Test und Validierung

Hardware-in-the-Loop (HiL)-Systeme leisten einen wichtigen Beitrag zur Qualitätssicherung in den frühen Entwicklungsphasen der Steuergeräte-Entwicklung. Sie simulieren Fahrer, Fahrzeug und Umwelt (Driver-Vehicle-Environment, DVE), um die Funktion oder das Diagnoseverhalten von Steuergeräten im Labor zu testen. Dabei ermöglichen automatisierte Tests eine hohe Testabdeckung. Es lassen sich beliebige Situationen reproduzierbar und umfangreich testen – ohne dass eine Gefahr für Fahrer und Fahrzeug entsteht.

ETAS LABCAR ist Bestandteil der durchgängigen ETAS-Werkzeugfamilie, die den gesamten V-Zyklus abdeckt. So können Tests im Modell (Model-in-the-Loop, MiL) mit bereits entwickelter Software (Software-in-the-Loop, SiL), mit einem angeschlossenen realen Steuergerät (Hardware-in-the-Loop, HiL) sowie mit zusätzlichen Mess- und Verstellzugängen der Datenapplikation im Steuergerät (M&C) erfolgen.
In all diesen Fällen ist es möglich, die Tests in Echtzeit sowohl geschlossen als „Closed-Loop-Tests“ oder mit externen Eingriffen als „Open-Loop-Tests“ durchzuführen.

LABCAR hat sich über die Jahre bei der Integration und dem Test von Regelungs- und Diagnosefunktionen in zahlreichen Serienprojekten bewährt, z. B.:

  • Motorsteuerung
  • Getriebesteuerung
  • Antiblockiersystem (ABS)
  • Fahrdynamikregelung (ESP)
  • Elektrohydraulisches Bremssystem (EHB)
  • Adaptive Geschwindigkeitsregelung (ACC)
  • Aktive Vorderradlenkung
  • Sitz- und Fenstersteuerung

    Erfolgsgeschichten der LABCAR HiL-Testsysteme

    • LABCAR-RTPC: Seit einem Jahrzehnt die Nase vorn
      Viele Marktbeobachter rieben sich die Augen, als ETAS im Januar 2004 die Version 1.0 des ETAS LABCAR-RTPC vorstellte. Eine Software, mit der Standard-PCs zu Hochleistungs-Simulationstargets für Hardware-in-the-Loop (HiL)-Tests werden? Das war ein Tabubruch. Heute hat sich die Erkenntnis durchgesetzt: Die offene PC-basierte Architektur ist der Garant dafür, dass Test- und Simulationssysteme vom rasanten Fortschritt in der PC-Prozessortechnik profitieren können:
    • Intelligenter Test-Assistent
      Ein Testfahrer bei Bosch Gasoline Systems bekommt die Anweisungen für seine Testfahrt von seinem virtuellen Assistenten per Sprachausgabe mitgeteilt und kann sich somit voll aufs Fahren konzentrieren. Der elektronische Helfer zeichnet auch die wichtigsten Daten auf und registriert Abweichungen von den Zielwerten. Die Testfälle sind in LABCAR-AUTOMATION erstellt und können auch am HiL-System verwendet werden. So kann viel Zeit bei der Bewältigung von Routineaufgaben eingespart und die Versuchsfahrzeuge effizienter genutzt werden.
    • LABCAR-Systeme auch in der Applikation als Standardentwicklungswerkzeug
      Bosch Diesel & Gasoline Systems (DGS) nutzt LABCAR weltweit, um Software- und Abliefertests durchzuführen. Darüber hinaus, wurde das System mit einem funktional erweiterten LABCAR-Modell für ein Pkw-Referenzfahrzeug parametriert und verifiziert. Mit diesem „virtuellen Versuchsfahrzeug“ wird ein Teil der notwendigen Messungen vom Prüfstand auf den HiL-Simulator verlagert. Am LABCAR wird die Erstapplikation vorgenommen und funktionalen Querkopplungen und Worst-Case-Fälle vorab ermittelt. Dadurch werden reale Messungen am Testfahrzeug oder Prüfstand eingespart bzw. effektiver genutzt.
    • Fahrdynamik im HiL-Test
      Das Anfahren auf steiler, vereister Fahrbahn oder das Überschreiten des Grenzbereichs – die Integration von CarMaker® in das ETAS LABCAR-Testsystem ermöglicht, hochdynamische Funktionen und Fahrmanöver in Echtzeit in den Testverlauf mit einzubeziehen.
    • Offenheit schafft Raum für Synergien
      Eine echte Teamleistung bringt mehr als die Summe von Einzelleistungen. Das gilt vielfach auch für Entwicklungswerkzeuge. Ein gutes Beispiel dafür ist die hier beschriebene Verbindung von PreScan, CarSim, MATLAB®/Simulink® und LABCAR-RTPC für einen japanischen Kunden. Dank der Offenheit des ETAS LABCAR-RTPC entsteht ein leistungsfähiges Echtzeit-Testsystem, das sich durch besondere Benutzerführung, hohe Präzision und besondere Flexibilität auszeichnet.
    • Realer Verbrennungsmotor trifft auf virtuelle Hybrid-Komponenten
      Viele Automobilhersteller nutzen die Hybridisierung des Antriebsstrangs, um Emissionen und Verbräuche zu senken. Eine entscheidende Rolle spielt die Wahl der richtigen Betriebsstrategie im Zusammenspiel zwischen Verbrennungs- und Elektromotor. Die TU Wien hat einen realen Verbrennungsmotor mit virtuellen Hybridantriebskomponenten am ETAS LABCAR System zu einem geschlossenen Echtzeit-Regelkreis über leistungsfähige Schnittstellen gekoppelt. So lassen sich besonders präzise die Auswirkungen verschiedener Parameter der Betriebsstrategie validieren.
    • Simulierte Hochvolt-Tests rund um die Uhr
      Mit Spannungen von 675 Volt und mehr stellen elektrische Antriebe das Testequipment vor besondere Herausforderungen. Die AVL Software und Functions GmbH hat realitätsnahe, eigenentwickelte Modelle für Verbrennungsmotor, Getriebe, Fahrzeugsteuergeräte, Batterien und Elektromotoren in das LABCAR Multicore HiL-System integriert und kann auf diese Weise Hochvolt-Batteriesteuerungen ohne reale Spannung auf Signalebene testen. Das ermöglicht, am Laborarbeitsplatz gefahrlos nahezu alle Funktionen des Batteriemanagementsystems zu entwickeln und zu testen – und zwar vollautomatisiert im 24/7-Betrieb.
    • Zweirad-Tests ohne Sturzrisiko
      Immer mehr Motorräder verfügen mindestens über ein Antiblockiersystem (ABS). Gerade beim Zweirad ist der Sicherheitsgewinn enorm. Tests unter realen Bedingungen sind jedoch sehr aufwändig und zum Teil gar nicht möglich – da jede Fehlbedienung oder -kalibrierung auch den erfahrensten Testfahrer zum Sturz bringen kann. Die ETAS LABCAR HiL-Lösung testet das reale Steuergerät, wobei die Eingänge durch Hardware-Signale stimuliert werden. Die Kombination mit der Zweirad-Simulationsumgebung IPG MotorcycleMaker® ermöglicht, fast alle denkbaren Umgebungen und Szenarien zu verifizieren – ob auf Glatteis oder beim Bremsen aus hoher Geschwindigkeit – ohne ein Risiko für den Testfahrer einzugehen.
    • Testverfahren für schwere Nutzfahrzeuge
      Der amerikanische Nutzfahrzeughersteller Navistar stand vor der Aufgabe, die hohen Test- und Validierungskosten, die durch Prüfstände und Versuchsfahrzeuge entstehen, zu verringern. Gemeinsam mit Navistar entwickelte ETAS ein HiL-basiertes Test-Framework für die Entwicklung und Verwaltung automatisierter Regressionstests auf Basis von LABCAR-AUTOMATION. Dieses wird auch für Model-in-the-Loop- und Software-in-the-Loop-Simulation eingesetzt.
      Zu den Nutzen zählen eine verstärkte Abdeckung von Software- und Funktionstests im Labor, die Erfassung von Problemen vor Prüfstands- und Fahrzeugtests sowie die Reduzierung der Zykluszeit bei bestimmten Softwaretests um den Faktor 10 durch die automatisierten Regressionstests.
    • Virtuelles Bagger-Testen
      Offroad-Fahrzeuge kommen in zahlreichen Varianten und unter unterschiedlichsten Umweltbedingungen zum Einsatz. Allein die Dimension der Fahrzeuge macht reale Tests, etwa in einer Kältekammer, praktisch unmöglich. Der Motorenentwickler AVL unterstützt seit Jahren die Applikation von Serienfahrzeugen durch HiL-Anwendungen. Jetzt werden Funktionen im Labor sogar endbedatet – möglich durch die von AVL entwickelte modellbasierte Motoroptimierung (MoBEO). Die „virtuelle Serienapplikation“ spart Zeit und Kosten – die Simulation aller möglichen Umgebungsbedingungen bringt zudem eine Steigerung der Applikationsqualität.
    • Drehzahlregler für Schiffsdiesel
      Reduktion von Treibstoffverbrauch und Optimierung der Abgaszusammensetzung sind auch für die Auslegung von Schiffsdieselmotoren zunehmend wichtige Kriterien. Das Laborteam der technischen Universität Wuhan/China entwickelt mit ETAS-Tools elektronische Drehzahlregeler für Schiffsdieselmotoren. Mit ETAS LABCAR werden die Steuerungsstrategien für elektronische Drehzahlregler erforscht und Aktoren getestet.
    • ETAS LABCAR kann sehen
      Die Prüfung moderner eingebetteter Steuergeräte mit optischen Anzeigen ist eine zeitaufwändige und schwierige Aufgabe. Manche visuelle Rückmeldungen, wie beispielsweise die Winkelgeschwindigkeit einer Zeigernadel, sind mit dem menschlichen Auge nicht objektiv zu beurteilen. Andere Funktionen, wie die Restanzeige bei einer Waschmaschine, laufen zu lange für einen manuellen Test. ETAS bietet ein kompaktes Echtzeit-Bildverarbeitungspaket, das ein Kamerasystem zur Erfassung visueller Rückmeldungen mit dem ETAS LABCAR HiL-Testsystem und der ETAS LABCAR-AUTOMATION-Software kombiniert. Dies ermöglicht nicht nur eine auf die Millisekunde genaue, mit den I/O-Signalen synchronisierte Bilderfassung, sondern auch die Ausführung vollautomatisierter Testskripte, die auch über Nacht oder am Wochenende ablaufen können.

    …und die Geschichte geht weiter!