意大利Alma公司使用VeriStand实现汽车ECU的HIL测试

　　挑战：

　　基于商业现成（COTS）的硬件，为发动机和整车的实时仿真开发一个模块化的硬件在环（HIL）测试系统，以减少嵌入式软件验证过程中所需要的实物测试次数。

　　解决方案：

　　基于NI VeriStand实时测试软件和NI PXI硬件的测试系统提供了用户所需的计算能力，可以利用现场可编程门阵列（FPGA）硬件实现高速控制，同时，各种不同的I/O不仅能保证该HIL系统可以满足当前的需求，而且可进行功能扩展以满足未来的应用需求。

　　Alma Automotive是一家总部设在意大利北部的公司，为汽车的校准、控制和测试提供定制的解决方案。Alma Automotive根据客户的需求，提供纯软件（模型或基于模型的分析），或集成硬件和软件的解决方案。Eldor公司提供汽车电子组件，如线圈、传感器系统和电子控制单元（ECU）。

　　因为HIL系统可以用来实现自动化和标准化测试，所以它们是ECU测试的标准。大多数市场上可用的HIL系统提供的是不能扩展或定制的标准功能，Eldor公司选择了由Alma汽车公司提出的HIL解决方案，因为该方案的硬件和软件是开放的，并可以完全根据他们的需求定制。

　　HIL系统所仿真的是由ECU控制的设备，所有进入ECU的实际信号必须由HIL测试系统产生的信号代替。因为目标是测试ECU的功能，所以仿真必须实时运行。模型必须精确地对ECU命令进行响应，以测试整个嵌入式控制系统。对于某些类型的信号，复现一个正确的时基是很困难的，因为高频率的信号需要与曲轴的瞬时位置同步。这种典型的例子包括缸内压力、加速度计、离子电流和进气压力信号。

　　目前市场上有很多的HIL系统可供选择。大多数系统的主要缺点是缺乏对HIL供应商所提供的基础函数库进行定制的工具，很难访问底层（类似FPGA）函数，因此这些系统无法满足顾客的需求。

　　NI VeriStand与NI PXI平台的结合满足了用户对I/O、计算能力、信号仿真和数据分析等功能的需求，而且是完全开放和模块化的。决定该应用成功的两个关键因素是：充分利用了 NI LabVIEW FPGA模块创建复杂FPGA代码的能力和创建了一个自定义设备来输出凸轮轴、曲轴、进气门、传感器电流和缸内压力信号。

　　由Alma Automotive公司提出的HIL系统（图1）集成了以下硬件和软件组件：

　　Ÿ 用PXI实时控制器开发的一个完整的发动机/车辆（摩托车）/驾驶员模型，该控制器的步长时间为500µs，单核CPU负荷为20%；

　　Ÿ 用自定义设备实现的一个高带宽信号发生器，该自定义设备用来产生基于模型的曲轴、凸轮轴、进气门、缸内压力和离子电流信号，也用来获取所有的ECU输出指令，包括点火、喷射、H桥和中断灯等指令。该自定义设备是用7852R板卡实现的。

　　Ÿ 由Alma Automotive公司设计和生产的一个自定义的I/O信号调理板，将ECU模拟输出信号转变为TTL数字信号，并在必要时增强PXI 6723的模拟输出信号（可变磁阻信号，VRS）。

　　Ÿ 由Alma Automotive公司设计和生产的一个自定义的执行器和传感器故障插入单元（FIU）和一个可以提供96路信号的外置接线盒。

　　

　　图1 HIL系统集成