text: 硬體在環模擬 (Hardware-in-the-loop simulation, HiL或HIL) ，是一種用於實時嵌入式系統的開發和測試技術。硬體在環模擬提供動態系統模型，可以模擬真實的系統環境，加入相關動態系統的數學表示法，並透過嵌入式系統的輸入輸出將其與模擬系統平臺相連。動態系統的數學表示法稱為「受控裝置模擬」，嵌入式系統控制模擬受控裝置，以測試系統。硬體在環的原理.硬體在環模擬必須包括感測器以及致動器的電子模擬，這些電子模擬是模擬的受控裝置以及待測嵌入式系統的介面。電子模擬感測器的數值是由模擬的受控裝置所控制，再由待測嵌入式系統讀取。待測嵌入式系統會實現控制演演算法，改變讓致動器控制訊號。控制訊號的變化就會改變模擬受控裝置的控制輸入以及內部狀態。例如，防鎖死煞車系統開發的HIL模擬平臺可能會有以下子系統的模擬受控裝置：用途.有些嵌入式系統，最快速測試的方式是將系統連線到真實的受控裝置。不過有些情形用HIL模擬會更有效率。開發及測試效率的評定，一般會包括成本、需要時間、安全以及可行性等因素。某一方案的成本需考慮其裝置以及投入心力的總成本。開發以及測試需要的時間會影響產品的上市時間。在費用評估時也會考慮安全因素以及開發時間。以下的一些情形會特別需要使用硬體在環模擬。強化測試品質.匯入HIL可以增加測試的範圍，因此可以強化測試的品質。理想上，嵌入式系統的測試要配合真實的受控體進行，不過真實的受控體會有一些限制，這些限制也會影響測試的範圍。例如，測試真實的引擎控制器可能會讓測試工程師處在以下的危險情境中：在上述的測試情境下，HIL可以有效的控制系統，並且提供安全的測試環境，讓測試工程師及應用工程師可以專注在控制器的效能上。開發時程緊湊.車輛、航太或是國防武器的開發時程緊湊，無法在有原型之後才開始測試。事實上，大部份新的開發時程都會假設在產品開發時，就已經同步進行HIL模擬。例如內燃機完成原型，可以配合控制系統測試時，其中95%的測試可能已經先用HIL模擬測試過。航太或國防產業常常會規劃相當緊的時程。飛機以及車輛的開發一般會用電腦以及HIL同時進行設計、測試以及整合。高負擔率的受控裝置.有些應用的實際受控裝置比高保真度的實時模擬器還貴，使用實際受控裝置的負擔率較高。因此配合HIL模擬器開發及測試會比用實際受控裝置要經濟。例如對於噴氣發動機製造商而言，HIL模擬是發動機開發的基礎。像開發飛機噴氣發動機的全權數字發動機控制就是高負擔率受控裝置的一個例子。噴氣發動機造價高達上百萬美元，相反的，進行噴氣發動機製造商完整測試所需要的HIL模擬器，價格可能只需要噴氣發動機的十分之一。不同領域的應用.車輛系統.在汽車應用當中「硬體在環模擬提供了一臺供系統確認級驗證用的虛擬車輛。」。由於在針對發動機控制器的效能及診斷機能評估，若都要在汽車內進行測試，會有耗時、昂貴而且無法重現的問題。HIL模擬可以讓開發者評估新的硬體及軟體對策，滿足品質相的要求以及的限制。在典型的HIL器中，會用特製的實時處理器處理模擬引擎動態的數學模型，而且I/O單元可以連線車輛的感測器及執行器連線到此係統，再用一些模擬器產生的車輛行為來確認系統的行為。在有提過幾種專門針對HIL的應用，也用依特殊需求訂製的簡化版HIL模擬器。例如若測試新發行的電子控制器軟體，可能會在開迴路下進行測試，因此不需要太多的引擎動態模型。此時的策略就限制在分析有控制輸入時的電子控制器輸出。此時微HIL系統是較簡單而且較經濟的對策。因為省略了複雜的模型處理，全階的HIL系統可以簡化為包括訊號產生器，I/O版，以及包括致動器訊號的面板的可攜型HIL系統。
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