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Jul 31, 2023

Porsche Engineering utilizza procedure di test all'avanguardia per lo sviluppo di azionamenti elettrici, che includono sia test nella vita reale che test condotti in un ambiente virtuale. Il loro utilizzo può abbreviare significativamente i tempi di sviluppo e ridurre il numero di veicoli di prova necessari.

Per continuare ad aumentare l'efficienza nello sviluppo di nuovi componenti e sistemi per la trazione elettrica, Porsche Engineering utilizza metodi di prova appositamente adattati ai requisiti della tecnologia ad alta tensione. Ad esempio, le batterie ad alta tensione vengono testate su banchi prova per veicoli e componenti presso le sedi di Bietigheim-Bissingen e Nardò, mentre sono disponibili ambienti di simulazione hardware-in-the-loop per testare il software per gli inverter a impulsi (PI). Ciò comporta il test dell'hardware reale in un sistema di veicolo virtuale.

L'IP svolge un ruolo chiave nei veicoli elettrici perché converte la tensione CC della batteria nella tensione CA multifase e nel campo rotante associato per il motore elettrico. Quando il recupero di energia è attivo in modalità overrun, il PI funziona nella direzione opposta e converte la tensione CA del motore in una tensione CC utilizzata per caricare la batteria. "Il controllo PI preciso per le diverse esigenze di prestazioni e comfort nelle diverse situazioni di guida richiede algoritmi di controllo e funzioni di sicurezza altamente complessi che devono essere testati prima della messa in funzione del motore", spiega Rafael Banzhaf, responsabile tecnico del progetto presso Porsche Engineering. "Ciò significa, ad esempio, garantire che il sistema di propulsione entri in uno stato sicuro in situazioni eccezionali come un incidente con attivazione dell'airbag." Prima dello sviluppo del sistema PI-HiL, i test dovevano essere eseguiti nel veicolo o su un banco di prova reale, poiché in caso di errori software nell'unità di controllo esisteva sempre il rischio che qualcosa potesse essere danneggiato.

Porsche Engineering ha quindi sviluppato un concetto di banco di prova per testare il software PI, in cui la vera ECU PI è integrata come hardware-in-the-loop (HiL). "L'ECU è esattamente la stessa versione del veicolo, quindi possiamo trarre conclusioni affidabili sul funzionamento del software installato", afferma Thomas Füchtenhans, ingegnere di sviluppo presso Porsche Engineering. "L'unica modifica è la disconnessione dei componenti ad alta tensione dai componenti a bassa tensione come la scheda di controllo PI nella ECU. Ciò è necessario sia per ragioni funzionali che di sicurezza ma non ha alcun impatto sui test."

Quando vengono condotti i test HiL, la scheda di controllo PI non attiva l'hardware reale, ma piuttosto una simulazione dell'unità di potenza PI. Questo a sua volta viene collegato alle simulazioni della batteria ad alto voltaggio, del motore elettrico, del sistema dell'autobus e del resto del veicolo per tenere conto dell'impatto sul controllo PI causato da sistemi del veicolo come gli airbag o il sistema di sistema di controllo del freno e il conducente sul controllo PI. Al contrario, la simulazione fornisce i dati del sensore virtuale come correnti di fase e temperature all'unità di controllo PI, chiudendo così il circuito di controllo. A causa delle elevate esigenze di capacità in tempo reale, le simulazioni per la batteria e il resto del veicolo vengono eseguite su un computer in tempo reale (RTPC), mentre FPGA (field programmable gate arrays) ancora più veloci, che consentono la simulazione tempi nell'ordine dei nanosecondi, vengono utilizzati per l'elettronica di potenza e il motore elettrico.

Gli ambiti di prova possibili sul banco prova HiL comprendono principalmente test funzionali secondo i requisiti delle specifiche, ma anche test flash di nuovi software, test di validazione come fase di sicurezza prima che vengano eseguite ulteriori analisi nel veicolo e test delle interfacce, delle funzioni diagnostiche, tempi di esecuzione e di cybersecurity e test di resistenza virtuale. "Anche se non possiamo sostituire completamente i test su banchi prova reali o nel veicolo con il PI-HiL, possiamo ridurne significativamente la portata, alleggerendo così il carico sui banchi prova reali e riducendo significativamente i costi, aumentando allo stesso tempo la sicurezza," riferisce Banzhaf .