HIL仿真是一種功能強大的測試方法，可以用於更加有效的測試嵌入式控制系統。當測試嵌入式控制系統時，從安全性，可行性和合理的成本上考慮，使用全系統進行所有必要的測試是不現實的。
基本介紹
- 中文名：硬體在環測試
- 外文名：Hardware-in-the-Loop
- 目的 ：降低開發時間和成本
- 簡稱：HIL
- 定義：用於有效的測試嵌入式控制系統
- 關鍵環節：控制器和部件控制器
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測試介紹
硬體在環測試是混合動力控制器和部件控制器開發的關鍵環節，能在台架試驗和道路試驗前對控制器功能進行驗證，縮短控制器開發周期。搭建一個套混合動力硬體在環測試系統，對整車控制器和部件控制器進行硬體在環測試。比較控制策略測試用例自動生成方法，利用遺傳算法對混合動力控制策略自動生成測試用例，提高了控制器開發效率。
HIL系統
(Hardware-in-the-Loop)硬體在環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，硬體在環測試已經成為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，硬體在環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硬體在環測試系統無法解決。
HIL系統架構
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、體積小的硬體在環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 4Matlab/Simulink/Stateflow/RTW
電池模型 4LabVIEW Control Design and Simulation
電機模型 4Tesis enDYNA/veDYNA
傳動系統模型 4CarSim/TruckSim
駕駛員模型 4GT-POWER
車輛動力學模型 4AMESim
路面及環境模型等
HiL系統特點
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
支持C, C++, Matlab/Simulink, LabVIEW, DLL等多語言環境
實時高精度數據採集和數據多速率採樣
全球服務、支持與專業的合作夥伴
方便集成第三方HiL產品
- 電池模擬(DMC)
- 電機仿真(OPAL-RT, SET)
- 發動機仿真(MicroNova)
交鑰匙服務
混合動力測試
設計混合硬體在環測試系統結構和測試流程，利用SysML系統建模語言對硬體在環測試系統進行描述。根據電池管理系統對單體電壓模擬、總電壓模擬、溫度模擬和故障注入測試需求，搭建電池管理系統硬體在環測試平台。根據並聯混合動力整車控制器硬體在環測試需求，搭建並聯混合動力整車控制器硬體在環測試平台。
仿真模型的建立是混合動力硬體在環測試的關鍵部分，混合動力主要部件和動力系統仿真模型的建立方法。基於SysML系統建模語言搭建了燃料電池混合動力系統仿真模型和並聯混合動力系統仿真模型，介紹Autonomie軟體中混聯混合動力系統仿真模型並用SysML系統建模語言描述。
對於混合動力控制 策略測試用例自動生成，首先比較了使用爬山法、模擬退火算法和遺傳算法自動生成測試用例的區別。利用遺傳算法對並聯混合動力控制策略自動生成測試用例，找出控制策略中存在的問題。針對得到的測試用例，對遺傳算法解決該問題進行評價，並用混聯混合動力控制策略關鍵參數組合最佳化為例來說明遺傳算法用於測試用例生成的局限。
測試方式
在混合動力整車控制器和部件控制器開發和測試過程中，控制器硬體在環測試起著十分關鍵的作用。利用硬體在環測試建立起虛擬實時車輛，可用來驗證控制器功能。影響硬體在環測試有兩個關鍵因素：一個是車輛或部件仿真模型的建立；另一個是控制器輸入輸出信號的模擬。對於硬體在環測試來說，仿真模型的精度是影響測試的主要因素。
在模型在環和硬體在環階段進行控制器測試，大多以手動調動為主。測試用例自動生成技術能最大程度找出模型和系統處於不穩定狀態的測試用例，根據這些測試用例，能夠更有目的性地進行調試。測試用例自動生成技術能自動生成大量測試用例，測試人員根據生成的測試用例，結合測試經驗能更高效地開展測試工作。
平台
對於混合動力控制器開發，包括整車控制器和部件控制器，硬體在環測試與其它四個階段的測試並行運行，可反覆驗證控制器功能。
在硬體在環測試中，整車動力系統模型或部件模型運行在實時系統中，與實際控制器進行連線。實時系統能夠反映部件模型中的動態變化，為控制器測試提供接近。
技術
是研究汽車制動性能的重要手段，測試系統可以將實際系統中模擬困難或純仿真試驗中非線性因素難以表現的硬體設備通過計算機連線到仿真環境中，進行車輛制動性能的試驗。套用硬體在環測試技術研究汽車制動性能可以保障人員的安全，縮短產品研究周期，降低開發成本。
