通方式。私家汽車購買和使用方式的演變過程與智能手機的發(fā)展類似。盡管燃油效率、性能和價格等實際因素仍然是重要的考量因素，信息娛樂、駕駛員輔助和連接(即汽車的軟件和體驗)正在來多地影響消費者的購買決定。汽車制造商正在利用其他行業(yè)的創(chuàng)新來獲得競爭優(yōu)勢，并滿足客戶對新功能不斷增長的需求。主動安全系統正在利用雷達、攝像機和激光雷達等航空航天/國防工業(yè)的技術，并結合傳感器融合方法，使汽車能夠更全面地了解周邊的環(huán)境。隨著工程師加入功能豐富(包括音頻、視頻、RF和無線以及車載通信)的信息娛樂系統，汽車和消費電子產品之間的界限已然變得模糊不清。
圖2.現代車輛結合了航空航天、能源和移動設備等其他行業(yè)的技術，增加了測試的復雜性。
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