Wie können Funktionen des automatisierten Fahrens, an denen zahlreiche elektronisch gesteuerte Systeme des Fahrzeugs beteiligt sind, innerhalb kurzer Zeit mit hoher Qualität und wettbewerbsfähigen Preisen zur Serienreife gebracht werden? Wie lassen sich komplexe Antriebe mit Elektro- und Verbrennungsmotoren, Fahrbatterie, Katalysatoren und Automatikgetriebe optimal auslegen? Diesen wichtigen Fragen geht der folgende Beitrag nach.

Cosym

Bild 1: Gesamtsystemmodell eines Fahrzeugs mit virtuellen und realen Steuergeräten. Etas

Die typischen Bestandteile elektronischer Systeme im Fahrzeug sind Sensoren, Aktoren, Fahrzeugbusse sowie Steuer- und Regelstrecken, wie Antriebsstrang, Lenkung, Bremsen oder Fahrwerk. Entwicklung und Test von Funktionen des autonomen Fahrens erfordern die Nachbildung von Fahrdynamik, Wegstrecken, Fahrbahneigenschaften, Gelände und Bebauung, Wetter- und Witterungsbedingungen, anderer Verkehrsteilnehmer und gegebenenfalls von Infrastrukturen wie Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikations- oder Verkehrsleitsystemen. Infolgedessen nimmt der Umfang der Software im Fahrzeug stark zu. Gleichzeitig ist die Logik komplexer Fahrzeugfunktionen in vielen Fällen auf mehrere miteinander vernetzte elektronische Steuerungen verteilt, die beispielsweise mit Sensorsystemen integriert sind oder zentrale Berechnungen und Koordinationsaufgaben ausführen (Bild 1). Diese Funktionen lassen sich mit konventionellen Methoden an Hardware-in-the-Loop-Prüfständen (HiL) und im Fahrzeug nicht mehr effizient absichern. Um das komplexe Verhalten verteilter Funktionen insbesondere in Bezug auf die Sicherheit und Zuverlässigkeit des autonomen Fahrens in ausreichender Tiefe und Breite testen zu können, werden leistungsfähige Umgebungen zur Virtualisierung und Simulation der vernetzten Systeme benötigt.

Mit einer offenen und skalierbaren Simulationsplattform, mit dem der Test und die Validierung vernetzter Steuergeräte in Kombination mit Simulationen der Steuer- und Regelstrecken sowie der Umgebung möglich wird, lassen sich viele der neuen Herausforderungen meistern. Dieser Beitrag diskutiert den Bedarf und die Anwendungen für diese Plattform und die Anforderungen, denen sie genügen muss, sowie die neue Lösung Cosym von Etas.

MiL/SiL versus HiL

Cosym

Bild 2: HiL-Prüfstände lassen sich auf der Basis der Network-Labcar-Technologie von Etas zu umfangreichen Gesamtsystemen koppeln. Etas

Zur Evaluierung neuer Fahrzeugfunktionen dienen ausführbare Spezifikationen, die das Verhalten der Funktionen modellieren. Diese lassen sich in Kombination mit einer geeigneten Systemsimulation im geschlossenen Regelkreis, einer sogenannten Model-in-the-Loop-Umgebung (MiL), validieren. Die fertig spezifizierten Steuergerätefunktionen werden anschließend auf Softwarekomponenten abgebildet, die in Software-in-the-Loop-Umgebungen (SiL) getestet werden können. Zusammen mit den Steuergeräten wird die Software dann für Fahrversuche am HiL freigegeben. Dazu werden die Steuergeräte über physikalische Ein-/Ausgabe- (I/O-) und Busschnittstellen mit elektrischen Lasten und Computersimulationen des restlichen Systems verbunden. Durch Kopplung von HiL-Prüfständen lassen sich umfangreiche Gesamtsystemtests realisieren (Bild 2).

Für SiL-Tests ist der Einsatz virtueller Steuergeräte von Vorteil, da sie die gleiche Software-Architektur wie die Zielsteuergeräte besitzen. Weil virtuelle Steuergeräte unabhängig von Hardwareprototypen der Zielsteuergeräte zur Verfügung gestellt und ohne zusätzliche Kosten vervielfältigt werden können, werden sie auch bei HiL-Tests nutzbringend eingesetzt. Virtuelle Steuergeräte können entweder über virtualisierte oder physikalische I/O- und Busschnittstellen mit der Simulation verbunden werden. Mithilfe virtueller Steuergerätenetzwerke lässt sich beispielsweise die Buskommunikation genau nachbilden und die herkömmliche Restbussimulation damit ersetzen.

Im herkömmlichen Ablauf werden MiL-, SiL- und HiL-Tests sequenziell in unterschiedlichen Abteilungen verschiedener Bereiche der Entwicklung und Qualitätssicherung durchgeführt. Die Systemsimulationen sind der jeweiligen Aufgabenstellung angepasst, die vom Funktions-, Softwarekomponenten-, Software-Integrations-, Steuergeräte- und Systemtest, Überprüfung der Onboard- und Fehlerdiagnose bis hin zur Validierung der E/E-Architektur des gesamten Fahrzeugs reicht. Testingenieure setzen an HiL-Prüfständen typischerweise andere Simulationen ein als Funktions- und Software-Entwickler in ihren MiL-/SiL-Umgebungen.

Paradigmenwechsel

Um die neuen, komplexen Systeme schnell zur Marktreife zu bringen, müssen die Abläufe in der Entwicklung enger miteinander verzahnt und agiler werden. Wenn beispielsweise die Prüfung von Testfällen, die nicht notwendigerweise an kostenaufwendigen HiL-Prüfständen validiert werden müssen, in MiL/SiL-Anordnungen am Rechner erfolgen kann, lassen sich die erforderlichen Tests insgesamt schneller und kostengünstiger durchführen. Eine Voraussetzung dafür sind skalierbare Systemsimulationen, die sich gemeinsam von MiL/SiL- und HiL-Tests nutzen lassen.

Darüber hinaus sind Paradigmenwechsel in Abläufen und Organisationen hin zu agilen Prozessen und hin zur Auflösung von starr getrennten Aufgaben in Entwicklung und Test notwendig. Nur so lassen sich beispielsweise neue Versionen von Softwarekomponenten verteilter Funktionen, an deren Entwicklung mehrere Teams verschiedener Unternehmen beteiligt sind, kontinuierlich integrieren und validieren.

Um die Einführung neuer Abläufe und Methoden in Entwicklung und Test reibungslos zu gestalten, müssen neue Lösungen flexibel mit vorhandenen Werkzeugen, Modellen, Konfigurationen und Prozessen zusammenspielen. Dasselbe gilt für die Wiederverwendung von Ergebnissen und Konfigurationen vorausgehender Entwicklungsschritte und anderer Projekte.

Seite 1 von 212