硬體在環測試驗證技術

前言：馬達驅控器為電動車的關鍵零組件，在傳統產品研發過程中，與動力馬達相比，驅控器開發期程較短，因此，在未取得馬達實體之前無法進行系統整合階段之各項安全功能失效驗證，後續將造成動力系統性能調教困難，最終則導致量產時程延宕以及成本增加。

一、硬體在環測試與驗證方法簡介

硬體在環(hardware in the loop, HiL)測試方法為現代車輛所採用的一種先進驗證方法，以電動車之動力系統為例，依據待測物(device under test, DUT)功率等級與所模擬之環境深度的不同基本上可以分為三個層級：

─     Level 1-訊號級：僅控制器(control board)採用實體物件，封閉迴路中之其他組件採用模擬模型。

─     Level 2-驅動級： 針對控制器與變頻器(inverter)實體進行測試，其於物件仍然使用模型代替。

─     Level 3-系統級：將真實動力系統(控制器、頻變器、動力馬達)與車輛模型放入虛擬迴路中進行功能驗證。

相較於實車測試，模擬方法存在難以達到準確的情況，如：實際行駛路況與駕駛行為影響能耗的計算、整車參數鑑別的困難導致性能估測與實際有落差…等；但相對的，硬體在環驗證方法具有以下特點與優勢：

1. 在系統發展過程中，相較於硬體設計變更，軟體版本的更新較為頻繁，由於整車測試與功能驗證週期之限制，無法對每個軟體版本皆進行實車驗證，因此利用硬體在環方法以虛擬測試環境取代實際行駛環境測試，可達到縮短開發週期之目的。
2. 在功能安全(functional safety)失效測試中，針對實車進行故障注入(fault injection)，對於測試員而言可能面臨人身安全之風險，硬體在環方法可提供相對安全之測試環境進行驗證。
3. 在實車測試時須仰賴人工按照排程依序進行實驗，硬體在環方法可執行自動化測試與驗證，除了節省測試週期之外更可以大幅縮減人力成本。

二、硬體在環系統架構

以ITRI自行開發設計之驅動級虛擬動力系統驗證平台為例，內容包括：

1. 待測物：馬達驅控器
2. 測試與驗證設備：AVL-EV動力與電能整合驗證設備
3. 虛擬即時(real-time)環境/迴路模型：動力馬達模型、駕駛模型(操控策略)、車輛模型、3D道路模型

驗證平台除了提供待測物與虛擬環境之電氣介面與通訊接口、接受驅控器所發射之訊號傳遞給迴路模型進行各項模擬與測試之外；當進行失效測試時更可以將各種故障注入待測物以驗證其功能安全性；詳細規格如表1所示。

三、關鍵技術

在執行硬體在環測試與驗證時，主要關鍵技術如以下所述：

1. 實際待測物體與虛擬負載、環境之系統整合技術：由於作為負載之虛擬動力馬達模型具有高功率輸出特性，因此在與實體驅控器整

合時必須先完成CAN Bus的通訊協議設定；為了避免訊號接收時的電磁干擾，高壓連接線路的屏蔽作業也須確實執行。