出品：適道研究院

半實(shí)物仿真(Hardware-in-Loop Simulation，簡(jiǎn)稱HiL)是一種結(jié)合實(shí)物硬件和仿真軟件的實(shí)時(shí)仿真技術(shù)。這種仿真方法通過(guò)在仿真系統(tǒng)的回路中接入實(shí)物部件，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)性能的綜合考察和驗(yàn)證。HiL的核心特點(diǎn)在于其將實(shí)物組件嵌入仿真回路并要求實(shí)時(shí)運(yùn)行，解決了控制器與仿真計(jì)算機(jī)之間的接口問(wèn)題，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果比純數(shù)學(xué)仿真更接近實(shí)際情況。

HiL技術(shù)在各種仿真系統(tǒng)中具有較高的置信度，特點(diǎn)包括有效性、可重復(fù)性、經(jīng)濟(jì)性和安全性，其廣泛應(yīng)用于軍事和民用部門(mén)，尤其在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性和研制質(zhì)量提升方面發(fā)揮著重要作用。自20世紀(jì)60年代問(wèn)世以來(lái)，HiL技術(shù)在全球范圍內(nèi)持續(xù)發(fā)展，尤其在美國(guó)的航天和國(guó)防領(lǐng)域取得顯著成就。美國(guó)多數(shù)國(guó)防項(xiàng)目承包商使用高速高精度的仿真機(jī)和先進(jìn)的環(huán)境模擬設(shè)備，所建立的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)室代表了當(dāng)前世界的先進(jìn)水平。中國(guó)在導(dǎo)彈制導(dǎo)、火箭控制、衛(wèi)星姿態(tài)控制等領(lǐng)域的HiL應(yīng)用研究也已經(jīng)達(dá)到較高水平。

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，特別是在智能化和電子化的大趨勢(shì)下，近年來(lái)，半實(shí)物仿真(HiL)技術(shù)開(kāi)始在汽車電子控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中扮演著至關(guān)重要的角色。汽車電子控制系統(tǒng)的復(fù)雜性和對(duì)安全、效率的高要求使得傳統(tǒng)的測(cè)試方法無(wú)法滿足現(xiàn)代汽車工業(yè)的需求。HiL仿真技術(shù)能夠在真實(shí)的操作條件下，對(duì)汽車電子控制系統(tǒng)進(jìn)行全面的測(cè)試和驗(yàn)證。

利用HiL技術(shù)，開(kāi)發(fā)者可以模擬各種駕駛場(chǎng)景和環(huán)境條件，從而在不同的操作條件下測(cè)試控制系統(tǒng)的響應(yīng)和性能。這不僅大大提高了測(cè)試的效率和安全性，還降低了開(kāi)發(fā)成本。對(duì)于復(fù)雜的汽車電子系統(tǒng)，如動(dòng)力控制、制動(dòng)系統(tǒng)、駕駛輔助系統(tǒng)等，HiL提供了一個(gè)高度靈活和可控的測(cè)試環(huán)境，使得開(kāi)發(fā)過(guò)程更加快速、高效且具有針對(duì)性。

此外，隨著新能源汽車和自動(dòng)駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，HiL技術(shù)在模擬電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制器以及自動(dòng)駕駛算法的測(cè)試中顯得尤為重要。HiL的應(yīng)用不僅提高了汽車電子控制系統(tǒng)的可靠性和安全性，也加速了這些先進(jìn)技術(shù)的市場(chǎng)推廣。

01 行業(yè)綜述

技術(shù)端：已成為汽車ECU開(kāi)發(fā)的重要組成部分

考慮到安全性，高效性和合理的成本，HiL已成為ECU(Electronic Control Unit)開(kāi)發(fā)過(guò)程中非常重要的部分，能夠大幅減少實(shí)際車輛的路試次數(shù)，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間并降低成本。

安全性方面，在HiL平臺(tái)測(cè)試時(shí)，被控對(duì)象由實(shí)時(shí)仿真計(jì)算機(jī)模擬，且各個(gè)零部件完全由軟件控制，可輕松執(zhí)行在實(shí)際設(shè)備中的危險(xiǎn)工況或極限工況，即使遇到待測(cè)ECU存在Bug，也不會(huì)造成平臺(tái)損壞或危及測(cè)試人員安全。

高效性方面，可以單套系統(tǒng)應(yīng)對(duì)多樣測(cè)試需求，并通過(guò)自動(dòng)化測(cè)試軟件連續(xù)反復(fù)測(cè)試同一工況、加快測(cè)試進(jìn)度、運(yùn)用可視化界面、實(shí)時(shí)觀測(cè)所需數(shù)據(jù)、形成數(shù)據(jù)留存以備后期分析，最終形成高效可行的解決方案。

而半實(shí)物仿真模擬系統(tǒng)，相較于真實(shí)測(cè)試臺(tái)架及實(shí)際路測(cè)來(lái)說(shuō)，其建造與維護(hù)成本方面的優(yōu)勢(shì)不言而喻，且更早介入產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，亦能極大縮減糾錯(cuò)成本。

基于此，對(duì)于更注重縮短開(kāi)發(fā)周期的新能源汽車的開(kāi)發(fā)與測(cè)試而言，HiL對(duì)于三個(gè)核心電子控制系統(tǒng)非常重要：汽車控制系統(tǒng)，BMS電池管理系統(tǒng)和MCU電機(jī)控制器。

HiL系統(tǒng)的核心由仿真模型、標(biāo)準(zhǔn)仿真機(jī)和I/O接口三部分構(gòu)成，分別如下：

1、仿真模型：

在HiL系統(tǒng)中，仿真模型是至關(guān)重要的組成部分。它是一個(gè)計(jì)算機(jī)模型，精確地反映了被控對(duì)象的系統(tǒng)行為。通過(guò)在實(shí)時(shí)仿真機(jī)上運(yùn)行，仿真模型能夠模擬控制器所需的外部環(huán)境，為測(cè)試和驗(yàn)證提供條件。

2、標(biāo)準(zhǔn)仿真機(jī)：

標(biāo)準(zhǔn)仿真機(jī)通常采用上下位機(jī)架構(gòu)。下位機(jī)是一臺(tái)高性能計(jì)算機(jī)，其主要任務(wù)是以實(shí)時(shí)方式運(yùn)行仿真模型，確保對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行準(zhǔn)確和高效的模擬。下位機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中扮演核心引擎的角色，負(fù)責(zé)協(xié)同控制器與被控對(duì)象之間的交互任務(wù)，以確保系統(tǒng)在虛擬環(huán)境中的運(yùn)行與實(shí)際環(huán)境一致。上位機(jī)則是一臺(tái)普通計(jì)算機(jī)，配備一系列應(yīng)用軟件，為用戶提供仿真測(cè)試功能。用戶通過(guò)圖形化界面能夠輕松進(jìn)行仿真模型配置、參數(shù)設(shè)置、監(jiān)視仿真過(guò)程以及分析測(cè)試結(jié)果等操作。整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)仿真機(jī)在HiL系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，其上下位機(jī)架構(gòu)設(shè)計(jì)旨在提高仿真系統(tǒng)的性能和靈活性，以滿足不同領(lǐng)域的仿真需求，同時(shí)通過(guò)用戶友好的上位機(jī)界面，為用戶提供了高度可控的仿真環(huán)境。

3、I/O接口：

I/O接口是連接實(shí)時(shí)仿真機(jī)和被測(cè)對(duì)象的關(guān)鍵橋梁。它負(fù)責(zé)在仿真環(huán)境中模擬實(shí)際硬件的輸入和輸出，促使仿真模型與被測(cè)對(duì)象交互。這包括模擬輸入/輸出卡、數(shù)據(jù)采集卡等，確保信息在仿真系統(tǒng)和實(shí)際系統(tǒng)之間有效傳遞。

這三個(gè)關(guān)鍵組成部分協(xié)同工作，使得HiL系統(tǒng)能夠在虛擬環(huán)境中對(duì)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行全面的測(cè)試和驗(yàn)證，進(jìn)而提高系統(tǒng)的可靠性和性能。

圖：通用HIL系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

政策端：提高汽車工具鏈自主創(chuàng)新水平和應(yīng)用能力

目前，中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)正處于由大向強(qiáng)的發(fā)展進(jìn)程中，在供給側(cè)和需求側(cè)的雙向推動(dòng)下，汽車產(chǎn)業(yè)正由功能時(shí)代向智能時(shí)代不斷演進(jìn)，汽車產(chǎn)業(yè)新格局正在加速形成。我國(guó)汽車產(chǎn)銷總量已連續(xù) 14 年位居全球首位，并在“電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化”等方面取得了巨大的進(jìn)步，進(jìn)一步鞏固了我國(guó)作為汽車大國(guó)的地位。

在此背景下，中央及地方各級(jí)政府推出了一系列的支持政策，積極引導(dǎo)并在推動(dòng)我國(guó)汽車軟件工具鏈領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展方面取得了顯著成效，進(jìn)一步豐富了汽車產(chǎn)業(yè)的技術(shù)生態(tài)。這些支持性政策，全方位覆蓋汽車軟件工具鏈行業(yè)的發(fā)展，從頂層設(shè)計(jì)、規(guī)范制定到核心技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用等多個(gè)維度，為該領(lǐng)域提供了與其快速發(fā)展相適應(yīng)的政策環(huán)境。同時(shí)，政策也著力推動(dòng)汽車軟件工具鏈的實(shí)際應(yīng)用，加速其在整車制造、智能駕駛、車聯(lián)網(wǎng)等方面的規(guī)模化發(fā)展，為整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和繁榮指明了方向。

2023年11月，工業(yè)和信息化部、公安部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、交通運(yùn)輸部(以下統(tǒng)稱“四部門(mén)”)聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于開(kāi)展智能網(wǎng)聯(lián)汽車準(zhǔn)入和上路通行試點(diǎn)工作的通知》，并在其《實(shí)施指南》中對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品的測(cè)試驗(yàn)證要求提出了明確的指導(dǎo)。這些要求涉及模擬仿真、封閉場(chǎng)地、實(shí)際道路測(cè)試，以及網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全、軟件升級(jí)、數(shù)據(jù)記錄等多個(gè)方面。這不僅為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的安全性和可靠性提供了保障，也為汽車軟件工具鏈的發(fā)展提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。尤其是對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)模擬仿真測(cè)試的要求，強(qiáng)調(diào)了測(cè)試工具鏈的置信度，以及車輛動(dòng)力學(xué)、傳感器等模型的可信度，確保了模擬仿真測(cè)試結(jié)果的可追溯性，從而促進(jìn)了汽車軟件工具鏈技術(shù)的進(jìn)一步完善和創(chuàng)新。

隨著“十四五”規(guī)劃的貫徹落實(shí)，我國(guó)工業(yè)軟件在發(fā)展過(guò)程中，將利用已有的互聯(lián)網(wǎng)、信息化等方面的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，深入制造業(yè)特定場(chǎng)景開(kāi)展研發(fā)和應(yīng)用，促進(jìn)工業(yè)軟件的線上衍化與應(yīng)用，并通過(guò)工業(yè)知識(shí)的不斷積累、迭代和更新，逐步提高自主創(chuàng)新水平和應(yīng)用能力。

圖：2020年以來(lái)政府支持性政策匯總表

標(biāo)準(zhǔn)端：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)即將出臺(tái)

目前在全球范圍內(nèi)公認(rèn)的汽車行業(yè)功能安全方向的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為ISO 26262，即《道路車輛功能安全》，該標(biāo)準(zhǔn)適用于汽車電子電氣系統(tǒng)，包含硬件組件及軟件組件。ISO 26262定義了開(kāi)發(fā)過(guò)程中所使用到的安全相關(guān)的功能以及流程、方法和工具所需要滿足的要求。ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)確保在整個(gè)車輛生命周期內(nèi)(包括管理、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)行、維修、退役等階段)達(dá)到并且保持足夠的安全水平。

除此之外，另一個(gè)備受矚目的汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)則是ISO/SAE 21434，即《道路車輛——網(wǎng)絡(luò)安全工程》，該標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織與國(guó)際汽車工程師學(xué)會(huì)共同發(fā)布。ISO 26262涉及汽車電子產(chǎn)品的功能安全，而ISO/SAE 21434 則涉及道路車輛電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)威脅分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。ISO/SAE 21434的目標(biāo)是以 ISO 26262為基礎(chǔ)，為道路車輛的整個(gè)生命周期提供一個(gè)相似的標(biāo)準(zhǔn)框架。這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)的主要組成部分包括安全管理、依賴于項(xiàng)目的網(wǎng)絡(luò)安全管理、持續(xù)的網(wǎng)絡(luò)安全活動(dòng)、相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，以及道路車輛概念產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和開(kāi)發(fā)后階段內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)安全。

未來(lái)，隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車和自動(dòng)駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范也將不斷完善和出現(xiàn)。其中，《在環(huán)仿真測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系研究》的發(fā)布將是一個(gè)重要的里程碑，它是由天津中汽中心和東風(fēng)牽頭、幾十家OEM和Tier1、蔚赫信息、dSPACE等工具鏈公司共同參與制定，旨在為未來(lái)的正式國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鋪路。這項(xiàng)研究的成功發(fā)布，將為智能網(wǎng)聯(lián)車研發(fā)中的所有在環(huán)(HiL)工具設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)框架，特別是針對(duì)自動(dòng)駕駛技術(shù)的應(yīng)用。

02 市場(chǎng)規(guī)模

產(chǎn)業(yè)生態(tài)：由上游計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)及電子元器件、中游HiL系統(tǒng)集成商、下游整車制造、航空航天等廠商組成

上游行業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。HiL技術(shù)上游行業(yè)主要為計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)軟件以及電子元器件等行業(yè)。其中計(jì)算機(jī)軟件是HiL系統(tǒng)的核心部分。近年來(lái)，在企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型推進(jìn)下，軟件及IT服務(wù)處于高速成長(zhǎng)期，產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。未來(lái)，隨著我國(guó)軟件企業(yè)的自主研發(fā)能力提升，以及數(shù)據(jù)庫(kù)、操作系統(tǒng)等IT產(chǎn)業(yè)新生態(tài)逐漸完善，我國(guó)軟件企業(yè)實(shí)力將不斷提升，產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)進(jìn)一步增強(qiáng)。

數(shù)據(jù)顯示，2021年度，全國(guó)軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)規(guī)模以上企業(yè)超4萬(wàn)家，累計(jì)完成軟件業(yè)務(wù)收入94994億元，同比增長(zhǎng)17.7%。2016年起，我國(guó)軟件與信息技術(shù)服務(wù)業(yè)收入規(guī)模持續(xù)快速增長(zhǎng)，復(fù)合年均增長(zhǎng)率達(dá)14.5%。據(jù)預(yù)測(cè)，2022年我國(guó)軟件與信息技術(shù)服務(wù)業(yè)收入規(guī)模將達(dá)101339億元。

下游行業(yè)需求爆發(fā)。HiL下游為國(guó)防、電子信息、機(jī)械制造、航空、航天、船舶、汽車、電力、石化、物流等行業(yè)。尤其是ICV(智能網(wǎng)聯(lián)汽車)行業(yè)需求的爆發(fā)，極大推動(dòng)了HiL技術(shù)的發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)汽車產(chǎn)銷量持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，ICV發(fā)展勢(shì)頭良好。2023年上半年，具備組合駕駛輔助功能的乘用車新車銷量占比42.4%，汽車出口量躍升至全球首位。

同時(shí)，具德勤數(shù)據(jù)顯示，在“軟件定義汽車”的趨勢(shì)之下，2030年軟件成本占整車BOM(物料清單，Bill Of Material)的比重將從攀升至接近50%的水平，其中包含應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、AI算法、操作系統(tǒng)及軟硬件一體化程度較高的控制器與芯片等電子設(shè)備。

持續(xù)增長(zhǎng)的與不斷攀升的軟件成本的背后是巨大的測(cè)試壓力。根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)要求，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)至少需要170億公里的測(cè)試后才能量產(chǎn)，測(cè)試工作量之大可想而知。HiL測(cè)試在汽車行業(yè)中應(yīng)用廣泛，可以替代大部分實(shí)車測(cè)試，能有效緩解車企的測(cè)試壓力。尤其在復(fù)雜的城市NOA(導(dǎo)航輔助駕駛)方面，HiL測(cè)試更是發(fā)揮了重要作用。例如，HiL系統(tǒng)可以模擬行駛車輛、路面、駕駛員操作、車輛故障等各種狀態(tài)，從而快速測(cè)試新車的各種功能。

圖：半實(shí)物仿真系統(tǒng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D

生產(chǎn)模式：本地化定制生產(chǎn)模式，更注重跨國(guó)合作

定制生產(chǎn)模式是半實(shí)物仿真模擬行業(yè)普遍使用卻較為特殊的經(jīng)營(yíng)模式。定制生產(chǎn)是一種國(guó)際上企業(yè)間常見(jiàn)的分工合作形式，一般為大型跨國(guó)企業(yè)根據(jù)自身的業(yè)務(wù)要求，將其生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)品通過(guò)合同的形式委托給更專業(yè)化、更具比較生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)的廠家生產(chǎn)。接受委托的生產(chǎn)廠家按客戶指定的特定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)，最終把受托生產(chǎn)的產(chǎn)品全部銷售給委托客戶。定制生產(chǎn)適應(yīng)了全球產(chǎn)業(yè)鏈專業(yè)化分工的發(fā)展趨勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品價(jià)值鏈中各環(huán)節(jié)的互贏，不僅能適應(yīng)全球產(chǎn)業(yè)鏈專業(yè)化分工的趨勢(shì)，而且通過(guò)本地化的生產(chǎn)和創(chuàng)新，還能加快定制化設(shè)備的交付和服務(wù)升級(jí)周期。

市場(chǎng)規(guī)模：HiL迎來(lái)快速增長(zhǎng)，未來(lái)五年可達(dá)638億元

近幾年，隨著HiL技術(shù)應(yīng)用拓展以及航空航天、國(guó)防、能源、電力電子等應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，中國(guó)HiL技術(shù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)勢(shì)頭，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到18.5%，2016年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到35.7億元，2021年達(dá)到84億元，預(yù)測(cè)2028年中國(guó)HiL模擬行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 273 億元。

其中，汽車行業(yè)HiL應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模與份額均居各領(lǐng)域之首

HiL測(cè)試是汽車V模型開(kāi)發(fā)流程中的重要一環(huán)，其原理就是使用HiL設(shè)備接收控制指令，模擬狀態(tài)信息并發(fā)回控制器，讓控制器以為自己在控制真實(shí)的測(cè)試對(duì)象，形成測(cè)試閉環(huán)。如此一來(lái)，就能直接在測(cè)試閉環(huán)中驗(yàn)證功能算法的邏輯性。如，面對(duì)自動(dòng)駕駛，控制器需要能夠妥善處理故障情況，例如信號(hào)丟失、線路短路等。這些故障情況在實(shí)車上難以設(shè)置和復(fù)現(xiàn)，且具有一定危險(xiǎn)性。通過(guò)HiL測(cè)試，能夠方便地對(duì)多種故障進(jìn)行取值、組合并進(jìn)行測(cè)試，不僅能提升測(cè)試效率，也降低了實(shí)車路測(cè)的安全性風(fēng)險(xiǎn)。因此，HiL通常用于系統(tǒng)集成測(cè)試，驗(yàn)證自動(dòng)駕駛車輛環(huán)境感知等重要模塊的功能有效性。

數(shù)據(jù)顯示，2016—2028年，中國(guó)HiL各領(lǐng)域應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)提升，汽車行業(yè)HiL應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模與份額均在各領(lǐng)域中居于首位，市場(chǎng)規(guī)模復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)18.5%，由2016年的16.2億元增長(zhǎng)到2028年的123.8億元。

同時(shí)，高端制造業(yè)發(fā)展持續(xù)推動(dòng)HiL技術(shù)發(fā)展。當(dāng)下，中國(guó)制造業(yè)正處于從“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”轉(zhuǎn)型升級(jí)中，國(guó)家出臺(tái)了《“十四五”國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)發(fā)展規(guī)劃》等一系列產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和政策，對(duì)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)大力支持。作為科研重要工具和手段的HiL技術(shù)，能有效提升相關(guān)行業(yè)的效率，且應(yīng)用領(lǐng)域較廣，行業(yè)面臨較好的發(fā)展機(jī)遇。

航天行業(yè)HiL應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到18.5%，由2016年的6億元增長(zhǎng)到2028年的45.8億元;電力電子行業(yè)HiL應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到18.3%，由2016年的8.5億元，增長(zhǎng)到2028年的64.3億元;研究與教育行業(yè)HiL應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到18.6%，由2016年的1.5億元增長(zhǎng)到2028年的11.5億元;其他行業(yè)HiL應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到18.6%，由2016年的3.6億元增長(zhǎng)到2028年的27.9億元。

國(guó)家對(duì)于HiL技術(shù)發(fā)展的大力支持，同時(shí)體現(xiàn)在政策引導(dǎo)、技術(shù)引進(jìn)、人才培養(yǎng)等多個(gè)方面。國(guó)內(nèi)HiL技術(shù)正處于快速發(fā)展中，市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)雖然比較激烈，但利潤(rùn)較高，市場(chǎng)前景廣闊。

03 核心企業(yè)

全球HiL四大品牌：占領(lǐng)80%市場(chǎng)份額

憑借先發(fā)優(yōu)勢(shì)與核心技術(shù)，dSPACE GmbH、Vehinfo LABCAR、National Instruments和 Vector Informatik已穩(wěn)占市場(chǎng)主導(dǎo)地位，成為HiL業(yè)界公認(rèn)的“四大品牌”。

dSPACE GmbH：成立于1988年，是行業(yè)里最早做HiL的公司。主要產(chǎn)品有實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)、硬件-軟件協(xié)同開(kāi)發(fā)系統(tǒng)等，其產(chǎn)品在汽車、航空航天、電力、通信等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。dSPACE GmbH具備30年的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和測(cè)試工具的經(jīng)驗(yàn)，為全球整車廠和Tier1供應(yīng)商提供HiL系統(tǒng)解決方案，是通用汽車、戴姆勒、奧迪等的HiL全球供應(yīng)商。

Vehinfo LABCAR：LABCAR品牌誕生于1994年，主要提供基于HiL測(cè)試解決方案，在汽車HiL細(xì)分領(lǐng)域位于TOP2位置。主要產(chǎn)品有LABCAR仿真測(cè)試系統(tǒng)，主要應(yīng)用于汽車電子控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和測(cè)試。通過(guò)將實(shí)際的ECU與虛擬的車輛系統(tǒng)進(jìn)行交互，以驗(yàn)證ECU的功能和性能。此外，它還是一套用于汽車電子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和測(cè)試的綜合解決方案，包括軟件、硬件和模型架構(gòu)。2022年12月被中國(guó)蔚赫信息收購(gòu)。

NI(National Instruments)：成立于1976年，主要提供測(cè)量、自動(dòng)化和嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件解決方案。近年來(lái)，NI開(kāi)始嘗試進(jìn)入HiL領(lǐng)域，提供相關(guān)解決方案。NI擁有500多款軟硬件產(chǎn)品，應(yīng)用遍布電子、機(jī)械、通信、汽車制造、生物、醫(yī)藥、化工、科研、教育等各領(lǐng)域。全世界數(shù)以萬(wàn)計(jì)的工程師和科學(xué)家們都在使用NI的產(chǎn)品。在“四大龍頭”HiL廠商中，NI以其解決方案的全面性著稱。2023年4月被美國(guó)艾默生收購(gòu)。

Vector Informatik：成立于1988年，為汽車總線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、建模、仿真、分析、測(cè)試以及ECU的開(kāi)發(fā)、測(cè)試、標(biāo)定和診斷等過(guò)程提供軟硬件工具和組件。主要產(chǎn)品有CANoe、CANalyzer等軟件工具，用于開(kāi)發(fā)、測(cè)試和診斷車載電子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用領(lǐng)域主要在汽車行業(yè)。Vector以穩(wěn)健的發(fā)展和對(duì)車載總線領(lǐng)域的深度專注而著名，但與其他三大龍頭相比，Vector HiL的品牌力在全球范圍內(nèi)相對(duì)較弱。

圖：全球及中國(guó)HiL市場(chǎng)主要市場(chǎng)參與者匯總表

其他重點(diǎn)企業(yè)市場(chǎng)定位：中國(guó)以代理集成商為主

經(jīng)緯恒潤(rùn)：成立于1998年，基于電子系統(tǒng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)“V模式”流程，經(jīng)緯恒潤(rùn)為汽車行業(yè)客戶提供包含整車電子電氣仿真測(cè)試解決方案、汽車網(wǎng)絡(luò)測(cè)試服務(wù)、實(shí)車測(cè)試服務(wù)、多學(xué)科建模仿真服務(wù)等多種解決方案。2015年，經(jīng)緯恒潤(rùn)進(jìn)入高級(jí)別智能駕駛業(yè)務(wù)領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)了單車智能解決方案、智能車隊(duì)運(yùn)營(yíng)管理解決方案和車-云數(shù)據(jù)中心解決方案。

華力創(chuàng)通：是國(guó)內(nèi)國(guó)防、政府及行業(yè)信息化技術(shù)與創(chuàng)新應(yīng)用的領(lǐng)先者。已經(jīng)形成衛(wèi)星應(yīng)用、無(wú)人系統(tǒng)、雷達(dá)仿真三個(gè)業(yè)務(wù)板塊,致力于為國(guó)防信息化建設(shè)提供先進(jìn)的器件、終端、系統(tǒng)和解決方案。

意昂神州：成立于 2003 年，是一家專業(yè)的新能源汽車核心技術(shù)研發(fā)公司及實(shí)驗(yàn)室建設(shè)整體方案供應(yīng)商，技術(shù)方向涵蓋新能源汽車整車級(jí)/系統(tǒng)級(jí)/部件級(jí)的電子電控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、測(cè)試、標(biāo)定服務(wù)及整體解決方案。為一汽集團(tuán)、上汽集團(tuán)、美國(guó)通用、德國(guó)大眾等國(guó)內(nèi)外 200 余家汽車廠商提供技術(shù)研發(fā)服務(wù)與新能源汽車實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，在行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。

九州華海：專注于提供電控系統(tǒng)解決方案，成立于2011年，公司致力于為汽車、機(jī)械、船舶、航空、教育等行業(yè)的用戶提供更專業(yè)的電控系統(tǒng)一站式解決方案。華海科技的解決方案，能夠快速地將先進(jìn)的控制技術(shù)集成到客戶產(chǎn)品，快速形成電控開(kāi)發(fā)的能力。

IAE 智行眾維：是智能駕駛仿真測(cè)試領(lǐng)域的專業(yè)服務(wù)商。公司成立于2018年，在中國(guó)和歐洲設(shè)有技術(shù)研發(fā)中心。核心團(tuán)隊(duì)由國(guó)內(nèi)外資深專家、來(lái)自清華等高校、主機(jī)廠和互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)和管理人才組成，致力于打造先進(jìn)的智能駕駛仿真測(cè)試技術(shù)體系和全棧式解決方案。

昆易電子：成立于2011年，秉承“讓研發(fā)更簡(jiǎn)單”的理念，從事嵌入式軟硬件開(kāi)發(fā)測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)測(cè)試、智駕數(shù)據(jù)閉環(huán)、虛擬仿真測(cè)試設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，服務(wù)于汽車、軌道交通、高校等市場(chǎng)，助力全球企業(yè)。

北匯信息：始終專注于汽車電子領(lǐng)域的新技術(shù)和新產(chǎn)品，為整車廠和零部件企業(yè)提供完整的研發(fā)、測(cè)試解決方案。從測(cè)試工具、專用測(cè)試設(shè)備、完整測(cè)試方案到實(shí)車測(cè)試服務(wù)。

東信創(chuàng)智：為汽車電子科技服務(wù)公司，為客戶提供高效、可靠的開(kāi)發(fā)測(cè)試工具和解決方案。深耕于電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)、AUTOSAR嵌入式軟件開(kāi)發(fā)測(cè)試、車載通訊(CAN/LIN/以太網(wǎng))開(kāi)發(fā)測(cè)試。同時(shí)在智能駕駛、車路協(xié)同、智能座艙、動(dòng)力底盤(pán)等仿真測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域也處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

圖：中國(guó)HiL市場(chǎng)其他主要市場(chǎng)參與者匯總表

04 案例研究

HiL技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用：magniX案例分析

項(xiàng)目概述：2019年，magniX與Harbour Air Seaplane合作，成功試飛了改裝后的de Havilland DHC-2 Beaver電動(dòng)水上飛機(jī)，隨后又試飛了更大型的電動(dòng)Cessna 208B Grand Caravan。

創(chuàng)新里程碑：這些試飛不僅標(biāo)志著商用電動(dòng)飛機(jī)領(lǐng)域的重大進(jìn)展，而且展示了電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

✓ HiL技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)用

仿真目的：magniX的一個(gè)主要目標(biāo)是快速測(cè)試電力推進(jìn)控制器軟件，以準(zhǔn)備試飛。這要求在實(shí)際飛行前對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行徹底的測(cè)試和驗(yàn)證。

仿真工具和方法：magniX運(yùn)用OPAL-RT的實(shí)時(shí)仿真器進(jìn)行了電機(jī)和逆變器硬件的仿真。這使得團(tuán)隊(duì)能夠在安全的環(huán)境中集成和驗(yàn)證原型控制器模塊上運(yùn)行的控制軟件。

✓ HiL技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

風(fēng)險(xiǎn)降低：通過(guò)HiL仿真，magniX在不需要進(jìn)行實(shí)際飛行的情況下就能測(cè)試和優(yōu)化電動(dòng)飛機(jī)的控制系統(tǒng)，顯著降低了試飛的風(fēng)險(xiǎn)。

效率提升：HiL技術(shù)加快了開(kāi)發(fā)過(guò)程，使得團(tuán)隊(duì)能夠迅速?gòu)母拍铗?yàn)證轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用，為電動(dòng)飛機(jī)的商業(yè)化鋪平了道路。

系統(tǒng)集成和驗(yàn)證：在仿真環(huán)境中集成和驗(yàn)證控制軟件，提高了系統(tǒng)整體的可靠性和性能。

✓HiL技術(shù)的未來(lái)展望

電動(dòng)航空的推動(dòng)力：HiL技術(shù)在電動(dòng)航空項(xiàng)目中的成功應(yīng)用展示了其在未來(lái)航空航天領(lǐng)域(特別是在新興的電動(dòng)和混合動(dòng)力航空器領(lǐng)域)中的巨大潛力。

持續(xù)創(chuàng)新：隨著電動(dòng)航空技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，HiL技術(shù)將繼續(xù)在飛行控制系統(tǒng)的測(cè)試和驗(yàn)證中發(fā)揮關(guān)鍵作用，助力這一創(chuàng)新領(lǐng)域的成熟和擴(kuò)展。

HiL在汽車BMS領(lǐng)域的應(yīng)用：Vehinfo LABCAR(即原BOSCH/ETAS LABCAR)案例分析

電池管理系統(tǒng)(BMS)的重要性

電池管理系統(tǒng)(BMS)作為動(dòng)力電池的“大腦”，負(fù)責(zé)關(guān)鍵參數(shù)的采集(如電池電壓、模組溫度、系統(tǒng)高壓和電流等)，同時(shí)執(zhí)行能量計(jì)算、壽命預(yù)估、熱平衡、充電控制和高壓安全等任務(wù)。

HiL測(cè)試在BMS領(lǐng)域的應(yīng)用

需求背景：隨著對(duì)BMS要求的增加，傳統(tǒng)實(shí)物測(cè)試系統(tǒng)因成本高、操作復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)、存在安全風(fēng)險(xiǎn)而難以滿足需求。HiL測(cè)試方案提供了全面模擬BMS運(yùn)行環(huán)境的解決方案，實(shí)現(xiàn)了快速、可靠和安全的驗(yàn)證。

Vehinfo LABCAR BMS HiL測(cè)試方案

✓系統(tǒng)集成：Vehinfo LABCAR平臺(tái)集成了真實(shí)的BMS控制器，提供模塊化的BMS HiL測(cè)試方案，實(shí)時(shí)機(jī)RTPC控制模擬信號(hào)輸入至BMS控制器，并采集響應(yīng)信號(hào)輸出，從而測(cè)試BMS控制器。

✓接口仿真需求：包括單體電池、模組溫度、供電電壓、喚醒開(kāi)關(guān)、充電接口、安全信號(hào)、電流傳感器、絕緣電阻、電池包總電壓等的仿真需求。

接口仿真方案

✓電芯模擬：提供高精度、低紋波的電壓輸出，支持電芯的主被動(dòng)均衡。

✓電池模型：支持SOX功能的實(shí)時(shí)閉環(huán)驗(yàn)證。

✓模組溫度仿真：模擬不同類型的溫度傳感器。

✓供電電壓：由可編程電源提供，支持實(shí)時(shí)控制和功耗電流反饋。

✓充電接口信號(hào)與安全信號(hào)：包括CC2和CC，CP，以及高壓互鎖和碰撞信號(hào)的仿真。

測(cè)試執(zhí)行與配置

✓自動(dòng)化測(cè)試：LABCAR平臺(tái)提供自動(dòng)化開(kāi)發(fā)平臺(tái)LCA，支持自動(dòng)化測(cè)試執(zhí)行，兼容主流自動(dòng)化測(cè)試軟件。

✓模型與接口配置：LABCAR系統(tǒng)可自動(dòng)生成硬件輸入輸出接口，支持用戶自定義模型和參數(shù)配置。

05 前景展望

技術(shù)演進(jìn)發(fā)展趨勢(shì)：與云的融合發(fā)展

在我國(guó)，HiL技術(shù)引入相對(duì)較晚，但發(fā)展起點(diǎn)較高。目前，HiL技術(shù)在汽車領(lǐng)域已經(jīng)取得了重要的發(fā)展，其未來(lái)發(fā)展有以下幾個(gè)方向：

(1)HiL技術(shù)和云的融合發(fā)展

云服務(wù)集成：云服務(wù)的集成為HiL測(cè)試提供了大規(guī)模的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，滿足了對(duì)高精度、高復(fù)雜度測(cè)試的需求。此外，云服務(wù)支持遠(yuǎn)程測(cè)試，大大提升了測(cè)試的靈活性和可達(dá)性。

并行測(cè)試能力：在傳統(tǒng)HiL測(cè)試中，一次僅能進(jìn)行單個(gè)測(cè)試用例，而通過(guò)與云技術(shù)的融合，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)測(cè)試用例的并行執(zhí)行，降低了成本同時(shí)提高了效率。

行業(yè)領(lǐng)袖的探索：領(lǐng)先企業(yè)如dSPACE已開(kāi)始探索HiL技術(shù)與云技術(shù)的融合方案，預(yù)示著未來(lái)測(cè)試方式的變革;蔚赫信息也已經(jīng)自研智能試驗(yàn)數(shù)據(jù)融合云系統(tǒng)，該系統(tǒng)在提高測(cè)試效率和降低成本方面展現(xiàn)了顯著優(yōu)勢(shì)。

(2)仿真技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向和技術(shù)趨勢(shì)

環(huán)境特性仿真：未來(lái)環(huán)境仿真技術(shù)將趨于模擬更加全面和復(fù)雜的環(huán)境特性，包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等方面的綜合反饋。這涉及到力學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、電磁學(xué)等多學(xué)科的綜合應(yīng)用，形成更加真實(shí)的環(huán)境感知仿真。

分布交互仿真：隨著仿真對(duì)象和因素的增加，將需要更多仿真器或?qū)嵨镞M(jìn)行集成和交互。基于SIMNET的異構(gòu)性網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的分布交互仿真技術(shù)將成為研究的重點(diǎn)，指導(dǎo)半實(shí)物仿真，有效降低仿真工作量。

技術(shù)融合與創(chuàng)新：未來(lái)的HiL仿真技術(shù)將更加注重與新興技術(shù)的融合，如人工智能、大數(shù)據(jù)分析等，以提高仿真的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性。

產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展趨勢(shì)：中國(guó)增速遠(yuǎn)超全球

在全球HiL技術(shù)市場(chǎng)中，中國(guó)市場(chǎng)的增速特別引人注目，年增長(zhǎng)率達(dá)到了15%至20%，遠(yuǎn)超全球平均增速的8%至9%。這一顯著的增長(zhǎng)表明了中國(guó)市場(chǎng)在HiL技術(shù)領(lǐng)域的活力和潛力。

中國(guó)政府對(duì)高端制造業(yè)和智能網(wǎng)聯(lián)車(ICV)行業(yè)的政策支持是推動(dòng)這一增長(zhǎng)的重要因素。例如，《汽車行業(yè)穩(wěn)增長(zhǎng)工作方案(2023—2024年)》的發(fā)布，促進(jìn)了5G信息通信、車路協(xié)同、智能座艙、自動(dòng)駕駛等新技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用。此外，工業(yè)軟件行業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新也得到了國(guó)家的鼓勵(lì)，為HiL技術(shù)產(chǎn)業(yè)提供了加速發(fā)展的契機(jī)。

此外，HiL應(yīng)用需求也呈現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)。《智能網(wǎng)聯(lián)汽車模擬仿真測(cè)試規(guī)范》的出臺(tái)，為HiL技術(shù)市場(chǎng)的拓展提供了新的機(jī)遇。這些規(guī)范不僅完善了仿真測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)體系，而且將仿真驗(yàn)證的過(guò)程和結(jié)果作為審核與認(rèn)證的重要依據(jù)。HiL技術(shù)作為加速產(chǎn)品研發(fā)的關(guān)鍵工具，其重要性日益凸顯。車企提升HiL測(cè)試能力，已成為實(shí)現(xiàn)高級(jí)智能駕駛技術(shù)的重要步驟。

06 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

研究方法

本報(bào)告結(jié)合全面考慮了行業(yè)影響因素，包括政策、市場(chǎng)環(huán)境、競(jìng)爭(zhēng)格局、歷史趨勢(shì)、技術(shù)進(jìn)步等。長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)特定行業(yè)，我們分析了行業(yè)運(yùn)營(yíng)特性、盈利能力、產(chǎn)業(yè)鏈和商業(yè)模式。利用多層面數(shù)據(jù)，包括行業(yè)、市場(chǎng)、企業(yè)、渠道和用戶信息，本報(bào)告提供深度市場(chǎng)研究，全面評(píng)估行業(yè)現(xiàn)狀，深入調(diào)研重點(diǎn)企業(yè)，分析其產(chǎn)銷運(yùn)營(yíng)，并預(yù)測(cè)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。我們采用行業(yè)生命周期理論、SCP模型、PEST分析、波特五力、SWOT分析、波士頓矩陣、波特鉆石理論等，構(gòu)建獨(dú)特的研究方法和產(chǎn)業(yè)評(píng)估體系。

數(shù)據(jù)來(lái)源

我們綜合利用一手和二手?jǐn)?shù)據(jù)。一手?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)自于對(duì)行業(yè)內(nèi)重點(diǎn)企業(yè)的訪談，包括公司高層、專家、技術(shù)負(fù)責(zé)人、客戶、分銷商、代理商、經(jīng)銷商、供應(yīng)商等;二手?jǐn)?shù)據(jù)主要來(lái)源于全球行業(yè)新聞、公司年報(bào)、非盈利組織、行業(yè)協(xié)會(huì)、政府機(jī)構(gòu)、海關(guān)數(shù)據(jù)及第三方數(shù)據(jù)庫(kù)，如彭博社、萬(wàn)得資訊、國(guó)研網(wǎng)、中國(guó)資訊行數(shù)據(jù)庫(kù)、國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)、皮書(shū)數(shù)據(jù)庫(kù)、中國(guó)海關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)等。

我們通過(guò)訪談、電話調(diào)研等手段獲取一手?jǐn)?shù)據(jù)，并在公司內(nèi)部評(píng)估數(shù)據(jù)源的合法性以確保可靠性和合規(guī)性。使用自上而下及自下而上的方法來(lái)評(píng)估公司、產(chǎn)品類型、應(yīng)用細(xì)分、國(guó)家及地區(qū)市場(chǎng)規(guī)模，全球市場(chǎng)總體數(shù)據(jù)。通過(guò)一手和二手?jǐn)?shù)據(jù)核對(duì)，綜合考慮所有可能影響市場(chǎng)的參數(shù)，進(jìn)行細(xì)節(jié)觀察和分析，以得到最終的定量和定性數(shù)據(jù)。

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