新能源汽車電控開發(fā)教學系統(tǒng)建設方案
一．概述隨著人們對車輛舒適、安全、節(jié)能、環(huán)保等要求的日益提高，汽車智能化和電子化成為未來車輛技術的主要趨勢，由此對電子控制技術及開發(fā)者提出了更大的挑戰(zhàn)。對于國內電控開發(fā)者而言，在 ECU 開發(fā)和產品化方面存在更大的困難，需要應對更多的挑戰(zhàn)。
ECU 主要包括控制器硬件和控制器軟件，其中的控制器軟件又包括基礎軟件與應用軟件，應用軟件決定了車輛駕駛體驗，是車輛及零部件子系統(tǒng)品牌差異化的主要體現(xiàn)，是各大廠商自主研發(fā)的核心知識產權，控制器硬件以及基礎軟件，是保證應用軟件良好運行的平臺。在開發(fā)階段和產品化階段，傳統(tǒng)開發(fā)方式一般采用不同的平臺，這些平臺間的移植和驗證都存在較大的難度，需要花費大量的時間、精力以及昂貴的費用。對于剛剛起步的自主品牌在產量和成本的要求下，對于相對復雜的控制系統(tǒng)，新產品的產品化幾乎成了難以完成的任務。
新能源汽車電控開發(fā)教學系統(tǒng)是一個涵蓋了新能源汽車整車控制器（VCU）開發(fā)、電機控制器開發(fā)、電池管理系統(tǒng)開發(fā)等多個方面的綜合性教學平臺。它旨在通過理論與實踐相結合的方式，培養(yǎng)學生在新能源汽車電控系統(tǒng)開發(fā)方面的專業(yè)技能和創(chuàng)新能力。
該系統(tǒng)通常包括以下幾個主要部分：
1.理論教學模塊：通過課程講解、案例分析等方式，介紹新能源汽車電控系統(tǒng)的基本原理、關鍵技術和發(fā)展趨勢，使學生掌握相關的理論知識和分析方法。
2.實踐操作模塊：提供實驗設備和仿真軟件，讓學生在教師的指導下進行實際操作和編程練習，加深對電控系統(tǒng)開發(fā)流程和技術要點的理解。
3.項目開發(fā)模塊：組織學生參與實際的新能源汽車電控系統(tǒng)開發(fā)項目，通過團隊合作和項目開發(fā)實踐，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神。
此外，新能源汽車電控開發(fā)教學系統(tǒng)還注重培養(yǎng)學生的跨學科知識和綜合能力，通過與其他學科如機械工程、電子工程等的交叉融合，提升學生的綜合素質和競爭力。
為了解決 ECU 研發(fā)和產品化的問題，我們對國內外的最新技術進行了深入細致的研究，通過整合不斷提升的微控制器技術，結合嵌入式軟件開發(fā)應用以及控制器設計標準的國際最新趨勢，自主研發(fā)形成了 RapidECUECU 快速開發(fā)解決方案，有效解決了 ECU 開發(fā)與產業(yè)化難題。
二．開發(fā)流程
RapidECU ECU 快速開發(fā)解決方案，開發(fā)流程符合國際標準的軟件工程 V 型開發(fā)模式，支持 Matlab/Simulink/ Stateflow，采用圖形化建模方式建立軟件工程，完全零手工的全自動代碼生成，可以同時完成應用軟件和基礎軟件模型自動代碼生成，在開發(fā)過程中隨時保持模型和代碼的同步狀態(tài)，使開發(fā)和產品化在統(tǒng)一的平臺下實現(xiàn)，提供集成式的完整工具鏈組合，支持用戶完成 ECU 生命周期內的開發(fā)、測試、標定、驗證、生產等全部流程。
底層系統(tǒng)成熟穩(wěn)定，包括實時操作系統(tǒng)、各種汽車級 I/O 信號調理、功率驅動、總線通信、標定協(xié)議、診斷協(xié)議棧、引導程序、電源管理、內存管理等功能，模塊化調用。硬件設計符合汽車級標準，堅固耐用、性能穩(wěn)定可靠。
| 產品概覽 | 產品特點和應用 | 主要技術參數(shù) | 單價 |
| 1.新能源汽車電控系統(tǒng)快速原型開發(fā)工具包 | |||
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產品名稱： RapidECU-S1快速原型開發(fā)工具包 主要配置： 1*RapidECU-S1快速原型控制器 1*ECUCoder-5674全自動代碼生成軟件 1*MeCa程序調試軟件 1*USBCANII通信適配器 1*154pin S1專用開發(fā)線束 1*CAN轉接頭 1*BootKey激活器 1*軟件光盤 1*USBKEY軟件加密狗 1*專用工具箱 1*C編譯器 1*CANape標定軟件（可選） |
產品應用： 混合動力系統(tǒng)控制 純電動汽車整車控制 自動變速器控制 高壓共軌柴油機控制 缸內直噴/歧管噴射汽油機控制 LPG/CNG/LNG發(fā)動機控制 EPS電動轉向控制 防抱死制動系統(tǒng)ABS 其他各種電子控制系統(tǒng) 產品特點： 最新一代汽車級PowerPC 32位處理器，主頻高達264MHz； 硬件I/O資源豐富，可滿足絕大多數(shù)汽車電子控制單元開發(fā)需求； 支持基于MATLABSimulink圖形化建模，一鍵式自動代碼生成； 底層軟件可模塊化調用和配置，可通過GUI界面配置底層參數(shù)，簡捷方便； 支持CCP實時在線測量標定，實用友好的標定軟件界面，全圖形化操作 |
主處理器 MPC5674F，32位，主頻160MHz(最大264MHz)，硬件浮點單元 存儲器 Flash 4MB，SRAM 256KB，EEPROM 8KB I/O資源 電壓量輸入24路；電阻量輸入6路；開關量輸入31路（20路高有效，11路低有效）；頻率量輸入6路；恒流功率驅動4路（額定3A，恒流控制，帶顫振模式及電流反饋，過流，過壓，過熱保護）；直流電機驅動3路（2路額定5A,1路額定3A，同時工作額定9A）；步進電機驅動1路（額定5A）；PWM輸出20路 通信 4路CAN； 1路LIN；1路RS232；1路RS485 支持DBC文件自動解析為Simulink模型 標定 支持CCP，ASAP標準， 支持MeCa、INCA、CANape、Vision等標定工具實時在線標定 程序下載/激活 基于CAN總線的Bootloader功能 自動代碼生成 提供基礎軟件Simulink 模塊庫 可通過用戶界面配置基礎軟件參數(shù)并由Simulink 模型自動生成基礎軟件代碼 一鍵式自動代碼生成無需手工代碼編程，后臺自動調用編譯器，無需手動干預，底層代碼開源 |
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| 2.電池管理系統(tǒng)開發(fā)工具包 | |||
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產品名稱： RapidECU-U2快速原型開發(fā)工具包 主要配置： 1*RapidECU-U2 BMS主控模塊 3*RapidECU-B1 蓄電池監(jiān)控模塊 1*ECUCoder-5554全自動代碼生成軟件 1*MeCa程序調試軟件 1*USBCANII通信適配器 1*121pin U2專用開發(fā)線束 3*24pin B1專用開發(fā)線束 1*CAN轉接頭 1*BootKey激活器 1*軟件光盤 1*USBKEY軟件加密狗 1*專用工具箱 1*C編譯器 |
產品應用： 動力蓄電池管理 產品特點： 產品級原型，集成信號調理與功率驅動電路，硬件堅固耐用，性價比高 采用圖形化建模與全自動代碼生成技術，無需手工編程 硬件具有一定的通用性，適合常用電控系統(tǒng)的快速原型 適用于實驗室、臺架、批量裝車等各個階段 生成的源代碼全開放，產品階段與快速原型階段代碼復用 實用友好的測量標定軟件，全圖形化操作 與INCA、CANape、Vision等標定軟件無縫兼容 高性價比 |
主控模塊： 主處理器：MPC5554，32位，主頻80MHz，硬件浮點單元 存儲器：Flash 2MB，SRAM 64KB I/O資源：電壓量輸入最多15路；電阻量輸入最多6路；開關量輸入最多19路（10路高有效，9路低有效）；頻率量輸入最多12路；PWM輸出最多12路；電源輸出最多4路（5V,電流分別為50Ma,50mA, 300mA, 300mA）；繼電器輸出最多17路 通信：CAN 3路；LIN 1路，支持DBC文件自動解析為Simulink模型 蓄電池監(jiān)控模塊： 主處理器：S12XEP100，16位，主頻40MHz 基本參數(shù)：電壓檢測通道數(shù)量 12路，溫度檢測通道6路，單體電壓檢測精度±5mV，總電壓采集范圍：0~1000V，總電壓檢測精度±1%，電壓檢測循環(huán)周期<15ms，低端驅動通道數(shù)：1~4路，被動均衡功能 標定 支持CCP，ASAP標準 支持MeCa、INCA、CANape、Vision等標定工具實時在線標定 程序下載/激活 基于CAN總線的Bootloader功能 自動代碼生成 提供基礎軟件Simulink 模塊庫 可通過用戶界面配置基礎軟件參數(shù)并由Simulink 模型自動生成基礎軟件代碼 一鍵式自動代碼生成無需手工代碼編程，后臺自動調用編譯器，無需手動干預，底層代碼開源 |
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| 3.電機控制器快速原型開發(fā)工具包 | |||
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產品名稱： RapidECU-M1快速原型開發(fā)工具包 主要配置： 1*RapidECU-M1電機控制器 1*ECUCoder for MCU全自動代碼生成軟件 1*程序下載調試軟件 1*USBCANII通信適配器 1*M1專用開發(fā)線束 1*軟件光盤 1*USBKEY軟件加密狗 1*專用工具箱 1*C編譯器 |
產品應用： 主要配置： 1*RapidECU-M1電機控制器 1*ECUCoder for MCU全自動代碼生成軟件 1*程序下載調試軟件 1*USBCANII通信適配器 1*M1專用開發(fā)線束 1*軟件光盤 1*USBKEY軟件加密狗 1*專用工具箱 1*C編譯器 永磁同步電機控制 直流無刷電機控制 產品特點： 支持無傳感器矢量控制，同時兼容旋轉變壓器、光電編碼器、霍爾傳感器等類型轉速/位置傳感器 專利水冷散熱技術，功率密度高達10kVA/kg以上，高可靠性硬件，提供8年/15萬公里質保 額定電壓 384V 額定電流 150A 峰值電流 300A 額定容量 60kVA 最大容量 100kVA 適配電機種類 永磁同步電機、無刷直流電機 適配電機額定功率30kW~70kW 控制器重量 ＜10kg 控制算法 矢量控制 運行模式 扭矩模式、轉速模式 通信方式 CAN總線 工作環(huán)境溫度 -40℃~+65℃（55℃以上降額運行） 冷卻方式 水冷 防護等級 IP66 外形尺寸 350×180×120 (mm) 標定 支持CCP，ASAP標準 支持實時在線標定 程序下載/激活 基于CAN總線的Bootloader功能 自動代碼生成 提供基礎軟件Simulink 模塊庫，可通過用戶界面配置基礎軟件參數(shù)并由Simulink 模型自動生成基礎軟件代碼 一鍵式自動代碼生成無需手工代碼編程，后臺自動調用編譯器，無需手動干預 |
硬件參數(shù) 額定電壓 384V 額定電流 150A 峰值電流 300A 額定容量 60kVA 最大容量 100kVA 適配電機種類 永磁同步電機、無刷直流電機 適配電機額定功率30kW~70kW 控制器重量 ＜10kg 控制算法 矢量控制 運行模式 扭矩模式、轉速模式 通信方式 CAN總線 工作環(huán)境溫度 -40℃~+65℃（55℃以上降額運行） 冷卻方式 水冷 防護等級 IP66 外形尺寸 350×180×120 (mm) 標定 支持CCP，ASAP標準 支持實時在線標定 程序下載/激活 基于CAN總線的Bootloader功能 自動代碼生成 提供基礎軟件Simulink 模塊庫，可通過用戶界面配置基礎軟件參數(shù)并由Simulink 模型自動生成基礎軟件代碼 一鍵式自動代碼生成無需手工代碼編程，后臺自動調用編譯器，無需手動干預 |
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| 4.網絡總線開發(fā)工具 | |||
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產品名稱： CANoe總線開發(fā)仿真工具 是進行網絡和ECU開發(fā)、測試和分析的全面工具，支持總線網絡開發(fā)從需求分析到系統(tǒng)實現(xiàn)的全過程，包括模型創(chuàng)建、仿真、測試、診斷及通信分析等，因此CANoe已被眾多OEM和供應商的系統(tǒng)設計師、開發(fā)工程師和測試工程師廣泛使用。 主要配置： 1*CANoe總線開發(fā)軟件 1*VN1630總線通信適配器 1*LINpiggy LIN總線收發(fā)模塊 2*CANcable Y型連接線 |
產品應用： 網絡總線開發(fā)測試仿真 產品特色： 支持網絡數(shù)據(jù)庫（例如DBC、FIBEX、LDF、NCF、MOST Function Catalog）； 具備用戶可編程能力（類C的CAPL編程語言）； 無縫集成MATLAB/Simulink仿真模型； 可創(chuàng)建用戶自定義面板來控制仿真和測試過程以及顯示分析數(shù)據(jù)； 可通過VT System讀取/控制外部IO信號； 可與Test Automation Editor聯(lián)合使用，實現(xiàn)自動化測試。 通過LIN2.1和J2602的一致性測試 |
CANoe總線開發(fā)軟件： CANoe可支持CAN、LIN、FlexRay、MOST和Ethernet等各種總線系統(tǒng)以及SAE J1939、ISO15765、ISO14229(UDS)、ISO14230(KWP2000)、OSEK NM、NMEA2000、ISO11783、SAE J1587、CANopen、MCnet、GMLAN、CANaerospace等各種高層協(xié)議及標準。 Option .LIN: 根據(jù)LDF輕松模擬LIN節(jié)點/網絡（包括多通道LIN管理器和網關） 全面支持LIN2.0, LIN2.1, LIN2.2架構 管理LIN2.0, LIN2.1, LIN2.2和J2602網絡 支持模擬LIN節(jié)點（包括診斷） 為用戶提供完整的可配置信號、幀和時序的交互式面板 支持診斷的功能設置 VN1630總線通信適配器： 新一代VN1600系列接口卡秉承了經典的CANcaseXL接口卡的卓越性能。VN1630擁有4個通道，相比雙通道的VN1610/VN1611更具靈活性并支持I/O接口。 靈活的接口支持CAN, LIN, K-Line*, J1708 and IO 4個完全獨立通道（可配置為CAN/LIN） 板載收發(fā)器（CANpiggy*） 金屬外殼 即插即用 USB供電 最佳性能：帶有CAN/LIN/J1708總線訪問的CANoe實時應用 擴大的溫度范圍: -40 to +70 °C |
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| 5.新能源汽車動力系統(tǒng)教學平臺 | |||
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產品名稱： 新能源汽車動力系統(tǒng)教學平臺 主要配置： 2*輪轂電機10kw 2*電機控制單元RapidECU-M1 1*整車控制器RapidECU-U2 1*動力蓄電池組2kwh 1*單座開放座艙式駕駛模擬器 1*車輛動力學仿真軟件 1*控制主機（車輛動力學模型道路場景模型） 1*教學平臺軟件 3*高清LED液晶顯示器 1*新能源汽車動力系統(tǒng)試驗臺及附件 |
產品應用： 新能源汽車動力總成控制系統(tǒng)開發(fā) 基于輪轂電機的新能源汽車開發(fā) 新能源汽車動力系統(tǒng)教學試驗 產品特色： 輪轂電機驅動系統(tǒng) 支持MATLABSimulink圖形化編程一鍵式自動代碼生成 實時車輛動力學仿真模型 實時道路場景模擬 控制系統(tǒng)支持CAN和多種I/O可與實車部件相連； 支持硬件在環(huán)仿真 支持駕駛員在環(huán)仿真 |
主要技術參數(shù)： 試驗臺選用全新輪轂電機純電動驅動總成，電機、電池、電控等部件工作正常，運行平穩(wěn)。 包括一整套基于輪轂電機的純電動動力系統(tǒng)和實車駕駛模擬操控裝置，并可實時顯示道路場景，使得開發(fā)人員可以模擬駕駛該電動汽車，主要由以下部分組成 輪轂電機參數(shù)：額定功率10kw，峰值功率25kw，額定電壓：96V，額定電流120A，額定轉速700rpm，額定扭矩136NM，最大扭矩460NM 電機控制單元參數(shù)：額定電壓384V，額定電流150A，額定容量60KVA， 最大容量100KVA，適配電機種類永磁同步電機、直流無刷電機，控制算法空間矢量控制，運行模式扭矩模式、轉速模式，通信方式CAN總線，支持無傳感器矢量控制，兼容旋轉變壓器、光電編碼器、霍爾傳感器。 整車控制器：VCU的主要功能包括整車能量管理、整車驅動控制、整車故障診斷、整車狀態(tài)監(jiān)控及顯示、制動優(yōu)先、制動能量回收、車輛附件控制等基本功能。 主要傳感器輸入：加速踏板位置信號；制動開關信號； 檔位位置信號； 鑰匙開關信號；真空度開關信號；助力轉向控制器狀態(tài)信號；空調開關信號；除霜開關信號；充電狀態(tài)信號；高壓互鎖狀態(tài)信號。 系統(tǒng)輸出：執(zhí)行機構控制；預充電繼電器；主驅動接觸器；DC/DC繼電器；PTC加熱繼電器；真空泵繼電器；助力轉向油泵繼電器； 空調壓縮機繼電器；散熱風扇繼電器；冷卻水泵繼電器。 接收CAN總線信息：電池管理系統(tǒng)信號；電機驅動系統(tǒng)信號；車速信號。 發(fā)送CAN總線信息：電機控制信號；整車狀態(tài)信號；整車故障信號。 動力蓄電池組基本參數(shù)：額定電壓96V，電池容量2KWH，最大放電電流大于120A； 駕駛模擬器包括：方向盤、加速制動踏板、檔位裝置、電動座椅、安全帶、大燈、轉向燈等，信號可輸出至車輛動力學模型控制主機； 提供高仿真度的實時多體車輛動力學模型，用于模擬車輛實時運行參數(shù)，包括編輯車輛數(shù)據(jù)原件和創(chuàng)建新的車輛模型的圖形用戶界面軟件； 控制主機：Inter I7處理器，8G內存，4G顯存，1TB硬盤，支持CAN通信； 3臺27英寸高清LED顯示器； 實驗面板配備動力系統(tǒng)電器原理圖，采用BOB分線箱連接控制單元與實際電控部件，不用拔拉電器插頭或穿刺導線，能開展包括電阻、電壓、頻率、脈寬、占空比、示波和導通性測試等全部應用技術的實踐性教學與實作訓練； 配備故障檢測和CAN通信端口，可通過上位機軟件進行故障檢測和CAN通信測試； 配備實時標定接口，可通過上位機基于CCP協(xié)議對控制參數(shù)進行實時測量標定； 試驗臺采用鋁合金型材搭建，經久耐用，便于安裝拆卸，底部安裝萬向輪便于移動。 |
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| 6.HMI人機界面開發(fā)工具 | |||
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產品名稱 HMI人機界面開發(fā)工具 支持用戶通過圖形化編程自定義儀表面板設計 主要配置： 1*LCD全液晶儀表 1*Altia Faceplate軟件工具包 1*主機（支持CAN通信） |
主要應用： 定制化儀表開發(fā) 人機工程（HMI）研究 HMI需求定義與概念發(fā)布 駕駛模擬器HMI原型實現(xiàn)、人機交互訓練 HMI目標機產品實現(xiàn) 系統(tǒng)新功能可視化驗證 主要特點： 全液晶儀表 支持CAN總線通信 儀表面板支持用戶通過圖形化編程自定義界面 提供豐富的圖形素材庫 支持與車輛動力學模型聯(lián)合仿真調試 實時高清顯示 與SimCreator無縫兼容 |
主要參數(shù)： 配備一臺LCD全液晶儀表，尺寸滿足車輛儀表臺安裝，液晶儀表可支持采用Altia Faceplate 軟件進行圖形用戶界面開發(fā)； 主機配置：Inter I7處理器、8GB內存、1TB硬盤、4G顯存、CAN接口； Altia Faceplate軟件工具包，是用來開發(fā)用戶圖形界面的軟件，提供人機交互界面設計、仿真的集成開發(fā)環(huán)境，以GUI 式圖形編輯器替代傳統(tǒng)編程，方便向目標客戶、市場人員、人機交互工程師、系統(tǒng)工程師、軟件開發(fā)工程師提供統(tǒng)一的HMI 產品模型，為仿真驗證、迭代修改以及代碼生成提供工程文件，具有豐富的汽車/航空專業(yè)圖形控件庫，與SimCreator無縫兼容，可用于駕駛模擬器數(shù)據(jù)實時同步。 |
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| 7.電控系統(tǒng)開發(fā)教學實驗箱 | |||
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產品名稱： 電控系統(tǒng)開發(fā)教學實驗箱 主要配置： 1*RapidECU-EDU控制器 1*ECUCoder-5634教學版 1*MeCa測量與標定軟件 1*USBCAN通信適配器 1*TFT液晶顯示器 1*曲軸凸輪軸信號發(fā)生器 1*軟件光盤 1*專用工具箱 |
產品應用： 汽車電子、自動化及新能源領域等相關專業(yè)的實驗教學、課程設計、畢業(yè)設計和創(chuàng)新 產品特點： 自動代碼同時生成基礎軟件與應用軟件，無需手動集成； 模型自動優(yōu)化配置，無需手動設置Simulink配置參數(shù)； 功能強大的GUI界面，可直接從模型訪問并配置整個基礎軟件； 后臺自動調用編譯器，無需手動干預； |
主處理器：MPC5634M，32位，主頻80MHz，硬件浮點單元 存儲器：Flash 1.5MB，SRAM 94KB I/O資源：電壓量輸入最多5路；電阻量輸入最多2路；開關量輸入最多9路；頻率量輸入最多2路；PWM輸出最多4路；繼電器驅動最多10路；直流電機驅動1路（H橋）；噴油驅動4路；點火信號4路 通信：CAN 2路；RS2321路 標定：支持CCP，ASAP標準，支持MeCa、INCA、CANape、Vision等標定工具實時在線標定 程序下載/激活：基于CAN總線的Bootloader功能 自動代碼生成 ：一鍵式自動代碼生成無需手工代碼編程，后臺自動調用編譯器，無需手動干預 |
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| 8.其他可選配置： | |||
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產品名稱： 汽油機電噴系統(tǒng)開發(fā)套件 |
1*電子節(jié)氣門 4*噴油器 4*智能點火線圈+火花塞 1*進氣溫度傳感器+水溫傳感器 1*氧傳感器（開關型） 2*繼電器 1*點火鑰匙開關 |
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產品名稱： 輪轂電機 |
功率：額定10kw，峰值25kw 電壓：額定96V 電流：額定120A 轉速：額定700rpm 扭矩：額定136N·M，峰值460N·M 匹配RapidECU-M1電機控制器 |
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產品名稱： 曲軸凸輪軸信號發(fā)生器 |
曲軸凸輪軸信號類型：磁電式or霍爾式 發(fā)動機轉速范圍：0~9000轉/分 轉速分辨率：0.5轉/分 轉角分辨率：0.1° 典型曲軸齒形：60-2；典型凸輪軸齒型：4+1 |
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產品名稱： BOB斷路分線盒 |
主要用于ECU信號快速測量、短路/斷路測試和故障注入測試，包括： 1臺ECU分線箱 1根121pin BOB連接線束 1套短路插（121只） |
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產品名稱： SimCar仿真模擬器 |
SimCar支持如下信號的仿真 模擬量信號；電阻量信號；開關量信號；正弦波信號；PWM信號；CAN總線信號；輪速信號；曲軸與凸輪軸傳感器信號；其他各類傳感器信號 支持加載簡易Simulink車輛模型實現(xiàn)ECU閉環(huán)仿真； 配置真實負載通道，可連接真實負載； 配備故障指示燈； 可通過支持上位機軟件自定義圖形化測試界面。 |
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產品名稱： BLDC驅動模塊 |
BLDC驅動： 供電電壓：12V； 額定電流：15~30A； 額定功率：100W~500W。 |
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