1、新能源汽車概述

隨著新能源汽車“電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化”進(jìn)程的不斷推進(jìn)，新能源汽車的整體性能得到顯著提高，純電動汽車已經(jīng)逐漸走進(jìn)大眾視野，消費者對于新能源汽車的認(rèn)可度和購買欲望也穩(wěn)步提升。

新能源汽車“新四化”

新能源汽車主要包括純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車。純電動汽車區(qū)別于傳統(tǒng)燃油汽車的核心是由電池、電驅(qū)、電控組成的三電系統(tǒng)，其中整車控制器（VCU）、電機(jī)控制器（MCU）和電池管理系統(tǒng)（BMS）對純電動汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性等有著極其重要的影響，是世界各大汽車廠商和科研機(jī)構(gòu)研究的重點對象。

純電動汽車三電系統(tǒng)

純電動汽車的核心電控單元包括整車控制器（VCU）、電機(jī)控制器（MCU）和電池管理系統(tǒng)（BMS），一般采用V模式的電控系統(tǒng)開發(fā)流程進(jìn)行開發(fā)，利用硬件在環(huán)測試技術(shù)對自身控制策略進(jìn)行驗證。

基于臺架或?qū)嵻嚨穆?lián)調(diào)：汽車研發(fā)通常采用此方式對VCU、MCU和BMS進(jìn)行匹配后的協(xié)同控制效果驗證，存在難度大、成本高和周期長等缺點。

多ECU的聯(lián)合硬件在環(huán)測試：為VCU、MCU和BMS的協(xié)同控制策略驗證并優(yōu)化提供了一種新的解決方案，具有難度小、成本低及周期短等優(yōu)點。

VCU硬件在環(huán)測試系統(tǒng)

2、V模式系統(tǒng)開發(fā)流程

提升純電動汽車的綜合控制效能，是純電動汽車在續(xù)航表現(xiàn)、駕乘體驗、安全舒適等方面得到提高的關(guān)鍵。VCU、MCU和BMS等汽車電控單元一般采用V模式的電控系統(tǒng)開發(fā)流程，主要包含如下步驟：

汽車V模式開發(fā)流程

硬件在環(huán)測試是V模式開發(fā)流程中的重要環(huán)節(jié)，為開發(fā)初期的測試驗證提供了條件，同時能夠滿足多種工況下的測試需求，總體上提升了開發(fā)工作的質(zhì)量和效率，降低了開發(fā)過程中的成本和風(fēng)險。

3、硬件在環(huán)測試技術(shù)發(fā)展與研究現(xiàn)狀

上世紀(jì)80年代以來，汽車電控技術(shù)發(fā)展迅速，電控單元對整車性能的影響越來越大，硬件在環(huán)測試技術(shù)應(yīng)運而生。時至今日，世界上已經(jīng)發(fā)展出眾多成熟的硬件在環(huán)測試平臺，廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、半導(dǎo)體和能源等產(chǎn)業(yè)。

硬件在環(huán)測試（Hardware-in-the-loop，HIL）作為V模式開發(fā)流程中不可或缺的一環(huán)，借助嵌入式實時處理器運行被控仿真模型，利用信號采集板卡獲取真實電氣 信號，通過I/O接口完成與被測ECU的通信，實現(xiàn)對被測ECU的功能測試和策略驗證。

汽車硬件在環(huán)開發(fā)流程

（1）國外發(fā)展現(xiàn)狀

目前市場 占有率較高的HIL測試平臺包括德國dSPACE公司開發(fā)的dSPACE、德國ETAS公司開發(fā)的LabCar、美國國家儀器（National Instruments，NI）開發(fā)的NI-PXI等，每個平臺都提供了具有良好兼容性的硬件設(shè)備和軟件應(yīng)用，同時針對硬件在環(huán)測試系統(tǒng)進(jìn)行了具體的功能開發(fā)，各公司的硬件在環(huán)測試平臺有著不同的側(cè)重和優(yōu)缺點。

德國dSPACE實時處理器

德國ETAS公司LabCar

NI-PXI機(jī)箱

dSPACE公司：投身硬件在環(huán)仿真測試領(lǐng)域早，有多年的實時仿真系統(tǒng)研發(fā)經(jīng)驗，基于dSPACE平臺的成功案例眾多。dSPACE的實時處理器具有高速計算能力，搭配面向?qū)崟r仿真的板卡硬件，實現(xiàn)與MATLAB/Simulink/RTW的無縫連接?；赿SPACE平臺構(gòu)建的HIL測試系統(tǒng)具有良好的實時性、可靠性，業(yè)內(nèi)口碑良好，但是dSPACE平臺的硬件設(shè)備及軟件應(yīng)用價格昂貴，使部分汽車廠商和研究機(jī)構(gòu)望而卻步。

dSPACE集成開發(fā)環(huán)境

NI-PXI平臺：NI-PXI平臺是硬件在環(huán)仿真測試領(lǐng)域的后起之秀。NI-PXI平臺提供了豐富的硬件資源，其處理器實時性好，I/O板卡性能業(yè)內(nèi)領(lǐng)先，搭配操作簡單的Veristand管理軟件和強(qiáng)大的LabVIEW開發(fā)環(huán)境，用戶可根據(jù)自身需求創(chuàng)建HIL測試解決方案，價格相對親民除。此之外，NI-PXI平臺的軟硬件技術(shù)架構(gòu)靈活開放，支持第三方軟硬件應(yīng)用，用戶可以在平臺基礎(chǔ)上輕松進(jìn)行拓展升級。正是由于NI-PXI平臺開放靈活的特點，目前國內(nèi)外很多公司都基于該平臺進(jìn)行二次開發(fā)，推出了可直接投入市場應(yīng)用的HIL測試系統(tǒng)產(chǎn)品。

基于NI的MCU硬件在環(huán)仿真測試

（2）國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)緯恒潤公司：開發(fā)了MCU硬件在環(huán)測試系統(tǒng)，采用NI-RT實時處理器、FlexRIO板卡、CAN通訊板卡等NI公司硬件設(shè)備，同時自研了電機(jī)仿真適配板卡，利用上位機(jī)管理軟件Veristand和自動測試管理軟件TestStand，實現(xiàn)了MCU研發(fā)過程中全方面的自動化測試和驗證。

經(jīng)緯恒潤仿真測試系統(tǒng)

意昂神州公司：基于NI-PXI研發(fā)了一套FCU硬件在環(huán)仿真測試系統(tǒng),實現(xiàn)對燃料電池汽車控制器（FCU）的功能測試、故障注入測試和總線診斷測試，輔助工程師對測試結(jié)果分析驗證、故障再現(xiàn)，提升測試驗證水平。

意昂神州FCU硬件在環(huán)（HiL）仿真測試系統(tǒng)

浙江大學(xué)ESE工程中心：推出了國內(nèi)第一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的面向汽車ECU的硬件在環(huán)測試系統(tǒng)SMR Simulator，具有良好的實時性和可靠性，應(yīng)用在長安、一汽、吉利等汽車廠商的研發(fā)工作中。

清華大學(xué)：基于xPC Target平臺，以U盤作為啟動盤啟動xPC目標(biāo)核心，自行設(shè)計了轉(zhuǎn)換電路板，實現(xiàn)仿真內(nèi)核與外界的數(shù)字信號、模擬信號交互及CAN通信，成功研發(fā)出針對燃 料電池汽車整車控制器的開發(fā)型硬件在環(huán)測試系統(tǒng)和針對柴油發(fā)動機(jī)控制器的生產(chǎn)型硬件在環(huán)仿真測試系統(tǒng)。

吉林大學(xué)：基于dSPACE的處理器、數(shù)據(jù)采集板卡、CAN卡和配套軟件構(gòu)建了ESP硬件在環(huán)測試系統(tǒng)，利用TESIS建立整車動力學(xué)模型，對自研的ESP產(chǎn)品進(jìn)行了大量的產(chǎn)品性能評價試驗。

總而言之，硬件在環(huán)仿真測試系統(tǒng)是以實時處理器運行仿真模型來模擬受控對象的運行狀態(tài)，通過I/O接口與被測的控制器連接，對被測控制器進(jìn)行全方面的、系統(tǒng)的測試。從安全性、可行性和合理的成本上考慮，HiL硬件在環(huán)仿真測試已經(jīng)成為控制器開發(fā)流程中非常重要的一環(huán)，減少了實車路試的次數(shù)，縮短開發(fā)時間和降低成本的同時提高控制器的軟件質(zhì)量，降低汽車廠的風(fēng)險。