現(xiàn)在的系統(tǒng)已經(jīng)變得相當(dāng)復(fù)雜，以至于在很多情況下驗(yàn)證硬件、軟件功能以及正確性的唯一方法是在循環(huán)（HITL,或者有時(shí)候也說成HIL）中使用硬件。那么HITL是什么？答案很簡(jiǎn)單：視情況而定。大部分討論都把HITL描述為一個(gè)由軟件驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)具有模擬和數(shù)字I/O口，跨越基本開關(guān)閉合包到RF，試圖復(fù)制你的設(shè)計(jì)必須工作的系統(tǒng)。

有關(guān)HITL使用的最常見的例子是汽車，這很有意義，因?yàn)槊總€(gè)人都知道汽車是什么，了解其各個(gè)子系統(tǒng)的復(fù)雜性和多樣性，并且對(duì)測(cè)試汽車電子產(chǎn)品的挑戰(zhàn)性至少有個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。在一個(gè)常見的與汽車相關(guān)的HITL場(chǎng)景中，設(shè)計(jì)者必須評(píng)估引擎控制單元(ECU)的硬件和軟件性能--這種情況似乎需要將其連接到一個(gè)真正的引擎上。

軟件建模方法

但是將ECU和真正的引擎連接起來并不是必須的。通過使用HITL方法，ECU在評(píng)估中被連接到一個(gè)包含相關(guān)引擎連接器的電子機(jī)架上，所以這個(gè)引擎本身就可以由機(jī)架上的軟件表示，也就是說這個(gè)軟件模擬了一個(gè)真實(shí)的引擎，如圖1所示。顯然，在變化、測(cè)試場(chǎng)景、噪聲、誘導(dǎo)傳感器、接口、引擎的彎頭結(jié)構(gòu)以及故障等方面，使用HITL方法要比使用真正的引擎更簡(jiǎn)單。HITL也很適合測(cè)試電機(jī)的控制器以及任何與機(jī)械性能電子控制相關(guān)的東西。

圖1：在經(jīng)典的HITL設(shè)置中，通過利用真實(shí)的I/O口，使得待管理的系統(tǒng)被硬件和軟件取代，這些I/O可以模擬和仿真實(shí)際的系統(tǒng)，比如一輛汽車(顯示)、火箭、馬達(dá)或其他復(fù)雜的產(chǎn)品。(來源:國(guó)家儀器)

但是，HITL的節(jié)奏并不是很快或者很容易。主要項(xiàng)目是開發(fā)電子機(jī)架和取代真正引擎的軟件。通過方程和功能塊，它必須能夠如實(shí)地模擬真實(shí)引擎的性能以及細(xì)微差別，從基本功能開始，然后添加關(guān)鍵層，子層，以及子層的子層。實(shí)際上一個(gè)模型開發(fā)團(tuán)隊(duì)可能比產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)更大。

還有一個(gè)測(cè)試問題:如何驗(yàn)證一個(gè)模型? 在實(shí)際引擎的HITL模型中，任何簡(jiǎn)化、忽略、錯(cuò)誤假設(shè)等因素都意味著ECU的測(cè)試不會(huì)像使用真正的引擎時(shí)那樣有效，當(dāng)然，這只是一個(gè)簡(jiǎn)單的觀點(diǎn)。(這里可以用一句著名的短語(yǔ)--“垃圾進(jìn)來，垃圾出去”來類比我所表達(dá)的意思。) 然而，實(shí)際情況是，任何一個(gè)真正的引擎都不能代表所有的引擎，所以即使使用了真正的引擎，測(cè)試也只對(duì)特定的引擎類型有效。HITL的方法更好，因?yàn)樗菀仔薷囊阅M不同的引擎。

比例模型方法

針對(duì)HITL還有另一種非常不同的方法，這種方法涉及到真正的硬件，而不僅僅是基于軟件的表示。然而，這種方法使用的不是全尺寸硬件，而是一個(gè)縮小版，其較大的對(duì)象和系統(tǒng)也被更小的對(duì)象和系統(tǒng)所取代。經(jīng)典的風(fēng)洞模型是這種方法最著名的例子，但它也被用于諸如汽車以及他們的發(fā)動(dòng)機(jī)等功能；Keysight技術(shù)的應(yīng)用注釋5991–2873EN是第二種方法的一個(gè)很好的例子。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，您不必創(chuàng)建一個(gè)真實(shí)詳細(xì)的引擎或者飛機(jī)模型。但它也引發(fā)了一些難題: 如何縮小發(fā)動(dòng)機(jī)、引擎或飛機(jī)的控制分析，以匹配物理小模型的特征? 畢竟,很多事情都是不同的：時(shí)間常數(shù)，熱性能，動(dòng)量，慣性，瞬態(tài)響應(yīng)…(這是一個(gè)很長(zhǎng)的列表) 這種方法增加的挑戰(zhàn)是，有些因素是線性的，有些是指數(shù)級(jí)的，有些是不連續(xù)性的，而有些關(guān)系很復(fù)雜。

選擇一個(gè)HITL的方法

哪個(gè)HITL的場(chǎng)景更有用？同樣，這取決于特定應(yīng)用，有效時(shí)間，成本以及對(duì)系統(tǒng)本身的理解程度。我所知道的，除了一些較為簡(jiǎn)單、定義良好并嚴(yán)格約束的系統(tǒng)外，借助于詳細(xì)的、基于軟件的模型，使用HITL來模擬實(shí)際系統(tǒng)似乎是首選的方法。

原因有很多：這種方法能夠表示相似硬件不同變體的靈活性，例如引擎；結(jié)果的可信度更高；操作的成本更低和并且更方便(與使用真實(shí)的馬達(dá)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭以及電子設(shè)備相比較)；建立模擬故障場(chǎng)景的更簡(jiǎn)單;并且可以輕松地設(shè)置多個(gè)系統(tǒng)，這樣就可以并行地進(jìn)行測(cè)試，從而節(jié)省了時(shí)間，團(tuán)隊(duì)之間也可以相互學(xué)習(xí)。

不管你采用哪種方式，不僅僅是汽車和火箭設(shè)計(jì)需要HITL，與運(yùn)動(dòng)或者動(dòng)力相關(guān)的設(shè)計(jì)都需要HITL。如果你正在測(cè)試一種光電、風(fēng)能或電池控制器，使用HITL方法要比利用實(shí)際的太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力渦輪機(jī)或電池堆更容易。更好的是，對(duì)于這種類型的產(chǎn)品，您可以從各種T&M系統(tǒng)供應(yīng)商那里購(gòu)買現(xiàn)成的、完全可編程的仿真器，例如Keysight技術(shù)，從而將一個(gè)大問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)小的問題(圖2)。這就是產(chǎn)品開發(fā)工程師們喜歡聽到的！

圖2：標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試和評(píng)估產(chǎn)品適用于許多通用的應(yīng)用程序，例如千瓦/水池 單元。它可以被用來測(cè)試可充電電池、超級(jí)電容器、電動(dòng)發(fā)電機(jī)、雙向dc/dc轉(zhuǎn)換器、電池管理系統(tǒng)、再生制動(dòng)系統(tǒng)和光伏陣列等系統(tǒng)。