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什么是智能網(wǎng)聯(lián)汽車硬件在環(huán)測試？
2021-06-09 14:27:20· 來源：國汽智聯(lián) 作者：國汽智聯(lián)場景庫項目部孫健寧
硬件在環(huán)hardware-in-the-loop，簡稱HIL，是一種對控制器進行測試的手段，可以替代大部分實車測試，并實現(xiàn)超前、高效地對智能網(wǎng)聯(lián)汽車控制域進行測試，縮短智能
硬件在環(huán)hardware-in-the-loop，簡稱HIL，是一種對控制器進行測試的手段，可以替代大部分實車測試，并實現(xiàn)超前、高效地對智能網(wǎng)聯(lián)汽車控制域進行測試，縮短智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試時間、節(jié)省成本以及有效提升智能網(wǎng)聯(lián)汽車場景測試的效率，推動智能網(wǎng)聯(lián)汽車落地，加速智能網(wǎng)聯(lián)汽車算法迭代升級。
硬件在環(huán)的名字已經(jīng)揭示了其含義。硬件，即被測對象，一般是控制器實物，比如整車控制器VCU、ADAS控制器或者是自動駕駛的計算平臺；在環(huán)，強調(diào)了被測控制器要在一個閉合的回路里，即控制器接收被控對象的狀態(tài)并發(fā)出控制指令、得到被控對象反饋并再次發(fā)出控制指令的過程。測試閉環(huán)形成后，就可通過設(shè)置被測對象不同的狀態(tài)，來測試控制器能否正確處理不同工況、其各項功能是否都能正常工作。
如何形成測試閉環(huán)？這里用真實控制器和真實被控對象的情況來舉例說明：當真實的自動駕駛控制器控制真實車輛時，控制器發(fā)送控制指令（如加速、減速、轉(zhuǎn)向等）給車輛上的執(zhí)行器，車輛根據(jù)控制指令做出相應(yīng)的動作，同時車輛上安裝的傳感器檢測狀態(tài)信息（如車速、橫擺角、障礙物信息等），并反饋給控制器，控制器繼續(xù)根據(jù)新的狀態(tài)信息計算并發(fā)出控制指令，周而復(fù)始。
進行HIL測試時，使用HIL設(shè)備替代真實被控對象，接收所有控制指令，并模擬所有狀態(tài)信息返回給真實控制器，使控制器以為自己在控制真實對象，從而形成測試閉環(huán)。
這要求HIL設(shè)備一方面能夠按照真實被控對象和控制器接口的線路形式和協(xié)議收發(fā)信息，另一方面能夠?qū)刂浦噶钭龀稣_響應(yīng)并發(fā)出正確的狀態(tài)值。從而，HIL設(shè)備一般由這樣幾部分構(gòu)成：
1. 被控對象仿真模型：用來精確模擬被控對象，發(fā)出正確狀態(tài)信息，比如車輛動力學(xué)模型、電池模型、交通場景模型和傳感器模型等。
2. 實時處理器：高性能實時處理器用來運行仿真模型以及處理I/O通信、數(shù)據(jù)記錄等各項HIL測試中的任務(wù)，使HIL設(shè)備模擬的虛擬被控對象能夠?qū)崟r運行，準確模擬真實對象。
3. I/O接口：用來模擬控制器和被控對象間的交互，按照真實的線路形式（如硬線、CAN總線、以太網(wǎng)等）和協(xié)議收發(fā)信息，按照與真實對象一樣的形式通過線路與控制器相連，并實現(xiàn)信號的收發(fā)。
4. 操作界面：有時也被稱為上位機軟件、試驗管理軟件，其與實時處理器通信，提供可視化操作和觀測界面，進行設(shè)備硬件、軟件和測試任務(wù)的管理。
為了使用的便利性，HIL設(shè)備的各個部分有時會集成到一個機柜中。
從步驟上來說，完整的HIL測試可以分為四個步驟：
1. HIL工具開發(fā)：包括場景和傳感器仿真軟件、車輛動力學(xué)仿真軟件等軟件工具和實時仿真機、IO接口板卡和傳感器模擬器等硬件工具。
2. HIL集成：HIL系統(tǒng)集成包含兩個方面的工作：①根據(jù)測試需要選擇合適的測試工具并將其集成為完整的HIL測試環(huán)境；②將被測算法與HIL測試環(huán)境集成，實現(xiàn)閉環(huán)測試。
3. 測試場景開發(fā)：針對自動駕駛算法的設(shè)計運行域進行詳細而系統(tǒng)的測試場景設(shè)計。
4. HIL測試執(zhí)行：HIL測試一般是自動化測試，配置好測試用例后進行無人值守的自動化運行和評估，這有利于提供測試效率、正確性和一致性。
目前，國汽智聯(lián)已建成MIL/HIL仿真測試能力和包含自然駕駛場景、危險事故場景、經(jīng)驗場景、標準法規(guī)及擴展場景在內(nèi)的仿真測試場景庫，支持對ADAS/自動駕駛算法和計算平臺的測試服務(wù)。依托CAICV聯(lián)盟智能感知工作組，建設(shè)中國特色的ICV傳感器技術(shù)要求、測試評價標準體系和感知能力測試評價工具鏈。
硬件在環(huán)的名字已經(jīng)揭示了其含義。硬件，即被測對象，一般是控制器實物，比如整車控制器VCU、ADAS控制器或者是自動駕駛的計算平臺；在環(huán)，強調(diào)了被測控制器要在一個閉合的回路里，即控制器接收被控對象的狀態(tài)并發(fā)出控制指令、得到被控對象反饋并再次發(fā)出控制指令的過程。測試閉環(huán)形成后，就可通過設(shè)置被測對象不同的狀態(tài)，來測試控制器能否正確處理不同工況、其各項功能是否都能正常工作。
如何形成測試閉環(huán)？這里用真實控制器和真實被控對象的情況來舉例說明：當真實的自動駕駛控制器控制真實車輛時，控制器發(fā)送控制指令（如加速、減速、轉(zhuǎn)向等）給車輛上的執(zhí)行器，車輛根據(jù)控制指令做出相應(yīng)的動作，同時車輛上安裝的傳感器檢測狀態(tài)信息（如車速、橫擺角、障礙物信息等），并反饋給控制器，控制器繼續(xù)根據(jù)新的狀態(tài)信息計算并發(fā)出控制指令，周而復(fù)始。
進行HIL測試時，使用HIL設(shè)備替代真實被控對象，接收所有控制指令，并模擬所有狀態(tài)信息返回給真實控制器，使控制器以為自己在控制真實對象，從而形成測試閉環(huán)。
這要求HIL設(shè)備一方面能夠按照真實被控對象和控制器接口的線路形式和協(xié)議收發(fā)信息，另一方面能夠?qū)刂浦噶钭龀稣_響應(yīng)并發(fā)出正確的狀態(tài)值。從而，HIL設(shè)備一般由這樣幾部分構(gòu)成：
1. 被控對象仿真模型：用來精確模擬被控對象，發(fā)出正確狀態(tài)信息，比如車輛動力學(xué)模型、電池模型、交通場景模型和傳感器模型等。
2. 實時處理器：高性能實時處理器用來運行仿真模型以及處理I/O通信、數(shù)據(jù)記錄等各項HIL測試中的任務(wù)，使HIL設(shè)備模擬的虛擬被控對象能夠?qū)崟r運行，準確模擬真實對象。
3. I/O接口：用來模擬控制器和被控對象間的交互，按照真實的線路形式（如硬線、CAN總線、以太網(wǎng)等）和協(xié)議收發(fā)信息，按照與真實對象一樣的形式通過線路與控制器相連，并實現(xiàn)信號的收發(fā)。
4. 操作界面：有時也被稱為上位機軟件、試驗管理軟件，其與實時處理器通信，提供可視化操作和觀測界面，進行設(shè)備硬件、軟件和測試任務(wù)的管理。
為了使用的便利性，HIL設(shè)備的各個部分有時會集成到一個機柜中。
從步驟上來說，完整的HIL測試可以分為四個步驟：
1. HIL工具開發(fā)：包括場景和傳感器仿真軟件、車輛動力學(xué)仿真軟件等軟件工具和實時仿真機、IO接口板卡和傳感器模擬器等硬件工具。
2. HIL集成：HIL系統(tǒng)集成包含兩個方面的工作：①根據(jù)測試需要選擇合適的測試工具并將其集成為完整的HIL測試環(huán)境；②將被測算法與HIL測試環(huán)境集成，實現(xiàn)閉環(huán)測試。
3. 測試場景開發(fā)：針對自動駕駛算法的設(shè)計運行域進行詳細而系統(tǒng)的測試場景設(shè)計。
4. HIL測試執(zhí)行：HIL測試一般是自動化測試，配置好測試用例后進行無人值守的自動化運行和評估，這有利于提供測試效率、正確性和一致性。
目前，國汽智聯(lián)已建成MIL/HIL仿真測試能力和包含自然駕駛場景、危險事故場景、經(jīng)驗場景、標準法規(guī)及擴展場景在內(nèi)的仿真測試場景庫，支持對ADAS/自動駕駛算法和計算平臺的測試服務(wù)。依托CAICV聯(lián)盟智能感知工作組，建設(shè)中國特色的ICV傳感器技術(shù)要求、測試評價標準體系和感知能力測試評價工具鏈。
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