400-821-6015
作(zuò)者 | 謙益行(xíng)
出品 | 汽車(chē)電(diàn)子(zǐ)與軟件(jiàn)
#01 為(wèi)什(shén)麽需要(yào)HIL台架系δ∏統
首先第Ω↓一(yī)個(gè)問(wèn)題，為(wèi)什(α shén)麽需要(yào)HIL台架系統？這(zhè)是(shì)因為(wèi)從(cóng)整車♣∑>(chē)研發流程來(lái)看(kàn)，不(bù)管是(shì)在整車(chē)的(♠€÷≥de)系統層級，或是(shì)ECU的(de)系統層級，還(hái)是(shì) ECU'§♥軟件(jiàn)層級，這(zhè)些(xiē)層級都(dōu)有(yǒu)大(dà)量®→ ×的(de)設計(jì)開(kāi)發內(nèi)容。開(kāi)發需要(yào)測試驗證這♥§>(zhè)是(shì)毫無疑問(wèn)的(de)，關φ¶↔鍵點在于用(yòng)什(shén)麽樣的(de)環境或設備來(lái)進行(xíng)測試驗₹♦ε₽證。
這(zhè)些(xiē)測 ±®試驗證工(gōng)作(zuò)不(bù)可(kě)β'能(néng)都(dōu)使用(yòng)整車(chē)來(lái)進行(xíng)，因為(w✔≠&'èi)：
- 一(yī)是(shì)需求的(de)整車(chē)數(shù)量巨大(dà)，成本巨←★λ高(gāo)，耗時(shí)巨長(cháng)；
- 二是(shì)開(Ω★kāi)發的(de)不(bù)同步，不(bù)管是(shì)在哪個(gè)級别都(¶ ₹"dōu)無法完全協調一(yī)緻。
因&β此，在這(zhè)樣的(de)事(shì)實之下(xià)，各₽♣€↓個(gè)層級都(dōu)需要(yào)明(míng)确自(zì)己的(de)測試需求，進而去(q↔σαφù)構建各自(zì)的(de)測試環境，也(yě)就σλ↕(jiù)是(shì)HIL台架系統。
Source：電(diàn)子(zǐ)控制(zhì)單元（ECU）HIL測試 | HIL仿真 &n&£bsp;
以ECU的(de)系統層級£&&為(wèi)例，其主體(tǐ)是(shì)ECU，一(yī)方面需要(<Ωyào)驗證ECU與外(wài)界的(de)信息交互功能(néng)®ε≤↑，另一(yī)方需要(yào)驗證自(zì)身(s&✔hēn)的(de)産品功能(néng)和(hé)性能(néng)。
因此在這(zhè)個(gè)層級進行(xíng♣♥)ECU的(de)系統測試，那(nà)麽ECU應該★<具備下(xià)列的(de)一(yī)些(xiē)條件(jiàn←∏♥)，在信号輸入方面有(yǒu)：
- π↕;供電(diàn)方面，是(shì)指電(diàn)源和(hé)接地(dì)GND，Ω♥"比如(rú)KL30，KL15和(hé)KL31；
-&nb ♦sp;感知(zhī)方面，是(shì)指各種傳感器(qì)信号，比如(rú)溫度、壓力和(hé)速度等，具體(tǐ)¶₽>σ取決于ECU的(de)用(yòng)途；另外(wài)信号涵蓋模拟♦×信号形式，數(shù)字信号形式，頻(pín≥λ)率信号形式以及協議(yì)形式等；
- 通(tōng)訊方面，主要(yào)有(yǒu)CAN通(tōng)訊、LI∑γN通(tōng)訊、以太網通(tōng)訊和(hé)SPI通(t♥©♦ōng)訊等。
在信号輸出方面有(yǒu)：
- 通(tōng)訊方面，通(tōng)訊與輸入的(de)通(tōng)®δ©訊方面一(yī)樣；
-ε✔φ' 執行(xíng)方面，主要(yào)指功率器(qì)件(jiàn)類、電×₹(diàn)磁閥類和(hé)電(diàn)機(jī)類的(de)控制(zhì)。
#02 如(rú)何定義HIL台架系統 ↓ ✘;
我們需要(yào)HIL台架系統做(zuò>↔)什(shén)麽，決定了(le)我們如(rú)何去(∑≥qù)定義。不(bù)同層級對(duì)于HIL台架系統的(de)需求可(kě)★≠能(néng)有(yǒu)所差異，但(dàn)是(shì)在HIL台•±架系統所具備的(de)硬件(jiàn)配置是(shì)基本一(±✔yī)緻的(de)。首先是(shì)根據ECU的(de)Pin腳定義情>況，确定HIL台架的(de)輸入和(hé)輸出能(néng)力，δα包括：
- 電(diàn)源方面，HIL台架系統需要(yào)提供足夠的(de)電(diàn)壓或功率能(néng)力，電(★✔diàn)壓範圍多(duō)少(shǎo)，功率範圍多(×£αduō)少(shǎo)，載流能(néng)力多(duō)大(dà)。
♦ - 輸入方面，HIL台架系統需要(yào)提供足夠的(de)輸入≈ ε通(tōng)道(dào)。比如(rú)模拟↑∑≤信号，數(shù)字信号和(hé)頻(pín)率信号的(de)輸入通(tōngφβ)道(dào)數(shù)量分(fēn)别是(shì)多(duō)少(shǎo)，電(diàn÷←¥)壓範圍是(shì)多(duō)少(shǎo)，頻(p↑≥•<ín)率範圍是(shì)多(duō)少(shǎo£✔✘)等；對(duì)于輸出方面也(yě)類似。
- β≥♠ 通(tōng)訊方面，HIL台架系統需要(yào)提供足夠的≥ε(de)通(tōng)訊類型和(hé)通(tōng)道(dào)，比如(rú)：
&nbs♥→∞p;- 需要(yào)具備多(duō)少(shǎo)路(lù)CAN/CAN FD通↑ γ(tōng)道(dào)，多(duō)少(shǎo)路(lù)LIN通(t$•↑↕ōng)道(dào)，多(duō)少(shǎo)路(lù↔γ¥')以太網通(tōng)道(dào)；
&nbs↔∏∞p; - 需要(yào)支持SENT協議(yì)，SPI協議(yì)或€δ×→AK協議(yì)等。
關于H<"IL台架系統本身(shēn)的(de)軟件(jiàn)能(néng)力，★↔借助dspace産品來(lái)進行(xí>₩ng)說(shuō)明(míng)，主要(yào)包括以下(xià)幾個(gè)方面：
- 對(duì)上(shàng)述所提供的(de±↔)硬件(jiàn)能(néng)力，需要≤γ(yào)有(yǒu)相(xiàng)應的(de)軟件(jiàn)平台進行(xíng)實時↓&✔∞(shí)硬件(jiàn)的(de)配置，像ConfigurationDesk能(néng)提供較好(hǎo)的(de)圖形化δ∑(huà)配置。
- 需要(yào)∞¶>提供測試用(yòng)例的(de)編寫和(hé)測試自(zì)動化(huà)的(€<λ∞de)軟件(jiàn)，像AutomationDesk可(kě)以使₽用(yòng)戶能(néng)以圖形格式₩ 創建和(hé)編輯測試程序，無需具備編程✘技(jì)能(néng)。
- λ↑需要(yào)提供豐富HIL測試狀态和(hé)進度的(de)可(kě)視(shì)化(huà)，像ControlDesk用(yòng)于開(kāi)發ECU的(de)≤♥♥★通(tōng)用(yòng)模塊化(huà)實驗和(hé)儀表軟件(jiàn)，讓測試人(r♦©©én)員(yuán)更容易接收到(dào)測試的(de☆'£♥)信息和(hé)狀态。
- 需要(yào)HIL測試的(de)數(shù)據管理(lǐ)與協作(zuò)軟件(jiàn)，像SYNECT提供了(le)從(cóng)需求到₩ε(dào)測試結果的(de)完全可(kě)追溯性，與¶" ALM工(gōng)具和(hé)過程集成，以彌補與×₩實際測試執行(xíng)之間(jiān)的(✘$>de)差距，這(zhè)樣便于軟件(jiàn)測試的(↓<'de)管理(lǐ)，也(yě)優化(huà)HIL利用(yòng)率。 &n bsp;
Source：電(diàn)子(zǐ)控制(zhì)單元（ECU）HIL測試 | HIL仿真
關于HIL台架系>≠統所能(néng)提供的(de)ECU軟件(jiàn₽β≠ε)仿真能(néng)力，主要(yào)指ECU控制(zhì)的(de)Plant（物(wù)理λ£φ↓(lǐ)）模型。對(duì)于Plant模型主要(yào)取決于ECα•≠U控制(zhì)的(de)是(shì)什(shén)麽，MCU對(du$÷βì)應電(diàn)機(jī)模型，動力總成域控制(zhì)器(qì)對(duì)應整車(ch∑§ē)的(de)動力學模型。相(xiàng)對(duì)于供應商，£™OEM對(duì)于HIL測試系統的(de)需求更多(duō)在于驗證應用(yòng)層軟件♠↑(jiàn)的(de)功能(néng)和(héσλ)性能(néng)，這(zhè)樣就(jiù)需¶♠要(yào)依托強大(dà)的(de)物(wù)理(l£♠׶ǐ)模型進行(xíng)測試驗證，即需要(yào)φ&∑¶HIL測試系統提供強大(dà)的(de)建模能(néng)力，比如(rú)針對(duìΩ™¶)動力總成系統的(de)HIL台架測試系統，物(wù)理(l↑≠↔ǐ)模型可(kě)能(néng)就(jiù)包括發動機(jī)模型，βφ∞±變速箱模型和(hé)車(chē)輛(liàng)動力學模型等£ ¶≤。
source: Top Level of Vehicle Plant Model | ↕®Download Scientific Diagram ≠εφ→
以上(shàng)就(jiù)是(★≤÷∏shì)關于HIL台架系統的(de)主要(yào)需求，目前國(g →←uó)內(nèi)HIL台架系統的(de)主流解決方案來(lái)自(zì)幾個(g™↑è)平台：dSPACE平台， NI平台，Vector平台和(hé)MathwoΩ rks平台。總的(de)來(lái)說(shuō)，這(zhè)些(xi©≥πē)平台都(dōu)具有(yǒu)各自(zì)的(de)優勢，$♠♦有(yǒu)的(de)成本低(dī)，有(yǒu)的(de)易于維護，有(yǒu)的(de)便于↔©擴展。對(duì)于如(rú)何選擇這(zhè)些(xiē)平台，最終還↓"(hái)是(shì)看(kàn)自(zì)己的(de)需求。這(zhè)些(xiē)平台基£₩'本都(dōu)能(néng)保證功能(néng)實現(xiàn)，主要(yào¥¶ )看(kàn)自(zì)己的(de)會(huì)∑→∞≈偏向于哪個(gè)特性。 &nbs♥↓ πp;
#03 如(rú)何驗收HIL台架系統
當定義好(hǎo)了(le)HIL台®&架系統，接下(xià)來(lái)就(jiù)是(shì)供®$應商去(qù)設計(jì)和(hé)制(zhì)造，然後需求方再進行(xíng)驗收工(g∑±ōng)作(zuò)。
- HIL台架系統的(de)硬件(jiàn)能(néng•¶±)力，這(zhè)些(xiē)是(shì)供應商必須實現(•♦£xiàn)的(de)，通(tōng)常都(dōu)沒啥問(wèn)題。₩↕γ
- ×♦HIL台架系統的(de)軟件(jiàn)能(néng)力，這(zhè)些(xi™®§₽ē)需求通(tōng)常不(bù)夠清晰，邊界不(bù)夠 ↓♣精準，因此是(shì)驗收重點。
曾經碰到(dào)過 ♦₩©動力總成的(de)Plant模型問(wèn)題¥ ，雖然經曆過多(duō)次的(de)技(jì)術(shù)溝通(tōγ≠ng)，但(dàn)最終給出還(hái)是(shì)相(xiàng)對(duì)±∑γ&折衷的(de)交付物(wù)。其原因是(shì≈ε')軟件(jiàn)或模型這(zhè)塊屬于定制(zhì)γ®化(huà)需求，我理(lǐ)解的(de)并不(bù)一(yī)定是(s>δ§hì)你(nǐ)所理(lǐ)解的(de)，此時(shí)供應商的(de)技(jì)術(sh€&&ù)人(rén)員(yuán)就(jiù)特别重要(yào)，一(yī)方面是 ©£(shì)否對(duì)方是(shì)否真正理(lǐ)解了(le)你(nǐ)的≈'↔☆(de)需求，另一(yī)方面是(shì)對(duì)方是(shì)否具備足夠的(de)能(né♣€₽ng)力去(qù)實現(xiàn)你(nǐ)的(de)需求。 這(zhè)裡(lǐ)舉一(yī)個(gè'≥♦)例子(zǐ)，假設要(yào)求HIL的(de)電(diàn)機(jī)模型支持轉速控制(zh♦¥φ↑ì)和(hé)轉矩控制(zhì)，如(rú)果隻是(shì)簡單這(zhè)樣一(yβ&ī)條需求，那(nà)麽實現(xiàn)方案是(shì)存在多(duō)種可(kě)能(néng)∑♦性，比如(rú)：
- 最簡單的(de)←γ話(huà)，直接做(zuò)轉速和(hé)轉矩層面的(de)PI控制(zhì)就(jiù)行(xíng)。
- 稍微(wē≤εi)複雜(zá)的(de)話(huà)，采用(yòng)電(diàn)機(jī)控制(♣↓zhì)算(suàn)法來(lái)實現(xiàn×)電(diàn)機(jī)轉速和(hé)轉矩✘Ω控制(zhì)。
- 再複雜(zá)的(♠↑de)話(huà)，建立電(diàn)機(jī)控Ω★制(zhì)及其本體(tǐ)模型，能(néng)反£≠π₽饋電(diàn)機(jī)的(de)電(diàn)流電(dᶀ✔iàn)壓等參數(shù)狀态。
£↔↔→ 這(zhè)樣我們不(bù)難理(lǐ)解，随著(zh≥'®δe)需求的(de)詳細程度和(hé)複雜(zá)成不(bù)同₽¶，對(duì)HIL台架系統軟件(jiàn)能(néng)力将會(huì)産生 ★(shēng)巨大(dà)的(de)影(yǐng)響。因此，對(duì)于這(zhè)塊的(de)需求最好(hǎo)事(shì)先調研清楚，十分(fēn)清晰自(zì)己的>♠(de)需求。#04 如(rú)何使用(yòng)HIL台架系統
當HIL台架系統有(y♥≈↓ǒu)了(le)之後，那(nà)麽接下(xià)來(lái)的(de)關鍵→ γ點在于使用(yòng)HIL台架系統的(de)測試人(rén)員★γ(yuán)，對(duì)于HIL測試人(rén)員(yuán♣©)有(yǒu)以下(xià)幾個(gè)核心要(yào)點：
- 台架搭建，包括HIL硬件(jiàn)本體(tǐ)和(hé)外(wài)圍相(xiàng)關硬件(jiàn∏¥β)配置的(de)使用(yòng)和(hé)連接，以及HIL軟件(jiàn)測試環境的(de∞δ<δ)構建和(hé)配置等。
- HIL測試，包括信号的(de)模拟和(hé)仿真，測試用(yòng)例的(de)¥Ω₽編寫、運行(xíng)、評估和(hé)管理(lǐ)，測試問(wèn)題的(de♥★)分(fēn)析和(hé)解決，以及測試場(chǎng)景的(de)構建操作(zuò)×←等。
- 功能(néng)/軟件(jiàn)開(kā×☆i)發，主要(yào)與功能(néng)相(x' iàng)關的(de)控制(zhì)策略和(hé)物(w↕↕♥₹ù)理(lǐ)模型開(kāi)發。
對(duì)于以上(shàng)這(zhè)幾點，前₩↑兩點是(shì)HIL測試人(rén)員(yuán)必須具備的(de) ∞φ技(jì)能(néng)，第三點會(hu±λ€ì)随HIL台架系統所使用(yòng)的(de)需求層©βγ級而變化(huà)，就(jiù)下(xià)↔£圖所示的(de)一(yī)個(gè)HIL測試工(gōng)程師(sh∏↑ī)的(de)招聘崗位職責：
而對(duì)于供應商的(de)ECU系統層級，使 用(yòng)HIL台架系統主要(yào)進行(xíng)兩大(dà♥♠)方面的(de)測試驗證給工(gōng)作(zuò)，包括：
- ECU與外(wài)界環境的(de)信息交互驗證，比♦σε↔如(rú)與其他(tā)ECU的(de)通¶÷♥(tōng)訊，傳感器(qì)信号的(de)采集和(hé)外(wài)部執行(xíng)器(qì)✔≈"↑的(de)驅動等。
- ECU自π↓(zì)身(shēn)産品功能(néng)和(hé)性能(néng)的(de)驗證，比如(r<₽ú)正常情況下(xià)，電(diàn)機(jī)控制(zhì)器(qì)的(de)轉速和(hé)∏≤§¥轉矩控制(zhì)，整車(chē)控制(zhì)器(qìεδ↔)的(de)上(shàng)下(xià)電(diàn)管理(lǐ)，扭矩控制(zhì)等∞≥↓，或者非正常情況下(xià)，故障的(deδ✘)診斷及處理(lǐ)等。
#05 小(xiǎo) 結
以上(shàng)就(jiù)δ★↔是(shì)針對(duì)HIL台架系統的(de)一(yī)些(xiē)個(gè)人♥∞φ (rén)認識，歸納起來(lái)就(jiù)是(shì)：- 汽車(chē)研發過程有(yǒu)大(dà)量針對σ∑✘₽(duì)開(kāi)發設計(jì)的(de)測試驗證工•₩(gōng)作(zuò)，從(cóng)成本和(hé)效率等考慮，對(d↓ γ♣uì)HIL台架系統有(yǒu)很(hě₹♥βαn)強的(de)需求。
- 對(λγ↑¶duì)于到(dào)底怎樣的(de)HIL台架系統，取±σ≥決于需要(yào)用(yòng)HIL台架來(lái)做(z↕ ®uò)什(shén)麽，以及要(yào)做(zuò)到(dào)什(™★'shén)麽程度，進而也(yě)決定了(le)需要(y&♥♣ào)怎樣的(de)HIL測試人(rén)員(yuán)。
- 對(duì)于HIL 台架系統的(de)使用(yòng)，掌握怎麽搭建台架系統，以及如(rú)何進行(xíng)HIL測試，這(zhè)是(sh©↕↑✘ì)必需的(de)工(gōng)作(zuò)技(jì)能(néng)，而對(duì)于功能(©Ω₩αnéng)或模型開(kāi)發的(de)掌握程度，取決于使用(yòng)HIL台架系統進行(xíng)何種層級的Ω (de)HIL測試。
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