硬體在環

硬體在環是計算機專業術語，也即是硬體在迴路。通過使用“硬體在環”(HiL) ，可以顯著降低開發時間和成本。在過去，開發電氣機械元件或系統時,使用計算機仿真和實際的實驗就已經彼此獨立開來。然而通過使用硬體在環的方式，這兩個過程可以結合併展示出效率的極大提升。

基本介紹

• 中文名：硬體在環
• 外文名：Hardware-in-the-Loop
• 簡稱：HiL
• 目的：降低開發時間和成本

基本介紹

硬體在環

也即是硬體在回路(HiL)，首先看一下下面三種情況的區別（如果將實際控制器的仿真稱為 虛擬控制器，實際對象的仿真稱為虛擬對象，可得到控制系統仿真的3種形式：）

①虛擬控制器+虛擬對象=動態仿真系統，是純粹的系統仿真；

②虛擬控制器+實際對象=快速控制原型(RCP)仿真系統，是系統的一種半實物仿真；

③實際控制器+虛擬對象=硬體在迴路(HiL)仿真系統，是系統的另一種半實物仿真 。

HiL系統簡介

HiL（Hardware-in-the-Loop）硬體在環仿真測試系統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，通過I/O接口與被測的ECU連線，對被測ECU進行全方面的、系統的測試。從安全性、可行性和合理的成本上考慮，HiL硬體在環仿真測試已經成為ECU開發流程中非常重要的一環，減少了實車路試的次數，縮短開發時間和降低成本的同時提高ECU的軟體質量，降低汽車廠的風險。

在新能源汽車這個全新的領域中，HiL硬體在環仿真測試對於三大核心電控系統：整車控制系統、BMS電池管理系統、MCU電機控制器是非常重要的。但其高精度的實時性要求、大電壓大電流的安全性、信號接口的特殊屬性、以及系統的可擴展性都使得傳統汽車電控系統的HiL硬體在環仿真測試系統無法解決。

HiL系統解決方案

HiL系統整體架構

HiL系統主要由三部分組成：硬體平台、實驗管理軟體和實時軟體模型。

硬體平台

HiL系統硬體平台以NI公司的產品為主，提供多種實時處理器和I/O板卡，基於開放的工業標準，能確保客戶將最新的PC技術套用於HiL測試系統，始終滿足未來測試系統的要求。意昂科技同時提供多個成本低、體積小的HiL測試系統供客戶搭建小型系統選擇，其中CompactRIO（cRIO系列）是一種典型的低成本可重複配置的控制和採集系統，也可以利用乙太網與主控機箱連線，方便的實現對HiL系統I/O接口進行擴展 。

硬體平台主要組成部分：實時處理器、I/O 接口、故障注入單元(FIU), 通信接口、FPGA模組、負載模擬單元、信號調理單元、可程式電源、機櫃和分線箱等。

實驗管理軟體：

HiL系統實驗管理軟體平台以NI VeriStand 2010 為核心組建，與實時處理器通過乙太網連線，配合LabVIEW, FPGA Module,Real Time Module及其他豐富的功能擴展包，用戶可進行：

硬體配置管理

自主更新硬體資源

升級系統功能

從Simulink等第三方建模環境中導入控制算法或系統模型

提供測試命令

創建可視化互動界面

靈活修改用戶界面

配置激勵生成

事件警報

完成測試自動化

記錄數據

自動分析數據和生成報告等

實時軟體模型：

HiL系統實時軟體模型主要包括： HiL系統採用開放的硬體平台，支持多種仿真模擬軟體：

發動機模型--Matlab/Simulink/Stateflow/RTW

電池模型--LabVIEW Control Design and Simulation

電機模型--Tesis enDYNA/veDYNA

傳動系統模型--CarSim/TruckSim

駕駛員模型--GT-POWER

車輛動力學模型--AMESim

路面及環境模型等

HiL系統主要特點

1、真正開放式的軟硬體平台，支持第三方硬體，系統升級與擴展方便；

2、支持C, C++, Matlab/Simulink, LabVIEW, DLL等多語言環境；

3、實時高精度數據採集和數據多速率採樣；

4、全球服務、支持與專業的合作夥伴；

5、方便集成第三方HiL產品；

6、 電池模擬（DMC）；

7、電機仿真（OPAL-RT, SET）；

8、發動機仿真（MicroNova）；

9、交鑰匙服務。