實(shí)時(shí)測試技術(shù)指在一個(gè)實(shí)時(shí)環(huán)境中實(shí)現測試應用，主要用于幫助測試系統獲得更高的可靠性和/或確定性。因此，實(shí)時(shí)測試技術(shù)在許多產(chǎn)品和系統的開(kāi)發(fā)過(guò)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(cháng)期持續運行或者需要在無(wú)人值班的情況下運行的測試系統，這些系統要求實(shí)時(shí)執行平臺提供卓越的可靠性。需要使用實(shí)時(shí)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(lèi)似的執行閉環(huán)控制的測試系統，這些系統要求實(shí)時(shí)執行平臺具有低抖動(dòng)確定性。通過(guò)研究幾個(gè)實(shí)時(shí)測試（RTT）的應用，我們可以看到它們是如何演變以應對當今測試工程師所面臨的各種挑戰的。

    實(shí)時(shí)測試技術(shù)

    一個(gè)常見(jiàn)的實(shí)時(shí)測試技術(shù)就是利用閉環(huán)控制，自動(dòng)操縱測試系統中的物理變量，如溫度、位置、扭矩或加速。例如，實(shí)現一個(gè)環(huán)境測試系統，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之外，還必須在達到特定的狀態(tài)時(shí)實(shí)現以上這些功能。由于倉內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(gè)閉環(huán)控制算法以監測壓力傳感器的數值并自動(dòng)調整壓縮機和安全閥的控制信號，使實(shí)時(shí)壓力曲線(xiàn)與測試計劃中所要求的一致。要實(shí)現這樣的自動(dòng)控制，閉環(huán)控制系統必須在確定的時(shí)間間隔內，檢測系統狀態(tài)并調整控制命令。

                      

           圖 1 諸如壓力艙這樣的實(shí)時(shí)測試系統使用閉環(huán)控制系統以自動(dòng)實(shí)現測試計劃所需的壓力條件。

    另一個(gè)例子是硬件在環(huán)測試。這一實(shí)時(shí)測試應用可以更加有效地測試電子控制系統。一個(gè)電子控制系統由電子控制單元（ECU）及其所控制的系統或環(huán)境組成。

    當測試一個(gè)電子控制系統時(shí)，由于諸如安全性、系統可實(shí)現性或者成本等方面的考慮，可能使得無(wú)法在一個(gè)完整的系統中執行所有所需的測試。然而，由于ECU和系統的其它部分之間的閉環(huán)耦合，使得我們不使用完整系統就無(wú)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的其他部分的軟件模型來(lái)模擬被測試的控制單元和系統的其余部分之間的傳感器和執行器的交互。它可以為ECU創(chuàng )建一個(gè)虛擬環(huán)境，保持了系統內的閉環(huán)耦合。為了準確模擬傳感器和執行器的交互，測試系統必須在連續或確定的時(shí)間間隔內高確定性的執行模型的計算。

                     

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

    實(shí)時(shí)測試（RTT）系統的演變

    隨著(zhù)產(chǎn)品和系統的復雜性日益增加，測試系統的實(shí)現也面臨著(zhù)更多的挑戰。為了應對這些挑戰，實(shí)時(shí)測試系統需要將多種功能整合起來(lái)，由此產(chǎn)生的系統可以同時(shí)滿(mǎn)足多種需求，而這些需求在以往則是分別由多個(gè)獨立的實(shí)時(shí)測試應用來(lái)實(shí)現的。
這種趨勢可以很好的體現在基于模型的測功機的出現上。通常情況下，測功機測試系統包括一個(gè)使用比例-積分-微分（PID）控制算法的實(shí)時(shí)測試應用，來(lái)為UUT產(chǎn)生不同的負載和速度條件。該測試系統將靜態(tài)激勵曲線(xiàn)應用到PID控制器和UUT上，用于執行和驗證設備?；谀Ｐ偷臏y功機系統是從傳統的測功機演變而來(lái)的，它使用模型來(lái)執行高級控制算法以及生成動(dòng)態(tài)激勵曲線(xiàn)。

    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(pán)測功機系統。為了充分測試他們的車(chē)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(chē)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實(shí)現以下的狀態(tài)，即兩個(gè)輪子在雪地中行駛、一個(gè)輪子在泥地中滑行、兩個(gè)輪子在松散的礫石中行駛，而另一個(gè)輪子則脫離地面。此外，該系統還需要模擬車(chē)輛行進(jìn)時(shí)，輪子到輪子間的地形變化。

    要實(shí)現這個(gè)測試系統，工程師們需結合他們實(shí)現測功機及HIL仿真器的經(jīng)驗，創(chuàng )建一個(gè)相比傳統的測功機測試系統具有更多特性的測試系統，而這些特性更常見(jiàn)于HIL測試系統。具體來(lái)說(shuō)，他們必須確定性地執行復雜模型來(lái)提供動(dòng)態(tài)激勵以產(chǎn)生6個(gè)相關(guān)的速度/扭矩的曲線(xiàn)以及執行高級控制以完成此任務(wù)。

    實(shí)時(shí)測試要求的整合也可以體現在歐洲研究機構RobotikerTecnalia的應用中。在他們研究和開(kāi)發(fā)混合電動(dòng)汽車(chē)（HEV）的動(dòng)力總成系統的過(guò)程中，工程師們使用NI的實(shí)時(shí)測試平臺建立了一個(gè)專(zhuān)門(mén)的HIL測試系統。

    他們沒(méi)有完全對汽車(chē)傳感器和執行器與ECU的交互進(jìn)行電力仿真，而是用實(shí)際的機電組件取代了動(dòng)力總成牽引驅動(dòng)的軟件模型。然后，將這些組件與模擬汽車(chē)其它部分的軟件模型相連成閉環(huán)，從而實(shí)現更精確和更靈活的測試系統（見(jiàn)圖3）。

                    

                圖3. 機械部件被添加到HIL仿真當中，以幫助更有效率的開(kāi)發(fā)和驗證HEV動(dòng)力總成系統

    由于物理組件被添加到仿真中，因此他們需要為牽引驅動(dòng)器添加一個(gè)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(guò)機械耦合加載到該牽引驅動(dòng)上。

    當實(shí)現這個(gè)專(zhuān)門(mén)的HIL測試系統時(shí)，Tecnalia的工程師們需要同時(shí)創(chuàng )建一個(gè)HIL仿真器和一個(gè)基于測功機的負載加載系統，在兩者的協(xié)同工作下，可以提供一個(gè)HEV動(dòng)力總成的機電仿真。

    消費者的期望、監管機構以及競爭壓力正在推動(dòng)產(chǎn)品以越來(lái)越快的速度實(shí)現越來(lái)越復雜的功能。隨著(zhù)企業(yè)試圖在激增的復雜性要求與較短的開(kāi)發(fā)周期、更高的可靠性要求以及不變的甚至是減少的預算之間尋找平衡，實(shí)時(shí)測試技術(shù)在開(kāi)發(fā)的進(jìn)程中的重要作用日益凸顯。