硬件在环(HIL)技术在动力集成开发中的应用研究

硬件在环(HIL)技术在动力集成开发中的应用研究刘灵【摘要】通过介绍硬件在环(HIL)技术的现状及发展趋势,结合某公司整车开发流程、动力集成能力现状进行了硬件在环技术在动力集成开发中的应用研究,为未来整车项目开发及专业能力建设提供方向.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2018(000)008【总页数】4页(P84-87)【关键词】硬件在环技术;动力集成;应用研究【作者】刘灵【作者单位】一汽海马汽车有限公司动力底盘部,海南海口570216【正文语种】中文【中图分类】TP3910 引言在新车型平台搭载新的动力总成研发项目中，动力系统的匹配开发将是决定整车开发是否成功落地非常重要的一环。

在全新的整车开发流程中，必然涉及到动力总成目标的设定、动力总成的选型、动力总成集成(动力性、经济性、排放性能匹配等)、节能零部件应用配置方案选择等工作，在考虑到动力总成匹配的关键节点时又必须要考虑整车的开发流程、整体开发周期及成本。

在整车开发项目中，动力总成的匹配工作覆盖着整个项目开发节点，目前动力总成的开发存在着需要较长的周期和昂贵的研发成本(发动机的选型、变速器速比的选配等)，因此，动力总成的合理匹配是整车开发工作的关键。

如何将整车的性能开发目标分解到动力总成甚至其零部件的性能目标和设计目标上，实现合理的系统匹配；掌握动力总成的匹配及优化方法，通过模拟仿真技术的应用，缩短开发周期、降低开发成本，这些能力对动力集成工程师尤为重要，这也是动力集成工程师提升整车魅力急需攻克的重要课题。

随着计算机技术的快速发展，在动力集成开发中也产生了多种类型模拟仿真技术及方法。

如何更好地应用这些模拟仿真技术，提高仿真精度、扩大验证范围、选择最适合公司研发体系的模拟仿真技术，是目前动力集成工程师急需建立并提升的能力。

硬件在环(Hardware in the Loop,HIL)技术在动力集成开发中的应用是众多新兴仿真技术中较为典型的一项。

转向系统硬件在环（HIL）测试台架解决方案一、背景汽车转向系统作为汽车底盘四大系统之一，从传统的液压助力转向系统（HPS）逐渐发展到现在的电动助力转向系统（EPS）。

在伺服电机和大量辅助系统支持下，已不再单纯的用于转向目的，随着智能驾驶技术的发展，ADAS/AD系统也离不开EPS的参与，例如LKAS、智能纠偏避障控制等一系列功能的实现。

随着越来越多软件功能集成，新的驾驶辅助系统的加入，极大的增加了对转向系统的稳定性，高性能开发测试的需求。

基于HiL的转向系统测试台架可以实现实车试验条件下难以达到的测试条件，比如安全保障、外部环境条件、边界极限，事故重现和故障注入等。

基于HIL的转向系统测试台架，可以在整车试装前高效重复调试转向系统性能，测试更加接近实车，从而加快我们的开发测试流程和效率。

二、挑战现今转向系统（EPS）在开发和测试流程中存在主要挑战是●基于转向模型的高效精准开发不同的车辆配置的性能操纵感调试三、解决方案适用于汽车智能化电气化的新型转向系统开发解决方案➢MXsteering model：可深入到模块层面的实时反馈三自由度模型精准的转向模型为前期系统开发或设计提供至关重要的基础。

MdynamiX自主开发的“Pfeffer MXsteering Model ”可以模拟传统液压和新型电机转向助力系统(管柱助力型、小齿轮助力型和齿条助力型)的运作。

拥有三个自由度的实时反馈模型可以深入到模块层面，全面反映出在高低频区域下的机械摩擦、刚度以及阻尼参数对转向手感的影响。

与此同时，转向力矩会被极其精准地预测出来，这对于开发和优化转向手感也是非常重要的。

该转向模型已经在dSPACE ASM,、IPG CarMaker 和 VI-CarRealTime 的整车模型中运用。

用户也可以集成在 MATLAB/Simulink 中与其他模块比如个性化的ECU 控制系统集成或者结合ADAS 控制系统进行仿真试验。

新能源整车控制器硬件在环测试研究与应用黄福春(江西万年青水泥股份公司,江西上饶335500)摘要:本文研究了新能源汽车整车控制器硬件在环测试系统搭建的流程。

基于Simulink 搭建了整车控制器模型,结合dSPACE 仿真测试平台应用扭矩管理测试用例进一步说明了硬件在环测试在开发整车控制器的高效实用性。

实验结果表明,搭建的系统符合开发测试的要求,为整车控制器开发测试提供了一条有效的途径。

关键词:硬件在环;整车控制器;新能源汽车中图分类号:U463.6文献标志码:A 文章编号:1003-8639(2019)11-0034-03The Research and Application of Automatic Testing of New Energy Vehicle Based on Hardware-In-The-Loop Simulation TechniqueHUANG Fu-chun(Jiangxi Evergreen Cement Co.,Ltd.,Shangrao 335500,China )Abstract:This paper studies the process of building a hardware -in -the -loop test system for a new energy vehicle.Based on Simulink ,the vehicle controller model is built ,and the torque management test case is applied in combination with the dSpace platform to further illustrate the high efficiency and practicality of the hardware-in-the-loop test in developing the vehicle controller.The experiment results show that the built system meets requirements of development and testing ,and provides an effective way for the development and testing of vehicle controllers.Key words:Hardware-In-The-Loop ;VCU ;new energy vehicle近些年来，随着国家对新能源汽车的重视，在政策和财政的双重支持下，国内各大汽车研究机构纷纷对新能源汽车投入大量人力物力[1]。

汽车控制器硬件在环的概念英文回答：Hardware-in-the-loop (HIL) testing is a type of testing that involves connecting a physical device to a simulated environment. In the context of automotive controllers, HIL testing is used to test the performance of the controllerin a simulated vehicle environment. This allows engineersto test the controller in a safe and controlled environment, without having to risk damaging the actual vehicle.HIL testing is typically performed using a HIL simulator. A HIL simulator is a computer-based system that creates a virtual environment that simulates the behaviorof the vehicle. The physical controller is then connectedto the HIL simulator, and the controller's performance is monitored and evaluated.HIL testing can be used to test a wide range of controller functions, including engine control,transmission control, and braking control. It can also be used to test the controller's response to different driving conditions, such as acceleration, braking, and cornering.HIL testing is a valuable tool for automotive engineers because it allows them to test the performance of the controller in a safe and controlled environment. This helps to ensure that the controller is functioning properly before it is installed in the actual vehicle.中文回答：汽车控制器硬件在环。

hil概念Hil（硬件在环）是一个计算机专业术语，也即是硬件在回路。

它通过使用实时处理器运行仿真模型来模拟受控对象的运行状态，以此判断电控模块的性能。

Hil的概念在不同领域有不同的应用。

在社会学和心理学领域，Hil通常指一个人在社会互动中扮演的角色和呈现的形象。

在社会学中，Goffman认为每个人都有多个Hil，每个Hil都是一个特定的社会角色，如家庭成员、职业角色等。

一个人的Hil是一个社会角色的外延，通过不同的行为和言语来从事社会互动。

在工程领域，Hil常用于控制系统仿真和测试。

在HIL仿真测试系统中，受控对象被模拟出来，以此判断电控模块的性能。

根据它在环的深度分为几个层级，如ECU级、EPP级和System级。

这些层级采用不同的仿真模型和实物组合，实现半实物仿真测试。

HIL（硬件在环）技术在多个领域都有广泛的应用，以下是一些主要的应用领域：汽车领域：HIL技术可以帮助开发人员对汽车电子控制单元（ECU）进行全面的测试。

汽车ECU是汽车电子系统的核心，负责控制发动机、变速器、制动系统、安全系统等各个方面的功能。

通过HIL技术，可以测试ECU的性能和可靠性，从而大大缩短开发周期，减少开发成本。

航空航天领域：HIL技术也可以帮助开发人员对飞行控制系统进行全面的测试。

飞行控制系统是飞机的核心，负责控制飞机的飞行。

HIL技术可以测试飞行控制系统的性能和可靠性，从而提高飞行安全性，减少事故发生的可能性。

提高安全性：HIL测试可以在所有阶段下安全地进行对人员安全最为重要的系统功能测试，如ESP漂移，飞机的空中姿态调整等。

此外，HIL通常还允许一些破坏或损坏真实机器的测试。

超出正常操作范围的传感器数值可以测试在极端工况下，系统是否依然可以安全操作机器，这使得HIL成为提高机器和系统安全性的有效手段。

提高质量：如果将HIL仿真嵌入到基于模型的设计过程中，它就可以在设计的早期阶段使用。

控制工程师可以使用它来持续测试他们的控制系统，这些测试可以帮助发现系统缺陷和软件Bug。

发动机ECU硬件在环(HIL)测试解决方案一、 方案概述1.1 HIL测试系统概述随着汽车电子技术的不断革新和迅速发展，汽车电控单元数量的不断增加，汽车电子产品和技术在各种车型中得到了越来越多的应用，其中，汽车电子系统成本约占到整车的30%，而汽车故障的产生多发生在汽车电子系统，因此，从安全性、可行性和成本上考虑，硬件在回路(HIL)测试已经成为电控系统开发和应用中非常重要的一环，减少实车路试，缩短开发时间并降低成本的同时提高电控系统的软件质量，降低电控系统开发和应用的风险。

HIL(Hardware‐in‐the‐Loop)硬件在回路测试系统是以实时处理器中运行的实体仿真模型来模拟受控对象的运行状态，通过I/O接口与被测电控系统连接，对被测ECU进行全方面的、系统的测试。

系统原理如图1.1中所示。

图1.1 HIL测试系统原理HIL测试系统的特点：●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；●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。

1.2SimCar硬件在环测试系统简介SimCar硬件在环(HIL)测试系统是用于测试电控单元功能、系统集成和通信的一套完整的硬件在环仿真测试设备，可用于汽车、航空、兵器、工程机械等领域。

基于SimCar硬件在环测试系统针对用户的被控对象进行建模仿真，并将其运行于跟控制器闭环工作的实时系统中，实现对汽车电控单元的复杂测试。

SimCar硬件在环仿真系统主要由三部分组成：仿真硬件平台、试验管理软件及车辆实时仿真模型。

系统组成示意图如图1.2中所示：图1.2 SimCar测试系统组成SimCar支持的电控单元硬件在环测试：发动机ECU；自动变速器TCU；混合动力整车控制器HCU；纯电动汽车VCU；蓄电池管理系统BMS；汽车防抱死制动系统ABS；车身控制器BCM；二、 基于SimCar的发动机ECU测试解决方案2.1 发动机ECU测试系统原理如图2.1发动机ECU测试系统原理中所示，在试验定义中，上位机试验管理软件运行于PC机环境中，通过PC机通信口与SimCar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发动机ECU构成闭环连接，实现发动机ECU的系统测试。

硬件在环仿真（HIL）：NI领先汽车测试关键之匙美国国家仪器有限公司(National Instruments, 简称NI)于日前参加了在上海光大会展中心举办的2015年汽车测试及质量监控博览会。

在此次博览会上，NI联合多家业内合作伙伴，集中展示了NI为汽车行业提供的灵活开放式的测试平台与多样化的解决方案。

 2015年是汽车测试及质量监控博览会举办的第十个年头，它已确立为向中国汽车工业展示确保质量、可靠性、耐久性和安全性的各种技术与服务的行业内头号展会。

会上逾280家公司展示了自己的新产品，具体领域包括：发动机/排气测试;车辆动力学测试;材料测试以及碰撞测试等。

NI也借助此次盛会向企业及大众展示了NI 在汽车行业的技术优势与优质解决方案。

 据了解，现今几乎所有的汽车OEM与一级供应商在各类测试应用中均有使用或集成了NI产品。

通过为控制、设计和测试提供通用平台，NI 帮助用户节省了在汽车研发到生产各个阶段耗费的成本和时间。

凭借业内领先的I/O、灵活现成的硬件、强大高效的LabVIEW开发环境，用户可以创建适合各种应用的解决方案。

目前NI的产品在汽车行业涉及了车载测试和数据记录、硬件在环仿真、台架测试与控制、快速控制原型、生产线测试、车载信息娱乐系统测试等几大应用。

 此次博览会上，NI着重展示了其业内权威的硬件在环仿真(HIL)技术方面的应用。

NI通过其创新的低成本模块化硬件和软件平台帮助工程师和科学家设计并建立自己的HIL系统。

硬件在环HIL仿真技术可以使用NI PXI实时控制器运行仿真模型来模拟受控对象的运行状态，配合NI FPGA模块可适应更高动态特性及更高精度的模型应用需求。

NI硬件在环测试平台具有开放的软硬件技术架构，可以减少工程师的开发时间、成本和风险。

在支持第三方硬件和软件建模工具的同时，NI还提供一系列高性能模拟和数字I/O设备，CAN、LIN和FlexRay总线接口，故障注入硬件等硬件，让客户可以高效实现应用。

首先要明确几个概念：对于一个控制系统，一定要有的基础元素是控制器和被控对象。

举个例子，一个简单的灯泡，控制灯泡亮灭的开关就是控制器，灯泡本身就是控制对象。

当然这个控制系统是单向的，这样的控制系统就叫“开环的”，现在的先进控制系统多是“闭环的”：被控对象通过传感器把自己的状态传给控制器，控制器根据这些状态信息，通过执行器控制被控对象改变状态，循环往复。

HIL就是解决闭环系统的控制器测试问题的。

1、HIL的作用HIL的作用是用数学模型来模拟被控对象，跟控制器链接成闭环，“欺骗”控制器，让控制器以为它控制的是一个真实的被控对象，从而达到测试控制器的目的。

有点拗口，举个例子：假想“你的头和你的手”构成一个控制系统，大脑就是控制器，手就是被控对象，眼睛就是传感器。

大脑控制手向左移动一米，眼睛要时刻盯着手，看到底有没有移动一米。

这时为了测试大脑这个控制器的功能是否正常，HIL就可以发挥作用了，HIL就是一个高性能的电脑，它上面运行了复杂的算法（数学模型），现在可以把你的手和眼睛拆掉了，只把大脑连接到HIL上，HIL这台电脑会模仿眼睛输出一堆视频信号传输给大脑，让大脑以为它自己还能看得见；HIL又跟大脑控制手动作的接口连接，让大脑以为自己还有手，这样大脑控制手左移1米，这个控制命令就传输到HIL里，HIL就通过内部算法解析，然后输出一个手在左移的动画给大脑，这样大脑就被欺骗了，以为自己还在控制一个真实的手。

这有什么用处？主要可以完成对大脑功能的测试，比如大脑想控制手一万次向左移一米，看其中有多少次能移动到位，用真手测试就把手累抽筋了，用HIL模拟手，只要有电，一直测下去也没问题（自动测试、重复测试）；比如要测大脑控制手去拍钉子，用真手就变一次性的了，用HIL假手测就没问题（极限工况测试），等等。

以汽车行业为例，测试车上的控制器系统，要是做辆真车来测试，不止成本高，而且测试还需要有场地，有人来开车。

如果要看车侧滑时ESP有没有起作用，那就要有车侧滑的场景，这样测试是很危险的，所以用HIL仿真就省事多了。

硬件在环仿真技术在电力系统中的应用近年来，随着电力系统的规模和复杂性不断增加，对于系统的稳定性和可靠性的要求也越来越高。

在这个背景下，硬件在环仿真技术应运而生，并在电力系统中得到了广泛的应用。

一、电力系统的挑战和需求电力系统作为国民经济的重要基础设施，其安全运行和稳定供电对于社会的正常运转至关重要。

然而，电力系统面临着许多挑战。

首先，电力系统的规模日益扩大，电力负荷的增加使得系统容量的需求呈现快速增长的趋势。

其次，以可再生能源为主导的能源结构转型使得电力系统发生了巨大变化，传统的煤炭火力发电正在逐渐减少，而风电、光电等清洁能源的接入逐渐增加。

这些变化给电力系统的运行和管理带来了新的挑战。

为了应对这些挑战，电力系统需要更先进的管理和调度方法。

而在现实系统中，对于新技术的测试和验证往往需要对系统进行大范围的实地试验，这不仅耗时耗力，而且成本高昂。

因此，寻找一种高效、精确的仿真方法成为了解决电力系统问题的关键。

二、硬件在环仿真技术的概述硬件在环仿真技术是一种基于实际硬件系统的仿真方法。

它通过将模型和仿真环境与实际硬件相结合，实现了对系统行为的全面仿真和分析。

硬件在环仿真技术主要包括两个关键部分：硬件实物和仿真软件。

硬件实物指的是电力系统中各个设备的实际物理部分，如发电机、变压器、线路等。

仿真软件则是对这些设备行为的模拟程序，可以模拟电力系统各个部分的运行情况，并根据实际硬件系统的反馈进行调整。

三、1. 功率系统稳定性分析硬件在环仿真技术可以用于评估电力系统的稳定性。

通过在仿真软件中建立电力系统的实际模型，并将其与实际硬件设备相结合，可以对系统动态响应进行仿真分析。

这种基于实际硬件的仿真方法可以更准确地预测系统的稳定性，为实际系统的运行提供参考依据。

2. 电力系统调度与运行硬件在环仿真技术还可以用于电力系统的调度与运行。

通过在仿真软件中建立系统调度模型，将其与实际系统硬件相连接，可以对系统的运行状态进行实时监测和调整。

HIL测试技术在汽车ECU开发流程中的应用1、V模式开发流程V模式开发流程是现代最重要的开发方法，在这套开发流程中大量使用了计算机辅助控制系统设计（CACSD：Computer-Aided Control System Design）。

计算机辅助控制系统设计不仅仅是进行控制方案的设计和离线仿真，还包括实时快速控制原型、产品代码生成和硬件在回路测试，如图1.1。

这是一个完整的流线型的控制系统开发步骤。

1-1 V模式的开发流程2、硬件在回路测试（HIL）在上述环节中硬件在回路（HIL）测试承担了重要的任务，其实质是一套与电子控制器真实连接的测试系统，用于检测汽车电子控制器大部分功能性故障。

由于总线技术的发展与成熟，现在汽车已经通过网络实现分布式控制功能。

而各个ECU 之间的交互作用增加，例如共享传感器、计算信息和执行器等。

同时，网络支持多种总线系统(CAN、LIN、MOST、FlexRay)，并且对于大多数的整车厂或系统供应商而言，网络中的ECU大部分由不同的厂商提供，这些都又可能成为潜在错误来源(存在产品召回的风险)。

综上所述，由于汽车技术快速发展，电控单元（ECU)的复杂程度快速增加，控制算法与功能不断增强，对整车而言还集成了各种总线通讯功能、在线故障诊断(OBD)等功能。

传统的检测方法面对复杂的测试需求开始显得力不从心，而在国外各大汽车厂商流行的HIL 测试环节中，HIL设备正逐步满足更为复杂的测试需求。

2.1、两种主要的基于HIL的ECU测试类型2.1.1、单个ECU功能测试一个ECU开发完成后，必须对其功能进行全面的测试。

现在由于控制系统所完成功能的日渐复杂性，对其进行全面综合的测试，特别是故障情况和极限条件下测试就显得尤为重要。

但如果用实际的控制对象进行测试，很多情况是无法实现的，或要付出高昂的代价，但如果用计算机辅助设计工具对被控对2.1 变速箱ECU开发的HIL测试象进行实时仿真，就可以进行各种条件下的测试，特别是故障和极限条件下的测试。

Self-driving 自动驾驶自动驾驶汽车硬件在环测试技术概述文/王敏委基于模拟仿真机制的在环测试是自动驾驶汽车研 发测试的重要过程，可以在多种虚拟场景下对车辆性 能和车辆控制算法进行低成本且高效的验证。

在车辆 研发的v形体系中，硬件在环测试是针对各个车辆电 子控制单元（ECU)进行功能、性能的测试验证。

一 般的硬件在环（HIL)测试平台可以分为四层：车辆仿 真层、传感器仿真层、场景仿真层和硬件电子控制单 元（ECU)层。

HIL测试平台可以实现多种功能的测 试验证，主要用于以下任务：构建汽车运动模型、各 种传感器模型和虚拟测试场景并开展测试；对环境感 知、路径规划、决策、车辆控制、通信与交互等算法 进行闭环评估；推动上述算法从虚拟环境到真实自动 驾驶汽车的快速移植。

1简介在环测试和实车测试是用来验证和优化自动驾驶 汽车的感知、控制等算法的主要技术。

由于自动驾驶 汽车引入了大量的新技术，有必要在技术完全成熟之 前通过在环测试对这些基于人工智能的感知和控制算 法进行预先测试评估，因此在环测试渐渐成为自动驾 驶汽车研发的强制性步骤。

传统的实车测试是一种费 时费力且成本高的测试方法，只能进行有限数量的场 景测试。

相比之下，在环测试使用了和实际车辆比较 一致的仿真传感器、车辆和交通场景，提供了一种经 济效益和测试效果比较均衡的测试环境。

通过以往的 各种自动驾驶智能算法研究和实验，验证了这种在环 测试方法在车辆功能-麵口性能分析上的高效性。

一般地，硬件在环（HIL)测试平台结构框架如图 1所示，包含多种仿真软件接口和硬件ECU接口，各 个接口组合成一个高效的封闭测试验证循环。

仿真软 件接口包含3部分：一是控制车辆运动的车辆仿真模型；二是产生车辆数据的各种传感器仿真模型；三是 模拟真实道路场景的虚丨以测试环境。

5更件ECU接口则 包含了真实的车辆ECU。

仿 口K=3H Z3■车》状志传W Im&mB f pr■孕•K&f is S t t iSB-------------------^自功《饕汽李实车平台m c m s a i M u t法V i--------**CAN!j•a a s M金■a s m____ii——1L-—-t---ts v;*畔在仿霣测试T图1自动驾驶汽车硬件在环测试平台组成仿真软件接口可以运行包括各种车辆软件，模拟 测试平台上任何所需的对象。