初探硬件在环技术在汽车上的应用

薛金波

摘要：伴随着经济的不断发展，汽车的普及率也越来越高，人们在追求汽车性能的同时对于汽车的测试要求也在不断的提高，传统意义上的人工测试程序耗费时间较长且效率不高。基于“V”模式的硬件在环技术作为一种较为成熟的汽车测试手段，可以利用HIL在虚拟环境中模拟，达到测试控制器的作用，这种技术无需真是车辆即可达到测试的目的。硬件在环技术测试系统可以模拟出驾驶员以及车辆的具体工作环境，大大降低了车辆测试的风险，缩短了开发的周期，有效的降低开发成本。硬件在环测试系统以其专业性、实用性以及高效性被广泛适用于各项应用中。

关键词：硬件在环技术；汽车；应用

在中国加入世界贸易组织之后，中国的汽车市场的竞争力也愈演愈烈。为了增强企业的核心竞争能力，国内各大汽车生产厂家如一起大众、上海大众以及上海通用等公司均不断推出新的车型，同时有选择性的对一些车型实施了降价策略，除此之外，很多占据市场份额较小的汽车公司如奇瑞、吉利、悦达等也相继的为占据更多市场份额而努力，国内市场激烈程度可见一斑。当前，我国国内的汽车生产厂家平均几个月就会推出一种新的车型，市场新车型的开发时间不断缩减，这对于传统的汽车设计方法也提出了更大的挑战。而硬件在环仿真技术作为一种高效且具有创造力的开发手段，如果能够熟练掌握并使用，无疑会对企业产品的研发和测试工作提供巨大的帮助。从某种意义来说，掌握了HIL，就是掌握了市场的先机，能够在最大程度上节省开发的时间以及开发成本。

1硬件在环结构以及在环仿真系统的研究现状

1.1硬件在环结构

硬件在环是当今许多行业（航空，国防，汽车，医疗设备等）都采用“V”模式模型控制器开发的重要环节，如图所示，HIL硬件在环仿真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。

HIL测试系统主要是由三个重要部分所组成，一是实时处理器，二是I/O 接口，第三个则是操作界面。如下图所示，实时处理器是HIL测试系统的核心部分，它可以有效的提供多数HIL 测试系统的确定执行，例如硬件I/O 通信，数据资料的记录以及生成和模型的执行。想要对仿真测试系统中实际并不存在的组分有一个精准的计算，那么实时系统的存在是非常有必要的。I/O 接口是与被测部件相互交换的模拟部分，数字和总线信号。可以使用这种技术来产生激励信号，用来获取可以进行记录分析的数据，并提供被测的电子控制单元（ECU）与模型仿真的虚拟环境之间的传感器/执行器交互。操作界面与实时处理器相互关联共同提供出测试命令的可视化。在大多数的情况下，这个部件可以为其提供配置管理，从而进行测试自动化以及分析的步骤。

在许多的HIL测试系统中都会采取硬件故障插入ECU以及另外待测试系统之间的所产生的信号故障源来进行测试，描述并检验在这些情况下的器材性能。为了达到这个目的，我们可以在I/O 接口和 ECU之间插入故障单元，如下图所示，允许HIL 测试系统在正常的运转与对地短路或者开路故障状况之间切换不同的接口信号。一些诸如汽车、飞机以及风力发电站等嵌入式的控制系统，就需要使用联网工作的ECU来进行协同运行。虽然ECU在最初之时都受到了独立的检测，但是系统一体化HIL测试系统因为其可以提供完整的虚拟测试而受到人们的青睐。

1.2国内外硬件关于环仿真测试系统的发展现状

硬件在环测试系统是一套依赖于计算机技术和微电子技术的软硬件系统，该系统具有实时性高的特点，在科技和电子技术高速发展的今天，硬件在环的应用也更为广泛，很多企业在相关技术都进行了深入的研究，例如：dSPACE 公司开发的硬件在环仿真系统：dSPACE 实时仿真系统是由德国 dSPACE 公司开发的一套基于 MATLAB/Simulink 的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台，实现了和 MATLAB/Simulink/RTW 的完全无缝连接。NI 公司也发布了一套用于实时测试和半实物仿真（HIL）的新版软件—NI VeriStand 2011：美国 NI 公司发布最新版本基于配置的软件环境NI VeriStand 2011，用于实时测试和仿真应用，包括硬件在环（HIL）仿真和 Test Cell 中的测控应用。直观开放的软件界面对于测试设计人员实现高效测试，灵活测试提供了重要的保证。

2硬件在环仿真在汽车控制系统开发中的应用

当今阶段，硬件在环仿真技术在汽车控制系统起到的作用越来越大，已经成为了重要的开发手段之一，硬件在环系统的广泛使用对于汽车控制系统的设计、检验以及性能测试等方面都提供了较为理想的仿真测试分析方法，与此同时，对于汽车控制技术的高速度、低成本以及高效率提供了重要的技术支持和支撑的空间。硬件在环仿真可以模拟现实中汽车的各种运行状况，这样就可以替代实际的试验工作，同时对于实际性能试验中出现可能性较低的危险状况和极端情况提供模拟试验，所以硬件在环仿真技术在各种汽车控制系统的开发过程中都起到了重要的作用，取得了很好的使用效果。下面我们就硬件在环技术在汽车控制系统中的应用实例做出简单的探讨。

2.1在针对汽车的发动机电控单元（即ECU）进行技术研发时，合理的运用硬件在环仿真系统可以建立出发动机的电控单元，这样可以更加利于人们对于发动机电控单元的性能测试，大大缩短了发动机的开发周期，节省了大量的人力，同时可以大大增强发动机电控单元的开发以及测试的灵活度。

2.2在针对汽车混合动力总成控制器进行技术开发时，技术人员可以利用硬件在环控制系统建立动力总成控制器，这样可以有效的提高建模速率，同时对动力总成控制器进行参数优化匹配，能够有效的制定和优化动力总成系统的控制。

2.3在针对汽车线控转向系统（即SBW）进行技术研发的时候，可以建立立线控转向硬件在环仿真系统，这样可以估线控转向系统的控制算法和功能特性，对线控转向系统中的自动防故障系统的动态测试以及数据分析在实验室通过 模拟的方式即可完成，这为汽车线控转向系统的开发提供更大的便利。

2.4在进行汽车的防抱死制动系统（即ABS）的研发过程中，科研人员可以通过建立防抱制动硬件在环仿真系统来完成对防抱制动系统制动功能的试验验证，这种方式为测试防抱死制动系统的实验数据提供了方便，最大程度的减少了试验车进行的实验次数，大大提高了汽车系统的研发效率，降低了系统的研发周期。

2.5在进行汽车的牵引力控制系统的研发过程中，可以建立牵引力控制硬件在环仿真系统，这样可以更加快捷精准的测试出牵引力控制系统控制策略的有效性，完成牵引力控制系统软、硬件的性能匹配，大大提高牵引力控制系统研发的效率。

硬件在环技术广泛应用于汽车控制系统的研发和测试工作中，不但提高了测试的效率，降低了测试的周期和成本，同时还能够有效解决纯粹数字仿真对现实条件过于简化的问题，是一种开发周期短、成本费用低、安全系数高的系统开发测试技术。

3硬件在环仿真应用中的关键技术

本文在全面分析硬件在环技术对于汽车控制系统的应用实例的基础上，得到了一下的结论：尽管每种硬件在环仿真系统的最初设计目的以及设计用途各有不同，但是在系统的硬件构成上却拥有很多的相通之处，这些相似的技术特点就是硬件在环仿真系统中的关键技术。

硬件在环仿真系统的硬件构成主要有三大部分，分别是系统实时仿真模型的硬件载体，接口系统硬件以及监控系统硬件。硬件系统的选择不同将会直接影响到硬件在环仿真系统的准确性和实时性，所以硬件系统对于硬件在环仿真系统具有十分重要的影响。系统的实时仿真的主要作用就是为设计人员提供模拟真实系统运行状况的运行参数，使技术人员清晰的掌握控制系统的性能以及对待测系统进行评估。在实际的硬件在环仿真过程中，系统的实时仿真模型其计算量十分庞大，所以对于系统的实时性也有极高的要求，使用具有高速运算处理能力的数字信号（即DSP）系统可以有效的提高其实时性。数字信号处理系统是一种速流水并行的专用性数字信号处理系统，该系统采用了程序存储区及其总线相互分开的哈佛结构，在硬件上同时添加了硬件的成法累加器，可以快速的完成累加运算，在软件方面，可以使用适应DSP数据结构的并行指令，大大提高DSP系统的运算能力及运算效率，保证了系统仿真模型的高速实时处理数据。

接口系统的设立就是为了要实现仿真模型和控制系统实物之间的状态信号以及控制信号的传递过程，这种信号包含了模拟信号、电信号以及数字信号等等，所以接口系统的最重要功能就是实现A/D和D/A之间的转换。单片机具有易扩展、高运算速度和高安全性的特点，所以可以选择单片机系统来作为整个硬件在环仿真系统的接口系统，获得更高的性价比。

监控系统两个最重要的功能分别是提供技术人员和系统的实时仿真模型之间的数据传输功能，以及显示出系统实时仿真模型在待测控制系统的作用下运转状态，这就需要监控系统提供出良好的显示能力以及快捷的操作界面。PC机的硬件资源极为丰富，其软件种类也极为多样，因此可以选择PC机作为监控系统的平台，利用PC机建立监控系统可以方便人与系统之间的数据交流和实时状态的信息显示，方便技术产品的研发。

4结语

汽车行业属于微利润的产品行业，仅仅使用传统意义上的机械制造技术，企业的利润空间将极为有限，所以各大汽车生产厂家应该具有更高的战略发展眼光，将汽车的研发重点放在高利润、高技术含量的机电一体化产品中，尽全力开发出先进的产品项目，再通过我国大量的廉价劳动力资源，可以在国际的汽车市场中占据一定的市场份额。硬件在环技术已经成为汽车的研发中不可缺少的重要研究工具之一，熟练掌握该种技术，利用全新的设计方法可以大大 加快产品的研发效率，缩短研发周期，降低了各项成本，最重要的是能够更快更好的研发出高技术的产品，当前，我国已经开发出了用于硬件在环仿真系统的实时处理系统，大大促进了传统工程试验的发展，必将在未来汽车控制系统的研发中占据重要的地位。

参考文献

[1] 朱辉,王丽清,程昌听.硬件在环仿真在汽车的控制系统中的应用[J].汽车技术.2012,(10).

[2] 夏深,赵和平.硬件在环混合仿真技术在汽车上的应用[J].设计研究,2013(1).

[3] 齐鲲鹏,隆武强,陈雷.硬件在环仿真在汽车控制系统开发中的应用及关键技术[J].内燃机,2006(10).

[4] 吴志敏.硬件在环技术在汽车上的应用研究[J].科技世界,2013(15).

摘要：伴随着经济的不断发展，汽车的普及率也越来越高，人们在追求汽车性能的同时对于汽车的测试要求也在不断的提高，传统意义上的人工测试程序耗费时间较长且效率不高。基于“V”模式的硬件在环技术作为一种较为成熟的汽车测试手段，可以利用HIL在虚拟环境中模拟，达到测试控制器的作用，这种技术无需真是车辆即可达到测试的目的。硬件在环技术测试系统可以模拟出驾驶员以及车辆的具体工作环境，大大降低了车辆测试的风险，缩短了开发的周期，有效的降低开发成本。硬件在环测试系统以其专业性、实用性以及高效性被广泛适用于各项应用中。

关键词：硬件在环技术；汽车；应用

在中国加入世界贸易组织之后，中国的汽车市场的竞争力也愈演愈烈。为了增强企业的核心竞争能力，国内各大汽车生产厂家如一起大众、上海大众以及上海通用等公司均不断推出新的车型，同时有选择性的对一些车型实施了降价策略，除此之外，很多占据市场份额较小的汽车公司如奇瑞、吉利、悦达等也相继的为占据更多市场份额而努力，国内市场激烈程度可见一斑。当前，我国国内的汽车生产厂家平均几个月就会推出一种新的车型，市场新车型的开发时间不断缩减，这对于传统的汽车设计方法也提出了更大的挑战。而硬件在环仿真技术作为一种高效且具有创造力的开发手段，如果能够熟练掌握并使用，无疑会对企业产品的研发和测试工作提供巨大的帮助。从某种意义来说，掌握了HIL，就是掌握了市场的先机，能够在最大程度上节省开发的时间以及开发成本。

1硬件在环结构以及在环仿真系统的研究现状

1.1硬件在环结构

硬件在环是当今许多行业（航空，国防，汽车，医疗设备等）都采用“V”模式模型控制器开发的重要环节，如图所示，HIL硬件在环仿真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。

HIL测试系统主要是由三个重要部分所组成，一是实时处理器，二是I/O 接口，第三个则是操作界面。如下图所示，实时处理器是HIL测试系统的核心部分，它可以有效的提供多数HIL 测试系统的确定执行，例如硬件I/O 通信，数据资料的记录以及生成和模型的执行。想要对仿真测试系统中实际并不存在的组分有一个精准的计算，那么实时系统的存在是非常有必要的。I/O 接口是与被测部件相互交换的模拟部分，数字和总线信号。可以使用这种技术来产生激励信号，用来获取可以进行记录分析的数据，并提供被测的电子控制单元（ECU）与模型仿真的虚拟环境之间的传感器/执行器交互。操作界面与实时处理器相互关联共同提供出测试命令的可视化。在大多数的情况下，这个部件可以为其提供配置管理，从而进行测试自动化以及分析的步骤。

在许多的HIL测试系统中都会采取硬件故障插入ECU以及另外待测试系统之间的所产生的信号故障源来进行测试，描述并检验在这些情况下的器材性能。为了达到这个目的，我们可以在I/O 接口和 ECU之间插入故障单元，如下图所示，允许HIL 测试系统在正常的运转与对地短路或者开路故障状况之间切换不同的接口信号。一些诸如汽车、飞机以及风力发电站等嵌入式的控制系统，就需要使用联网工作的ECU来进行协同运行。虽然ECU在最初之时都受到了独立的检测，但是系统一体化HIL测试系统因为其可以提供完整的虚拟测试而受到人们的青睐。

1.2国内外硬件关于环仿真测试系统的发展现状

硬件在环测试系统是一套依赖于计算机技术和微电子技术的软硬件系统，该系统具有实时性高的特点，在科技和电子技术高速发展的今天，硬件在环的应用也更为广泛，很多企业在相关技术都进行了深入的研究，例如：dSPACE 公司开发的硬件在环仿真系统：dSPACE 实时仿真系统是由德国 dSPACE 公司开发的一套基于 MATLAB/Simulink 的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台，实现了和 MATLAB/Simulink/RTW 的完全无缝连接。NI 公司也发布了一套用于实时测试和半实物仿真（HIL）的新版软件—NI VeriStand 2011：美国 NI 公司发布最新版本基于配置的软件环境NI VeriStand 2011，用于实时测试和仿真应用，包括硬件在环（HIL）仿真和 Test Cell 中的测控应用。直观开放的软件界面对于测试设计人员实现高效测试，灵活测试提供了重要的保证。

2硬件在环仿真在汽车控制系统开发中的应用

当今阶段，硬件在环仿真技术在汽车控制系统起到的作用越来越大，已经成为了重要的开发手段之一，硬件在环系统的广泛使用对于汽车控制系统的设计、检验以及性能测试等方面都提供了较为理想的仿真测试分析方法，与此同时，对于汽车控制技术的高速度、低成本以及高效率提供了重要的技术支持和支撑的空间。硬件在环仿真可以模拟现实中汽车的各种运行状况，这样就可以替代实际的试验工作，同时对于实际性能试验中出现可能性较低的危险状况和极端情况提供模拟试验，所以硬件在环仿真技术在各种汽车控制系统的开发过程中都起到了重要的作用，取得了很好的使用效果。下面我们就硬件在环技术在汽车控制系统中的应用实例做出简单的探讨。

2.1在针对汽车的发动机电控单元（即ECU）进行技术研发时，合理的运用硬件在环仿真系统可以建立出发动机的电控单元，这样可以更加利于人们对于发动机电控单元的性能测试，大大缩短了发动机的开发周期，节省了大量的人力，同时可以大大增强发动机电控单元的开发以及测试的灵活度。

2.2在针对汽车混合动力总成控制器进行技术开发时，技术人员可以利用硬件在环控制系统建立动力总成控制器，这样可以有效的提高建模速率，同时对动力总成控制器进行参数优化匹配，能够有效的制定和优化动力总成系统的控制。

2.3在针对汽车线控转向系统（即SBW）进行技术研发的时候，可以建立立线控转向硬件在环仿真系统，这样可以估线控转向系统的控制算法和功能特性，对线控转向系统中的自动防故障系统的动态测试以及数据分析在实验室通过 模拟的方式即可完成，这为汽车线控转向系统的开发提供更大的便利。

2.4在进行汽车的防抱死制动系统（即ABS）的研发过程中，科研人员可以通过建立防抱制动硬件在环仿真系统来完成对防抱制动系统制动功能的试验验证，这种方式为测试防抱死制动系统的实验数据提供了方便，最大程度的减少了试验车进行的实验次数，大大提高了汽车系统的研发效率，降低了系统的研发周期。

2.5在进行汽车的牵引力控制系统的研发过程中，可以建立牵引力控制硬件在环仿真系统，这样可以更加快捷精准的测试出牵引力控制系统控制策略的有效性，完成牵引力控制系统软、硬件的性能匹配，大大提高牵引力控制系统研发的效率。

硬件在环技术广泛应用于汽车控制系统的研发和测试工作中，不但提高了测试的效率，降低了测试的周期和成本，同时还能够有效解决纯粹数字仿真对现实条件过于简化的问题，是一种开发周期短、成本费用低、安全系数高的系统开发测试技术。

3硬件在环仿真应用中的关键技术

本文在全面分析硬件在环技术对于汽车控制系统的应用实例的基础上，得到了一下的结论：尽管每种硬件在环仿真系统的最初设计目的以及设计用途各有不同，但是在系统的硬件构成上却拥有很多的相通之处，这些相似的技术特点就是硬件在环仿真系统中的关键技术。

硬件在环仿真系统的硬件构成主要有三大部分，分别是系统实时仿真模型的硬件载体，接口系统硬件以及监控系统硬件。硬件系统的选择不同将会直接影响到硬件在环仿真系统的准确性和实时性，所以硬件系统对于硬件在环仿真系统具有十分重要的影响。系统的实时仿真的主要作用就是为设计人员提供模拟真实系统运行状况的运行参数，使技术人员清晰的掌握控制系统的性能以及对待测系统进行评估。在实际的硬件在环仿真过程中，系统的实时仿真模型其计算量十分庞大，所以对于系统的实时性也有极高的要求，使用具有高速运算处理能力的数字信号（即DSP）系统可以有效的提高其实时性。数字信号处理系统是一种速流水并行的专用性数字信号处理系统，该系统采用了程序存储区及其总线相互分开的哈佛结构，在硬件上同时添加了硬件的成法累加器，可以快速的完成累加运算，在软件方面，可以使用适应DSP数据结构的并行指令，大大提高DSP系统的运算能力及运算效率，保证了系统仿真模型的高速实时处理数据。

接口系统的设立就是为了要实现仿真模型和控制系统实物之间的状态信号以及控制信号的传递过程，这种信号包含了模拟信号、电信号以及数字信号等等，所以接口系统的最重要功能就是实现A/D和D/A之间的转换。单片机具有易扩展、高运算速度和高安全性的特点，所以可以选择单片机系统来作为整个硬件在环仿真系统的接口系统，获得更高的性价比。

监控系统两个最重要的功能分别是提供技术人员和系统的实时仿真模型之间的数据传输功能，以及显示出系统实时仿真模型在待测控制系统的作用下运转状态，这就需要监控系统提供出良好的显示能力以及快捷的操作界面。PC机的硬件资源极为丰富，其软件种类也极为多样，因此可以选择PC机作为监控系统的平台，利用PC机建立监控系统可以方便人与系统之间的数据交流和实时状态的信息显示，方便技术产品的研发。

4结语

汽车行业属于微利润的产品行业，仅仅使用传统意义上的机械制造技术，企业的利润空间将极为有限，所以各大汽车生产厂家应该具有更高的战略发展眼光，将汽车的研发重点放在高利润、高技术含量的机电一体化产品中，尽全力开发出先进的产品项目，再通过我国大量的廉价劳动力资源，可以在国际的汽车市场中占据一定的市场份额。硬件在环技术已经成为汽车的研发中不可缺少的重要研究工具之一，熟练掌握该种技术，利用全新的设计方法可以大大 加快产品的研发效率，缩短研发周期，降低了各项成本，最重要的是能够更快更好的研发出高技术的产品，当前，我国已经开发出了用于硬件在环仿真系统的实时处理系统，大大促进了传统工程试验的发展，必将在未来汽车控制系统的研发中占据重要的地位。

参考文献

[1] 朱辉,王丽清,程昌听.硬件在环仿真在汽车的控制系统中的应用[J].汽车技术.2012,(10).

[2] 夏深,赵和平.硬件在环混合仿真技术在汽车上的应用[J].设计研究,2013(1).

[3] 齐鲲鹏,隆武强,陈雷.硬件在环仿真在汽车控制系统开发中的应用及关键技术[J].内燃机,2006(10).

[4] 吴志敏.硬件在环技术在汽车上的应用研究[J].科技世界,2013(15).

摘要：伴随着经济的不断发展，汽车的普及率也越来越高，人们在追求汽车性能的同时对于汽车的测试要求也在不断的提高，传统意义上的人工测试程序耗费时间较长且效率不高。基于“V”模式的硬件在环技术作为一种较为成熟的汽车测试手段，可以利用HIL在虚拟环境中模拟，达到测试控制器的作用，这种技术无需真是车辆即可达到测试的目的。硬件在环技术测试系统可以模拟出驾驶员以及车辆的具体工作环境，大大降低了车辆测试的风险，缩短了开发的周期，有效的降低开发成本。硬件在环测试系统以其专业性、实用性以及高效性被广泛适用于各项应用中。

关键词：硬件在环技术；汽车；应用

在中国加入世界贸易组织之后，中国的汽车市场的竞争力也愈演愈烈。为了增强企业的核心竞争能力，国内各大汽车生产厂家如一起大众、上海大众以及上海通用等公司均不断推出新的车型，同时有选择性的对一些车型实施了降价策略，除此之外，很多占据市场份额较小的汽车公司如奇瑞、吉利、悦达等也相继的为占据更多市场份额而努力，国内市场激烈程度可见一斑。当前，我国国内的汽车生产厂家平均几个月就会推出一种新的车型，市场新车型的开发时间不断缩减，这对于传统的汽车设计方法也提出了更大的挑战。而硬件在环仿真技术作为一种高效且具有创造力的开发手段，如果能够熟练掌握并使用，无疑会对企业产品的研发和测试工作提供巨大的帮助。从某种意义来说，掌握了HIL，就是掌握了市场的先机，能够在最大程度上节省开发的时间以及开发成本。

1硬件在环结构以及在环仿真系统的研究现状

1.1硬件在环结构

硬件在环是当今许多行业（航空，国防，汽车，医疗设备等）都采用“V”模式模型控制器开发的重要环节，如图所示，HIL硬件在环仿真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。

HIL测试系统主要是由三个重要部分所组成，一是实时处理器，二是I/O 接口，第三个则是操作界面。如下图所示，实时处理器是HIL测试系统的核心部分，它可以有效的提供多数HIL 测试系统的确定执行，例如硬件I/O 通信，数据资料的记录以及生成和模型的执行。想要对仿真测试系统中实际并不存在的组分有一个精准的计算，那么实时系统的存在是非常有必要的。I/O 接口是与被测部件相互交换的模拟部分，数字和总线信号。可以使用这种技术来产生激励信号，用来获取可以进行记录分析的数据，并提供被测的电子控制单元（ECU）与模型仿真的虚拟环境之间的传感器/执行器交互。操作界面与实时处理器相互关联共同提供出测试命令的可视化。在大多数的情况下，这个部件可以为其提供配置管理，从而进行测试自动化以及分析的步骤。

在许多的HIL测试系统中都会采取硬件故障插入ECU以及另外待测试系统之间的所产生的信号故障源来进行测试，描述并检验在这些情况下的器材性能。为了达到这个目的，我们可以在I/O 接口和 ECU之间插入故障单元，如下图所示，允许HIL 测试系统在正常的运转与对地短路或者开路故障状况之间切换不同的接口信号。一些诸如汽车、飞机以及风力发电站等嵌入式的控制系统，就需要使用联网工作的ECU来进行协同运行。虽然ECU在最初之时都受到了独立的检测，但是系统一体化HIL测试系统因为其可以提供完整的虚拟测试而受到人们的青睐。

1.2国内外硬件关于环仿真测试系统的发展现状

硬件在环测试系统是一套依赖于计算机技术和微电子技术的软硬件系统，该系统具有实时性高的特点，在科技和电子技术高速发展的今天，硬件在环的应用也更为广泛，很多企业在相关技术都进行了深入的研究，例如：dSPACE 公司开发的硬件在环仿真系统：dSPACE 实时仿真系统是由德国 dSPACE 公司开发的一套基于 MATLAB/Simulink 的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台，实现了和 MATLAB/Simulink/RTW 的完全无缝连接。NI 公司也发布了一套用于实时测试和半实物仿真（HIL）的新版软件—NI VeriStand 2011：美国 NI 公司发布最新版本基于配置的软件环境NI VeriStand 2011，用于实时测试和仿真应用，包括硬件在环（HIL）仿真和 Test Cell 中的测控应用。直观开放的软件界面对于测试设计人员实现高效测试，灵活测试提供了重要的保证。

2硬件在环仿真在汽车控制系统开发中的应用

当今阶段，硬件在环仿真技术在汽车控制系统起到的作用越来越大，已经成为了重要的开发手段之一，硬件在环系统的广泛使用对于汽车控制系统的设计、检验以及性能测试等方面都提供了较为理想的仿真测试分析方法，与此同时，对于汽车控制技术的高速度、低成本以及高效率提供了重要的技术支持和支撑的空间。硬件在环仿真可以模拟现实中汽车的各种运行状况，这样就可以替代实际的试验工作，同时对于实际性能试验中出现可能性较低的危险状况和极端情况提供模拟试验，所以硬件在环仿真技术在各种汽车控制系统的开发过程中都起到了重要的作用，取得了很好的使用效果。下面我们就硬件在环技术在汽车控制系统中的应用实例做出简单的探讨。

2.1在针对汽车的发动机电控单元（即ECU）进行技术研发时，合理的运用硬件在环仿真系统可以建立出发动机的电控单元，这样可以更加利于人们对于发动机电控单元的性能测试，大大缩短了发动机的开发周期，节省了大量的人力，同时可以大大增强发动机电控单元的开发以及测试的灵活度。

2.2在针对汽车混合动力总成控制器进行技术开发时，技术人员可以利用硬件在环控制系统建立动力总成控制器，这样可以有效的提高建模速率，同时对动力总成控制器进行参数优化匹配，能够有效的制定和优化动力总成系统的控制。

2.3在针对汽车线控转向系统（即SBW）进行技术研发的时候，可以建立立线控转向硬件在环仿真系统，这样可以估线控转向系统的控制算法和功能特性，对线控转向系统中的自动防故障系统的动态测试以及数据分析在实验室通过 模拟的方式即可完成，这为汽车线控转向系统的开发提供更大的便利。

2.4在进行汽车的防抱死制动系统（即ABS）的研发过程中，科研人员可以通过建立防抱制动硬件在环仿真系统来完成对防抱制动系统制动功能的试验验证，这种方式为测试防抱死制动系统的实验数据提供了方便，最大程度的减少了试验车进行的实验次数，大大提高了汽车系统的研发效率，降低了系统的研发周期。

2.5在进行汽车的牵引力控制系统的研发过程中，可以建立牵引力控制硬件在环仿真系统，这样可以更加快捷精准的测试出牵引力控制系统控制策略的有效性，完成牵引力控制系统软、硬件的性能匹配，大大提高牵引力控制系统研发的效率。

硬件在环技术广泛应用于汽车控制系统的研发和测试工作中，不但提高了测试的效率，降低了测试的周期和成本，同时还能够有效解决纯粹数字仿真对现实条件过于简化的问题，是一种开发周期短、成本费用低、安全系数高的系统开发测试技术。

3硬件在环仿真应用中的关键技术

本文在全面分析硬件在环技术对于汽车控制系统的应用实例的基础上，得到了一下的结论：尽管每种硬件在环仿真系统的最初设计目的以及设计用途各有不同，但是在系统的硬件构成上却拥有很多的相通之处，这些相似的技术特点就是硬件在环仿真系统中的关键技术。

硬件在环仿真系统的硬件构成主要有三大部分，分别是系统实时仿真模型的硬件载体，接口系统硬件以及监控系统硬件。硬件系统的选择不同将会直接影响到硬件在环仿真系统的准确性和实时性，所以硬件系统对于硬件在环仿真系统具有十分重要的影响。系统的实时仿真的主要作用就是为设计人员提供模拟真实系统运行状况的运行参数，使技术人员清晰的掌握控制系统的性能以及对待测系统进行评估。在实际的硬件在环仿真过程中，系统的实时仿真模型其计算量十分庞大，所以对于系统的实时性也有极高的要求，使用具有高速运算处理能力的数字信号（即DSP）系统可以有效的提高其实时性。数字信号处理系统是一种速流水并行的专用性数字信号处理系统，该系统采用了程序存储区及其总线相互分开的哈佛结构，在硬件上同时添加了硬件的成法累加器，可以快速的完成累加运算，在软件方面，可以使用适应DSP数据结构的并行指令，大大提高DSP系统的运算能力及运算效率，保证了系统仿真模型的高速实时处理数据。

接口系统的设立就是为了要实现仿真模型和控制系统实物之间的状态信号以及控制信号的传递过程，这种信号包含了模拟信号、电信号以及数字信号等等，所以接口系统的最重要功能就是实现A/D和D/A之间的转换。单片机具有易扩展、高运算速度和高安全性的特点，所以可以选择单片机系统来作为整个硬件在环仿真系统的接口系统，获得更高的性价比。

监控系统两个最重要的功能分别是提供技术人员和系统的实时仿真模型之间的数据传输功能，以及显示出系统实时仿真模型在待测控制系统的作用下运转状态，这就需要监控系统提供出良好的显示能力以及快捷的操作界面。PC机的硬件资源极为丰富，其软件种类也极为多样，因此可以选择PC机作为监控系统的平台，利用PC机建立监控系统可以方便人与系统之间的数据交流和实时状态的信息显示，方便技术产品的研发。

4结语

汽车行业属于微利润的产品行业，仅仅使用传统意义上的机械制造技术，企业的利润空间将极为有限，所以各大汽车生产厂家应该具有更高的战略发展眼光，将汽车的研发重点放在高利润、高技术含量的机电一体化产品中，尽全力开发出先进的产品项目，再通过我国大量的廉价劳动力资源，可以在国际的汽车市场中占据一定的市场份额。硬件在环技术已经成为汽车的研发中不可缺少的重要研究工具之一，熟练掌握该种技术，利用全新的设计方法可以大大 加快产品的研发效率，缩短研发周期，降低了各项成本，最重要的是能够更快更好的研发出高技术的产品，当前，我国已经开发出了用于硬件在环仿真系统的实时处理系统，大大促进了传统工程试验的发展，必将在未来汽车控制系统的研发中占据重要的地位。

参考文献

[1] 朱辉,王丽清,程昌听.硬件在环仿真在汽车的控制系统中的应用[J].汽车技术.2012,(10).

[2] 夏深,赵和平.硬件在环混合仿真技术在汽车上的应用[J].设计研究,2013(1).

[3] 齐鲲鹏,隆武强,陈雷.硬件在环仿真在汽车控制系统开发中的应用及关键技术[J].内燃机,2006(10).

[4] 吴志敏.硬件在环技术在汽车上的应用研究[J].科技世界,2013(15).