实用指南：基于RSim的域控制器HIL测试系统设计方案

让数据真正闭环的L4级自动驾驶仿真工具链－杭州千岑智能科技有限公司：RSim

随着汽车电子电气架构向域控制器方向演进，硬件在环(HIL)测试已成为验证域控制器功能安全性和可靠性的关键手段。本方案针对智驾域控制器设计了一套完整的HIL测试系统，采用分布式实时仿真架构，支持多传感器信号注入与同步，实现ASIL-D级功能安全验证，并提供自动化测试流程与数据分析能力。该系统可显著降低域控制器研发与测试成本，缩短研发周期，并确保在各种复杂场景下的功能安全。

系统架构设计

1. 硬件平台配置

核心处理器：选用国内外实时处理器作为主控制器，CPU≥2.8GHz，内存≥1.5GB，满足复杂模型的实时计算需求，仿真延迟≤1ms的。对于多域融合测试场景，采用分布式架构，通过添加辅助处理器来扩展算力。

信号接口模块：

- 视频信号注入：配置12通道HDMI视频注入，支持4K@30fps及以上分辨率，提供PTP时间戳同步功能，满足多通道数据同步精度<1ms 。

- 雷达信号注入：集成77GHz毫米波雷达回波模拟器，支持多目标点云生成（≥8个目标），角分辨率≤1°，距离精度≤0.5m。

- 总线通信接口：配置支持CAN/CANFD、以太网(SOME/IP、DoIP)的通信板卡，达成三重物理通信链路冗余设计，满足ASIL-D级通信安全要求。

- I/O信号接口：配备多通道数字I/O板卡和模拟量板卡，支持域控制器所有硬线信号的模拟与采集。

2. 软件平台集成

试验管理软件：提供场景编辑、信号注入、故障模拟和测试监控功能。CANoe协助与RSim等车辆动力学模型的联合仿真，通过FMI接口实现内容同步。

自动化测试工具：实现测试用例的组织、执行和结果分析，经过API调用实现测试自动化。

场景仿真软件：使用RSim构建高精度车辆动力学模型和场景。RSim献出道路参数设置、目标类型定义和环境模型配置效果，支持快速搭建测试场景。

传感器仿真模块：

- 视觉传感器：通过视频注入板卡模拟摄像头信号，协助动态场景渲染和光照条件调整

- 雷达传感器：通过回波模拟器生成毫米波/激光雷达信号，支持目标距离、速度和方向的精确控制

- 超声波传感器：通过物理模型模拟障碍物反射，生成16个扇区的距离信息

多传感器仿真方案

1. 摄像头信号注入

视频注入技术：通过HDMI或GMSL接口将RSim虚拟场景渲染的图像传输给域控制器。帮助12通道高清视频注入，结合FPGA技术可优化实时性，确保端到端延迟满足自动驾驶HIL测试需求。

场景渲染：在RSim中构建高精度道路和交通环境模型，包括车道线、交通标志、行人、车辆等目标物。凭借调整场景参数（如光照强度、天气条件）模拟不同环境下的视觉感知效果。

同步机制：利用gPTP协议实现硬件级时间戳同步，将视频信号的时间戳精度控制在±50ns范围内。通过PTP时间戳作用保证多通道数据的同步性，满足传感器融合测试需求。

2. 雷达信号仿真

毫米波雷达回波模拟：采用高精度回波模拟器生成77GHz毫米波雷达信号，帮助多目标点云生成和动态目标轨迹模拟。回波模拟器可精确控制目标距离、速度和方向，模拟不同天气条件下的雷达感知效果。

激光雷达点云生成：通过RSim虚拟场景渲染生成高精度激光雷达点云数据，支持不同线束（如128线束级点云）和探测范围的配置。点云材料可通过以太网接口传输给域控制器，完成与真实激光雷达的信号兼容。

超声波雷达扇区模拟：在RSim场景仿真软件中配置超声波雷达模型，将车身四周划分为16个扇区，输出每个扇区的障碍物距离信息。通过TCP/UDP协议将扇区素材发送至试验管理软件，再通过总线信号注入域控制器。

3. 传感器信号同步

时间同步：采用gPTP协议实现多传感器信号的时间同步，确保摄像头图像、雷达点云和CAN总线信号的时间戳一致性。通过硬件时间戳机制抵消车载电磁环境对软件时间戳的干扰，将同步精度控制在毫秒级。

触发同步：设计硬件触发同步机制，依据外部触发信号确保各传感器仿真模块的同步启动和运行。触发信号可通过以太网或专用触发接口传输，确保多传感器数据采集的同步性。

数据同步：在试验管理软件中实现多传感器数据的同步处理和注入，通过共享内存或消息队列机制实现数据缓冲和同步。确保摄像头、雷达和CAN总线信号在域控制器输入端的时间偏差控制在安全范围内。

基于特性安全标准的测试用例开发

1. ASIL-D级功能安全测试用例

通信故障测试：模拟CAN/CANFD总线通信故障（如信号丢失、超时、校验错误），验证域控制器在ASIL-D级通信故障下的安全响应。测试用例需覆盖通信超时故障（≤200μs检测时间）、校验错误故障（序列号校验、数据帧校验和CRC校验）等场景。

传感器故障测试：模拟摄像头、雷达等传感器的故障（如图像噪声、点云丢失、信号漂移），验证域控制器在传感器失效时的安全机制。测试用例需覆盖传感器信号异常（如边界值、等价类划分）和传感器完全失效的情况。

执行器故障测试：模拟电机、制动器等执行器的故障（如扭矩失控、响应延迟），验证域控制器在执行器失效时的安全策略。测试用例需覆盖执行器信号异常和执行器完全失效的场景。

冗余系统测试：验证域控制器的冗余设计（如三模冗余TMR）在单点故障情况下的容错能力。测试用例需覆盖主处理器故障、通信链路故障和传感器故障等场景，验证冗余平台的正确切换和安全状态进入时间。

2. 测试用例开发方法

需求分析法：基于域控制器的功能安全需求文档，将安全目标转化为具体的测试用例。例如，针对"车辆动力系统信号异常时转向锁上锁禁止"的安全目标，设计通信超时、校验错误等测试场景。

边界值分析法：针对传感器信号的边界值设计测试用例，如摄像头图像噪声边界、雷达探测距离边界等。通过测试边界值附近的信号，验证域控制器在极限条件下的功能安全。

场景分析法：基于典型驾驶场景设计测试用例，如自动泊车、紧急制动、车道保持等场景。借助模拟复杂交通环境和极端天气条件，验证域控制器在多传感器融合下的能力安全。

失效模式分析法：基于域控制器的失效模式分析结果，设计相应的测试用例，验证系统在各种失效模式下的安全性能。例如，针对"主从MCU通信故障"的失效模式，设计通信超时和校验错误的测试场景。

3. 测试用例执行与评估

测试环境配备：根据测试用例需求，在RSim中，配置相应的传感器仿真参数、车辆动力学模型和通信环境。例如，针对"摄像头在强光下噪声模型"的测试用例，调整场景光照强度和摄像头噪声参数。

测试用例执行：通过自动执行测试用例，记录域控制器的输出信号和执行状态。例如，执行"CANoe PrpsnActvn通信丢失，200ms内进入安全状态，禁止执行闭锁"的测试用例，记录域控制器的安全状态进入时间和响应动作。

否存在漏转发现象。就是测试结果评估：根据测试用例的预期结果，评估域控制器的作用安全性能。例如，对于"路由报文数量测试"，比较发送报文数量和接收报文数量，判断

测试覆盖度分析：统计测试用例对功能安全需求和代码结构的覆盖度，确保需求覆盖度达到100%，代码结构覆盖度满足ASIL-D级要求。

自动化测试流程实现

分布式测试框架：采用RSim的分布式测试架构，实现多平台协同测试。CANoe负责总线仿真和测试监控，实时机负责实时模型执行，RSim负责测试流程管理和结果分析。

自动化脚本编写：基于Python语言开发自动化测试脚本，实现测试用例的自动执行、数据采集和结果评估。

测试数据管理：构建统一的测试数据管理系统，实现测试参数、场景和用例的集中管理。通过参数化调整，快速切换不同车型和测试场景的配置参数。

测试报告生成：集成RSim的报告生成功能，自动生成符合ISO 26262要求的测试报告。报告内容包括测试结果、覆盖度报告和需求追溯报告等。

系统集成与部署

硬件集成：将实时处理器、视频注入板卡、雷达回波模拟器和通信板卡集成到测试机柜中，实现硬件资源的集中管理和控制。

软件集成：将CANoe等集成到测试平台中，构建软件功能的协同工作。通过API调用和数据交换，实现测试流程的自动化执行和结果分析。

传感器集成：将摄像头、雷达和超声波传感器的仿真模块集成到测试平台中，构建多传感器信号的同步注入。利用PTP时间戳功能保证多通道数据的同步性，满足传感器融合测试需求。

通信集成：将CAN/CANFD、以太网(SOME/IP、DoIP)等通信协议的仿真模块集成到测试平台中，达成通信环境的精确模拟。利用三重物理通信链路冗余设计，满足ASIL-D级通信安全要求 。

总结

域控制器HIL测试系统是验证自动驾驶功能安全性和可靠性的关键工具。本方案设计的分布式实时仿真架构、多传感器信号注入与同步机制、基于功能安全标准的测试用例开发和自动化测试流程实现，为域控制器的全面验证提供了完整的解决方案。

随着汽车智能化和网联化的不断发展，域控制器HIL测试系统将面临更高的挑战和要求。未来测试系统将向云端虚拟化和数字孪生方向演进，实现测试资源的分布式部署和全生命周期测试。同时，测试系统将更加注重与实车测试的协同，形成完整的测试验证体系。

在实际应用中，域控制器HIL测试架构需要根据具体车型和功能需求进行定制化设计，确保测试的针对性和有效性。通过不断优化测试系统和测试用例，可以提高测试效率和准确性，为自动驾驶技术的安全落地提供有力保障。