Hil在汽車整車測試及開發系統中的應用

董艷艷 胡祥衛

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廠商還是汽車維修行業，都需要一種更加方面快速的仿真測試方法，那就是硬件在環技術。硬件在環仿真測試系統可以實時的模擬出駕駛員以及車輛的具體工作環境，大大降低了車輛測試的風險，縮短了開發的周期，有效的降低開發成本。

關鍵詞：Hil（硬件在環）；汽車技術；ECU；仿真模型

1 認識HIL

HiL（Hardware-in-the-Loop）硬件在環仿真測試系統是采用實時處理器（真實的控制器）運行仿真模型來模擬受控對象（比如：汽車、航空飛機等設備）的運行狀態，通過I/O接口與被測的ECU連接，對被測系統進行全方面的、系統的測試[1]。這種仿真是出于計算機離線仿真和實物臺架測試之間的一種測試類型，它將實物硬件嵌入到仿真系統中的實時動態仿真技術。從安全性、可行性和合理的成本上考慮，HiL硬件在環仿真測試已經成為ECU開發流程中非常重要的一環，這種技術無需真實車輛即可達到測試的目的，減少了實車路試的次數，大大降低了車輛測試的風險，縮短開發時間，有效降低成本，同時提高ECU的軟件質量，降低汽車廠的風險。目前，硬件在環測試系統以其專業性、實用性以及高效性被廣泛適用于各項應用中。

2 Hil測試系統的基本架構

2.1 HIL測試系統的基本結構

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

2.2 Hil的結構及V模式設計理念

傳統ECU的開發模式可以簡單的表述為客戶需求——系統規劃——軟硬件設計——手工代碼編寫——系統集成最會滿足客戶要求這樣的一個過程，這也是目前汽車行業最廣泛使用的開發模式。產品設計的整個過程都是在前期仿真設計和后期整車實物測試兩個階段完成。

硬件在環測試系統目前普遍采用“V”模式的模型控制器開發模型，他是指真實的ECU采用實時處理器運行仿真模型模擬控制對象的各種運行狀態，然后通過輸入輸出接口與被測的ECU連接，ECU對接收的數據進行分析、處理從而做出正確的處理命令。V模式開發流程的基本機構分為兩個分支：從產品的工程設計——快速控制原型設計——目標代碼生成，這是V模式開發流程的設計端，從目標代碼生成——硬件在環反正——產品檢測及標定構成V開發模式的測試端。這種V模式的開發模大大縮短了ECU的開發周期，節約了生產成本，同時保證代碼的高質量和控制系統的可靠性，它的所有控制策略與發動機仿真模型都可以通過框圖化模型建立起來。

3 HIL在汽車ECU測試過程中的應用

在汽車產品開發過程中，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子系統的設計、測試、以及性能分析和評估工作，縮短汽車開發和設計的時間，大大減少車輛將側過程中的復雜程度及危險性。

ECU（電子控制單元，Electronic Control Unit），又稱為汽車電腦，是控制發動機運轉的核心部件，它可以通過各種傳感器實時的采集汽車運行的狀況，并及時的處理這些信息，同時根據反饋信息發出相應的操作命令，對汽車發動機進行高效的控制。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系統中對其功能進行測試。

4 結語

Hil在汽車控制系統及整車測試過程中的應用是傳統工程試驗方法的重大突破，通過建立Hil仿真系統，為汽車控制及開發過程中的功能測試和評估提供便利有效的實驗平臺，可以縮短開發周期、提高設計水平，同時節省人力、物理及測試過程中對駕駛員及汽車本身造成的傷害，熟練掌握該技術利用全新的設計方法可以大大加快產品的研發效率，能夠更快更好的研發出高技術的產品。

參考資料：

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

[2] 薛金波.初探硬件在環技術在汽車上的應用應用技術與設計，2014.14.

[3] 齊鯤鵬.硬件在環仿真在汽車控制系統開發中的應用及關鍵技術[J].內燃機，2006.5.

[4] 李幼德.汽車穩定性控制系統硬件在環仿真[J].吉林大學學報：工學版，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。