挑戰(zhàn)
　　美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI)為汽車燃料電池系統(tǒng)開發(fā)的電子控制設(shè)備(ECU)，極大地改善了燃料電池系統(tǒng)。使其較之于傳統(tǒng)的基于內(nèi)燃機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)更具競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)在商業(yè)上切實(shí)可行，這是NI目前面臨的挑戰(zhàn)。
 福特公司(Ford))專注于對(duì)燃料電池系統(tǒng)(FCS)的研究，并由此催生了一系列汽車的發(fā)展，如全球第一輛全性能燃料電池汽車(P2000)和全球第一輛燃料電池充電式、油電混合動(dòng)力車(帶有HySeries驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的Ford Edge汽車)。
解決方案
　　采用NI LabVIEW Real-Time、LabVIEW FPGA模塊及NI CompactRIO控制器為汽車燃料電池系統(tǒng)開發(fā)了實(shí)時(shí)嵌入式控制系統(tǒng)，并通過LabVIEW和實(shí)時(shí)PXI機(jī)箱硬件在環(huán)（HIL）系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證。

　　Ford公司產(chǎn)品經(jīng)理表示：“Ford與NI有很長(zhǎng)的合作歷史，采用LabVIEW模塊對(duì)生產(chǎn)的每一款燃料電池電動(dòng)車進(jìn)行了全面的開發(fā)，為汽車燃料電池系統(tǒng)成功設(shè)計(jì)、開發(fā)了實(shí)時(shí)嵌入式控制系統(tǒng)”。
屹立創(chuàng)新前沿
　　自1992年以來，F(xiàn)ord Motor公司就開始專注于研發(fā)燃料電池系統(tǒng)。雖然燃料電池系統(tǒng)較之傳統(tǒng)的基于內(nèi)燃機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)更具競(jìng)爭(zhēng)力，但依然存在的缺陷妨礙了燃料電池系統(tǒng)成為商業(yè)可行的技術(shù)。因此，NI不斷地在系統(tǒng)壽命、防凍啟動(dòng)等方面進(jìn)行重大改進(jìn)，努力達(dá)到理想的控制效果。
　　在開發(fā)突破性的燃料電池系統(tǒng)的同時(shí)，NI使用快速原型技術(shù)開發(fā)了新型控制系統(tǒng)。在開發(fā)過程中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)工程V模型不斷驗(yàn)證、改良設(shè)計(jì)，盡管在車輛生產(chǎn)方面ECU已經(jīng)取得了廣泛的成功，但設(shè)計(jì)上的改變往往會(huì)影響子系統(tǒng)部件之間的接口(如空氣壓縮機(jī)控制模塊和燃料電池控制模塊之間的接口)，不能滿足實(shí)現(xiàn)快速原型控制系統(tǒng)的方法。而采用CompactRIO進(jìn)行FCU的快速原型開發(fā)，可以完全適應(yīng)設(shè)計(jì)上的改變，并應(yīng)用于新型設(shè)計(jì)方案的傳感器和制動(dòng)器。
　　NI開發(fā)了HIL系統(tǒng)，它由NI PXI-1010混合PXI/SCXI機(jī)箱中的NI PXI-8186控制器以及相關(guān)的PXI和SCXI I/O卡組成。其中包括1個(gè)控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）板卡，用于對(duì)CompactRIO控制器中嵌入的控制策略功能進(jìn)行驗(yàn)證。采用LabVIEW Real-Time實(shí)現(xiàn)的HIL系統(tǒng)具有圖形化用戶界面（GUI），可向ECU提供手動(dòng)、自動(dòng)輸入，以驗(yàn)證控制策略的執(zhí)行，同時(shí)在硬件在環(huán)監(jiān)視器上顯示CompactRIO I/O反饋。通過驗(yàn)證表明，硬件在環(huán)系統(tǒng)是成功的。在CompactRIO開始控制燃料電池系統(tǒng)設(shè)備后，只需對(duì)策略進(jìn)行鏡像更改即可。
性能優(yōu)良
　　汽車動(dòng)力傳動(dòng)需要能夠?qū)崟r(shí)控制。為達(dá)到實(shí)時(shí)所需的確定性，LabVIEW Real-Time Module（實(shí)時(shí)模塊）為所選控制器提供了商業(yè)化的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）。當(dāng)提升性能從使用NI cRIO-9002轉(zhuǎn)為NI cRIO-9012嵌入式實(shí)時(shí)控制器時(shí)，LabVIEW Real-Time模塊會(huì)自動(dòng)從Pharlap實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)轉(zhuǎn)為VxWorks RTOS。通過NI產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)RTOS，使得研發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠集中精力開發(fā)燃料電池控制系統(tǒng)，而無需為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)這一細(xì)節(jié)分心。
　　燃料電池系統(tǒng)控制器從車輛中的傳感器、制動(dòng)器、控制器及系統(tǒng)中接收不同類型的輸入信號(hào)。目前，汽車設(shè)計(jì)普遍采用CAN總線設(shè)備，用來傳送、接收燃料電池系統(tǒng)內(nèi)外的I/O信號(hào)。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試時(shí)，通過基于LabVIEW的擴(kuò)展測(cè)試平臺(tái)模擬了主車輛控制器，它通過CAN總線與燃料電池系統(tǒng)從控制器進(jìn)行通信。對(duì)于汽車燃料電池系統(tǒng)應(yīng)用來說，CompactRIO CAN的支持至關(guān)重要。為了支持CAN總線，NI公司開發(fā)了支持快速、基于VxWorks的平臺(tái)（如cRIO-9012）上的CAN總線的新方法。除了能夠應(yīng)用CAN通道API，新的CAN架構(gòu)通道轉(zhuǎn)換庫也比以前速度更快，從而縮短了開發(fā)時(shí)間。
　　NI的產(chǎn)品一直以來都以支持開放式系統(tǒng)架構(gòu)而備受贊譽(yù)。使用NI Measurement & Automation Explorer(MAX)軟件可以導(dǎo)入使用其他CAN生產(chǎn)商工具開發(fā)的CAN信息數(shù)據(jù)庫。方便生產(chǎn)商交換數(shù)據(jù)庫，而無需轉(zhuǎn)化或記錄CAN信息數(shù)據(jù)庫。
技術(shù)無縫集成
　　對(duì)于汽車燃料電池系統(tǒng)項(xiàng)目來說，使用LabVIEW Professional Development System開發(fā)系統(tǒng)和2個(gè)附加模塊即可實(shí)現(xiàn)控制策略。首先，使用了LabVIEW Real-Time模塊，對(duì)實(shí)時(shí)控制器編寫了實(shí)時(shí)控制軟件；其次，使用LabVIEW FPGA模塊，通過基于FPGA的軟件傳輸，包括CAN在內(nèi)的所有I/O。這2個(gè)附加LabVIEW模塊都可以無縫集成到LabVIEW開發(fā)環(huán)境中，而圖形化差分是LabVIEW主要的特性之一。
 NI Real-Time Execution Trace Toolkit工具包在需要解決精密計(jì)時(shí)問題時(shí)，將是一個(gè)重要的工具。使用此款工具包，可以發(fā)現(xiàn)一些沒有預(yù)期執(zhí)行功能的實(shí)時(shí)嵌入式代碼區(qū)域，然后對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化以確保實(shí)時(shí)性能。如果沒有NI Real-Time Execution Trace Toolkit工具包這種高性能、低成本的產(chǎn)品，就只能依靠諸如在線仿真器和邏輯分析儀這樣昂貴的外部測(cè)試設(shè)備。
　　開發(fā)者經(jīng)常會(huì)在版本控制方面遇到困難，而LabVIEW和Microsoft Visual SourceSafe版本控制程序能夠完美集成，在軟件開發(fā)中可以充分利用此特點(diǎn)，成功、無縫地集成版本控制。只需在LabVIEW項(xiàng)目窗口中的源VI圖標(biāo)上右擊，即可顯示諸如文件check-in或check-out等功能列表。
LabVIEW無處不在
　　使用LabVIEW開發(fā)內(nèi)部設(shè)計(jì)燃料電池系統(tǒng)不僅效率高、成本低，還有其他原因：(1)一些工程師已有使用LabVIEW的經(jīng)驗(yàn)，還有一些也已經(jīng)進(jìn)行過培訓(xùn)，因此通過使用LabVIEW，相當(dāng)于獲得了更多的資源；(2)為快速原型控制器開發(fā)的軟件與之前使用LabVIEW開發(fā)的測(cè)試平臺(tái)之間本來就可以相互配合、VI可以共享，開發(fā)環(huán)境、硬件亦是如此；(3)由于模塊化LabVIEW VI能夠與之前的系統(tǒng)兼容，即可以重用10年前開發(fā)的VI作為HIL系統(tǒng)的基礎(chǔ)；(4)基于NI硬件和LabVIEW的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)，可以很容易地使用技術(shù)數(shù)據(jù)管理流（TDMS）文件格式儲(chǔ)存測(cè)試數(shù)據(jù)，以備NI DIAdem數(shù)據(jù)管理軟件進(jìn)行分析。與普通的數(shù)據(jù)可視化方案一樣，使用DIAdem快速并自動(dòng)地搜索多個(gè)數(shù)據(jù)文件，找出性能異常并使用注解將它們圖形化。
　　NI LabVIEW為汽車燃料電池系統(tǒng)開發(fā)的電子控制設(shè)備，再次驗(yàn)證了——NI技術(shù)支持是值得信賴的。