Как применяется полунатурное моделирование для тестирования электронных систем автомобиля

История автомобилестроения началась 29 января 1886 года, когда Карл Бенц представил представил миру первый коммерческий автомобиль — Benz Patent-Motorwagen. За прошедшие годы требования к автомобилям значительно возросли: теперь важны безопасность, экологичность, экономичность и комфорт. Современные автомобили представляют собой сложные комплексы программных и аппаратных компонентов, состоящие из множества электронных блоков управления (ЭБУ), каждый из которых контролирует определенную систему, будь то двигатель, тормоза, климат контроль или мультимедийная система.

Традиционные подходы к тестированию автомобильных блоков управления путем испытаний физических образцов стали неэффективными и дорогостоящими. Решением возникшей проблемы стала технология Hardware-in-the-Loop-моделирования, позволяющая проводить испытания автомобильных систем виртуально еще на стадии их проектирования.

Суть HIL-тестирования заключается в создании цифрового двойника реальной системы. Вместо того чтобы строить дорогостоящий прототип автомобиля с двигателем, трансмиссией и ходовой частью, инженеры подключают реальный физический контроллер например, блок управления двигателем к мощному вычислительному комплексу. Именно поэтому HIL-тестирование в русскоязычной среде именуется как полунатурное в связи с использованием комбинированной системы, состоящей из натурного компонента (аппаратного контроллера) и искусственного окружения (программной симуляции). Этот комплекс в реальном времени имитирует все процессы, которые происходили бы в настоящем двигателе: вращение коленвала, работу форсунок, показания датчиков кислорода и детонации. Контроллер думает, что управляет реальным агрегатом, и посылает команды, которые симулятор интерпретирует и изменяет условия симуляции.

Помимо очевидной экономии на создании бесчисленных прототипов, HIL-тестирование позволяет воссоздавать критические и жизненно опасные сценарии бесчисленное количество раз, добиваясь идеально слаженной работы всех систем автомобиля. Особую актуальность это приобретает при разработке систем помощи водителю (ADAS) и элементов автономного управления, где тестирование обязано охватывать тысячи потенциально опасных ситуаций, которые просто невозможно безопасно воссоздать в реальном мире.

HIL-тестирование применяется не только в автопроме, но и в аэрокосмической отрасли (для симуляции полетов и испытаний оборудования), энергетике (для тестирования защитных систем) и промышленной автоматизации (для отладки систем управления). В целом технология HIL-моделирования ускоряет и удешевляет разработку любых управляющих систем и аппаратных комплексов.

Источник: Engineering