汽車HiL測試的概念
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。
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，它的輸出是經過驗證的控制演算法模型，其作用是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：將模型生成代碼或者手工編寫代碼，編譯成PC程式，在PC上的測試。它的輸出是經過驗證的嵌入式代碼，其作用是在PC上驗證代碼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，然後在PC上虛擬目標硬體環境，並進行測試。它的輸出是經過驗證的目的程式，其作用是在目標處理器上驗證代碼實現的功能是否與模型一致 。
然而，HiL（Hardware-in-the-Loop）硬體在環模擬測試系統是採用即時處理器運行模擬模型來類比受控物件（比如：汽車、飛機等設備）的運行狀態，以此判斷電控模組的性能。雖然這一系列的測試都有在環（in the loop）的意思，但是卻不是全部的被測模組都帶有閉環的。比如接收到某訊號要用於車輛的車燈控制，這種情況下我們就不需要閉環，但是如果在自動駕駛的HiL測試中，想使用GNSS模擬器測試汽車運行是否正常，就需要把自動駕駛儀的資訊返回到GNSS模擬器中形成閉環，再進行下一個軌跡的模擬。
在HiL測試中，一般根據它在環的深度分為幾個層級：
- ECU級：也可以稱之為訊號級，僅僅ECU軟硬體採用實物，閉環回路的其他組成部分均採用虛擬模擬系統；
- EPP級：也可以稱之為驅動級，EPP是Electrical Power Package的縮寫， ECU及執行機構採用實物，閉環回路的其他組成部分採用虛擬模擬系統；
- System級：也可以稱之為機械級，系統元件採用實物，閉環回路其他組成部分採用虛擬模擬系統；
總的來說，HiL測試系統主要由三個基本部分組成，分別是即時處理器、I/O介面和視覺化的操作介面，其中即時處理器是整個HiL測試系統的核心部分。即時處理器運行場景，發送訊號，被測電控模組收到後對受控物件做出相應的控制，以此判斷電控模組的性能。透過I/O介面與被測的設備/模組連接，對被測系統進行全方面的、系統的測試，如下圖：
圖一、HIL 硬體在環模擬測試系統
HiL測試的意義
HiL模擬測試可以使得工程師瞭解硬體在現實世界中的性能，而無需將其帶到戶外測試：
- 提高測試效率：用更短的時間內完成現實中可能需要駕駛數萬公里才能完成的測試內容
- 提供豐富的測試功能並實現測試平臺的複用性，實現可複製可複用的測試流程
- 規避車輛上路測試的法律法規與申請流程
- 測試天氣、環境等不同需求下的邊緣與極端情況
- 極大的節省了時間和經濟成本
- 模擬場景下安全性較高
GNSS模擬在HiL測試中的作用
在閉環體系結構中，模擬系統的延遲是一個關鍵參數。理想情況下，任何軌跡修改都應立即反映在GNSS接收器的RF輸入上。
在汽車HiL測試中，GNSS是最重要組成部分，為了準確安全地實現車輛定位與導航，現在的車輛都會使用多個感測器以及複合定位導航技術，因此需要進行感測器融合測試確保結果安全可靠。
GNSS 系統在感測器融合中發揮著至關重要的作用，GNSS 是一輛車上唯一可以提供絕對位置與絕對時間的感測器，且不受光照、地理位置、天氣狀況的影響。GNSS 接收機不是作為一個獨立的設備進行測試，而是與其他模擬器、設備和感測器整合，存在兩種類型的HiL架構。
- 開環結構：在這種結構中，GNSS接收器（和一般的感測器）的輸出不用於控制車輛的軌跡。因此，它是由用戶強加的，不一定是確定性的，因為它可以即時更新。這可能是飛行模擬器的情況，其中軌跡是由用戶現場駕駛併發送給GNSS模擬器的。
- 閉環結構：在這種結構中，GNSS接收器（和一般的感測器）的輸出被用於導航演算法，該演算法更新控制車輛的執行器。執行器的輸出被用來更新發送到GNSS模擬器的車輛位置。在這種情況下，GNSS接收器計算出的位置對模擬軌跡有直接影響，因此對廣播給GNSS接收器的射頻訊號也有影響。
圖二、GNSS 系統
在閉環體系結構中，模擬系統的延遲是一個關鍵參數。理想情況下，任何軌跡修改都應立即反映在GNSS接收器的RF輸入上。
Safran軟體定義的GNSS模擬器
Safran高性能GNSS類比器具有靈活的軟體定義平臺和API，且支援所有的GNSS星座與波形，具有超高的精度，解析度，以及動態性能，類比反覆運算率可達1000 Hz，強大的軟體定義實現通道數無限制。廣泛應用於汽車HIL測試，導航晶片、消費電子、終端測試，航空航太類比，以及干擾抵抗測試等領域。
