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HIL測(cè)試介紹

2025-10-07 19:32:37·  來源：汽車ECU設(shè)計(jì)  
　
Introduction硬件在環(huán)（Hardware-in-the-Loop ，HIL）是一種用于復(fù)雜設(shè)備控制器的開發(fā)與測(cè)試技術(shù)。通過HIL測(cè)試，機(jī)器或系統(tǒng)的物理部分被仿真器所代替，并被廣泛
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Introduction
硬件在環(huán)（Hardware-in-the-Loop ，HIL ）是一種用于復(fù)雜設(shè)備控制器的開發(fā)與測(cè)試技術(shù)。通過HIL測(cè)試，機(jī)器或系統(tǒng)的物理部分被仿真器所代替，并被廣泛運(yùn)用于汽車控制器開發(fā)過程中。
在ECU開發(fā)過程中，系統(tǒng)軟件和機(jī)械硬件結(jié)構(gòu)通常是并行設(shè)計(jì)的。只有在集成后才能開展測(cè)試工作。如果在集成后發(fā)現(xiàn)了一些嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)的安全Bug，就有可能造成人身傷害、損壞設(shè)備和項(xiàng)目延誤。為了減少這些bug的發(fā)生，HIL測(cè)試得到了廣泛的關(guān)注。
Benefit
通過HIL，我們可以測(cè)試一些可能會(huì)對(duì)駕駛員或者被控對(duì)象造成損傷的極端工況。這就是為什么HIL測(cè)試可以大大提高機(jī)器的安全運(yùn)行。
Increase Safety
一些對(duì)人員安全最為重要的系統(tǒng)功能如ESP漂移，飛機(jī)的空中姿態(tài)調(diào)整等是非常必要在HIL上進(jìn)行測(cè)試的。因?yàn)橹苯釉诒豢貙?duì)象上進(jìn)行這些測(cè)試是有潛在威脅的。使用HIL測(cè)試，可以安全地在所有階段下進(jìn)行這些測(cè)試。
HIL通常還允許一些破壞或損壞真實(shí)機(jī)器的測(cè)試。超出正常操作范圍的傳感器數(shù)值可以測(cè)試在極端工況下，系統(tǒng)是否依然可以安全操作機(jī)器，這使得HIL成為提高機(jī)器和系統(tǒng)安全性的有效手段。

Enhance Quality
如果將HIL仿真嵌入到基于模型的設(shè)計(jì)過程中，它就可以在設(shè)計(jì)的早期階段使用?？刂乒こ處熆梢允褂盟鼇沓掷m(xù)測(cè)試他們的控制系統(tǒng)，這些測(cè)試可以幫助發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)缺陷和軟件Bug。
通過測(cè)試自動(dòng)化，HIL仿真可以深入地嵌入到設(shè)計(jì)過程中，使用腳本來自動(dòng)觸發(fā)回歸測(cè)試。該過程可以其包含在軟件編譯中以實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。每次觸發(fā)軟件變更便會(huì)使用HIL對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試。這些測(cè)試可以驗(yàn)證軟件變更后是否仍然滿足規(guī)范要求。如此一來，軟件工程師就可以對(duì)所做的更改做出立即響應(yīng)，并在需要時(shí)進(jìn)行錯(cuò)誤糾正。許多研究項(xiàng)目已經(jīng)證實(shí)，及早發(fā)現(xiàn)問題和錯(cuò)誤并采取相應(yīng)的行動(dòng)將顯著提高機(jī)器和系統(tǒng)的質(zhì)量。
Save time and money
測(cè)試一個(gè)真正的被控對(duì)象可能非常昂貴（比如國(guó)防軍工，航天航空）。實(shí)際運(yùn)行它們一次就需要巨大的人力物力，有時(shí)候還可能需要很高的安全防護(hù)措施，此時(shí)HIL的優(yōu)勢(shì)就凸顯無疑。
除此之外，與汽車行業(yè)相類似的航空航天和國(guó)防軍工相關(guān)的開發(fā)計(jì)劃，往往時(shí)間計(jì)劃尤為緊張，是不允許嵌入式系統(tǒng)測(cè)試等待原型可用后再進(jìn)行測(cè)試。例如當(dāng)新的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原型可用于系統(tǒng)測(cè)試時(shí)，已經(jīng)使用HIL仿真完成了95％的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器測(cè)試。
Technology
HIL測(cè)試系統(tǒng)由三個(gè)主要部分組成：實(shí)時(shí)處理器、I/O接口和操作界面，其中實(shí)時(shí)處理器是HIL測(cè)試系統(tǒng)的核心。
實(shí)時(shí)處理器主要提供車輛被控對(duì)象的模擬，主要用于運(yùn)行仿真模型以及信號(hào)處理。在實(shí)時(shí)硬件上需要運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，以保證模擬的實(shí)時(shí)性；被控對(duì)象的行為模型運(yùn)行在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)之上；另外根據(jù)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器的特性，需要建立接口模型以達(dá)到逼真的仿真效果。
操作界面與實(shí)時(shí)處理器通信，提供測(cè)試命令和可視化。在大多數(shù)情況下，這個(gè)部件也提供配置管理、測(cè)試自動(dòng)化、分析和報(bào)告任務(wù)。
■  上位機(jī)通過高速局域網(wǎng)、工業(yè)串口、總線等接口與實(shí)時(shí)仿真機(jī)柜進(jìn)行連接，用于監(jiān)控實(shí)時(shí)仿真機(jī)柜。
■  上位機(jī)通過CAN總線、K線等接口與ECU進(jìn)行連接，用于診斷、標(biāo)定等操作。
I/O接口是與被測(cè)部件交互的模擬，數(shù)字和總線信號(hào)。您可以用它們來產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，獲取用于記錄和分析的數(shù)據(jù)，并提供被測(cè)的電子控制單元 (ECU)與模型仿真的虛擬環(huán)境之間的傳感器/執(zhí)行器交互。
■  I/O板卡：用于信號(hào)輸入和輸出。包括AD卡、DA卡、DIO卡、定時(shí)計(jì)數(shù)卡等板卡。
■  信號(hào)調(diào)理&仿真負(fù)載板卡：通過板卡模擬生成的傳感器信號(hào)需要經(jīng)過調(diào)理后才能供給ECU；同樣，ECU的輸出信號(hào)必須經(jīng)過調(diào)理后，才能供給I/O板卡采集，否則可能會(huì)損壞被測(cè)ECU。仿真負(fù)載板卡實(shí)現(xiàn)對(duì)ECU外部執(zhí)行器負(fù)載的模擬，如電機(jī)、車燈、噴油器等。
■  故障注入板卡：用于產(chǎn)生各種電氣故障 (例如斷路、與電源或接地短路等)，以便對(duì)ECU的診斷功能進(jìn)行測(cè)試。
HIL測(cè)試按照測(cè)試的類型，可以劃分為以下幾種：
■  故障診斷測(cè)試：通過手工、自動(dòng)的故障故障注入（包括電氣故障、信號(hào)不合理等），實(shí)現(xiàn)對(duì)診斷功能（比如OBD II）的測(cè)試，診斷功能包括像失火診斷，催化劑診斷，氧傳感器診斷，電子節(jié)氣門診斷等。
■  總線功能測(cè)試：通過信號(hào)激勵(lì)等手段，讓ECU運(yùn)轉(zhuǎn)總線功能，并利用總線節(jié)點(diǎn)仿真、總線監(jiān)測(cè)等手段測(cè)試其總線功能。
■  控制功能測(cè)試：通過駕駛行為輸入，并利用ECU被控對(duì)象（比如發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等）的仿真，進(jìn)行ECU完整控制策略的驗(yàn)證。
■  性能測(cè)試：通過測(cè)試案例的自動(dòng)化運(yùn)行，進(jìn)行ECU各種功能的穩(wěn)定性、可靠性、實(shí)時(shí)性等性能測(cè)試。
參考資料：
（1）HIL測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)分析以及如何去實(shí)現(xiàn)，電子發(fā)燒友
（2）HIL仿真測(cè)試系統(tǒng)敘述，smartsar 
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