一、汽車HiL測(cè)試的概念

硬件在環(huán)（Hardware-in-the-Loop，簡(jiǎn)稱HiL）仿真測(cè)試，是模型基于設(shè)計(jì)（Model-Based Design，簡(jiǎn)稱MBD）驗(yàn)證流程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該步驟至關(guān)重要，因?yàn)樗狭藢?shí)際操作中將使用的全部硬件與軟件資源。HiL測(cè)試通常位于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)之前，是模型在環(huán)（Model-in-the-Loop，簡(jiǎn)稱MiL）、軟件在環(huán)（Software-in-the-Loop，簡(jiǎn)稱SiL）或處理器在環(huán)（Processor-in-the-Loop，簡(jiǎn)稱PiL）測(cè)試之后的最終階段。HiL仿真不僅能夠針對(duì)單個(gè)被測(cè)設(shè)備（Device Under Test，簡(jiǎn)稱DUT）進(jìn)行精確測(cè)試，而且還能對(duì)由多個(gè)被測(cè)設(shè)備構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行全面的測(cè)試與驗(yàn)證。

在整個(gè)測(cè)試流程中：

MiL（Model-in-the-Loop）模型在環(huán)：在PC上基于模型的測(cè)試，它的輸出是經(jīng)過驗(yàn)證的控制算法模型，其作用是驗(yàn)證控制算法模型是否準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了功能需求。

SiL（Software-in-the-Loop）軟件在環(huán)：將模型生成代碼或者手工編寫代碼，編譯成PC程序，在PC上的測(cè)試。它的輸出是經(jīng)過驗(yàn)證的嵌入式代碼，其作用是在PC上驗(yàn)證代碼實(shí)現(xiàn)的功能是否與模型一致。

PiL（Processor-in-the-Loop）處理器在環(huán)：將代碼編譯成目標(biāo)系統(tǒng)程序，然后在PC上虛擬目標(biāo)硬件環(huán)境，并進(jìn)行測(cè)試。它的輸出是經(jīng)過驗(yàn)證的目標(biāo)程序，其作用是在目標(biāo)處理器上驗(yàn)證代碼實(shí)現(xiàn)的功能是否與模型一致 。

而HiL（Hardware-in-the-Loop）硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)是采用實(shí)時(shí)處理器運(yùn)行仿真模型來模擬受控對(duì)象（比如：汽車、飛機(jī)等設(shè)備）的運(yùn)行狀態(tài)，以此判斷電控模塊的性能。雖然這一系列的測(cè)試都有在環(huán)（in the loop）的意思，但是卻不是全部的被測(cè)模塊都帶有閉環(huán)的。比如接收到某信號(hào)要用于車輛的車燈控制，這種情況下我們就不需要閉環(huán)，但是如果在自動(dòng)駕駛的HiL測(cè)試中，想使用GNSS模擬器測(cè)試汽車運(yùn)行是否正常，就需要把自動(dòng)駕駛儀的信息返回到GNSS模擬器中形成閉環(huán)，再進(jìn)行下一個(gè)軌跡的模擬。

在HiL測(cè)試中，一般根據(jù)它在環(huán)的深度分為幾個(gè)層級(jí)：

ECU級(jí)：也可以稱之為信號(hào)級(jí)，僅僅ECU軟硬件采用實(shí)物，閉環(huán)回路的其他組成部分均采用虛擬仿真系統(tǒng)；

EPP級(jí)：也可以稱之為驅(qū)動(dòng)級(jí)，EPP是Electrical Power Package的縮寫， ECU及執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用實(shí)物，閉環(huán)回路的其他組成部分采用虛擬仿真系統(tǒng)；

System級(jí)：也可以稱之為機(jī)械級(jí)，系統(tǒng)組件采用實(shí)物，閉環(huán)回路其他組成部分采用虛擬仿真系統(tǒng)；

總的來說，HiL測(cè)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(cè)試系統(tǒng)的核心部分。實(shí)時(shí)處理器運(yùn)行場(chǎng)景，發(fā)送信號(hào)，被測(cè)電控模塊收到后對(duì)受控對(duì)象做出相應(yīng)的控制，以此判斷電控模塊的性能。通過I/O接口與被測(cè)的設(shè)備/模塊連接，對(duì)被測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行全方面的、系統(tǒng)的測(cè)試，如下圖：

二、HiL測(cè)試的意義

HiL仿真測(cè)試可以使得工程師了解硬件在現(xiàn)實(shí)世界中的性能，而無需將其帶到戶外測(cè)試：

提高測(cè)試效率：用更短的時(shí)間內(nèi)完成現(xiàn)實(shí)中可能需要駕駛數(shù)萬公里才能完成的測(cè)試內(nèi)容

提供豐富的測(cè)試功能并實(shí)現(xiàn)測(cè)試平臺(tái)的復(fù)用性，實(shí)現(xiàn)可復(fù)制可復(fù)用的測(cè)試流程

規(guī)避車輛上路測(cè)試的法律法規(guī)與申請(qǐng)流程

測(cè)試天氣、環(huán)境等不同需求下的邊緣與極端情況

極大的節(jié)省了時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本

仿真場(chǎng)景下安全性較高

三、GNSS仿真在HiL測(cè)試中的作用

在閉環(huán)體系結(jié)構(gòu)中，仿真系統(tǒng)的延遲是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。理想情況下，任何軌跡修改都應(yīng)立即反映在GNSS接收器的RF輸入上。

GNSS是汽車HiL測(cè)試的重要組成部分，為了準(zhǔn)確安全地實(shí)現(xiàn)車輛定位與導(dǎo)航，現(xiàn)在的車輛都會(huì)使用多個(gè)傳感器以及復(fù)合定位導(dǎo)航技術(shù)，因此需要進(jìn)行傳感器融合測(cè)試確保結(jié)果安全可靠。

GNSS 系統(tǒng)在傳感器融合中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，GNSS 是一輛車上唯一可以提供絕對(duì)位置與絕對(duì)時(shí)間的傳感器，且不受光照、地理位置、天氣狀況的影響。

GNSS接收機(jī)不是作為一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，而是與其他模擬器、設(shè)備和傳感器集成，存在兩種類型的HiL架構(gòu)。

開環(huán)結(jié)構(gòu)：在這種結(jié)構(gòu)中，GNSS接收器（和一般的傳感器）的輸出不用于控制車輛的軌跡。因此，它是由用戶強(qiáng)加的，不一定是確定性的，因?yàn)樗梢詫?shí)時(shí)更新。這可能是飛行模擬器的情況，其中軌跡是由用戶現(xiàn)場(chǎng)駕駛并發(fā)送給GNSS模擬器的。

閉環(huán)結(jié)構(gòu)：在這種結(jié)構(gòu)中，GNSS接收器（和一般的傳感器）的輸出被用于導(dǎo)航算法，該算法更新控制車輛的執(zhí)行器。執(zhí)行器的輸出被用來更新發(fā)送到GNSS模擬器的車輛位置。在這種情況下，GNSS接收器計(jì)算出的位置對(duì)模擬軌跡有直接影響，因此對(duì)廣播給GNSS接收器的射頻信號(hào)也有影響。

在閉環(huán)體系結(jié)構(gòu)中，仿真系統(tǒng)的延遲是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。理想情況下，任何軌跡修改都應(yīng)立即反映在GNSS接收器的RF輸入上。

四、軟件定義的GNSS模擬器

高性能GNSS模擬器具有靈活的軟件定義平臺(tái)和API，且支持所有的GNSS星座與波形，具有超高的精度，分辨率，以及動(dòng)態(tài)性能，模擬迭代率可達(dá)1000 Hz，強(qiáng)大的軟件定義實(shí)現(xiàn)通道數(shù)無限制。廣泛應(yīng)用于汽車HIL測(cè)試，導(dǎo)航芯片、消費(fèi)電子、終端測(cè)試，航空航天模擬，以及干擾抵抗測(cè)試等領(lǐng)域。

審核編輯 黃宇