为什么HIL仿真如此重要

现代嵌入式系统很少是因为某个组件出现故障而发生故障的。它们的故障往往源于软件、电子元件、通信系统、传感器和物理系统之间的交互行为出现意外情况。HIL 的存在正是为了在产品投入实际应用之前,揭示这些交互中的问题。

Averna 并不将 HIL 视为一项独立的活动,而是将其视为一个更广泛的验证连续体的一部分,该连续体涵盖基于模型的开发、软件在环(SIL)、硬件在环(HIL)、系统集成以及制造测试。 HIL仿真位于XIL(MIL、SIL、PIL等)谱系的硬件端:控制器基于实时工艺模型(有时是完整的数字孪生)运行,而非基于一组静态输入。

由 Spherea 提供技术支持的 Averna 使您能够将 HiL、实时仿真、仪器仪表、射频、视觉、自动化和质量数据整合到一个验证计划中。这使得完整系统能够在真实运行条件下进行验证,同时降低原型成本并加速开发进程。

该集成方案专为关键任务应用以及新一代嵌入式和联网产品而设计。Averna 的 HiL 解决方案可帮助您:

  • 通过可重复、受控的测试更早地发现缺陷
  • 在难以通过物理方式再现的罕见或危险运行条件下验证系统行为
  • 在部署前验证其安全性和可靠性
  • 减少不必要的硬件和设备
  • 通过自动化和可重用测试架构实现规模验证

Averna 如何开展 HIL 测试

Averna 构建的硬件在环(Hardware-in-the-Loop)环境基于一个简单原则:在产品生命周期早期开发的验证资源,应能在资格认证阶段乃至投产后仍保持其价值。

这种方法有助于加快开发进度,同时保持可追溯性和测试覆盖率。虽然每个项目各不相同,但大多数硬件在环(HiL)项目都遵循类似的迭代流程:

  1. 第一阶段

    定义验证目标

    每个HIL项目都始于对验证对象的清晰理解。在开发任何仿真模型或测试用例之前,Averna会与工程团队合作,梳理关键需求以及最重要的故障场景。 
  2. 第二阶段

    构建一个实时仿真环境

    正是逼真的仿真环境,才使得测试结果具有实际意义。Averna 开发的实时模型能够再现系统、其传感器及其周围环境在正常和异常条件下的工作行为。 
  3. 第03阶段

    集成物理硬件

    模拟环境准备就绪后,将物理硬件连接到HIL系统。对系统进行整体测试,而不是逐个子系统进行测试。
  4. 第04阶段

    执行自动化测试计划

    自动化执行使您能够在各种运行条件下评估系统行为。可重复的测试序列减少了导致验证过程延迟的手动工作,并能揭示所有隐藏的问题。
  5. 第05阶段

    分析结果并优化系统性能

    通过审查测试数据来确认需求并发现意外行为。验证过程中获得的见解随后会在部署前反馈到软件和控制策略中。

关键任务应用的复杂系统验证

硬件在环(HIL)测试已广泛应用于各行各业,因为它是质量控制流程中不可或缺的一部分。Averna 将 HIL 技术应用于不同的市场和用例,例如:

汽车系统

在整车集成之前,对ECU、动力总成控制系统、电子系统和车辆通信网络进行验证。HIL平台支持根据ISO 26262等功能安全要求进行验证。

示例:发动机控制器、变速箱系统、CAN网络

ADAS 与自动驾驶

在可重复的真实世界场景下,对传感器融合、感知系统和决策算法进行评估。

示例:雷达、摄像头系统、激光雷达集成、紧急制动

电动汽车动力总成

对电池管理系统、逆变器、充电系统和能源管理策略进行验证。基于FPGA的模型可再现高频开关过程,用于逆变器和电机控制的验证。

示例:电池管理系统(BMS)、电机控制、充电基础设施

航空航天

验证飞行关键电子设备、航空电子设备、作动系统和通信架构。Averna 支持根据 DO-178C 等机载软件标准开展认证工作。

示例:飞行控制计算机、航空电子总线、作动器控制系统

国防

在性能受限和人为故障的运行条件下,对指挥系统、通信系统、雷达处理系统和嵌入式电子设备进行验证。

示例:战术通信、雷达系统、任务计算机

电力与能源

对自动化、电力电子、电网应用和工业设备中使用的控制系统进行验证。Power-HIL 系统为高压场景增加了再生电源。

示例:PLC、电力转换器、微电网

铁路系统

在进行轨道集成之前,应针对实际运行场景对列车控制和信号电子系统进行评估。这些系统支持根据铁路安全标准(如 EN 50129)进行验证。

示例:列车控制与管理系统(TCMS)、ETCS车载单元、制动控制电子设备

射频与微波

在可重复的信号条件下,对射频和音频放大器控制器进行闭环 HiL 验证。

示例:射频放大器、无线通信系统、雷达电子设备、微波子系统

Averna 用于嵌入式系统测试的硬件在环平台

Averna 在最成熟的测试与测量平台上设计 HIL 系统,其中包括艾默生/NI(Emerson/NI)——Averna 在该平台拥有“钻石级合作伙伴”资质。除此之外,Averna 还开发了针对特定领域进行优化的自有平台。这些平台既可作为大型定制项目中即用型构建模块,也可作为独立项目的起点。
Dite

DITE – HiL 测试平台

用于嵌入式和控制系统验证的集成式实时 HiL 硬件平台。

  • 通过原生 MATLAB/Simulink 和 SCADE 集成运行实时工艺模型
  • 模块化、多节点架构,可随程序扩展
  • 机架式和便携式机型,包括适用于机载环境的 ARINC 600 机型
查看系统
U-Test 监视器

U-TEST – SiL 测试平台

用于SiL和HiL的实时测试与仿真环境。

  • 执行模型并管理实时测试序列
  • Bridges 在同一环境中实现软件在环和硬件在环
  • 支持第三方工具和商用现成仪器
  • 集成了来自 MATLAB/Simulink、FMI 2.0/3.0、AmeSim 和 SCADE 的模型

讨论您的HIL测试要求

请告诉我们您的项目目前进展到哪一步,以及需要进行哪些验证。Averna 的 HiL 测试工程师可协助您规划一个既符合您的时间表,又适应您的控制器架构的系统。

联系我们

Averna HIL 系统的验证能力

Averna 的 HIL 功能是一套整合到单一程序中的测试功能,而非逐项销售。下文中的每个构建模块都会根据被测系统及其必须满足的测试条件进行组合和调整。

实时仿真与系统建模

有意义的HIL测试结果取决于一个能够像真实环境一样做出反应的工厂模型。Averna的硬件和软件测试工程师在这些程序所依赖的实时测试工具链方面拥有深厚且经过认证的专业知识,包括LabVIEW、VeriStand、TestStand以及MathWorks的SimuLink和MATLAB。

您将获得一个闭环测试环境,被测设备在此环境中能够以真实世界的时间间隔接收逼真的刺激信号,从而在实验室中重现并研究那些原本仅会在现场出现的行为。

信号接口与故障注入

HIL测试台的真实性取决于其与硬件的接口。Averna通过信号调理来管理模拟和数字I/O,以匹配每个控制器的电气特性。

故障注入是该层的核心:可根据需求引入开路、短路、传感器失效和总线错误,以验证系统能否检测到这些故障并做出安全响应。 您不仅能获得产品正常工作的证明,还能获取产品故障的证据,这些数据将用于故障分析,从而追溯间歇性缺陷的根本原因。

自动化测试执行与回归测试

对于关键系统必须考虑的数千种条件而言,手动验证难以实现规模化。Averna可实现测试序列的自动化,使其能够无人值守地运行,并可在需要时完全重复执行。随后,回归测试可确认每个新软件构建版本仍能通过前一版本通过的所有测试,而需求可追溯性则将每个结果追溯到其所验证的规范,从而在整个项目过程中保持测试覆盖率的可见性。

支持的通信协议

HIL 平台应与控制器采用相同的通信协议。Averna 的系统可与嵌入式和航空电子架构中常见的总线进行交互,且该平台的设计使其能够根据程序需求扩展至其他总线。

域名

支持的接口示例

汽车

CAN、LIN、汽车以太网、FlexRay

航空航天与国防

ARINC 429、AFDX、MIL-STD-1553

一般情况

模拟和数字I/O、以太网、OPC UA、MQTT、Modbus


 

案例研究

用于ADAS和自动驾驶的传感器融合XIL测试平台

自动驾驶汽车
一家领先的汽车原始设备制造商(OEM)与Averna合作,通过HIL仿真,使其传感器融合验证过程具备更高的可控性和可重复性。
  • 一种将录制数据回放与基于场景的仿真相结合的HIL平台,可在真实和虚拟环境中实现持续、可控的验证
  • 通过实时多传感器刺激(雷达、摄像头、超声波)在系统层面模拟一致的感知输入
  • 与车辆电子控制单元(ECU)和车载网络进行闭环集成,根据系统响应动态调整测试条件
Averna 通过使硬件在环测试具备可扩展性、可重复性,并更贴近实际工况,从而实现了更快、更可预测的验证周期。

利用HIL测试加快验证进程

最成功的开发项目不会等到硬件集成阶段才去探索系统行为。它们从一开始就将验证工作融入开发流程。HIL 通过为工程师提供一个可重复的环境,使这一切成为可能——工程师可以在产品投入实际应用之前很久,就利用该环境评估性能、注入故障、验证需求并改进设计。

欢迎联系 Averna,探讨如何制定您自己的战略。