该公司

福特汽车公司是全球公认的汽车制造商，致力于混合动力和电动汽车技术的创新。福特 Fusion 混合动力车是市场上最成功的混合动力车之一，曾荣获 2010 年北美年度汽车大奖，是福特公司通过严格测试和控制验证推动高效传动系统发展的典范。为确保其混合动力系统达到严格的安全性、可靠性和性能预期，福特将先进的硬件在环（HIL）测试集成到其开发工作流程中。

挑战

在开发福特 Fusion Hybrid 电动传动系统的过程中，福特工程师面临着复杂的仿真 要求，尤其是永磁同步电机（PMSM）及其相关的逆变器。控制系统依赖于 2 至 20 kHz 的高频 PWM 信号，死区时间短至 2 至 20 微秒，其要求的仿真 精度远远超出了传统 CPU 系统的能力。电机驱动器的高带宽比内燃系统高出几个数量级，因此需要极小的仿真 时间步长来保持精度。此外，在物理原型上进行早期测试可能会造成代价高昂的损坏，因此，一个强大的虚拟测试环境对于在标准和故障条件下开发和验证控制策略至关重要。

OPAL-RT 解决方案

为了满足这些需求，OPAL-RT 提供了 eDRIVEsim 实时 HIL仿真 ，专门针对仿真 PMSM 驱动器及其高时间分辨率的控制行为而定制。该系统建立在基于 FPGA I/O 的多核英特尔 i7 平台上，支持低至 7 微秒的仿真 时间步长和低至 10 纳秒的数字信号分辨率。利用 OPAL-RT 的时间步平均法 (TSAM)，模拟器可以精确地处理高频门信号和开关市场活动 --甚至比仿真的基本时间步还要短。该系统还支持故障模式行为，如高阻抗状态、开相故障和自然整流模式。福特公司的工程师将其生产的控制器与模拟器集成在一起，并使用 RT-LAB 和 RTeDRIVE Simulink 库进行了大量实时测试，将子系统分配到不同的 CPU 内核，以获得最佳性能。这种设置使他们能够对每个电机驱动器、升压转换器和电源 I/O 通道进行独立的实时建模和仿真 。

结果

借助 OPAL-RT 的 HIL 平台，福特公司在实际样车定型之前就成功地测试和验证了混合动力传动系统的控制策略。他们进行了有针对性的测试，例如相位过流保护、基于扭矩指令的升压转换器启动和速度提升场景，所有这些测试都是在控制器与实际车辆一样运行的情况下进行的。该系统大大减少了开发时间和成本，提高了产品质量，并使工程师能够在没有硬件风险的情况下探索边缘情况和故障场景。最重要的是，模拟器提供了支持高带宽电机驱动所需的时间精度和模型灵活性，确保福特的混合动力控制系统能够得到完善、验证并放心地交付生产。

阅读全文