[科普中国]-硬件在环测试

简介

硬件在环测试是混合动力控制器和部件控制器开发的关键环节，能在台架试验和道路试验前对控制器功能进行验证，缩短控制器开发周期。搭建一个套混合动力硬件在环测试系统，对整车控制器和部件控制器进行硬件在环测试。比较控制策略测试用例自动生成方法，利用遗传算法对混合动力控制策略自动生成测试用例，提高了控制器开发效率。

HIL系统简介(Hardware-in-the-Loop)硬件在环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，硬件在环测试已经成为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，硬件在环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硬件在环测试系统无法解决。

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。

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、体积小的硬件在环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。

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

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 4Matlab/Simulink/Stateflow/RTW

电池模型 4LabVIEW Control Design and Simulation

电机模型 4Tesis enDYNA/veDYNA

传动系统模型 4CarSim/TruckSim

驾驶员模型 4GT-POWER

车辆动力学模型 4AMESim

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

混合动力硬件在环测试设计混合硬件在环测试系统结构和测试流程，利用SysML系统建模语言对硬件在环测试系统进行描述。根据电池管理系统对单体电压模拟、总电压模拟、温度模拟和故障注入测试需求，搭建电池管理系统硬件在环测试平台。根据并联混合动力整车控制器硬件在环测试需求，搭建并联混合动力整车控制器硬件在环测试平台。

仿真模型的建立是1混合动力硬件在环测试的关键部分，混合动力主要部件和动力系统仿真模型的建立方法。基于SysML系统建模语言搭建了燃料电池混合动力系统仿真模型和并联混合动力系统仿真模型，介绍Autonomie软件中混联混合动力系统仿真模型并用SysML系统建模语言描述。

对于混合动力控制 策略测试用例自动生成，首先比较了使用爬山法、模拟退火算法和遗传算法自动生成测试用例的区别。利用遗传算法对并联混合动力控制策略自动生成测试用例，找出控制策略中存在的问题。针对得到的测试用例，对遗传算法解决该问题进行评价，并用混联混合动力控制策略关键参数组合优化为例来说明遗传算法用于测试用例生成的局限。

硬件在环测试在混合动力整车控制器和部件控制器开发和测试过程中，控制器硬件在环测试起着十分关键的作用。利用硬件在环测试建立起虚拟实时车辆，可用来验证控制器功能。影响硬件在环测试有两个关键因素：一个是车辆或部件仿真模型的建立；另一个是控制器输入输出信号的模拟。对于硬件在环测试来说，仿真模型的精度是影响测试的主要因素。

在模型在环和硬件在环阶段进行控制器测试，大多以手动调动为主。测试用例自动生成技术能最大程度找出模型和系统处于不稳定状态的2测试用例，根据这些测试用例，能够更有目的性地进行调试。测试用例自动生成技术能自动生成大量测试用例，测试人员根据生成的测试用例，结合测试经验能更高效地开展测试工作。

硬件在环测试平台对于混合动力控制器开发，包括整车控制器和部件控制器，硬件在环测试与其它四个阶段的测试并行运行，可反复验证控制器功能。

在硬件在环测试中，整车动力系统模型或部件模型运行在实时系统中，与实际控制器进行连接。实时系统能够反映部件模型中的动态变化，为控制器测试提供接近。

硬件在环测试技术是研究汽车制动性能的重要手段，测试系统可以将实际系统中模拟困难或纯仿真试验中非线性因素难以表现的硬件设备通过计算机连接到仿真环境中，进行车辆制动性能的试验。应用硬件在环测试技术研究汽车制动性能可以保障人员的安全，缩短产品研究周期，降低开发成本。