意大利Alma公司使用VeriStand實現汽車ECU的HIL測試

　　挑戰：

　　基于商業現成（COTS）的硬件，為發動機和整車的實時仿真開發一個模塊化的硬件在環（HIL）測試系統，以減少嵌入式軟件驗證過程中所需要的實物測試次數。

　　解決方案：

　　基于NI VeriStand實時測試軟件和NI PXI硬件的測試系統提供了用戶所需的計算能力，可以利用現場可編程門陣列（FPGA）硬件實現高速控制，同時，各種不同的I/O不僅能保證該HIL系統可以滿足當前的需求，而且可進行功能擴展以滿足未來的應用需求。

　　Alma Automotive是一家總部設在意大利北部的公司，為汽車的校準、控制和測試提供定制的解決方案。Alma Automotive根據客戶的需求，提供純軟件（模型或基于模型的分析），或集成硬件和軟件的解決方案。Eldor公司提供汽車電子組件，如線圈、傳感器系統和電子控制單元（ECU）。

　　因為HIL系統可以用來實現自動化和標準化測試，所以它們是ECU測試的標準。大多數市場上可用的HIL系統提供的是不能擴展或定制的標準功能，Eldor公司選擇了由Alma汽車公司提出的HIL解決方案，因為該方案的硬件和軟件是開放的，并可以完全根據他們的需求定制。

　　HIL系統所仿真的是由ECU控制的設備，所有進入ECU的實際信號必須由HIL測試系統產生的信號代替。因為目標是測試ECU的功能，所以仿真必須實時運行。模型必須精確地對ECU命令進行響應，以測試整個嵌入式控制系統。對于某些類型的信號，復現一個正確的時基是很困難的，因為高頻率的信號需要與曲軸的瞬時位置同步。這種典型的例子包括缸內壓力、加速度計、離子電流和進氣壓力信號。

　　目前市場上有很多的HIL系統可供選擇。大多數系統的主要缺點是缺乏對HIL供應商所提供的基礎函數庫進行定制的工具，很難訪問底層（類似FPGA）函數，因此這些系統無法滿足顧客的需求。

　　NI VeriStand與NI PXI平臺的結合滿足了用戶對I/O、計算能力、信號仿真和數據分析等功能的需求，而且是完全開放和模塊化的。決定該應用成功的兩個關鍵因素是：充分利用了 NI LabVIEW FPGA模塊創建復雜FPGA代碼的能力和創建了一個自定義設備來輸出凸輪軸、曲軸、進氣門、傳感器電流和缸內壓力信號。

　　由Alma Automotive公司提出的HIL系統（圖1）集成了以下硬件和軟件組件：

　　? 用PXI實時控制器開發的一個完整的發動機/車輛（摩托車）/駕駛員模型，該控制器的步長時間為500μs，單核CPU負荷為20%；

　　? 用自定義設備實現的一個高帶寬信號發生器，該自定義設備用來產生基于模型的曲軸、凸輪軸、進氣門、缸內壓力和離子電流信號，也用來獲取所有的ECU輸出指令，包括點火、噴射、H橋和中斷燈等指令。該自定義設備是用7852R板卡實現的。

　　? 由Alma Automotive公司設計和生產的一個自定義的I/O信號調理板，將ECU模擬輸出信號轉變為TTL數字信號，并在必要時增強PXI 6723的模擬輸出信號（可變磁阻信號，VRS）。

　　? 由Alma Automotive公司設計和生產的一個自定義的執行器和傳感器故障插入單元（FIU）和一個可以提供96路信號的外置接線盒。

　　圖1 HIL系統集成