1.5 X-in-the-Loop測試驗證方法

在復雜系統的開發過程中，往往會出現組成系統的部分軟硬件缺失的場景，在該情況下難以構成整套測試閉環。為了克服這類測試方法的劣勢，研究者引入了另一種稱為X-in-the-Loop（XiL）的汽車測試和驗證方法，旨在針對日益復雜的整車系統，集合了駕駛員和環境的模型及實物，是一種新型的整車開發和驗證平臺^[97，98]。該方法是由基于模型的研究開發方法（Model based Development，MBD）進一步發展而來。X-in-the-Loop中的X代表不同開發階段的不同控制對象，從而形成了包括模型在環（Model-in-the-Loop，MiL）、軟件在環（Software-in-the-Loop，SiL）、硬件在環（Hardware-in-the-Loop，HiL）等不同測試場景。通過突破物理連接的限制，X-in-the-Loop提供了一種新的汽車產品測試和驗證方法，為未來汽車行業提供了更多的可能性。

X-in-the-Loop的概念還可擴展到更廣泛的意義上，使得可以將三個相互作用的系統，即駕駛員、車輛和環境整合到一個框架中。其中“X”為測試單元（Unit Under Test，UUT），指在當前開發過程階段正在研究和測試的對象^[99]。這里的“UUT”一詞是一個廣義的含義，意味著被測對象可能是一個真實的被測對象，或是一個虛擬的模擬單元^[100]。在不同階段中，UUT可以是控制策略的代碼，或子系統中的某個組件，甚至是整車^[97，99]。為了實現閉環控制，環中的其余部分可用模型替代。圖1.6為汽車動力系統的X-in-the-Loop框架，其中不同的層級指的是不同的開發階段^[97]。該框架清楚地顯示了四個部分的整合：X-in-the-Loop測試對象、其他部分的仿真、駕駛員以及環境。

圖1.6 基于X-in-the-Loop的動力系統測試平臺架構

圖1.7給出了某混合動力汽車的開發驗證過程^[101]。在從建模到道路測試的整個工作流程中，確定的里程點代表了系統的真實性，并且是該階段開發成熟程度的反映。表1.4列舉了在卡爾斯魯厄理工學院產品工程研究所（IPEK）進行的若干驗證和研究項目。

圖1.7 動力系統的驗證環境

表1.4 使用XiL框架的IPEK汽車產品開發驗證研究實例

通過這個框架，開發人員能夠更好地了解某個部分與其他三個部分之間的關系或相互作用，以及部分對整個系統的影響。事實上，X-in-the-Loop方法并不限于汽車產品開發，也可以應用于其他產品的開發過程，它的目的是降低錯誤發生的風險，并在早期實現關鍵功能的驗證^[111]。