摘要：随着电子电器测试的重要性，硬件在环仿真测试的应用越发的广泛。本文参考长城汽车某车型车身系统硬件在环平台，通过分析其测试需求，介绍HIL仿真系统软硬件的搭建与测试执行。

    随着汽车行业的飞速发展，人们对于安全性、舒适性、节能减排的要求越来越高，但随之而来的是控制器数量和复杂程度的不断增加，由此产生的后果使得汽车电器功能故障频发。据统计，在整车故障中电器故障占到三成以上，在常见的汽车故障中概率最高。
    由此对控制器测试的需求进一步提高，基于HIL（Hardware In the Loop，硬件在环）的半实物仿真技术是一种用于测试电子控制单元的功能、系统集成和通信的方法，通常用于汽车、航空、工程机械等领域。在汽车行业中，基于HIL仿真的测试环境针对用户的被测车型进行建模仿真，并将其运行于控制器闭环工作的实时环境中，实现对各个电控单元的复杂测试。
    与传统的实车功能测试相比，HIL测试手段的优势主要有：将测试过程从试验台架中分离；能够模拟被控对象的各种工况；能够模拟复杂的故障模式；快速复现故障模式；实现多个控制器的集成测试；实现测试自动化；易于维护和扩展测试能力等。

    1  HIL仿真系统的需求分析和设计方案
    1.1测试需求
    本系统是基于长城汽车某车型车身域而搭建的硬件在环仿真平台，包括车身控制模块BCM、无钥匙进入起动系统PEPS、仪表系统IP、网关GW、门控制模块DCM等13个ECU。其网络拓扑图如图1所示。

    CAN总线拓扑中包含27个ECU，分布在高速、中速、低速三路网络，其中虚线部分的ECU为选配，不同路上的ECU通过GW路由。车身域的各ECU包含在网络拓扑中。具体的需求包括以下4项。
    1）能够实现单个控制器的独立功能测试，支持车身ECU开发验证。
    2）能够实现多个控制器的系统集成测试，并且在欠缺一个或多个真实ECU的情况下，模拟所欠缺的ECU，可与其他真实ECU进行系统集成功能测试。
    3）能够通过故障注入模拟各种电气故障，故障注人可方便产生诊断测试所需要的各类外部故障（包括ECU搭铁短路、电源短路、电源开路以及CAN总线故障等）。用于控制器的诊断功能测试，由HIL设备自动读取ECU的DTC（诊断故障码）进行对比，得出DTC的测试报告。
    4）设备可自由方便地通过人机界面，进行手动或自动的测试。
    1.2具体设计方案
    本仿真系统采用ETAS硬件在环仿真系统Labcar，本系统主要有包括上位机软件平台与机柜式硬件平台。具体的设计思路是，将matlab/simulink模型、C代码、硬件板卡配置、CAN LIN模型集成到软件平台，下载到实时计算机（RTPC ）中，控制相应的板卡，最终控制相应的控制器输出。ECU上电通过外部TOE电源，可给单个ECU上电，做单ECU的测试，也可全部上电，进行集成测试。通过上位机软件还可进行故障注人的控制，对诊断进行测试。

    2   H比测试平台的搭建
    2.1硬件平台的搭建
    整个系统平台由HIL机柜、负载台架、软件平台组成。如图2所示。

    硬件平台由多个模块组成，其中包括RTPC、VME4100板卡箱、电池节点切换（静电流测量）箱、CAN  LIN切换箱、故障注入箱等。HIL机柜分布图如图3所示。

    2.1 ．1   RTPC及其扩展箱
      RTPC又称实时计算机，是硬件在环仿真平台的核心组成部分，是沟通上位机软件与下位机硬件板卡的桥梁，上位机软件集成的模型下载到RTPC，然后控制下位机板卡，它们之间通过以太网口相连接。如图4所示。

      本仿真系统使用的RTPC采用主流的i7四核CPU，支持并行处理及模型的分核下载，满足同步性要求并具备可多扩展性。采用实时Linux操作系统进行仿真模型运算。RTPC扩展箱主要扩展了CAN/LIN总线通信板卡，此板卡是基于PCIe总线通信，为满足测试的需要，提供4路CAN与4路LIN通信接口，提供连接接口通道大于30路的CAN管理模块，用于与ECU和外围设备连接，通过切换箱能提供大于30路的CAN接口和大于10路的LIN接口。
    2.1.2  VME4100板卡箱
    VME4100板卡箱基于VME总线，高性能、信号稳定。ES4100板卡箱中可配置21个板卡插槽，并可根据ECU信号需求灵活配置I/O板卡。根据ECU管脚需求，本系统平台分别配置了仿真控制板卡ES 1130， PWM及数字信号板卡ES1321、模拟输入信号板卡PB 1651、模拟输出信号板卡PB4350、电阻信号模拟板卡ES1385。
    1） ES1130用于各板卡和RTPC处理器之间的相互通信。
    2） ES 1321板卡用于输出和采集数字信号，主要指标为带有24个输入通道和16个输出通道。输出结果可由一个高和一个低电平配置，并通过前面板用2个外部参考电压进行比较；100 kHz最大输入输出频率；输入输出频率为1 Hz - 100 kHz ; PWM数字通道可兼容数字输入。
    3） PB1651模拟输入信号板卡具备16个输入通道，采用差分电压输入，16位分辨率，±3 mV精度，输入阻抗＞10M，转换时间＜8 us。
    4） PB4350模拟输出信号板卡具备10个输出通道，14位分辨率，通过软件可为每个通道配置内部／外部参考电压。
    5） ES 1385电阻信号模拟板卡用于模拟带有电阻负载的ECU传感器，每块板卡有6个电阻通道并可由软件设置其阻值，6个通道中有4个可从20Ω调节至28 kΩ，最小步长为1Ω的通道；2个可从20Ω调节至108 kΩ，最小步长为2Ω的通道。
    2.1.3电池节点切换（静电流测量）箱
    1）电池节点切换电池节点切换的作用是通过继电器的控制来对各个ECU上电，包括KL30、KL15等。通过此切换箱，可以任意给不同的ECU上电，也可以同时给几个ECU上电。可以方便进行单ECU测试或者几个ECU的集成测试。
    供电系统是由TOE可编程电源供电，本系统采用的可编程电源功率可达3 kW，电压0-30 V连续可调，可满足过压和欠压的测试需求，可手动控制也可远程实现自动化的控制，并且满足ISO 16750和ISO 7637的电源起动波形仿真。
    2）静电流测量此板卡箱还可实现静电流测量的功能。采用的静电流测量模块为CMMI，其分辨率可达2μA，测试范围为1 RA-100 A，并能在数个微秒内自动选择量程。其工作原理为：通过继电器回路切换的方式，远程控制将电流测量回路串人被测的ECU。如图5所示。

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