硬體在環（Hardware-in-the-Loop，簡稱HiL）模擬測試，是模型基於設計（Model-Based Design，簡稱MBD）驗證流程中的一個關鍵環節。該步驟至關重要，因為它整合了實際操作中將使用的全部硬體與軟體資源。HiL測試通常位於現場試驗之前，是模型在環（Model-in-the-Loop，簡稱MiL）、軟體在環（Software-in-the-Loop，簡稱SiL）或處理器在環（Processor-in-the-Loop，簡稱PiL）測試之後的最終階段。HiL模擬不僅能夠針對單個被測設備（Device Under Test，簡稱DUT）進行精確測試，而且還能對由多個被測設備構成的複雜系統進行全面的測試與驗證。

首圖 - 汽車HiL測試與Safran GNSS模擬器應用

在整個測試流程中：

• MiL（Model-in-the-Loop）模型在環：在PC上基於模型的測試，用以驗證控制演算法模型是否準確地實現了功能需求。
• SiL（Software-in-the-Loop）軟體在環：將模型生成代碼或手動編寫代碼，編譯成PC程式後進行測試，目的在於驗證代碼所實現的功能是否與模型一致。
• PiL（Processor-in-the-Loop）處理器在環：將代碼編譯成目標系統程式，在PC上虛擬目標硬體環境，用於驗證目標處理器上代碼與模型的一致性。

而 HiL（Hardware-in-the-Loop）硬體在環模擬測試 系統則是採用即時處理器運行模擬模型，模擬被控物件（如汽車、飛機等）的運行狀態，並判斷電控模組的性能。雖然這些測試都帶有“in the loop”的特性，但並非所有被測模組都需要閉環。例如，接收到某訊號用於車燈控制時，就不需要閉環；若在自動駕駛的HiL測試中，要用GNSS模擬器檢驗汽車運行，則需把自動駕駛儀輸出的資訊回饋給GNSS模擬器形成閉環。

在HiL測試中，一般根據其“在環”深度分為：

• ECU級（訊號級）：僅ECU軟硬體使用實物，閉環的其他部分採用虛擬模擬
• EPP級（驅動級）：ECU與執行機構使用實物，閉環的其餘部分用虛擬模擬
• System級（機械級）：系統元件用實物，閉環其他部分則由模擬系統提供

整個HiL測試系統核心通常包含：即時處理器、I/O介面與視覺化操作介面。即時處理器模擬場景、發送訊號，被測電控模組接收後對受控物件進行相應控制，以檢測性能；I/O介面則負責設備連接與訊號交換。如下圖所示：

圖一、HIL 硬體在環模擬測試系統

HiL測試的意義

HiL模擬測試可讓工程師在不進行真實戶外駕駛的情況下，瞭解硬體的實際世界性能：

• 縮短測試時間，提高測試效率
• 提供可複製與複用的流程，豐富測試功能
• 迴避車輛上路的法律法規與申請流程
• 可模擬不同天氣、環境下的邊緣極端情況
• 降低成本與時間浪費
• 模擬場景更安全，不存在真實風險

在自動駕駛領域，GNSS訊號模擬對HiL測試意義重大。一般可分為：

• 開環結構：由使用者自行輸入軌跡至GNSS模擬器，接收器輸出不影響軌跡
• 閉環結構：接收器輸出給導航演算法並驅動執行器，更新位置後再回傳GNSS模擬器進行下一輪射頻訊號模擬

圖二、GNSS 系統

在閉環中，模擬系統的延遲是一個關鍵因素，任何軌跡變化都應及時地反映到接收器的RF訊號輸入之中。

Safran軟體定義的GNSS模擬器

Safran 高性能GNSS模擬器具備靈活的軟體定義平臺、API，支援各GNSS星座與波形，解析度高、動態性能優秀，反覆運算率可達1000 Hz，且通道數幾乎無上限。廣泛應用於汽車HIL測試、導航晶片、消費電子、終端測試、航太類比及干擾抗性測試等領域。

圖三、Safran軟體定義的GNSS模擬器