HiL硬件在环仿真测试

一.HiL是什么
二.HiL的基本原理
三.HiL的核心技术
四.HiL系统的组成
五.HiL的应用场景
六.HiL的主要特点
七.HiL知名产品
八.HiL的发展趋势
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# HiL硬件在环仿真测试

## 一.HiL是什么？<a name="HiL是什么"></a>

HiL：Hardware in the Loop，硬件在环仿真测试。

HiL硬件在环仿真测试是一种先进的测试手段，对于复杂电控系统，通常需要经过纯数字仿真测试——半实物仿真测试——整车/整机试验测试三个阶段，其中半实物仿真测试阶段最常用的技术手段就是HiL硬件在环仿真测试。

## 二.HiL的基本原理<a name="HiL的基本原理"></a>

HiL硬件在环仿真测试是以实时处理器中运行的实时仿真模型来模拟受控对象的运行状态，通过I/O接口与被测ECU连接，对被测ECU进行全方面的、系统的测试。如下图ECU硬件在环测试原理中所示，在实验定义中，上位机实验管理软件运行于PC机环境中，通过PC机通信口与HiL实时仿真平台通信，汽车实时仿真模型运行在仿真平台的实时处理器中，运行于处理器中的模型I/O通过仿真平台中的集成的信号调理、负载仿真及功率驱动等硬件与实际的ECU构成闭环连接，实现ECU的系统测试。HiL硬件平台通过仿真传感器和执行器来构建一个虚拟的新能源汽车本体，硬件平台可以监测到的执行器工作信息并传递给实时仿真模型，同时也可以模拟各种硬件故障等。

![](images/2023-11-13-15-54-07-image.png)

## 三.HiL的核心技术<a name="HiL的核心技术"></a>

HiL主要涉及四项核心技术：

1. 图形化建模与仿真技术，图形化建模与仿真技术可以使得用户快速实现建立各种被控对象仿真模型，并对仿真模型进行仿真验证。

2. 自动代码生成技术，将仿真模型自动转换为C代码的自动代码生成技术明显缩短了被控对象仿真模型C代码的开发周期。

3. 硬件板卡技术，硬件板卡可以实时运行被控对象仿真模型，还可以仿真各种传感器、执行器与通信信号。

4. 测试管理技术，测试管理技术需要用到各种试验管理软件、自动化测试软件、数据管理软件等，测试管理技术的基础是有效的测试用例数据库。

HiL的核心技术可以用下图展示：

![](images/2023-11-12-21-17-37-image.png)

## 四.HiL系统的组成<a name="HiL系统的组成"></a>

HiL系统的组成主要包括四个部分：

1. 实时硬件仿真平台，比较知名的硬件平台主要有dSPACE、NI PXI与xPC。

2. 实时仿真模型，仿真模型通常基于MATLAB/Simulink搭建。

3. 试验管理软件，不同的硬件平台往往需要不同的试验管理软件。

4. 测试用例数据库，测试用例需要基于不同的试验管理软件来制作。

## 五.HiL的应用场景<a name="HiL的应用场景"></a>

HiL可以用于各种控制器的仿真测试，比如：

- 发动机管理系统EMS

- 整车控制器VCU

- 自动变速箱控制器TCU

- 燃料电池系统控制器FCU

- 混合动力控制器HCU

- 电机控制器MCU

- 电池管理系统BMS

- 各种域控制器DCU

## 六.HiL的主要特点<a name="HiL的主要特点"></a>

相比传统测试手段（比如黄板测试台架），HiL具备的一些主要特点：

- 模拟被控对象的各种工况，包括极限工况；

- 模拟复杂的故障模式，快速复现故障模式；

- 将部分测试过程从传统试验台架中分离；

- 实现多个控制器的集成测试；

- 自动化测试并生成测试报告，缩短测试周期；

- 易于维护和扩展测试能力。

## 七.HiL知名产品<a name="HiL知名产品"></a>

HiL知名产品有基于dSPACE平台的HiL、基于NI PXI平台的HiL、基于xPC平台的HiL。dSPACE平台的HiL易用性较好，但是扩展性差（必须购买dSPACE的板卡）价格昂贵。基于xPC平台的HiL成本最低扩展性好（支持各种第三方板卡），但是xPC对用户的板卡集成、编程与调试能力都有很高的要求，只有极少数专业用户才能掌握。基于NI PXI平台的HiL（比如华海科技的SimCar）成本适中扩展性好（支持各种PXI板卡），使用难度低，是目前国内应用最为广泛的HiL产品。

典型的燃料电池系统控制器HiL仿真测试系统如下图所示。

![](images/FCU_HiL.jpg)

## 八.HiL的发展趋势<a name="HiL的发展趋势"></a>

从上世纪九十年代到2015年左右的二十年间，HiL通常用于测试传统动力系统的控制器，比如EMS与TCU。2015年后随着电气化与智能化浪潮的到来，HiL已经不再局限于传统动力系统控制器的测试，新能源三电系统与智能驾驶系统的测试同样离不开HiL。

当前，为了满足新能源三电系统与智能驾驶系统的测试要求，HiL最新的发展趋势包括：

- 多机联网，既可以单独测试VCU、BMS、MCU等控制器，也可以实现三电控制器联合仿真测试。对于混合动力系统，还需要同时满足传统动力系统控制器的测试。

- 复杂传感器仿真，传统的HiL只需要仿真简单模拟信号（电压电流与电阻）与简单数字信号（PWM与总线信号），先进HiL系统还需要能仿真复杂传感器，比如各种摄像头。

- 数据多源，智能驾驶系统的测试场景数据来源既可以是仿真软件生成的，也可以是实际场景录制的，甚至是录制数据人为修改的，先进HiL系统应能支持各种来源的数据综合处理。