一、汽車HiL測試的概念

硬件在環（Hardware-in-the-Loop，簡稱HiL）仿真測試，是模型基于設計（Model-Based Design，簡稱MBD）驗證流程中的一個關鍵環節。該步驟至關重要，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測試通常位于現場試驗之前，是模型在環（Model-in-the-Loop，簡稱MiL）、軟件在環（Software-in-the-Loop，簡稱SiL）或處理器在環（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備（Device Under Test，簡稱DUT）進行精確測試，而且還能對由多個被測設備構成的復雜系統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：在PC上基于模型的測試，它的輸出是經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了功能需求。

SiL（Software-in-the-Loop）軟件在環：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。它的輸出是經過驗證的嵌入式代碼，其作用是在PC上驗證代碼實現的功能是否與模型一致。

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

而HiL（Hardware-in-the-Loop）硬件在環仿真測試系統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、飛機等設備）的運行狀態，以此判斷電控模塊的性能。雖然這一系列的測試都有在環（in the loop）的意思，但是卻不是全部的被測模塊都帶有閉環的。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，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，再進行下一個軌跡的模擬。

在HiL測試中，一般根據它在環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，閉環回路的其他組成部分均采用虛擬仿真系統；

EPP級：也可以稱之為驅動級，EPP是Electrical Power Package的縮寫， ECU及執行機構采用實物，閉環回路的其他組成部分采用虛擬仿真系統；

System級：也可以稱之為機械級，系統組件采用實物，閉環回路其他組成部分采用虛擬仿真系統；

總的來說，HiL測試系統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測試系統的核心部分。實時處理器運行場景，發送信號，被測電控模塊收到后對受控對象做出相應的控制，以此判斷電控模塊的性能。通過I/O接口與被測的設備/模塊連接，對被測系統進行全方面的、系統的測試，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：用更短的時間內完成現實中可能需要駕駛數萬公里才能完成的測試內容

提供豐富的測試功能并實現測試平臺的復用性，實現可復制可復用的測試流程

規避車輛上路測試的法律法規與申請流程

測試天氣、環境等不同需求下的邊緣與極端情況

極大的節省了時間和經濟成本

仿真場景下安全性較高

三、GNSS仿真在HiL測試中的作用

在閉環體系結構中，仿真系統的延遲是一個關鍵參數。理想情況下，任何軌跡修改都應立即反映在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車輛定位與導航，現在的車輛都會使用多個傳感器以及復合定位導航技術，因此需要進行傳感器融合測試確保結果安全可靠。

GNSS 系統在傳感器融合中發揮著至關重要的作用，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備進行測試，而是與其他模擬器、設備和傳感器集成，存在兩種類型的HiL架構。

開環結構：在這種結構中，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場駕駛并發送給GNSS模擬器的。

閉環結構：在這種結構中，GNSS接收器（和一般的傳感器）的輸出被用于導航算法，該算法更新控制車輛的執行器。執行器的輸出被用來更新發送到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。

在閉環體系結構中，仿真系統的延遲是一個關鍵參數。理想情況下，任何軌跡修改都應立即反映在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，以及動態性能，模擬迭代率可達1000 Hz，強大的軟件定義實現通道數無限制。廣泛應用于汽車HIL測試，導航芯片、消費電子、終端測試，航空航天模擬，以及干擾抵抗測試等領域。

審核編輯 黃宇