硬件在环

硬件在环（HIL）仿真，HWIL，或HITL，是一种开发和测试复杂的实时嵌入式系统的技术。HIL仿真通过在测试平台之上增加过程执行系统（称为工厂）的复杂性，提供了一个有效的测试平台。通过增加所有相关动态系统的数学表示，控制下的工厂的复杂性被包含在测试和开发中。这些数学表征被称为工厂模拟。要测试的嵌入式系统与这个工厂模拟进行交互。

HIL仿真必须包括传感器和执行器的电气仿真。这些电气模拟作为工厂模拟和被测嵌入式系统之间的接口。每个电气模拟传感器的值由工厂模拟控制，并由被测嵌入式系统读取（反馈）。同样地，被测嵌入式系统通过输出执行器控制信号来实现其控制算法。控制信号的变化导致工厂模拟中的变量值发生变化。例如，用于开发汽车防锁死制动系统的HIL仿真平台可以为工厂仿真中的以下每个子系统提供数学表示：

• 车辆动力学，如悬挂、车轮、轮胎、滚动、俯仰和偏航；
• 制动系统液压组件的动力学；
• 道路特性。

在许多情况下，开发嵌入式系统的最有效方法是将其与真实的工厂联系起来。在其他情况下，HIL仿真的效率更高。开发和测试效率的衡量标准通常是一个包括以下因素的公式。1、成本2、时间3、安全性4、可行性该方法的成本应衡量所有工具和努力的成本。开发和测试的时间影响到计划产品的上市时间。安全系数和开发时间通常等同于成本衡量。需要使用HIL仿真的具体条件包括：

• 提高测试质量
• 紧张的开发时间表
• 高负担率工厂
• 早期流程的人为因素开发

使用HIL通过增加测试覆盖率来提高测试质量。理想情况下，嵌入式系统将针对真实工厂进行测试，但在大多数情况下，真实工厂本身对测试的范围有限制。例如，把发动机控制单元当作真正的工厂来测试，会给测试工程师带来以下危险情况。

• 在某些ECU参数的范围内或范围外进行测试（例如，发动机参数等。
• 在故障条件下测试和验证系统

在上述测试场景中，HIL提供了一个高效的控制和安全环境，测试或应用工程师可以专注于控制器功能。

与大多数新的汽车、航空航天和国防项目相关的紧张开发时间表不允许嵌入式系统测试等待原型的出现。事实上，大多数新的开发项目假定HIL仿真将与工厂的开发同步进行。例如，当一个新的汽车发动机原型可用于控制系统测试时，95%的发动机控制器测试将使用HIL仿真完成。航空航天和国防工业甚至更有可能有严格的开发计划。飞机和陆地车辆开发项目正在使用桌面和HIL仿真来并行化设计、测试和集成。

在许多情况下，工厂比高保真、实时仿真器更昂贵，因此具有更高的可负担性。因此，当连接到HIL模拟器时，开发和测试比真实工厂更经济。对于喷气发动机制造商来说，HIL仿真是发动机开发的一个基本部分。飞机喷气发动机的全权限数字发动机控制器（FADEC）的开发就是一个高经济性工厂的极端例子。每台喷气发动机的成本可能达到数百万美元。相比之下，为测试喷气式发动机制造商的完整生产线而设计的HIL模拟器的成本可能只是单台发动机成本的十分之一。

HIL仿真是人因开发过程中的一个关键步骤，这种方法利用软件人因、人因研究和设计来确保可用性和系统一致性。对于实时技术，人因开发的任务是收集、分析和评估人因。