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“大考”之下,汽车测试技术如何高质量“交卷”?

关键词:汽车测试技术 电动汽车(EV) ADAS系统

时间:2022-11-14 10:37:21      来源:ADI

如今,在电动化、智能化浪潮的席卷之下,电动汽车正在风靡全球。Canalys的数据显示2021年全球电动汽车(EV)的销量达650万辆,同比增长109%。区别于传统汽车,具有更多电子设备的电动汽车对安全性能的要求更高,车载充电、车内通信、ADAS系统、电子动力转向和悬架、逆变器、牵引电机、电池、模块和电池组……大量系统必须经过彻底测试才能视为可以安全驾驶。

还记得当年那一场场测验吗?小到月考,大到高考,一路不断夯实锤炼,才能迈向理想中的大学。汽车也如同那个时代的我们,只有完成一次次的测试“大考”,才能真正的走向市场。毕竟,唯有高度严苛的测试,才能带来高度可靠的品质。

如今,在电动化、智能化浪潮的席卷之下,电动汽车正在风靡全球。Canalys的数据显示2021年全球电动汽车(EV)的销量达650万辆,同比增长109%。区别于传统汽车,具有更多电子设备的电动汽车对安全性能的要求更高,车载充电、车内通信、ADAS系统、电子动力转向和悬架、逆变器、牵引电机、电池、模块和电池组……大量系统必须经过彻底测试才能视为可以安全驾驶。


电动汽车关键子系统示意图

对此,测试设备制造商和测试工程师需要能够快速开发新测试解决方案以应对汽车行业的变化。ADI作为半导体行业优秀的解决方案提供商,能够提供丰富齐全的高性能产品组合,为汽车测试行业带来高水平的性能和稳健性。

硬件在环

电控单元作为新能源汽车的核心之一,其测试更是重中之重。然而面对各式子系统和不断迭代的需求,直接上整车台架进行测试,必然不符合成本逻辑,那么一种用于测试复杂实时系统且可以量身定制的测试技术就是绝佳选择——硬件在环(HIL)。

如今,随着ECU功能越来越强,对HIL也更具挑战性。需要更复杂的模型来满足效率等新的市场要求,因为它们必须复制高功率开关行为。随着模型日益复杂,计算时间也会增加,因此需要更快地采集和激发模拟输入和输出。

ADI广泛的信号调理、数据采集、信号生成和隔离产品组合为HIL仿真器提供优化的解决方案,关键是能够以电压或电流的形式测量或生成广泛的输入信号,同时保持非常低的延迟。无论系统设计要求低功耗、低噪声、高密度还是高精度,ADI都能提供完整的信号链解决方案。

• 电流和电压测量

通常应用中会要求测量宽带宽上的电压或电流信号。信号链通常包括保护电路、模拟前端、信号调理、单通道或多通道ADC、基准电压源、电源管理和隔离。以下链接提供的信号链选项,用于测量高达1 MHz的宽带宽,针对噪声性能进行了优化,以支持AC和/或DC分析。


电流和电压测量

• 电流和电压驱动

模拟输出电路必须能够产生具有快速更新速率的动态信号。电压范围、分辨率和输出驱动强度。这些信号链通常包括精密DAC、隔离、电源管理、基准电压源、放大/信号调理和输出保护。


电流和电压驱动

硬件在环关键产品

超快速16位精度电压输出DAC AD3542R设计用于生成多个输出范围,采用2.5 V固定基准电压源。AD3542R可以配置为实现多种电压范围,如2.5V、3V、10V或±5 V。 

支持信号扩展的集成式全差分ADC驱动器 ADAQ23878是一款高精度、高速μModule数据采集解决方案,通过将设计人员选择、优化和布局器件的重任移交给器件来缩短高精度测量系统的开发周期。 

高压传动系统测试

测试电动汽车的高压(HV)传动系统涉及仿真和测量逆变器、电池组、牵引电机和充电系统的高功率输入、高功率输出和控制信号。这些测试系统必须能够提供峰值功率水平并仿真最坏情况,需要动态电源或电子负载等技术来进行高稳健测试。此外,测试系统必须是双向的或可再生的,以提高效率。测量和控制必须实现隔离,以确保在数百至数千伏的高压水平下安全可靠地运行。


电动汽车传动系统子系统

高功率隔离信号链可实现测试电动汽车传动系统组件(如逆变器、电机、充电器和充电器连接)所需的效率和稳健性。需要精确的测量和控制,以便测试系统在所有条件下都能高效可靠地运行,并在需要时精确地提供所需的功率。这些解决方案共同提供了在汽车测试场景中准确测量电压和电流所需的混合信号电路。


ADI逆变器测试用动态电源信号链

特色产品

AD7606C-18是一款18位、同步采样、模数转换数据采集系统(DAS),具有八个通道。每个通道均包含模拟输入箝位保护、可编程增益放大器(PGA)、低通滤波器(LPF)和18位逐次逼近寄存器(SAR)模数转换器(ADC)。

ADN4620/ADN4621均为双通道、信号隔离式、低压差模信号(LVDS)缓冲器,数据速率高达2.5 Gbps,并且具有非常低的抖动。这些器件集成了ADI公司的iCoupler®技术,已针对高速运行进行了增强,可提供LVDS信号链的插入式电气隔离。

协议分析工具

协议分析工具或数据记录器是监控和记录数字和模拟信号(例如温度、电压、电流或数字通信)的设备,用于诊断、维修或优化车辆。现代汽车(尤其是电动汽车)需要支持更快的信号速率和不断发展的标准,同时遵循小尺寸、低功耗和高耐用性要求,以提高在车辆中的使用效率。这些要求给汽车技术开发商带来了新的挑战:

• 更多传感器、控件和接口:更高的信号带宽,复杂性增加
• 现场运行:低功耗、小尺寸和稳健运行,适用于恶劣环境或主动路测
• 不断发展的标准和要求:确保支持各种有线和无线协议
• 耐用性和多功能性:性能稳健,具有容错能力


现代汽车中使用了各种车内协议

协议分析工具需要支持多种接口,ADI的产品组合包括CAN、LIN、SENT、GMSL、RS-485/RS-232或多协议、USB、汽车以太网、A2B、C2B、E2B等。由数据记录器监测的常见信号(例如温度、电压或电流)适用于窄带过采样ADC,而Σ-Δ ADC提供高信号链集成度,并且多通道选项可用于同时监测多个信号。ADI为便携式应用提供紧凑型集成隔离式通信、多通道ADC以及低功耗MCU和ADC选项。


数据记录仪和协议分析仪

特色产品

ADuM4165/ADuM4166是 USB 2.0 端口隔离器,利用 ADI 公司的 iCouple® 技术,可根据需要,来动态支持所有 USB 2.0 数据速率,包括低速 (1.5 Mbps)、全速 (12 Mbps) 或高速 (480 Mbps)。这些套件支持具有自动速度协商的主机隔离以及外设隔离。

AD4116是一款低功耗、低噪声24位Σ-Δ型模数转换器(ADC),它集成了一个模拟前端(AFE),支持6个全差分或11个单端高阻抗(≥10 MΩ)双极性±10 V电压输入。额外的2个差分或4个单端/伪差分直接ADC输入在较低的输入范围内提供出色的性能。

噪音、振动和粗糙度 (NVH)

在开发电机或动力转向等新技术时,了解设备将如何响应现实世界的变量(如道路振动和其他恶劣条件)至关重要。电子信号中不必要的声音或中断会产生听觉干扰,从而对消费者的驾驶体验产生负面影响。更糟糕的是,未得到控制的振动会随着时间的推移损坏电气和机械部件,从而导致潜在的灾难性故障。

车辆驾驶测试有助于应对研发阶段的这些挑战,从而可以实施和验证降噪技术。相比之下,基于状态的监测 (CbM) 旨在发现电机和机械的类似低效问题,通常用于在部署后进行持续监测。NVH测试主要用于研发认证阶段,而CbM则用于监控现有运行中机器或进行预测性维护。


MEMS连接DAQ信号链

特色产品

ADXL1001/ADXL1002 在具有两个满度范围选项的拓展频率范围内提供超低的噪声密度,并且提供优化的工业条件监测能力。ADXL1001 (±100 g) 和 ADXL1002 (±50 g) 分别具有 30 μg/√Hz 和 25 μg/√Hz 的典型噪声密度。两款加速度计器件均具有稳定、可重复的灵敏度,并且可以承受高达 10,000 g 的外部冲击。

ADAQ7768-1是一款 24 位精密数据采集μModule®解决方案,将信号调节、转换和处理模块封装到一个系统级封装(SIP) 设计中,从而能够快速开发高度紧凑、高性能的精密DAQ系统。

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