實時測試技術(shù)發(fā)展歷程

發(fā)布：2018-12-18 | 點擊：人次

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實時測試技術(shù)涉及到使用實時環(huán)境來實現(xiàn)測試應(yīng)用，它主要用于在測試系統(tǒng)中實現(xiàn)更高的可靠性和/或確定性。因此，它們在現(xiàn)今的許多產(chǎn)品和系統(tǒng)的開發(fā)中都發(fā)揮著重要的作用。

實時測試技術(shù)的應(yīng)用案例包括持續(xù)時間、生命周期測試系統(tǒng)以及可長時間運行或允許操作人員離開很長時間的其他測試系統(tǒng)，因此就需要由實時運行平臺提供極高的可靠性。其中還包括環(huán)境測試單元、測功機、硬件在環(huán)（HIL）仿真器以及使用閉環(huán)控制運行的類似測試系統(tǒng)，后者需要實時運行平臺的低時間抖動確定性。通過分析幾種實時測試（RTT）應(yīng)用，我們可以看到它們是如何發(fā)展，以滿足當(dāng)前測試工程師所面臨的難題的。

實時測試技術(shù)

一種常見的實時測試技術(shù)是使用閉環(huán)控制來自動操作測試系統(tǒng)中的某個物理變量，例如，溫度、位置、轉(zhuǎn)矩或加速度。

例如，在實現(xiàn)某種環(huán)境測試系統(tǒng)（如壓力室）時，測試室除了對被測單元（UUT）提供激勵信號并監(jiān)測其響應(yīng)之外，還必須達到指定的狀態(tài)。因為室壓受到許多變量的影響，例如室泄漏或UUT特性的變化，所以測試工程師使用一種閉環(huán)控制算法來監(jiān)測壓力傳感器的值并自動調(diào)整壓縮機和安全閥命令信號，以跟蹤由測試方案指定的壓力特性曲線。要實現(xiàn)這種自動控制，閉環(huán)控制器會測量系統(tǒng)的狀態(tài)并調(diào)整在確定性時間間隔處施加給它的命令。

圖1RTT系統(tǒng)（例如這種壓力室）使用閉環(huán)控制來自動實現(xiàn)測試方案所需要的壓力條件

另一個例子是硬件在環(huán)測試，它是一種用于更有效地測試電子控制系統(tǒng)的實時測試應(yīng)用。電子控制系統(tǒng)包括電子控制單元（ECU）和它所控制的系統(tǒng)或環(huán)境。

圖2硬件在環(huán)（HIL）測試是一種實時測試技術(shù)，它通過對缺失的系統(tǒng)部件進行軟件仿真來測試電子控制設(shè)備

在測試電子控制系統(tǒng)時，安全性、系統(tǒng)可用性或成本等考慮因素，使得我們不可能使用完整的系統(tǒng)來執(zhí)行所有想要的測試。但是，ECU和系統(tǒng)其余部分之間的閉HIL仿真是一種實時測試技術(shù)，它使用系統(tǒng)其余部分的軟件模型來仿真在被測控制單元和系統(tǒng)其余部分之間的傳感器和傳動器交互。這就為ECU創(chuàng)建了一種虛擬環(huán)境，保留了系統(tǒng)內(nèi)部的閉環(huán)耦合。為了精確地仿真?zhèn)鞲衅骱蛡鲃悠鹘换ィ瑴y試系統(tǒng)必須在一致的或確定性的時間間隔處確定性地執(zhí)行模型計算。

RTT系統(tǒng)的演變進程

隨著產(chǎn)品和系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，測試的挑戰(zhàn)性也在增強。為了應(yīng)對這些難題，實時測試系統(tǒng)正在進行融合，由此而產(chǎn)生的測試系統(tǒng)類似之前在不同實時測試應(yīng)用中出現(xiàn)的多種需求的組合。

從基于模型的測功機的出現(xiàn)就可以看出上述趨勢。通常，測功機測試系統(tǒng)包括一套實時測試應(yīng)用，使用比例-積分-微分（PID）控制算法來為被測單元產(chǎn)生變化的負載和速度條件。測試系統(tǒng)將對PID控制器和被測單元應(yīng)用靜態(tài)的激勵特性曲線，以執(zhí)行和驗證該設(shè)備。基于模型的測功機系統(tǒng)是由傳統(tǒng)測功機演變而來的，它使用模型來實現(xiàn)高級控制算法，并為測試系統(tǒng)生成動態(tài)激勵特性曲線。

WinemanTechnologies（）的工程師利用美國國家儀器的RTT平臺，以6輪獨立底盤測功機的形式實現(xiàn)了一套這樣的系統(tǒng)。為了充分地測試他們的車輛，測功機需要能夠產(chǎn)生測試條件，來仿真在各種不同地形上車輛的操控。

例如，基于模型的測功機必須能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的情況：兩個輪子在雪地中行駛，一個輪子在泥漿中滑動，兩個輪子在松散的沙礫上滾動，而另一個輪子則離開地面。此外，當(dāng)車輛在進行這些操作時，系統(tǒng)還必須仿真輪子在不同地形之間的轉(zhuǎn)換。

要實現(xiàn)這樣的測試系統(tǒng)，工程師必須將他們建造測功機和HIL仿真器的經(jīng)驗結(jié)合起來，創(chuàng)建一套帶有附加功能的傳統(tǒng)測功機測試系統(tǒng)，而這些附加功能在HIL測試系統(tǒng)中更為常見。具體而言，他們增加了能確定性地執(zhí)行復(fù)雜模型的功能，以便能夠生成6個相關(guān)的速度/轉(zhuǎn)矩特性曲線的動態(tài)激勵并實現(xiàn)完成上述任務(wù)所需要的高級控制。

歐洲研究機構(gòu)Robotiker-Tecnalia（）的一項應(yīng)用也體現(xiàn)了實時測試需求的這種融合。在他們研究和開發(fā)混合電動車（HEV）的動力傳動系統(tǒng)時，工程師們使用NI實時測試平臺創(chuàng)建了一套專用的HIL測試系統(tǒng)。

他們并沒有使用ECU對車輛的傳感器和傳動器交互提供完整的電氣仿真，而是將動力傳動系統(tǒng)的牽引驅(qū)動軟件模型替換為實際的機電部件。然后，他們將機電部件與仿真車輛其余部分的軟件模型連接成環(huán)路，以實現(xiàn)更為準(zhǔn)確和靈活的測試系統(tǒng)（如圖3所示）。

圖3在HIL仿真中增加了機械部件，以提供更高效的HEV動力傳動系統(tǒng)開發(fā)和驗證

因為在仿真中增加了物理部件，所以他們需要為牽引驅(qū)動增加加載機制，以便仿真能夠掌控它的加載情況。HIL仿真器為加載機制控制器提供了仿真的負載值，而控制器則通過機械耦合向牽引驅(qū)動施加物理負載。

在實現(xiàn)這種專用的HIL測試系統(tǒng)時，Tecnalia公司的工程師不得不同時創(chuàng)建一個HIL仿真器和一套基于測功機的加載系統(tǒng)，并使它們協(xié)同工作來提供HEV動力傳動系統(tǒng)的機電仿真。

消費者預(yù)期、監(jiān)管部門和競爭壓力都正在以加快的步伐將產(chǎn)品推向新的復(fù)雜度。當(dāng)各公司在這種復(fù)雜度激增和更短的開發(fā)周期、更高的可靠性要求和固定或收縮的預(yù)算之間努力保持平衡的時候，實時測試技術(shù)就在開發(fā)過程中發(fā)揮著越來越重要的作用。

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