基于NI FPGA 8733R板卡开发一套电机系统

"该系统的核心是NI FPGA 8733R板卡。 该板卡可在测试操作过程中生成并控制所有发动机信号之间的同步。 它还可确保监控测试试验过程中正确执行时的生成值/测量值的精度。"——W. Di Palma, MAGNETI MARELLI POWERTRAIN

挑战:
开发低成本且可扩展的系统架构，该架构应能够运行类似于测试配置文件的电机，以进行电子控制单元(ECU)可靠性筛选评估。 为提高电子控制单元（ECU）的可靠性筛选评估能力，需要开发一套能够运行一个电机（等效一个测试文件）的低成本、可扩展性的系统架构。

解决方案:
通过代码设计，仿真各种基本环境和电机传感器及其他各种传感器，构建基于NI现场可编程门阵列(FPGA)板卡的系统核心，因此，无需PXI数据采集(DAQ)设备执行I/O和控制器局域网(CAN)等时间关键型外设。

典型的动力传动模块可完成汽车相关的各种功率传送与逻辑功能。 这些多功能模块需要把逻辑核心电子设备（以满足高处理速度和大内存需求）与智能功率电子设备（喷油器驱动器）集成起来。 该集成混合了最新的电子封装技术与可在严酷操作条件下工作的大功率模块。

ECU故障通常是汽车故障的一大主要原因。 因此，对制造商来说，潜在的经济损失以及保修方面的法律法规，都使得对OEM的各种质量和可靠性标准要求越来越严格。 传统的质量指标限制要求汽车生产商生产线的部件不合格率必须小于十万分之一，每一千辆汽车仅能发生三至五次事故。

在如此复杂的设计中，在线测试、终端功能测试、老化批处理等传统测试筛选方法经实践证明，是无法达到这么高的质量目标。 而且，微控制器和其它数字SOC外围设备的内部架构和结构设计均是芯片供应商IP的一部分。 因此，现场等效功能筛选方法已经被确认为是用于筛选存在潜在故障的零件的一种有效方法，可为质量测试提供更有价值的信息，该方法不包含在标准生产测试流程中。

在传统ECU模块设计过程中，客户会要求进行可靠性测试，以证明产品的可靠性及其与项目要求的符合程度。 其中的主要难点在于装车前如何管理这些复杂的分布式系统的质量、可靠性和安全性。 电子产品制造的生产线一般采用标准设计。 生产线采用直线顺序作业，包括锡膏印刷、元件更换和焊接。 在电子产品制造行业中，最终产品通常只有两种不同的状态： “可工作”或“不可工作”。 但是，“可工作”状态取决于每个组件，单个组件的一个很小的瑕疵都可能对印刷电路板(PCB)产品的整体性能产生重大影响。

通过与IPR S.r.l进行技术合作，Magneti Marelli Powertrain S.p.A.以非常低的成本设计出一款全新的可扩展多平台测试架构，涵盖从可靠性设计的初级阶段到筛选设备的制造等测试的各方各面。

该解决方案基于各种商业现成(COTS)元件，是可靠性和系统维护性测试的绝佳之选，同时还可使极大减小用户定制时所需的外部调理模块。 该系统还具有高度适应性。 例如，只需进行简单的配置选择，该系统便可生成霍尔型或VRS型曲轴和凸轮轴或其他所有等效电机传感器的配置文件。

我们选择使用 LabVIEW 软件来开发用户界面，这是由于LabVIEW具有非常便于使用的操作界面。 该系统还包括一块FPGA板卡，可支持开环和闭环仿真配置文件。 此外，该系统的核心是NI PXI FPGA板卡。 该板卡可在测试操作过程中生成并控制所有发动机信号之间的同步。 它还可确保监测测试试验正确执行时的的生成值/测量值的精度。

在FPGA板卡上运行的时间关键型核心进程与在Windows操作系统上运行的CPU相互独立，Windows操作系统安装的均是非时间关键型进程。 自定义设计的板卡（系统板卡）包含用作为每个待测设备(DUT)的门/调理集线器的信号调理电路。

该系统还可无限扩展。 我们设计了两种不同的组成结构：一种用于研发目的的10个DUT的可靠性测试，另一种是用于40个仓库的大型扩展系统，用于满足生产厂房的筛选要求。

系统ERA设计可运行压控配置文件来验证偏压条件下产品可否正常运行及其公差。 运行时配置文件可根据DUT的电压组定义独立进行编程。

这一款高性价比的解决方法使得我们可以采用各种具有高度扩展性的硬件在环等效系统。 该设备几乎可运行10个不同的电机配置文件，帮助我们在设计初期及时发现潜在故障。