一、汽車HiL測試的概念

硬件在環(huán)（Hardware-in-the-Loop，簡稱HiL）仿真測試，是模型基于設(shè)計（Model-Based Design，簡稱MBD）驗證流程中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該步驟至關(guān)重要，因為它整合了實際操作中將使用的全部硬件與軟件資源。HiL測試通常位于現(xiàn)場試驗之前，是模型在環(huán)（Model-in-the-Loop，簡稱MiL）、軟件在環(huán)（Software-in-the-Loop，簡稱SiL）或處理器在環(huán)（Processor-in-the-Loop，簡稱PiL）測試之后的最終階段。HiL仿真不僅能夠針對單個被測設(shè)備（Device Under Test，簡稱DUT）進行精確測試，而且還能對由多個被測設(shè)備構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)進行全面的測試與驗證。

在整個測試流程中：

MiL（Model-in-the-Loop）模型在環(huán)：在PC上基于模型的測試，它的輸出是經(jīng)過驗證的控制算法模型，其作用是驗證控制算法模型是否準確地實現(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上的測試。它的輸出是經(jīng)過驗證的嵌入式代碼，其作用是在PC上驗證代碼實現(xiàn)的功能是否與模型一致。

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

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

在HiL測試中，一般根據(jù)它在環(huán)的深度分為幾個層級：

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

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

System級：也可以稱之為機械級，系統(tǒng)組件采用實物，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測試系統(tǒng)主要由三個基本部分組成，分別是實時處理器、I/O接口和可視化的操作界面，其中實時處理器是整個HiL測試系統(tǒng)的核心部分。實時處理器運行場景，發(fā)送信號，被測電控模塊收到后對受控對象做出相應(yīng)的控制，以此判斷電控模塊的性能。通過I/O接口與被測的設(shè)備/模塊連接，對被測系統(tǒng)進行全方面的、系統(tǒng)的測試，如下圖：

二、HiL測試的意義

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

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

提供豐富的測試功能并實現(xiàn)測試平臺的復(fù)用性，實現(xiàn)可復(fù)制可復(fù)用的測試流程

規(guī)避車輛上路測試的法律法規(guī)與申請流程

測試天氣、環(huán)境等不同需求下的邊緣與極端情況

極大的節(jié)省了時間和經(jīng)濟成本

仿真場景下安全性較高

三、GNSS仿真在HiL測試中的作用

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測試的重要組成部分，為了準確安全地實現(xiàn)車輛定位與導(dǎo)航，現(xiàn)在的車輛都會使用多個傳感器以及復(fù)合定位導(dǎo)航技術(shù)，因此需要進行傳感器融合測試確保結(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位置與絕對時間的傳感器，且不受光照、地理位置、天氣狀況的影響。

GNSS接收機不是作為一個獨立的設(shè)備進行測試，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，它是由用戶強加的，不一定是確定性的，因為它可以實時更新。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接收器計算出的位置對模擬軌跡有直接影響，因此對廣播給GNSS接收器的射頻信號也有影響。

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，以及動態(tài)性能，模擬迭代率可達1000 Hz，強大的軟件定義實現(xiàn)通道數(shù)無限制。廣泛應(yīng)用于汽車HIL測試，導(dǎo)航芯片、消費電子、終端測試，航空航天模擬，以及干擾抵抗測試等領(lǐng)域。

審核編輯 黃宇