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HIL測試介紹

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)與測試技術(shù)。通過HIL測試，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)與測試技術(shù)。通過HIL測試，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測試得到了廣泛的關(guān)注。
Benefit
通過HIL，我們可以測試一些可能會對駕駛員或者被控對象造成損傷的極端工況。這就是為什么HIL測試可以大大提高機(jī)器的安全運(yùn)行。
Increase Safety
一些對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)行測試的。因?yàn)橹苯釉诒豢貙ο笊线M(jìn)行這些測試是有潛在威脅的。使用HIL測試，可以安全地在所有階段下進(jìn)行這些測試。
HIL通常還允許一些破壞或損壞真實(shí)機(jī)器的測試。超出正常操作范圍的傳感器數(shù)值可以測試在極端工況下，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)測試他們的控制系統(tǒng)，這些測試可以幫助發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)缺陷和軟件Bug。
通過測試自動化，HIL仿真可以深入地嵌入到設(shè)計(jì)過程中，使用腳本來自動觸發(fā)回歸測試。該過程可以其包含在軟件編譯中以實(shí)現(xiàn)完全自動化。每次觸發(fā)軟件變更便會使用HIL對其進(jìn)行自動測試。這些測試可以驗(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所做的更改做出立即響應(yīng)，并在需要時進(jìn)行錯誤糾正。許多研究項(xiàng)目已經(jīng)證實(shí)，及早發(fā)現(xiàn)問題和錯誤并采取相應(yīng)的行動將顯著提高機(jī)器和系統(tǒng)的質(zhì)量。
Save time and money
測試一個真正的被控對象可能非常昂貴（比如國防軍工，航天航空）。實(shí)際運(yùn)行它們一次就需要巨大的人力物力，有時候還可能需要很高的安全防護(hù)措施，此時HIL的優(yōu)勢就凸顯無疑。
除此之外，與汽車行業(yè)相類似的航空航天和國防軍工相關(guān)的開發(fā)計(jì)劃，往往時間計(jì)劃尤為緊張，是不允許嵌入式系統(tǒng)測試等待原型可用后再進(jìn)行測試。例如當(dāng)新的汽車發(fā)動機(jī)原型可用于系統(tǒng)測試時，已經(jīng)使用HIL仿真完成了95％的發(fā)動機(jī)控制器測試。
Technology
HIL測試系統(tǒng)由三個主要部分組成：實(shí)時處理器、I/O接口和操作界面，其中實(shí)時處理器是HIL測試系統(tǒng)的核心。
實(shí)時處理器主要提供車輛被控對象的模擬，主要用于運(yùn)行仿真模型以及信號處理。在實(shí)時硬件上需要運(yùn)行實(shí)時操作系統(tǒng)，以保證模擬的實(shí)時性；被控對象的行為模型運(yùn)行在實(shí)時操作系統(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)時處理器通信，提供測試命令和可視化。在大多數(shù)情況下，這個部件也提供配置管理、測試自動化、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)時仿真機(jī)柜進(jìn)行連接，用于監(jiān)控實(shí)時仿真機(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接口是與被測部件交互的模擬，數(shù)字和總線信號。您可以用它們來產(chǎn)生激勵信號，獲取用于記錄和分析的數(shù)據(jù)，并提供被測的電子控制單元 (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：用于信號輸入和輸出。包括AD卡、DA卡、DIO卡、定時計(jì)數(shù)卡等板卡。
■  信號調(diào)理&仿真負(fù)載板卡：通過板卡模擬生成的傳感器信號需要經(jīng)過調(diào)理后才能供給ECU；同樣，ECU的輸出信號必須經(jīng)過調(diào)理后，才能供給I/O板卡采集，否則可能會損壞被測ECU。仿真負(fù)載板卡實(shí)現(xiàn)對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ECU的診斷功能進(jìn)行測試。
HIL測試按照測試的類型，可以劃分為以下幾種：
■  故障診斷測試：通過手工、自動的故障故障注入（包括電氣故障、信號不合理等），實(shí)現(xiàn)對診斷功能（比如OBD II）的測試，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。
■  總線功能測試：通過信號激勵等手段，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)測等手段測試其總線功能。
■  控制功能測試：通過駕駛行為輸入，并利用ECU被控對象（比如發(fā)動機(jī)、變速箱等）的仿真，進(jìn)行ECU完整控制策略的驗(yàn)證。
■  性能測試：通過測試案例的自動化運(yùn)行，進(jìn)行ECU各種功能的穩(wěn)定性、可靠性、實(shí)時性等性能測試。
參考資料：
（1）HIL測試系統(tǒng)架構(gòu)分析以及如何去實(shí)現(xiàn)，電子發(fā)燒友
（2）HIL仿真測試系統(tǒng)敘述，smartsar 
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