Hil在汽車整車測試及開發(fā)系統(tǒng)中的應(yīng)用

董艷艷 胡祥衛(wèi)

摘 要：目前中國的汽車市場競爭愈演愈烈，人們在追求汽車高性能的同時(shí)對于汽車的測試要求也在不斷的提高，因此不論對于汽車的生產(chǎn)廠商還是汽車維修行業(yè)，都需要一種更加方面快速的仿真測試方法，那就是硬件在環(huán)技術(shù)。硬件在環(huán)仿真測試系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)的模擬出駕駛員以及車輛的具體工作環(huán)境，大大降低了車輛測試的風(fēng)險(xiǎn)，縮短了開發(fā)的周期，有效的降低開發(fā)成本。

關(guān)鍵詞：Hil（硬件在環(huán)）；汽車技術(shù)；ECU；仿真模型

1 認(rèn)識HIL

HiL（Hardware-in-the-Loop）硬件在環(huán)仿真測試系統(tǒng)是采用實(shí)時(shí)處理器（真實(shí)的控制器）運(yùn)行仿真模型來模擬受控對象（比如：汽車、航空飛機(jī)等設(shè)備）的運(yùn)行狀態(tài)，通過I/O接口與被測的ECU連接，對被測系統(tǒng)進(jìn)行全方面的、系統(tǒng)的測試[1]。這種仿真是出于計(jì)算機(jī)離線仿真和實(shí)物臺架測試之間的一種測試類型，它將實(shí)物硬件嵌入到仿真系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)動態(tài)仿真技術(shù)。從安全性、可行性和合理的成本上考慮，HiL硬件在環(huán)仿真測試已經(jīng)成為ECU開發(fā)流程中非常重要的一環(huán)，這種技術(shù)無需真實(shí)車輛即可達(dá)到測試的目的，減少了實(shí)車路試的次數(shù)，大大降低了車輛測試的風(fēng)險(xiǎn)，縮短開發(fā)時(shí)間，有效降低成本，同時(shí)提高ECU的軟件質(zhì)量，降低汽車廠的風(fēng)險(xiǎn)。目前，硬件在環(huán)測試系統(tǒng)以其專業(yè)性、實(shí)用性以及高效性被廣泛適用于各項(xiàng)應(yīng)用中。

2 Hil測試系統(tǒng)的基本架構(gòu)

2.1 HIL測試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

HIL測試系統(tǒng)主要由三個(gè)基本部分組成，分別是實(shí)時(shí)處理器、I/O接口和可視化的操作界面，其中實(shí)時(shí)處理器是整個(gè)HIL測試系統(tǒng)的核心部分。它的主要是精確地仿真測試系統(tǒng)中物理上并不存在的部分，即仿真出實(shí)際汽車駕駛及行駛過程中的可能出現(xiàn)的任何異常情況，同時(shí)對這些情況進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、硬件I/O通信并生成仿真模型并執(zhí)行整個(gè)測試系統(tǒng)；I/O接口用于控制器與被測ECU之間的信息交互，它也可是用來產(chǎn)生某些產(chǎn)生激勵信號，進(jìn)行各種模擬信號、數(shù)字信號和總線信號的通信及數(shù)據(jù)傳輸。它將各種數(shù)據(jù)提供給被測的ECU，ECU通過對數(shù)據(jù)的記錄、收集、整理和分析，然后對仿真模型發(fā)出相應(yīng)的控制命令；操作界面是實(shí)時(shí)處理器的控制面板，它為實(shí)時(shí)處理器提供測試命令和可視化的界面，供程序設(shè)計(jì)和測試人員根據(jù)情況調(diào)整和修改。在多數(shù)情況下，操作界面也能夠完成測試系統(tǒng)的配置管理、自動化測試過程、性能分析及報(bào)告整理任務(wù)。

2.2 Hil的結(jié)構(gòu)及V模式設(shè)計(jì)理念

傳統(tǒng)ECU的開發(fā)模式可以簡單的表述為客戶需求——系統(tǒng)規(guī)劃——軟硬件設(shè)計(jì)——手工代碼編寫——系統(tǒng)集成最會滿足客戶要求這樣的一個(gè)過程，這也是目前汽車行業(yè)最廣泛使用的開發(fā)模式。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)過程都是在前期仿真設(shè)計(jì)和后期整車實(shí)物測試兩個(gè)階段完成。

硬件在環(huán)測試系統(tǒng)目前普遍采用“V”模式的模型控制器開發(fā)模型，他是指真實(shí)的ECU采用實(shí)時(shí)處理器運(yùn)行仿真模型模擬控制對象的各種運(yùn)行狀態(tài)，然后通過輸入輸出接口與被測的ECU連接，ECU對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理從而做出正確的處理命令。V模式開發(fā)流程的基本機(jī)構(gòu)分為兩個(gè)分支：從產(chǎn)品的工程設(shè)計(jì)——快速控制原型設(shè)計(jì)——目標(biāo)代碼生成，這是V模式開發(fā)流程的設(shè)計(jì)端，從目標(biāo)代碼生成——硬件在環(huán)反正——產(chǎn)品檢測及標(biāo)定構(gòu)成V開發(fā)模式的測試端。這種V模式的開發(fā)模大大縮短了ECU的開發(fā)周期，節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時(shí)保證代碼的高質(zhì)量和控制系統(tǒng)的可靠性，它的所有控制策略與發(fā)動機(jī)仿真模型都可以通過框圖化模型建立起來。

3 HIL在汽車ECU測試過程中的應(yīng)用

在汽車產(chǎn)品開發(fā)過程中，Hil是一種非常有效的仿真測試工具，他可以完成對汽車各個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測試、以及性能分析和評估工作，縮短汽車開發(fā)和設(shè)計(jì)的時(shí)間，大大減少車輛將側(cè)過程中的復(fù)雜程度及危險(xiǎn)性。

ECU（電子控制單元，Electronic Control Unit），又稱為汽車電腦，是控制發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的核心部件，它可以通過各種傳感器實(shí)時(shí)的采集汽車運(yùn)行的狀況，并及時(shí)的處理這些信息，同時(shí)根據(jù)反饋信息發(fā)出相應(yīng)的操作命令，對汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)行高效的控制。所以對汽車整車測試及檢查方面給來說，對ECU的檢測尤為重要，在將汽車ECU裝入真正的汽車之前，需要在包含ECU以及模擬汽車的HIL系統(tǒng)中對其功能進(jìn)行測試。

4 結(jié)語

Hil在汽車控制系統(tǒng)及整車測試過程中的應(yīng)用是傳統(tǒng)工程試驗(yàn)方法的重大突破，通過建立Hil仿真系統(tǒng)，為汽車控制及開發(fā)過程中的功能測試和評估提供便利有效的實(shí)驗(yàn)平臺，可以縮短開發(fā)周期、提高設(shè)計(jì)水平，同時(shí)節(jié)省人力、物理及測試過程中對駕駛員及汽車本身造成的傷害，熟練掌握該技術(shù)利用全新的設(shè)計(jì)方法可以大大加快產(chǎn)品的研發(fā)效率，能夠更快更好的研發(fā)出高技術(shù)的產(chǎn)品。

參考資料：

[1] 吳志敏.硬件在環(huán)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用研究[J].科技視界，2013.07.（05）.

[2] 薛金波.初探硬件在環(huán)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014.14.

[3] 齊鯤鵬.硬件在環(huán)仿真在汽車控制系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)[J].內(nèi)燃機(jī)，2006.5.

[4] 李幼德.汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2007，37（4）.

[5] 宋冰，劉震.HIL測試在新能源汽車整車控制策略測試中的應(yīng)用[J].汽車工程師， 2015.11.

作者簡介：

董艷艷（1981-），女，漢，山東煙臺人，碩士，講師，研究方向：電子信息及汽車電子技術(shù)。