La simulación hardware-in-the-loop debe incluir la simulación eléctrica de sensores y actuadores. Estas simulaciones sirven de interfaz entre el modelo de planta y el sistema integrado bajo prueba. El valor de cada sensor está controlado por el modelo de planta y es leído por el sistema embebido. Del mismo modo, el sistema embebido bajo prueba ejecuta su algoritmo de control por medio de las señales de los actuadores. Igualmente, cambios en las señales de control provocan cambios en los valores de las variables en el modelo de simulación de planta.

Por ejemplo, un sistema HIL de simulación para desarrollo de sistema antibloqueo de freno (ABS) puede incluir la representación matemática de los siguientes subsistemas en el modelo de planta:

• Elementos del chasis como la suspensión, ruedas, neumáticos, alabeo, guiñada y cabeceo.
• Características de la vía por la que se desplaza el vehículo.
• Dinámica del circuito hidráulico de freno.

Además la simulación hardware-in-the-loop debe proveer una interfaz de comunicación con los sistemas de bus de datos. Por ejemplo, en el caso de la automoción se debe proporcionar la correspondiente topología de bus (CAN, LIN, FlexRay, MOST, etc.).

En muchos casos, la forma más efectiva de desarrollar sistemas embebidos es conectar el sistema embebido a la planta real: conectar una centralita de motor (sistema embebido) a un motor real (planta real). En otros la simulación HIL es más eficiente. El baremo que determina qué utilizar depende entre otros factores del costo, la duración y de la seguridad.

El costo dará una medida del costo total de todas las herramientas y el esfuerzo requerido. La duración del desarrollo y de la prueba determinará el tiempo de ciclo de producto hasta su comercialización. El factor de seguridad y duración están supeditados al costo económico.

Las condiciones en las que el uso de simulación hardware-in-the-loop es adecuado incluyen:

La planificación de ciclos cortos de desarrollo asociados a la mayoría de proyectos en la industria automotriz, aeroespacial y en programas de defensa no permiten esperar a la disponibilidad del primer prototipo para testeto del sistema embebido.

En la mayor parte de las planificaciones de proyecto se asume que la simulación hardware-in-the-loop se usará en paralelo con el desarrollo de la planta. Por ejemplo, en el momento en el que el primer prototipo de motor está disponible para prueba, el 95% del prueba de la centralita de motor ha sido completado a través de simulación hardware-in-the-loop.

Los ciclos de desarrollo más cortos se dan en la industria aeroespacial y defensa. Programas de desarrollo de aviones y vehículos militares usan en paralelo PC y HIL simulación para mejorar el diseño, prueba e integración.

En muchos casos, la planta es más costosa que un simulador fiable en tiempo real y por ello es más recomendable su simulación, por lo que es más económico el desarrollo y prueba conectado a un simulador HIL que a la planta real.

Para fabricantes de motores, la simulación HIL es parte fundamental del ciclo de desarrollo del motor.

El desarrollo de centralitas digitales para control de motores de aviones es un ejemplo de reducción de costes a través de simulación HIL. Cada motor puede costar millones de euros. Por el contrario, el uso de simuladores HIL puede reducir a una décima parte ese costo.

La simulación HIL es un paso clave en el proceso de análisis de la interacción del entorno HIL con el usuario, asegurando la consistencia del sistema optimizando la ergonomía del software. La tarea de la tecnología en tiempo real es tomar datos de usuarios para prueba de componentes que tendrán una interfaz humana. La alternativa a este caso sería el uso de un modelo de usuario (por ejemplo, un modelo de conductor en el caso de un entorno HIL de vehículo completo).

El entorno HIL es automatizable. Es decir, la prueba se puede llevar a cabo sin la presencia de un usuario como sería el caso si el modelo de planta fuera un componente real. Por ello, la prueba en entornos HIL es consistente, rápida y eficiente.

En el contexto de las aplicaciones de automoción, "los sistemas de simulación hardware-in-the-loop proporcionan un vehículo virtual de este tipo para la verificación y validación de sistemas".^[1]​^[2]​^[3]​ Debido a que las pruebas en el vehículo para evaluar el rendimiento y las funciones de diagnóstico de los sistemas de gestión del motor a menudo requieren mucho tiempo, son costosas^[4]​ y poco reproducibles, los simuladores HIL permiten a los desarrolladores validar nuevas soluciones de hardware y software para automóviles al tiempo que cumplen con los requisitos de calidad y las limitaciones de tiempo de comercialización.^[5]​ En un simulador HIL típico, un procesador dedicado en tiempo real ejecuta modelos matemáticos que simulan la dinámica del motor. Además, la unidad de E/S permite la conexión de sensores y actuadores del vehículo (que suelen tener un alto grado de no linealidad).^[6]​ Por último, la unidad de control electrónico (ECU) sometida a prueba se conecta al sistema y se estimula mediante un conjunto de maniobras del vehículo realizadas por el simulador. En esta fase, la simulación HIL también proporciona un alto grado de repetibilidad en la fase de pruebas.

En el campo de los sistemas de suspensión de vehículos, los ensayos HIL se han convertido en una herramienta importante para los fabricantes. Combinando componentes físicos de la suspensión con un entorno virtual, pueden simular con precisión el comportamiento del sistema de suspensión en distintas condiciones de conducción. Por ejemplo, la estimación basada en maniobras, el desarrollo de algoritmos de amortiguación y la estimación tradicional de amortiguadores.^[7]​

En la literatura se han descrito varias aplicaciones específicas de HIL, y se han creado simuladores HIL simplificados de acuerdo con algunos objetivos específicos. Por ejemplo, al probar una nueva versión del software de la ECU, los experimentos pueden realizarse en bucle abierto y, por lo tanto, ya no son necesarios múltiples modelos de dinámica del motor. La estrategia se limita a analizar las señales de salida de la ECU cuando son excitadas por señales de entrada controladas. En este caso, el sistema Micro HIL (MHIL) ofrece una solución más sencilla y económica.^[8]​ A medida que se reduce la complejidad del procesamiento del modelo, un sistema HIL de tamaño completo se reduce a un dispositivo portátil que consta de un generador de señales, una placa de E/S y una consola que contiene actuadores (cargas externas) que se conectan a la ECU.

• dSPACE, proveedor de simuladores HIL
• ETAS, proveedor de simuladores HIL
• iSyst, proveedor de simuladores HIL
• Opal-RT, proveedor de simuladores HIL y Power HIL
• Speedgoat, proveedor de simuladores HIL
• Hardware-in-the-Loop Simulation embedded.com
• RTHIL Hardware-in-the-Loop Framework
• HIL simulation boosts automotive design efficiency
• TPT, herramienta de modelado que ofrece soporte para test y verificación en MATLAB/Simulink/Stateflow y modelos TargetLink
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