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硬件在环Hardware-in-the-Loop简称HiL仿真测试是模型基于设计Model-Based Design简称MBD验证流程中的一个关键环节。该步骤至关重要因为它整合了实际操作中将使用的全部硬件与软件资源。HiL测试通常位于现场试验之前是模型在环Model-in-the-Loop简称MiL、软件在环Software-in-the-Loop简称SiL或处理器在环Processor-in-the-Loop简称PiL测试之后的最终阶段。HiL仿真不仅能够针对单个被测设备Device Under Test简称DUT进行精确测试而且还能对由多个被测设备构成的复杂系统进行全面的测试与验证。 在整个测试流程中
MiLModel-in-the-Loop模型在环在PC上基于模型的测试它的输出是经过验证的控制算法模型其作用是验证控制算法模型是否准确地实现了功能需求。SiLSoftware-in-the-Loop软件在环将模型生成代码或者手工编写代码编译成PC程序在PC上的测试。它的输出是经过验证的嵌入式代码其作用是在PC上验证代码实现的功能是否与模型一致。PiLProcessor-in-the-Loop处理器在环将代码编译成目标系统程序然后在PC上虚拟目标硬件环境并进行测试。它的输出是经过验证的目标程序其作用是在目标处理器上验证代码实现的功能是否与模型一致 。
而HiLHardware-in-the-Loop硬件在环仿真测试系统是采用实时处理器运行仿真模型来模拟受控对象比如汽车、飞机等设备的运行状态以此判断电控模块的性能。虽然这一系列的测试都有在环in the loop的意思但是却不是全部的被测模块都带有闭环的。比如接收到某信号要用于车辆的车灯控制这种情况下我们就不需要闭环但是如果在自动驾驶的HiL测试中想使用GNSS模拟器测试汽车运行是否正常就需要把自动驾驶仪的信息返回到GNSS模拟器中形成闭环再进行下一个轨迹的模拟。 在HiL测试中一般根据它在环的深度分为几个层级
ECU级也可以称之为信号级仅仅ECU软硬件采用实物闭环回路的其他组成部分均采用虚拟仿真系统EPP级也可以称之为驱动级EPP是Electrical Power Package的缩写 ECU及执行机构采用实物闭环回路的其他组成部分采用虚拟仿真系统System级也可以称之为机械级系统组件采用实物闭环回路其他组成部分采用虚拟仿真系统
总的来说HiL测试系统主要由三个基本部分组成分别是实时处理器、I/O接口和可视化的操作界面其中实时处理器是整个HiL测试系统的核心部分。实时处理器运行场景发送信号被测电控模块收到后对受控对象做出相应的控制以此判断电控模块的性能。通过I/O接口与被测的设备/模块连接对被测系统进行全方面的、系统的测试如下图 二、HiL测试的意义
HiL仿真测试可以使得工程师了解硬件在现实世界中的性能而无需将其带到户外测试
提高测试效率用更短的时间内完成现实中可能需要驾驶数万公里才能完成的测试内容提供丰富的测试功能并实现测试平台的复用性实现可复制可复用的测试流程规避车辆上路测试的法律法规与申请流程测试天气、环境等不同需求下的边缘与极端情况极大的节省了时间和经济成本仿真场景下安全性较高 三、GNSS仿真在HiL测试中的作用
在闭环体系结构中仿真系统的延迟是一个关键参数。理想情况下任何轨迹修改都应立即反映在GNSS接收器的RF输入上。
GNSS是汽车HiL测试的重要组成部分为了准确安全地实现车辆定位与导航现在的车辆都会使用多个传感器以及复合定位导航技术因此需要进行传感器融合测试确保结果安全可靠。
GNSS 系统在传感器融合中发挥着至关重要的作用GNSS 是一辆车上唯一可以提供绝对位置与绝对时间的传感器且不受光照、地理位置、天气状况的影响。
GNSS接收机不是作为一个独立的设备进行测试而是与其他模拟器、设备和传感器集成存在两种类型的HiL架构。
开环结构在这种结构中GNSS接收器和一般的传感器的输出不用于控制车辆的轨迹。因此它是由用户强加的不一定是确定性的因为它可以实时更新。这可能是飞行模拟器的情况其中轨迹是由用户现场驾驶并发送给GNSS模拟器的。闭环结构在这种结构中GNSS接收器和一般的传感器的输出被用于导航算法该算法更新控制车辆的执行器。执行器的输出被用来更新发送到GNSS模拟器的车辆位置。在这种情况下GNSS接收器计算出的位置对模拟轨迹有直接影响因此对广播给GNSS接收器的射频信号也有影响。 在闭环体系结构中仿真系统的延迟是一个关键参数。理想情况下任何轨迹修改都应立即反映在GNSS接收器的RF输入上。 四、软件定义的GNSS模拟器
高性能GNSS模拟器具有灵活的软件定义平台和API且支持所有的GNSS星座与波形具有超高的精度分辨率以及动态性能模拟迭代率可达1000 Hz强大的软件定义实现通道数无限制。广泛应用于汽车HIL测试导航芯片、消费电子、终端测试航空航天模拟以及干扰抵抗测试等领域。
