การทดสอบฮาร์ดแวร์อินเดอะลูป (HIL) เป็นวิธีการทดสอบจำลองที่มีประสิทธิภาพ ใช้ในการพัฒนาและตรวจสอบระบบที่มีความซับซ้อน การทดสอบ HIL ทำให้วิศวกรทดสอบและตรวจสอบความถูกต้อง ความปลอดภัย และความน่าเชื่อถือของระบบได้ โดยไม่ต้องใช้ระบบทางกายภาพ หรือระบบจริงทั้งหมด เทคนิคนี้จะเชื่อมช่องว่างระหว่างการจำลองซอฟต์แวร์ และการทดสอบแบบจริง ผสานรวมส่วนประกอบฮาร์ดแวร์จริงเข้ากับสภาพแวดล้อมจำลอง

การทดสอบ HIL ทำงานอย่างไร?

การทดสอบ HIL เกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ทางกายภาพ ซึ่งมักเชื่อมหน่วยควบคุม หรือกล่องควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (ECU) เข้ากับแบบโมเดลจำลองบนคอมพิวเตอร์ แบบจำลองนี้จะจำลองพฤติกรรมของระบบที่ฮาร์ดแวร์โต้ตอบกันในโลกแห่งความเป็นจริง โดยที่ ECU จะรับอินพุตจำลองจากแบบจำลอง ประมวลผลอินพุต และส่งสัญญาณควบคุมกลับไปที่แบบจำลอง จากนั้นแบบจำลองจะอัปเดตการจำลองตามสัญญาณ เพื่อสร้างสภาพแวดล้อมการทดสอบ แบบไดนามิกและโต้ตอบซึ่งกันและกันได้

ส่วนประกอบสำคัญของระบบ HIL

- โปรแกรมจำลองแบบเรียลไทม์ คือ หัวใจของระบบ HIL โปรแกรมจะดำเนินการตามแบบจำลองแบบเรียลไทม์ เพื่อให้มั่นใจว่า สภาพแวดล้อมจำลองตอบสนองต่อการกระทำของฮาร์ดแวร์ในเวลาที่เหมาะสม

- ฮาร์ดแวร์ที่อยู่ระหว่างการทดสอบ (HUT: Hardware Under Test) คือ ส่วนประกอบทางกายภาพที่กำลังรับการประเมิน เช่น ECU หรือ เซ็นเซอร์

- อินเทอร์เฟซ I/O ส่วนประกอบนี้ช่วยอำนวยความสะดวกในการสื่อสารระหว่างโปรแกรมจำลองแบบเรียลไทม์และ HUT โดยจะจัดการแปลงสัญญาณระหว่างโดเมนดิจิทัล และแอนะล็อก อินเทอร์เฟซอะนาล็อก ดิจิทัล และโปรโตคอลการสื่อสารเช่น CAN อีเทอร์เน็ต เป็นต้น

- โหลดและแหล่งจ่ายไฟ อุปกรณ์เหล่านี้จำลองโหลดและตัวต้นทางที่ HUT โต้ตอบในโลกแห่งความเป็นจริง เช่น มอเตอร์ ตัวกระตุ้น และเซ็นเซอร์

7 ขั้นตอนอย่างในการทดสอบ HIL สำหรับผู้เริ่มต้น

1. กำหนดวัตถุประสงค์การทดสอบ ระบุเป้าหมายของกระบวนการทดสอบ HIL เช่น การตรวจสอบฟังก์ชันเฉพาะ การรับรองความปลอดภัย หรือ การปฏิบัติตามมาตรฐานข้อกำหนด

2. พัฒนาแบบโมเดลจำลอง สร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์อย่างละเอียดตามสภาพแวดล้อม และการโต้ตอบกันของระบบ ด้วยเครื่องมือ  MATLAB/Simulink dSPACE หรือ NI LabVIEW

3. การต่อฮาร์ดแวร์ เชื่อมต่อ DUT (Device Under Test) เข้ากับแพลตฟอร์มจำลอง ผ่านอินเทอร์เฟซอินพุต/เอาต์พุต เพื่อให้การสื่อสารและการซิงโครไนซ์แบบเรียลไทม์เชื่อมต่อกันได้

4. กำหนด หรือ ตั้งค่าสภาพแวดล้อมสำหรับการทดสอบ การตั้งค่าโปรแกรมจำลอง ซอฟต์แวร์อัตโนมัติในการทดสอบ เครื่องมือในการรวบรวมข้อมูล รวมถึงกำหนดเงื่อนไขในการทดสอบและพารามิเตอร์เช่น การป้อนข้อมูลผิดพลาดสำหรับการสร้างเหตุการณ์ หรือ เกณฑ์มาตรฐานเพื่อค้นหาประสิทธิภาพ เป็นต้น

5. ดำเนินการทดสอบ รันระบบและเรียกใช้อุปกรณ์ DUT ผ่านสถานการณ์ต่างๆ เช่น โหมดการทำงานปกติ กรณีที่แตกต่างกัน และเงื่อนไขจำลองอื่นๆ ตลอดจนการบันทึกข้อมูลเพื่อวิเคราะห์

6. วิเคราะห์ผลลัพธ์ เปรียบเทียบประสิทธิภาพของ DUT กับผลลัพธ์ที่คาดหวัง การระบุและแก้ไขปัญหา การปรับแต่งฮาร์ดแวร์หรือซอฟต์แวร์ตามความเหมาะสม

7. ทำซ้ำและเพิ่มประสิทธิภาพ  ด้วยการทดสอบซ้ำ หรือ ทำกระบวนการทดสอบหลังปรับปรุง DUT และจำลองแบบโมเดลจำลองแล้ว เริ่มขยายขอบเขตการทดสอบออกไปทีละน้อย เพื่อให้มั่นใจว่า ตรวจสอบได้ครอบคลุม

การประยุกต์ใช้การทดสอบ HIL

การทดสอบ HIL ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ ดังนี้

- ด้านยานยนต์ การทดสอบกล่องหรือหน่วยควบคุมเครื่องยนต์ (ECU) ระบบส่งกำลัง ระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง (ADAS) และส่วนประกอบของยานยนต์ไฟฟ้า

- ด้านอวกาศ การทดสอบระบบควบคุมการบิน ระบบอิเล็กทรอนิกส์บนเครื่องบิน การจำลองสภาวะการบิน รวมถึงสิ่งรบกวนและความล้มเหลวของเครื่องยนต์ และระบบขับเคลื่อน

- ด้านอุตสาหกรรมโรบอท การทดสอบตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมไว้ (PLC) หุ่นยนต์ และ ระบบควบคุมการทำงาน

- ด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลัง การทดสอบตัวแปลงไฟ อินเวอร์เตอร์ และไดรฟ์มอเตอร์

- ด้านอุปกรณ์ทางการแพทย์ การทดสอบอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ใช้ในการปลูกถ่ายอวัยวะ และอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่สำคัญอื่นๆ

สรุป

การทดสอบ HIL เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการตรวจสอบ และยืนยันประสิทธิภาพของระบบที่ซับซ้อน การทดสอบ HIL ทำให้ประเมินพฤติกรรมของระบบ ระบุปัญหาที่อาจเกิดขึ้น รับรองความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ได้สมจริง และมีประสิทธิภาพ ผ่านการรวมส่วนประกอบฮาร์ดแวร์เข้ากับสภาพแวดล้อมจำลอง แม้ในอนาคตระบบจะมีความซับซ้อนมากขึ้น การทดสอบ HIL ก็ยังคงเป็นเครื่องมือที่มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาและทดสอบเทคโนโลยีที่ล้ำสมัย

‍