一种硬件在环仿真环境模型自动生成系统及方法

摘要

本发明公开了一种硬件在环仿真环境模型自动生成系统，其包括：上位机；分别以上位机为模型载体设置的硬件参数配置模块、物理模型配置模块、分别与硬件参数配置模块和物理模型配置模块连接的逻辑关联模块、与逻辑关联模块连接的信号突变曲线注入设置模块；与信号突变曲线注入设置模块连接的参数检查模块、与参数检查模块连接的模型生成模块以及编译下载模块。本发明可使仿真环境设计与仿真模型搭建自动化，缩短了硬件在环仿真测试时间，固化了测试构架，同时降低了人员水平要求。此外，本发明还公开了一种硬件在环仿真环境模型自动生成方法。

说明书

技术领域

本发明涉及硬件在环仿真技术领域，具体涉及一种硬件在环仿真 环境模型自动生成系统及方法。

背景技术

硬件在环仿真测试系统（Hardware-in-the-Loop，HiL）是以实时 处理器运行仿真模型来模拟受控对象的运行状态，通过I/O接口与被 测的电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）连接，对被测ECU 进行全方面的、系统的测试。从安全性、可行性和合理的成本上考虑， 硬件在环仿真测试已经成为ECU开发流程中非常重要的一环，减少了 实车路试的次数，缩短开发时间和降低成本的同时提高ECU的软件质 量，降低汽车厂的风险。

目前，在硬件在环仿真测试中，仿真模型搭建的工作量是十分庞 大的，会耗费大量的时间及人力，并且由于仿真模型搭建人员水平的 不同，导致仿真模型调试的工作难易程度也不同，导致硬件在环仿真 测试的时间周期长且十分不可控。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是，通过提供一种硬件在环仿真环境 模型自动生成系统及方法，以克服现有技术中存在的不足，使仿真模 型搭建自动化，缩短硬件在环仿真测试时间。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明硬件在环仿真环境模型自动生成系统包 括：上位机，作为仿真环境设计及模型自动生成的载体；以上位机为 模型载体设置的硬件参数配置模块，用于配置硬件参数并生成信号初 始值；以上位机为模型载体设置的物理模型配置模块，用于选择和配 置物理模型并生成虚拟控制器；以上位机为模型载体设置的逻辑关联 模块，其分别与硬件参数配置模块和物理模型配置模块连接，用于将 生成的信号初始值与生成的虚拟控制器进行连接；以上位机为模型载 体设置的信号突变曲线注入设置模块，其与逻辑关联模块连接，用于 导入信号突变曲线；以上位机为模型载体设置的参数检查模块，其与 信号突变曲线注入设置模块连接，用于对界面中的给值和配值进行检 查；以上位机为模型载体设置的模型生成模块，其与参数检查模块连 接，用于对检查后的给值和配值进行检查并生成最终的硬件在环仿真 环境模型；以及以上位机为模型载体设置的编译下载模块，用于对自 动生成的硬件在环仿真环境模型进行编译和下载。

优选地，硬件参数配置模块包括：信息导入子模块，用于导入初 始信息；与信息导入子模块连接的信息存储子模块，用于存储导入的 初始信息；以及与信息导入子模块和/或信息存储子模块连接的信息 检查子模块，用于对初始信息进行检查。

优选地，所述物理模型配置模块包括：模型选择子模块，用于选 择需要测试的物理模型；与模型选择子模块连接的模型参数配置子模 块，用于对所选择的物理模型参数进行配置；与模型参数配置子模块 连接的虚拟控制器预生成判断子模块，用于根据所选择的物理模型自 动判断需要生成的虚拟控制器；以及与虚拟控制器预生成判断子模块 连接的虚拟控制器参数配置提示子模块，用于提示使用者进行虚拟控 制器生成前的必要参数配置。

优选地，所述模型生成模块包括：硬件接口模型子模块，用于和 所需测试的硬件设备连接；用户操作接口，其包含多个方法测试接口， 用于实现多种不同方法的测试。

优选地，所述多个方法测试接口分别包括虚拟驾驶接口、系统调 试接口、全手动测试接口、信号突变曲线单个注入接口和信号突变曲 线分组注入接口中的两个或两个以上。

优选地，所述逻辑关联模块包括发动机启动信号关联、电机需求 扭矩信号关联、电机转速反馈信号关联、电池电压关联、电池电流关 联以及继电器开关信号关联中的一个或多个。

优选地，所述虚拟控制器预生成判断子模块包括上电时间提示、 控制器初始化时间提示、扭矩闭环确认提示、转速闭环确认提示和快 放提示中的一个或多个。

优选地，所述物理模型配置模块还包括信号阀值监控报错子模 块，用于辅助使用者根据导入的初始信息选择是否使部分信号具备阀 值监控并自动报出错误等级。

本发明在环仿真环境模型自动生成方法是基于上述的硬件在环 仿真环境模型自动生成系统进行的，该方法主要包括步骤：S1：开启 上位机，通过硬件参数配置模块导入初始信息以配置硬件参数，直至 生成信号初始值；S2：通过物理模型配置模块选择物理模型，并对物 理模型参数进行配置，直至生成虚拟控制器；S3：通过逻辑关联模块 将生成的信号初始值和生成的虚拟控制器连接，实现逻辑关联；S4： 根据关联后的提示，通过信号突变曲线注入设置模块选择是否导入信 号突变曲线并确定；S5：通过参数检查模块对每个步骤的设置及模型 生成的步骤和参数进行检查；S6：检查无误后，通过模型生成模块开 始生成最终的硬件在环仿真环境模型；S7：通过编译下载模块自动编 译生成的模型，并将模型下载到硬件在环测试设备的实时处理中，进 行后续工作。

优选地，步骤S1中所述的初始信息包括测试信息和CAN协议文 件。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1）本发明硬件在环仿真环境模型自动生成系统通过设置硬件参 数配置模块、物理模型配置模块、逻辑关联模块、信号突变曲线注入 设置模块、参数检查模块、模型生成模块及编译下载模块等，并将各 模块之间进行有序结合，可使仿真环境设计与仿真模型搭建一体化、 快速化，缩短了硬件在环仿真测试时间，同时固化了测试构架，降低 了人员水平要求；

2）本发明的硬件参数配置模块可以导入初始信息、自动检查导 入信息并进行储存，实现了硬件参数的灵活配置，同时还可生成信号 初始值，为硬件在环仿真环境模型系统的自动生成奠定了基础；

3）本发明的物理模型配置模块可以选择物理模型，并可对所选 择的物理模型进行参数配置，并通过这些工作生成虚拟控制器，同样 也为硬件在环仿真环境模型系统的自动生成奠定了基础；

4）本发明的逻辑关联模块可以将生成的信号初始值与生成的虚 拟控制器进行连接匹配，将生成的虚拟控制器与物理模型及相关信息 参数等构成关联；

5）本发明的参数检查模块可以在模型生成之前，检查每个步骤 的设置是否都正常完成，检查是否有模型生成缺失的步骤或参数，并 进行提示；

6）本发明的模型生成模块可基于上述环节自动生成硬件在环仿 真环境模型，同时还生成了包含多种测试方法的使用者操作接口，为 后续的硬件仿真测试奠定基础；

7）本发明的编译下载模块可自动编译生成的模型，并可将模型 下载到硬件在环测试设备的实时处理器中，为生成的模型与硬件仿真 测试建立了对接桥梁；

6）本发明硬件在环仿真环境模型自动生成系统实现了仿真模型 搭建自动化，可用于多种硬件在环仿真环境模型的自动搭建，市场（尤 其是汽车领域）潜力巨大。

附图说明

图1是本发明硬件在环仿真环境模型自动生成系统的结构示意 图；

图2是作为本发明硬件在环仿真环境模型自动生成系统载体的 上位机与硬件在环测试设备连接示意图；

图3是本发明硬件在环仿真环境模型自动生成方法的工艺步骤 图。

附图标记说明：1-硬件参数配置模块；2-物理模型配置模块；3- 逻辑关联模块；4-信号突变曲线注入设置模块；5-参数检查模块；6- 模型生成模块；7-编译下载模块；8-上位机；9-硬件在环测试设备。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。需要说明的是，附 图仅用于解释本发明，是对本发明实施例的示意，而不能理解为对本 发明的限定。

如图1、图2所示，本发明硬件在环仿真环境模型自动生成系统主 要包括：上位机8，以及分别以上位机8为模型载体设置的硬件参数配 置模块1、物理模型配置模块2、逻辑关联模块3、信号突变曲线注入 设置模块4、参数检查模块5、模型生成模块6和编译下载模块7。上位 机8主要用作仿真环境设计及模型自动生成的载体；硬件参数配置模 块1用于配置硬件参数并生成信号初始值；物理模型配置模块2用于选 择和配置物理模型并生成虚拟控制器；逻辑关联模块3分别与硬件参 数配置模块1和物理模型配置模块2连接，用于将生成的信号初始值与 生成的虚拟控制器进行连接；信号突变曲线注入设置模块4与逻辑关 联模块3连接，用于导入信号突变曲线；参数检查模块5其与信号突变 曲线注入设置模块4连接，用于对界面中的给值和配值进行检查；模 型生成模块6与参数检查模块5连接，用于对检查后的给值和配值进行 检查并生成最终的硬件在环仿真环境模型；编译下载模块7用于对自 动生成的硬件在环仿真环境模型进行编译和下载。

具体地，硬件参数配置模块1主要包括信息导入子模块、信息存 储子模块和信息检查子模块等。信息导入子模块可用来导入初始信 息，如导入测试信息、CAN协议文件等；信息存储子模块与信息导入 子模块连接，可对导入的初始信息进行存储；信息检查子模块信息导 入子模块和/或信息存储子模块连接，可对初始信息进行检查，如： 检查所导入的硬件配置信息及CAN协议是否可以使用，检查硬件配置 信息是否有错误的设置，模拟通道输出电压超出被测控制器保护电 压，设置的控制器工作电压是否在控制器工作电压范围之内，设置的 通道是否属于不可使用的或已经被占用的通道，CAN协议文件是否为 正常可用的文件等。硬件参数配置模块1生成的信号初始值（即初始 值给定），可保证系统调试时，给出一组绝对不会使系统报出任何故 障的调试用数值，在应对复杂系统时将有很大帮助，该数值无法直接 修改，避免在自动生成系统完成模型生成后，使用者手动生成所产生 的误操作。

物理模型配置模块2主要包括模型选择子模块、模型参数配置子 模块、虚拟控制器预生成判断子模块以及虚拟控制器参数配置提示子 模块等。模型选择子模块可用于选择需要测试的物理模型；模型参数 配置子模块与模型选择子模块连接，可用于对所选择的物理模型参数 进行配置；虚拟控制器预生成判断子模块与模型参数配置子模块连 接，可用于根据所选择的物理模型自动判断需要生成的虚拟控制器； 虚拟控制器参数配置提示子模块与虚拟控制器预生成判断子模块连 接，可用于提示使用者进行虚拟控制器生成前的必要参数配置，虚拟 控制器预生成判断子模块包括上电时间提示、控制器初始化时间提 示、扭矩闭环确认提示、转速闭环确认提示和快放提示中的一个或多 个。具体地，使用者可依据自己的意图选择物理模型，如选择系统中 有电机、电池、发动机，同时配置物理模型的参数，如电机的效率 MAP图，电池的内阻，发动机的外特性曲线、万有特性曲线等，之 后根据所选的物理模型自动判断需要生成的虚拟控制器，而后会提示 使用者需配置虚拟控制器内的必要参数，如上电时间、控制器初始化 时间、是否需要扭矩闭环、是否需要转速闭环、是否具备快放功能， 以及根据之前导入的测试信息、CAN协议让使用者选择是否使部分 信号具备阀值监控自动报出错误等级的功能。最后则构成一个满足使 用者意图的虚拟控制器。

逻辑关联模块3主要包括发动机启动信号关联、电机需求扭矩信 号关联、电机转速反馈信号关联、电池电压关联、电池电流关联以及 继电器开关信号关联中的一个或多个。逻辑关联模块3可实现虚拟控 制器与之前选择的物理模型及硬件参数等之间建立起必要的信号连 接，如发动机的启动信号，电机的需求扭矩信号，电机的转速反馈信 号等。匹配完成之后虚拟控制器与物理模型则构成了联系。

信号突变曲线注入设置模块4会提示用户是否需要进行“插装” （即信号突变曲线注入设置），若需要则会提示用户导入信号突变曲 线，该曲线在用户导入时一般是分布在时间轴上离散的点，使用者可 以选择3种离散点构成连续曲线的方式，如分别为阶跃、直线插值、 平滑插值，信号突变曲线可使某单个、或多个信号在仿真测试的任意 时刻发生预期设定的信号突变，且可设定重复的次数以及发生的频 率，没有进行设置的信号不受影响。在导入信号突变曲线时，本发明 自动生成系统会检查导入的曲线与之前的硬件配置及CAN协议所描 述的信号是否匹配，曲线数值是否可用，比如会检查发送的曲线数值 是否在硬件参数配置、CAN协议的范围之内。

参数检查模块5在模型生成之前，检查每个步骤的设置是否都正 常完成，检查是否有模型生成缺失的步骤或参数，并进行提示。

模型生成模块6主要包括硬件接口模型子模块、用户操作接口 等。硬件接口模型子模块可用来和所需测试的硬件设备连接；用户操 作接口包含多个方法测试接口，可分别用来实现多种不同方法的测试, 多个方法测试接口优选分别包括虚拟驾驶接口、系统调试接口、全手 动测试接口、信号突变曲线单个注入接口和信号突变曲线分组注入接 口中的两个或两个以上。具体地，模型生成模块6可基于MATLAB 软件，其原理可用于所有可视化编程软件，可保证生成模型是可以直 接运行的一个按照既定顺序生成的模型，同时在用户操作接口处会生 成包含多种测试方法的接口，比如虚拟驾驶、系统调试、全手动测试、 信号突变曲线单个注入、信号突变曲线分组注入。整个模型生成顺序 可以保证不出现代数环错误。

编译下载模块7可自动编译生成的模型，并将生成的模型下载到 硬件在环测试设备9的实时处理器中（如图2），以便进行后续测试 工作等。

此外，如图3所示，本发明基于上述硬件在环仿真环境模型自动 生成系统还提供了一种硬件在环仿真环境模型自动生成方法，该方法 主要包括如下步骤：S1：开启上位机8，通过硬件参数配置模块1导 入初始信息以配置硬件参数，直至生成信号初始值；S2：通过物理模 型配置模块2选择物理模型，并对物理模型参数进行配置，直至生成 虚拟控制器；S3：通过逻辑关联模块3将生成的信号初始值和生成的 虚拟控制器连接，实现逻辑关联；S4：根据关联后的提示，通过信号 突变曲线注入设置模块4选择是否导入信号突变曲线并确定；S5：通 过参数检查模块5对每个步骤的设置及模型生成的步骤和参数进行 检查；S6：检查无误后，通过模型生成模块6开始生成最终的硬件在 环仿真环境模型；S7：通过编译下载模块7自动编译生成的模型，并 将模型下载到硬件在环测试设备的实时处理中，进行后续工作。其中， 步骤S1中的初始信息跟本文上述的一致，如测试信息和CAN协议文 件等。

从上述实施例看出，本领域普通技术人员在不经过创造性劳动的 前提下是无法实现本发明的技术方案的，可见本发明对于本领域普通 技术人员来说是非显而易见的；此外，本发明能够带来如下诸多有益 效果：本发明硬件在环仿真环境模型自动生成系统通过设置硬件参数 配置模块1、物理模型配置模块2、逻辑关联模块3、信号突变曲线注 入设置模块4、参数检查模块5、模型生成模块6及编译下载模块7等， 并将各模块之间进行有序结合，可使仿真环境设计与仿真模型搭建一 体化、快速化，缩短了硬件在环仿真测试时间，同时固化了测试构架， 降低了人员水平要求；硬件参数配置模块1可以导入初始信息、自动 检查导入信息并进行储存，实现了硬件参数的灵活配置，同时还可生 成信号初始值，为硬件在环仿真环境模型系统的自动生成奠定了基 础；物理模型配置模块2可以选择物理模型，并可对所选择的物理模 型进行参数配置，并通过这些工作生成虚拟控制器；逻辑关联模块3 可以将生成的信号初始值与生成的虚拟控制器进行连接匹配，将生成 的虚拟控制器与物理模型及相关信息参数等构成关联；参数检查模块 5可以在模型生成之前，检查每个步骤的设置是否都正常完成，检查 是否有模型生成缺失的步骤或参数，并进行提示；模型生成模块6可 基于上述环节自动生成硬件在环仿真环境模型，同时还生成了包含多 种测试方法的使用者操作接口，为后续的硬件仿真测试奠定基础；编 译下载模块7可自动编译生成的模型，并可将模型下载到硬件在环测 试设备的实时处理器中，为生成的模型与硬件仿真测试建立了对接桥 梁。此外，本发明硬件在环仿真环境模型自动生成系统实现了仿真模 型搭建自动化，可用于多种硬件在环仿真环境模型的自动搭建，市场 （尤其是汽车领域）潜力巨大。

需要说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限 制本发明，凡在发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、 改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。