實時測試技術(shù)指在一個實時環(huán)境中實現(xiàn)測試應(yīng)用，主要用于幫助測試系統(tǒng)獲得更高的可靠性和/或確定性。因此，實時測試技術(shù)在許多產(chǎn)品和系統(tǒng)的開發(fā)過程中扮演者重要的角色。比如對耐用性，使用壽命有要求以及其它一些需要長期持續(xù)運行或者需要在無人值班的情況下運行的測試系統(tǒng)，這些系統(tǒng)要求實時執(zhí)行平臺提供卓越的可靠性。需要使用實時測試技術(shù)的例子還包括環(huán)境試驗單元，測功機，硬件在環(huán)(HIL)仿真器以及其他類似的執(zhí)行閉環(huán)控制的測試系統(tǒng)，這些系統(tǒng)要求實時執(zhí)行平臺具有低抖動確定性。通過研究幾個實時測試(RTT)的應(yīng)用，我們可以看到它們是如何演變以應(yīng)對當(dāng)今測試工程師所面臨的各種挑戰(zhàn)的。

實時測試技術(shù)

一個常見的實時測試技術(shù)就是利用閉環(huán)控制，自動操縱測試系統(tǒng)中的物理變量，如溫度、位置、扭矩或加速。例如，實現(xiàn)一個環(huán)境測試系統(tǒng)，如壓力艙，測試艙除了需要給待測單元(UUT)提供激勵并查看其響應(yīng)之外，還必須在達到特定的狀態(tài)時實現(xiàn)以上這些功能。由于倉內(nèi)的壓力受到諸多因素的影響，如艙漏氣或UUT的特性變化等，測試工程師必須使用一個閉環(huán)控制算法以監(jiān)測壓力傳感器的數(shù)值并自動調(diào)整壓縮機和安全閥的控制信號，使實時壓力曲線與測試計劃中所要求的一致。要實現(xiàn)這樣的自動控制，閉環(huán)控制系統(tǒng)必須在確定的時間間隔內(nèi)，檢測系統(tǒng)狀態(tài)并調(diào)整控制命令。

圖 1 諸如壓力艙這樣的實時測試系統(tǒng)使用閉環(huán)控制系統(tǒng)以自動實現(xiàn)測試計劃所需的壓力條件。

另一個例子是硬件在環(huán)測試。這一實時測試應(yīng)用可以更加有效地測試電子控制系統(tǒng)。一個電子控制系統(tǒng)由電子控制單元(ECU)及其所控制的系統(tǒng)或環(huán)境組成。

當(dāng)測試一個電子控制系統(tǒng)時，由于諸如安全性、系統(tǒng)可實現(xiàn)性或者成本等方面的考慮，可能使得無法在一個完整的系統(tǒng)中執(zhí)行所有所需的測試。然而，由于ECU和系統(tǒng)的其它部分之間的閉環(huán)耦合，使得我們不使用完整系統(tǒng)就無法充分測試電子控制單元的性能。

硬件在環(huán)仿真使用了代表該系統(tǒng)的其他部分的軟件模型來模擬被測試的控制單元和系統(tǒng)的其余部分之間的傳感器和執(zhí)行器的交互。它可以為ECU創(chuàng)建一個虛擬環(huán)境，保持了系統(tǒng)內(nèi)的閉環(huán)耦合。為了準(zhǔn)確模擬傳感器和執(zhí)行器的交互，測試系統(tǒng)必須在連續(xù)或確定的時間間隔內(nèi)高確定性的執(zhí)行模型的計算。

圖2 硬件在環(huán)測試(HIL)是一種實時測試技術(shù)，它使用軟件來模擬缺失的系統(tǒng)組件從而完成電子控制設(shè)備的測試。

實時測試(RTT)系統(tǒng)的演變

隨著產(chǎn)品和系統(tǒng)的復(fù)雜性日益增加，測試系統(tǒng)的實現(xiàn)也面臨著更多的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，實時測試系統(tǒng)需要將多種功能整合起來，由此產(chǎn)生的系統(tǒng)可以同時滿足多種需求，而這些需求在以往則是分別由多個獨立的實時測試應(yīng)用來實現(xiàn)的。

這種趨勢可以很好的體現(xiàn)在基于模型的測功機的出現(xiàn)上。通常情況下，測功機測試系統(tǒng)包括一個使用比例-積分-微分(PID)控制算法的實時測試應(yīng)用，來為UUT產(chǎn)生不同的負載和速度條件。該測試系統(tǒng)將靜態(tài)激勵曲線應(yīng)用到PID控制器和UUT上，用于執(zhí)行和驗證設(shè)備?；谀Ｐ偷臏y功機系統(tǒng)是從傳統(tǒng)的測功機演變而來的，它使用模型來執(zhí)行高級控制算法以及生成動態(tài)激勵曲線。

Wineman Technologies公司的工程師使用NI的RTT平臺生產(chǎn)了6輪形式的獨立底盤測功機系統(tǒng)。為了充分測試他們的車輛，測功機需要能夠產(chǎn)生不同的測試條件，使其可以模擬車輛在不同地形上行駛的情況。

例如，基于模型的測功機必須能夠?qū)崿F(xiàn)以下的狀態(tài)，即兩個輪子在雪地中行駛、一個輪子在泥地中滑行、兩個輪子在松散的礫石中行駛，而另一個輪子則脫離地面。此外，該系統(tǒng)還需要模擬車輛行進時，輪子到輪子間的地形變化。

要實現(xiàn)這個測試系統(tǒng)，工程師們需結(jié)合他們實現(xiàn)測功機及HIL仿真器的經(jīng)驗，創(chuàng)建一個相比傳統(tǒng)的測功機測試系統(tǒng)具有更多特性的測試系統(tǒng)，而這些特性更常見于HIL測試系統(tǒng)。具體來說，他們必須確定性地執(zhí)行復(fù)雜模型來提供動態(tài)激勵以產(chǎn)生6個相關(guān)的速度/扭矩的曲線以及執(zhí)行高級控制以完成此任務(wù)。

實時測試要求的整合也可以體現(xiàn)在歐洲研究機構(gòu)RobotikerTecnalia的應(yīng)用中。在他們研究和開發(fā)混合電動汽車(HEV)的動力總成系統(tǒng)的過程中，工程師們使用NI的實時測試平臺建立了一個專門的HIL測試系統(tǒng)。

他們沒有完全對汽車傳感器和執(zhí)行器與ECU的交互進行電力仿真，而是用實際的機電組件取代了動力總成牽引驅(qū)動的軟件模型。然后，將這些組件與模擬汽車其它部分的軟件模型相連成閉環(huán)，從而實現(xiàn)更精確和更靈活的測試系統(tǒng)(見圖3)。

圖3. 機械部件被添加到HIL仿真當(dāng)中，以幫助更有效率的開發(fā)和驗證HEV動力總成系統(tǒng)

由于物理組件被添加到仿真中，因此他們需要為牽引驅(qū)動器添加一個負載加載

機制，以便該仿真能夠控制它的負載加載條件。HIL仿真器提供了模擬負載值，通過機械耦合加載到該牽引驅(qū)動上。

當(dāng)實現(xiàn)這個專門的HIL測試系統(tǒng)時，Tecnalia的工程師們需要同時創(chuàng)建一個HIL仿真器和一個基于測功機的負載加載系統(tǒng)，在兩者的協(xié)同工作下，可以提供一個HEV動力總成的機電仿真。

消費者的期望、監(jiān)管機構(gòu)以及競爭壓力正在推動產(chǎn)品以越來越快的速度實現(xiàn)越來越復(fù)雜的功能。隨著企業(yè)試圖在激增的復(fù)雜性要求與較短的開發(fā)周期、更高的可靠性要求以及不變的甚至是減少的預(yù)算之間尋找平衡，實時測試技術(shù)在開發(fā)的進程中的重要作用日益凸顯。