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![[NI技术]使用NI VeriStand 实现汽车ECU的 HIL测试](https://uimg.taocdn.com/2417bb37376baf1ffc4fadee.webp)
[NI技术]使用NI VeriStand 实现汽车ECU的 HIL测试"NI VeriStand 与NI PXI平台的结合满足了用户对 I/O、计算能力、信号仿真和数据分析等功能的需求，而且是完全开放和模块化的。
"- Enrico Corti,The Challenge:基于商业现成 (COTS)的硬件，为发动机和整车的实时仿真开发一个模块化的硬件在环 (HIL)测试系统，以减少嵌入式软件验证过程中所需的测试次数。
The Solution:基于NI VeriStand 实时测试软件和 NI PXI硬件的测试系统提供了用户所要求的计算能力，可以利用现场可编程门阵列(FPGA) 硬件实现高速控制，同时，各种不同的 I/O不仅能保证该 HIL系统可以满足当前的需求，而且可进行功能扩展以满足未来的应用需求。
HIL系统集成Author (s):Enrico Corti -是一家总部设在意大利北部的公司，为汽车的校准、控制和测试提供定制的解决方案。
根据客户的需求，提供纯软件（模型或基于模型的分析），或集成硬件和软件的解决方案。
Eldor 公司提供汽车电子组件，如线圈、离子感应系统和电子控制单元(ECU)。
因为HIL系统可以用来实现自动化和标准化测试，所以它们是ECU测试的标准。
大多数市场上可用的HIL系统提供的是不能扩展或定制的标准功能， Eldor公司选择了由Alma汽车公司提出的HIL解决方案，因为该方案的硬件和软件是开放的，并可以完全根据他们的需求定制。
HIL系统必须仿真由ECU控制的设备，所有进入ECU 的实际信号必须由 HIL测试系统产生的信号代替。
因为目标是测试ECU的功能，所以仿真必须实时运行。
模型必须精确地对ECU命令进行响应，以测试整个嵌入式控制系统。
对于某些类型的信号，复现一个正确的时基是很困难的，因为高频率的信号需要与曲轴的瞬时位置同步。
这种典型的例子包括缸内压力、加速度计、离子电流和进气压力信号。
新能源汽车动力系统控制器硬件在环测试解决方案相比较传统汽车，新能源电动汽车（包括纯电动汽车与混合动力电动汽车）动力系统增加了电机驱动系统、电池及其管理系统、整车控制器等关键零部件。
如图1所示，为一种常见的插电式混合动力汽车拓扑结构，与传统汽车相比，动力系统复杂程度增加，控制器数量增多，控制器测试的工作量与难度也相应增加。
图1 一种常见的插电式混合动力汽车拓扑结构新能源电动汽车对动力系统的动力性、经济性、制动性、排放性、可靠性等方面都有很高要求，需要对动力系统进行全面的测试，主要包括：动力性测试：最大输出功率最大扭矩加速时间最大爬坡度最高车速经济性测试：燃油消耗率平均燃油消耗量1 / 6电池能量消耗率平均电池能量消耗量制动性测试制动能量回收功能制动加速度制动距离制动时方向稳定性其它测试相关排放物含量安全防护通信故障诊断在传统的电动汽车动力系统测试中，需要使用大功率直流电源、测功机、功率分析仪、电池检测、数据采集等设备，并需要专门的配套实验室。
即使有了测试环境与测试工具，传统的测试方法还存在以下问题：耗费大量电能并产生废旧电池测试过程繁琐，耗费大量人力物力电机、电池等在极端运行环境下有较大的安全风险测试重现性较差，无法进行自动化测试使用硬件在环(HIL)测试方法，结合传统测试方法，将新能源电动汽车动力系统测试分成两个关键步骤：1.各个控制器的HIL测试，包括电池管理系统的HIL测试，电机控制器的HIL测试、整车控制器的HIL测试以及多个控制器的集成HIL测试，经过这个步骤，可以发现各个控制器存在的大部分问题，大幅降低后续大功率测试的风险与成本；2.整车动力系统的联合测试，利用HIL设备与传统测试台架相结合的联合测试台，对整车动力系统进行联合测试，用于验证动力系统的动力性、经济性、制动性、排放性、可靠性等指标，同时，对动力系统的通信、安全防护、故障诊断等进行全面测试。
相比较传统测试方法，联合测试方法可以更早地发现问题，降低风险与成本，使测试更加全面的同时缩短测试周期。
HiL系统简介HiL（Hardware-in-the-Loop）硬件在环仿真测试系统是以实时处理器运行仿真模型来模拟受控对象的运行状态，通过I/O接口与被测的ECU连接，对被测ECU进行全方面的、系统的测试。
从安全性、可行性和合理的成本上考虑，HiL硬件在环仿真测试已经成为ECU开发流程中非常重要的一环，减少了实车路试的次数，缩短开发时间和降低成本的同时提高ECU的软件质量，降低汽车厂的风险。
在新能源汽车这个全新的领域中，HiL硬件在环仿真测试对于三大核心电控系统：整车控制系统、BMS电池管理系统、MCU电机控制器是非常重要的。
但其高精度的实时性要求、大电压大电流的安全性、信号接口的特殊属性、以及系统的可扩展性都使得传统汽车电控系统的HiL硬件在环仿真测试系统无法解决。
意昂科技与欧美业内专业公司建立了合作伙伴关系，为国内汽车行业客户提供新能源的HiL硬件在环仿真测试解决方案。
意昂科技负责整套HiL系统的设计、制造、集成、初验收、安装调试、终验收和售后服务等，实施交钥匙工程。
HiL系统解决方案HiL系统整体架构：HiL系统主要由三部分组成：硬件平台、实验管理软件和实时软件模型。
1) 硬件平台：HiL系统硬件平台以NI公司的产品为主，提供多种实时处理器和I/O板卡，基于开放的工业标准，能确保客户将最新的PC技术应用于HiL测试系统，始终满足未来测试系统的要求。
意昂科技同时提供多个成本低、体积小的HiL测试系统供客户搭建小型系统选择，其中CompactRIO（cRIO系列）是一种典型的低成本可重复配置的控制和采集系统，也可以利用以太网与主控机箱连接，方便的实现对HiL系统I/O接口进行扩展。
硬件平台主要组成部分：实时处理器、I/O 接口、故障注入单元(FIU), 通信接口、FPGA模块、负载模拟单元、信号调理单元、可编程电源、机柜和分线箱等。
2) 实验管理软件：HiL系统实验管理软件平台以NI VeriStand 2010 为核心组建，与实时处理器通过以太网连接，配合LabVIEW, FPGA Module,Real Time Module及其他丰富的功能扩展包，用户可进行：硬件配置管理自主更新硬件资源升级系统功能从Simulink等第三方建模环境中导入控制算法或系统模型提供测试命令创建可视化交互界面灵活修改用户界面配置激励生成事件警报完成测试自动化记录数据自动分析数据和生成报告等3) 实时软件模型：HiL系统实时软件模型主要包括：HiL系统采用开放的硬件平台，支持多种仿真模拟软件：发动机模型 Matlab/Simulink/Stateflow/RTW电池模型 LabVIEW Control Design and Simulation电机模型 Tesis enDYNA/veDYNA传动系统模型 CarSim/TruckSim驾驶员模型 GT-POWER车辆动力学模型 AMESim路面及环境模型等HiL系统主要特点：真正开放式的软硬件平台，支持第三方硬件，系统升级与扩展方便支持C, C++, Matlab/Simulink, LabVIEW, DLL等多语言环境实时高精度数据采集和数据多速率采样全球服务、支持与专业的合作伙伴方便集成第三方HiL产品- 电池模拟（DMC）- 电机仿真（OPAL-RT, SET）- 发动机仿真（MicroNova）交钥匙服务。
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。
NI 推荐选择硬件在环（HIL）测试系统I/O 接口概览高性能模块化的I/O 接口是构建成功硬件在环测试系统所必须的。
硬件在环（HIL）测试系统体系结构教程讨论了多种硬件在环测试系统体系结构和用于实现的实时处理技术。
本教程讨论了多种I/O 接口选项，能够用于实时处理器创建您的硬件在环测试系统。
多功能I/O硬件在环测试系统需要多种模拟、数字和计数器/定时器接口与被测电子控制单元（ECU）进行交互。
NI 多功能数字采集产品将所有功能集成在单个设备中，为硬件在环测试系统I/O 接口提供了高价值的选择。
高性能模拟数字和数字模拟转换器结合了用于计数器/定时器功能和与实时处理器之间进行低延时数据传输的板载处理能力，让这些接口成为硬件在环测试系统应用的理想选择。
基于FPGA 的I/O基于NI 现场可编程门阵列（FPGA）的I/O 将模拟I/O 以及数字I/O 与FPGA 整合在单个仪器中。
这些设备使用NI 可重复配置I /O（RIO）FPGA 技术，它提供了用于可编程的FPGA 功能，可以用于创建定制I/O 功能并减少实时处理器进行模型执行和信号处理的负荷，从而提高硬件在环测试系统的性能。
使用NI LabVIEW FPGA 模块，您可以定义您自己的硬件特性，而无需具备硬件描述语言的深入知识。
确定性分布式I/ONI 提供了全新的确定性分布式I/O 产品，帮助您创建基于I/O 的分布式硬件在环测试系统，降低布线成本和复杂性。
从一系列I/O 模块中进行选择，创建分布式I/O 接口通过确定性的以太网与您的实时处理器进行通信。
总线接口许多ECU 使用通信总线接口与系统中的其他设备共享信息。
NI 提供了多种军事/航天、汽车和工业总线接口，您还可以使用基于NI FPGA 的I/O 接口为您的硬件在环测试系统实现定制协议。
NI AIM PXI 模块的选择包含MIL-STD-1553、ARINC 429 以及AFDX 接口。
每个模块都带有板载应用程序支持的处理器、丰富的板载内存和IRIG-B时间代码生成器/解码器，满足硬件在环测试系统的需求。
技术前沿！电机驱动系统硬件在环仿真测试随着节能减排、绿色生活的概念逐渐深入人心，新能源发电系统与新能源电动汽车在生活中的应用越来越广泛。
在风力发电系统和新能源电动汽车的电驱动系统中，电机控制是热门而关键的研究课题。
不过对于研究人员而言，新能源系统与电动汽车中的电机功率都相对较高，像一些极限工况、环境因素等研究条件不便于在实物系统上实现；同时，对于电机驱动与控制系统的研发与生产，传统的开发方式存在周期长、迭代慢、可靠性差的问题。
硬件在环仿真测试（Hardware-In-the-LoopTesting，HIL）作为高效的研发工具，能够帮助科研人员更好地进行原型开发、算法验证，在保证产品质量的同时有效缩短研发周期，在节省成本的同时加速成果的产出。
HIL的概念与价值硬件在环仿真（也被称为半实物仿真）是随着计算机硬件技术、实时操作系统、电力系统建模等新技术发展起来的实验和研究方式，硬件在环仿真装置的基本原理是用运行着数学模型的实时系统来模拟物理系统的行为，通过实际的I/O接口与控制器相连，不仅利用了软件建模的灵活性，也具有替代实物系统的能力。
对于电机驱动系统的开发与测试来说，通过硬件在环仿真能够在很接近真实工况的情况下对控制板整体（板上芯片运行的控制算法，板子的IO通道等）进行测试，具有易于测试故障工况，易于实现测试自动化，易于重现各种工况等优点。
硬件在环仿真测试的系统结构框图如下所示：ModelingTech利用自主研发的StarSimHIL软件，提供高性能且使用方便的硬件在环仿真平台，帮助用户方便地将电力电子或电力系统拓扑模型下载到实时仿真器上。
其基于FPGA的小步长仿真技术，能够准确而实时地模拟出被控对象的特性，帮助用户在研发与测试阶段创造安全与高效的实验环境。
StarSimHIL是基于配置型的实时仿真上位机软件，支持载入Simulink/SimPowerSystems环境下搭建的拓扑模型到FPGA硬件上运行，无需用户进行额外的模型转换与底层开发工作。
硬件在环试验台操作规程
1 适用范围
硬件在环（HIL）仿真测试系统是以实时处理器运行仿真模型来模拟受控对象的运行状态，通过I/O接口与被测的ECU连接，对被测ECU进行全方面的、系统的测试。
2 操作方法
2.1 进行硬件的连接，把待测试的发动机电控单元以及节气门连入硬件在环仿真系统。
2.2 通过监控模块对发动机进行建模，按照不同的发动机类型对相关的参数进行修改和设置，并把仿真模型代码下载到发动机仿真板上。
2.3 启动发动机模型，发动机模型按设定的算法进行高速的运转，同时相关的变量进行实时的变化，并决定着发动机状态信号的输出。
2.4 高速数据接口卡一方面按照发动机模型的运转状况输出相应的状态信号，一方面采集外部ECU发给发动机的指令信号。
2.5 发动机模型按照ECU发送来的指令信号作相应的调整运算。
2.6 监控系统显示、记录当前的仿真状态。
3 注意事项
3.1 需保持实验室的清洁。
3.2 需确保实验室的供电电压稳定。
3.3 连接各控制器时需细心，避免损坏插头。
4 维护保养
4.1 每天对实验室进行清扫。
4.2 实验室应保持无尘、干燥。
ECU环境可靠性试验方案设计发布时间：2021-12-16T03:13:53.218Z 来源：《科技新时代》2021年10期作者：陈鹏李秋影[导读] ECU是汽车的神经中枢，接收传感器的信号，然后通过车载总线将这些电信号传输到ECU，ECU则根据预先设定的控制程序对接收到的信号进行判断分析，向执行器发出相应的控制命令。
因为ECU所处的位置较差，必须要具有"三防"（防震、防水、防尘）性能，同时还要确保在发动机点火时不会被电磁辐射所影响[1]。
工业和信息化部电子第五研究所华东分所江苏苏州 215129摘要：本文采用ECU可靠性试验系统和试验方法，针对某型国产ECU样机开展了环境可靠性试验研究，目的在于验证样机的环境适应性与可靠性指标，找出样机设计和生产过程中影响产品可靠性的薄弱环节，从而为产品的优化设计和生产提供参考，并为产品的设计定型和生产定型奠定基础。
关键词：ECU，环境适应性，可靠性0 引言ECU是汽车的神经中枢，接收传感器的信号，然后通过车载总线将这些电信号传输到ECU，ECU则根据预先设定的控制程序对接收到的信号进行判断分析，向执行器发出相应的控制命令。
因为ECU所处的位置较差，必须要具有"三防"（防震、防水、防尘）性能，同时还要确保在发动机点火时不会被电磁辐射所影响[1]。
否则在ECU出现问题以后，不但会干扰到整个发动机的工作情况，同时还会对驾驶员带来危险。
所以在对ECU进行研发和制造时，需要采取相应的试验对它们的工作稳定性情况完成评估。
1 ECU环境可靠性介绍电子产品的可靠性即电子产品在规定的条件下、规定时间中实现相应功能的一种能力[2]。
产品可靠性的描判断标准有很多，例如可靠度R(t)，故障率/失效率等，而产品的瞬时失效率与时间之间具有相应的函数关系。
正常情况下而言，失效率会存在递增型、常数型特征，具体情况如图1.1所示[3]。
根据该曲线能够发现，产品失效主要能够分成三个阶段。
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。
Hil在汽车整车测试及开发系统中的应用打开文本图片集摘要：目前中国的汽车市场竞争愈演愈烈，人们在追求汽车高性能的同时对于汽车的测试要求也在不断的提高，因此不论对于汽车的生产厂商还是汽车维修行业，都需要一种更加方面快速的仿真测试方法，那就是硬件在环技术。
硬件在环仿真测试系统可以实时的模拟出驾驶员以及车辆的具体工作环境，大大降低了车辆测试的风险，缩短了开发的周期，有效的降低开发成本。
【关键词】：^p ：Hil（硬件在环）；汽车技术；ECU；仿真模型1 认识HILHiL（Hardware-in-the-Loop）硬件在环仿真测试系统是采用实时处理器（真实的控制器）运行仿真模型来模拟受控对象（比如：汽车、航空飞机等设备）的运行状态，通过I/O接口与被测的ECU连接，对被测系统进行全方面的、系统的测试[1]。
这种仿真是出于计算机离线仿真和实物台架测试之间的一种测试类型，它将实物硬件嵌入到仿真系统中的实时动态仿真技术。
从安全性、可行性和合理的成本上考虑，HiL硬件在环仿真测试已经成为ECU开发流程中非常重要的一环，这种技术无需真实车辆即可达到测试的目的，减少了实车路试的次数，大大降低了车辆测试的风险，缩短开发时间，有效降低成本，同时提高ECU的软件质量，降低汽车厂的风险。
目前，硬件在环测试系统以其专业性、实用性以及高效性被广泛适用于各项应用中。
2 Hil测试系统的基本架构2.1 HIL测试系统的基本结构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。
它的主要是精确地仿真测试系统中物理上并不存在的部分，即仿真出实际汽车驾驶及行驶过程中的可能出现的任何异常情况，同时对这些情况进行数据记录、硬件I/O通信并生成仿真模型并执行整个测试系统；I/O接口用于控制器与被测ECU之间的信息交互，它也可是用来产生某些产生激励信号，进行各种模拟信号、数字信号和总线信号的通信及数据传输。
使用NI VeriStand 实现汽车ECU 的HIL 测试“NI VeriStand 与NI PXI 平台的结合满足了用户对I/O、计算能力、信号仿真和数据分析等功能的需求，而且是完全开放和模块化的。
”–Enrico Corti, Alma Automotive. 挑战：基于商业现成(COTS)的硬件，为发动机和整车的实时仿真开发一个模块化的硬件在环(HIL)测试系统，以减少嵌入式软件验证过程中所需要的实物测试次数。
解决方案：基于NI VeriStand 实时测试软件和NI PXI 硬件的测试系统提供了用户所需的计算能力，可以利用现场可编程门阵列(FPGA) 硬件实现高速控制，同时，各种不同的I/O 不仅能保证该HIL 系统可以满足当前的需求，而且可进行功能扩展以满足未来的应用需求。
Alma Automotive 是一家总部设在意大利北部的公司，为汽车的校准、控制和测试提供定制的解决方案。
Alma Automotive 根据客户的需求，提供纯软件（模型或基于模型的分析），或集成硬件和软件的解决方案。
Eldor 公司提供汽车电子组件，如线圈、传感器系统和电子控制单元(ECU)。
因为HIL 系统可以用来实现自动化和标准化测试，所以它们是ECU 测试的标准。
大多数市场上可用的HIL 系统提供的是不能扩展或定制的标准功能，Eldor 公司选择了由Alma 汽车公司提出的HIL 解决方案，因为该方案的硬件和软件是开放的，并可以完全根据他们的需求定制。
HIL 系统所仿真的是由ECU 控制的设备，所有进入ECU 的实际信号必须由HIL 测试系统产生的信号代替。
因为目标是测试ECU 的功能，所以仿真必须实时运行。
模型必须精确地对ECU 命令进行响应，以测试整个嵌入式控制系统。
对于某些类型的信号，复现一个正确的时基是很困难的，因为高频率的信号需要与曲轴的瞬时位置同步。
这种典型的例子包括缸内压力、加速度计、离子电流和进气压力信号。
发动机ECU快速原型开发及硬件在环测试一体化解决方案版本：V1.0日期：2011.12.10目录目录 (2)1.概述 (3)2.RCP-快速控制原型 (4)2.1.D2P 128pin快速原型开发平台主要接口资源 (4)2.2.D2P 128pin快速原型开发平台介绍 (4)3.HiL实时仿真测试系统 (8)4.快速原型开发&HiL实时仿真测试系统 (9)4.1.系统架构 (9)4.2.系统功能介绍 (10)4.3.系统信号连接说明 (11)2 / 111. 概述在发动机控制器（ECU）设计开发及标定测试阶段，对工程技术人员而言，所面临的无非是两种应用问题：一是在开发的初期阶段，快速地建立控制对象及控制器模型，并对整个控制系统进行多次的、离线的及在线的试验来验证控制系统软、硬件方案的可行性。
这个过程称之为快速控制原型（RCP）；第二个问题就是已设计完的控制器投入生产后，在投放市场前必须对其进行详细的测试。
如果按传统的测试方法，用真实的对象或环境进行测试，无论是人员、设备还是资金都需要较大的投入，而且周期长，不能进行极限条件下的测试，试验的可重复性差，所得测试结果可记录性及可分析性都较差。
现在普遍采用的方法是：在产品上市之前，采用真实的控制器，被控对象或者系统运行环境部分采用实际的物体，部分采用实时数字模型来模拟，进行整个系统的仿真测试，这个过程称之为硬件在环（HiL）仿真测试。
本方案基于意昂科技D2P 128pin快速原型开发平台和dSPACE快速控制原型MicroAutoBox，搭建一套发动机ECU快速原型开发平台和HiL实时仿真测试系统。
3 / 112. RCP-快速控制原型要实现快速控制原型，必须有集成了良好易用的建模、设计、离线仿真、实时开发及测试的工具。
意昂科技D2P 128pin快速原型开发平台允许反复修改模型设计，进行离线及实时仿真。
这样，就可以将错误及不当之处消除于设计初期，使设计修改费用减至最小。
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。
SimCar 硬件平台通过仿真传感器和执行器来构建一个虚拟的汽车发动机本体，硬件平台可以监测到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等。
通过SimCar测试系统将发动机ECU控制器与HIL测试系统构成一个虚拟的发动机测试环境，通过测试工具及相应的测试用例实现发动机控制器各种功能及工况的测试，并生成测试报告。
图2.1 发动机ECU测试系统原理2.2 发动机ECU测试系统构成如图2.2中所示，通过图中所示构成的一个虚拟的发动机测试环境，对EMS控制器的开发和应用中各个阶段进行测试，并通过试验管理软件实现自动测试，生成测试报告。
发动机ECU测试系统主要包括以下部分：SimCar实时硬件仿真平台；试验管理软件；发动机实时仿真模型。
图2.2 EMS测试系统构成2.2.1SimCar实时硬件仿真平台基于SimCar的发动机ECU测试实时仿真平台，能够模拟ECU控制器的各种传感器信号，检测执行器参数信号，仿真发动机模型实时运行环境，对ECU控制器信号提供驱动、放大、滤波、保护、特殊信号的处理等功能。
硬件平台主要包括以下几个部分：●实时处理器及IO板卡；●故障注入与负载仿真单元；●信号调理与特殊信号处理单元；●便携式机箱、接插件及断路测试单元；2.2.1.1实时处理器及IO板卡SimCar实时仿真单元用于车辆仿真模型的运行，通过硬件接口IO接受控制器发出的各种控制信号，通过模型运算后由IO输出各种传感器信号给控制器，从而与控制器构成一个闭环的系统。
它是由嵌入式实时处理器及各种硬件板卡构成的一个实时硬件系统。
2.2.1.2故障注入与负载仿真单元故障注入与负载仿真单元的作用是模拟常见电气故障，模拟真实负载以构成闭环测试环境。
通常故障注入和负载仿真单元由若干故障注入板卡与若干负载仿真板卡。
◆故障注入模块(FIU)故障注入板卡性能指标及功能●通道数量根据被测控制器灵活定制；●每个通道在故障状态时可以最大提供持续10A左右的电流；●每个通道可以模拟对电源短路、对地短路、开路故障状态、任意两管脚间短路。
板卡由上位机发送指令，FIU根据上位机的指令控制继电器动作执行相应的故障模式。
◆负载仿真板卡负载仿真板卡性能指标及功能●负载仿真，可以接真实负载或模拟负载；●通道数量与电流可根据被测控制器灵活定制；●LED显示负载的工作状态。
板卡提供了多种灵活选择方式，模拟负载通过跳线选择可以选择为电阻或者是电阻与电感串联的模式，还可以通过外部端口接入真实负载。
2.2.1.3信号调理及特殊信号处理单元信号调理单元的主要作用是：●信号调理，通过信号调理板卡配置需要调理的通道，然后在信号调理模块上对信号进行调理(信号驱动、放大、滤波、保护等)；特殊信号处理，比如线性氧传感器信号模拟、电流型轮速信号输出调理等。
2.2.1.4断线测试盒断线测试盒的外观示意图如上图所示，左边为输入连接器，与面板上的黑色端子相连，右边为输出端子，与面板上的红色端子相连，用香蕉插头跨接输入和输出。
可以很方便的将测试仪器连接到面板上的香蕉插头，在不中断信号连接的情况下进行测试。
也可以将香蕉插头拔开，直接从输出端子处引入激励信号或者对输入输出信号进行静态测试，例如测试SimCar仿真平台发出的传感器信号是否正确。
系统连接如下图中所示：2.2.2试验管理软件如图2.3中上位机试验管理软件界面所示，为了方便测试，利用配套的试验管理软件，开发和设计便于用户操作和监控的界面，主要有三类界面。
图2.3 试验管理软件界面2.2.2.1基本操作界面进行功能测试而设计的界面，包含选择车辆的不同控制方式，自动驾驶模式的驾驶循环选择，非自动驾驶模式的油门开度，制动踏板，档位选择及离合器的开合。
同时包含车辆及动力总成各部件的主要运行数据，如车速，转速，电池的SOC等等。
2.2.2.2实验台监控界面为测试硬件通讯是否正常，对CAN信号及IO信号进行实时监控，便于各IO和CAN信号的统一管理。
2.2.2.3故障注入界面对故障仿真的开关设置，即FIU的控制开关界面。
2.2.3被控对象实时仿真模型2.2.3.1发动机模型汽车发动机模型是华海科技开发专业用于HIL测试的实时仿真模型，华海科技基于用户提供的技术文档，对模型进行二次开发、参数化和校正。
模型结构组成如图2.4所示。
图2.4 发动机模型华海科技开发的汽车发动机模型包含以下系统模块：◆气路模型：中冷器、增压器等◆油路模型：低压油路模块、高压共轨模块、喷油器模块等◆发动机本体模型：气缸、扭矩输出、摩擦扭矩◆发动机冷却系统：水温，单/双回路冷却系统◆发动机电气网络◆离线软ECU模块如图2.5所示，发动机模型是基于Matlab/Simulink软件开发，模型包含了详细的气路、油路和缸体等子系统模型，通过接口模型与发动机控制器构成闭环控制。
图2.5 基于simulink的发动机模型2.2.3.2接口模型开发◆执行器信号采集和传感器信号输出针对不同的传感器及执行器特性，准确反映物理量与电气信号的转化关系，并通过设置相应的板卡和通道来实现与各控制器的正常信号传递。
◆CAN信号的输入输出基于客户提供的CAN通讯协议（CAN的数据库dbc文件），对CAN通道进行相应的配置，正确发送和接受各信号，并将信号引入模型。
2.3相关工程服务✓硬件资源的配置✧控制器管脚定义分配✧线束及跳线配置✧故障仿真配置✧负载仿真配置✓模型集成调试✧实验数据预处理✧实验数据优化✧模型功能调试✓特殊信号处理✧喷油点火信号✧曲轴凸轮轴信号✧……✓试验管理软件配置✧测试界面DEMO开发等✓测试需求整理，测试案例✧测试需求分析✧测试案例制作三、 总结本系统是基于SimCar便携式硬件在环测试设备，结合发动机仿真模型，搭建的一套针对发动机ECU的硬件在环测试系统，它能够模拟发动机ECU所需的各种传感器信号，采集ECU 的控制信号，模拟CAN网络节点等。
具备以下技术优势：模拟发动机的各种工况，包括极限工况；模拟发动机的各种故障，快速复现故障模式；自动化测试并生成测试报告，缩短测试周期；减少台架试验，缩短测试时间，降低测试成本；桌面便携式设备，使用方便，价格合理；易于维护和扩展测试能力。
因此，基于SimCar桌面式测试平台的HIL测试系统解决方案不仅能够缩短ECU控制器的产品开发周期，而且更能够在设计阶段对ECU的功能进行全面的测试和验证，在众多整车厂、零部件商的车型和产品研发过程中得到了广泛应用。
关于华海科技北京九州华海科技有限公司（简称华海科技）是一家专业提供电控系统解决方案的高科技公司，由多名电控开发领域的资深工程师共同组建，公司成立于2011年，地处国家级高新技术科技园区——北京电子城科技园。
公司致力于为汽车、机械、教育等行业的用户提供适用于电控系统完整生命周期的解决方案。
公司立足于自主研发，在嵌入式开发系统、新能源电控系统等领域拥有多项核心自主知识产权。
公司自成立以来，专注于电控开发技术，秉承卓越和创新的精神，凭借不断提升的开发工具、全方位的技术服务与领先的解决方案，赢得了众多用户的一致好评。
华海科技具备的核心技术能力包括：控制器硬件设计开发全自动代码生成实时操作系统集成开发标准协议栈开发汽车动力学建模电控系统集成测试各种开发工具集成服务。
