Automatisierte Tests reduzieren die Kosten und minimieren das Risiko

Wenn es um die Entwicklung von Software und Hardware und insbesondere von eingebetteten Motorsteuerungsapplikationen geht, spielt die Qualitätssicherung eine zentrale Rolle. Doch gerade im Automobilbereich sind Tests zur Qualitätssicherung sehr arbeits- und zeitintensiv und werden darum in der Praxis häufig vernachlässigt. Kritische Fehler werden daher erst bei der Systemprüfung oder am Ende des Entwicklungsprojekts entdeckt. Dies führt nicht nur zu Risiken, sondern im schlimmsten Fall auch zu enormen Kosten für die Fehlerbehebung. Mit der mobile Motor Test Bench (mMTB) reagiert Moteon auf diese Herausforderungen und erleichtert den Entwicklern die Arbeit erheblich.

Warum ist frühes Testen bei Motorsteuerungen entscheidend?

Das konventionelle Vorgehen bei der Softwareentwicklung für Motorsteuerungsapplikationen stützt sich stark auf manuelle Tests der Software und des Systems. Allerdings ist diese Methode zeitaufwändig und zudem anfällig für menschliche Fehler. Üblicherweise benötigen zwei Ingenieure bis zu zwei Wochen, um einen Testzyklus abzuschließen. Dennoch ist das Risiko hoch, dass kritische Fehler unentdeckt bleiben, da manuelle Tests nur einen Bruchteil der Testfälle abdecken können. Für Unternehmen ist es schlicht zu teuer und zeitaufwändig, diese manuellen Tests regelmäßig durchzuführen, zumal die Produkte heutzutage immer schneller auf den Markt gebracht werden müssen. Daher werden diese Tests tendenziell nur bei Bedarf durchgeführt, was dazu führt, dass Fehler oft erst spät im Entwicklungszyklus im Zuge von Systemtests und am Ende des Entwicklungsprojekts entdeckt werden. Dies erhöht nicht nur die Projektrisiken, sondern verursacht auch erhebliche Kosten: Der Aufwand für die Behebung von Fehlern ist bei Systemtests 40-mal höher und bei Unit-Tests immer noch viermal höher als bei der Fehlersuche in der Programmierungsphase (Bild 1).

Zur Unterstützung der Softwareentwickler und zur Optimierung ihrer Arbeitsprozesse wurde die mobile Motor Test Bench (mMTB) von Moteon speziell für automatisierte Software- und Systemtests von Motorsteuerungsapplikationen entwickelt. Mit diesem kompakten Prüfstand wird dem Entwickler die Durchführung von Tests bereits während der Programmierung ermöglicht, wodurch manuelles Testen entfällt. Zusätzlich ermöglicht die integrierte TraceBox die Datenerfassung und -verfolgung in Echtzeit, was wiederum die Genauigkeit der Testergebnisse verbessert. Durch das kompakte Design und die Sicherheitsfunktionen lässt sich die mMTB problemlos in Standard-Entwickler-Setups integrieren, sodass Entwicklungskosten gesenkt und Projektrisiken minimiert werden. Somit wird die mMTB zu einem wichtigen Bestandteil eines kontinuierlichen, effizienten Integrationsaufbaus.

Testen während der Programmierung

Im Gegensatz zu klassischen, zeitaufwändigen und manuellen Testmethoden bietet Moteons mMTB eine Testumgebung, die kontinuierlich und problemlos für schnelles Testen von Motorsteuerungsalgorithmen und Signalanalysen während der Entwicklungsphase des Projekts genutzt werden kann. Die flexible Datenverwaltung ermöglicht und beschleunigt die ergebnisorientierte Analyse. Außerdem werden alle steuerungsinternen Daten aufgezeichnet und mit einem Zeitstempel versehen, wodurch eine synchrone Verarbeitung mit hoher Echtzeitfähigkeit gegeben ist.

Die mMTB ermöglicht außerdem eine effiziente Parametrierung, die mühsames „Trial-and-Error“ nicht mehr erforderlich macht. Softwareanpassungen können zudem innerhalb weniger Stunden validiert werden. Ziel ist es, das Testen zu automatisieren und letztlich den Testaufwand um bis zu 60 Prozent zu reduzieren. Auf diese Weise können Entwickler von Anfang an qualitativ hochwertigen Softwarecode erstellen und das Risiko von Fehlern durch sporadische oder verspätete Tests mindern. Stattdessen kann mit dem Prüfstand jeder Entwicklungszweig oder jede Änderung sofort getestet werden, um die korrekte Funktionsweise zu überprüfen. Gleichzeitig können die Entwickler Daten vom Mikrocontroller streamen, um auftretende Fehler sofort zu erkennen. Dieser Ansatz reduziert die Projektrisiken deutlich und ermöglicht dadurch eine schnellere Markteinführung.

Um die Entwicklungsarbeit weiter zu erleichtern, ist die mMTB mit Sicherheitsmechanismen speziell für den alltäglichen Einsatz in Büroumgebungen konzipiert. Dabei erfüllt der mobile Prüfstand nicht nur alle geforderten Sicherheitsstandards, sondern bietet auch eine kompakte und robuste Bauweise, sodass er an jedem Arbeitsplatz eingesetzt werden kann (Bild 2). Dadurch werden ebenfalls Kosten gespart, da kein zusätzlicher Raum für die Aufstellung des Prüfstandes benötigt wird. So können die Entwickler die mMTB direkt an ihrem Arbeitsplatz nutzen und erhalten ein ständiges Feedback zu ihren Änderungen und Verbesserungen. Auf diese Weise kann der Programmierungsfortschritt genau überwacht und Fehler sofort erkannt und behoben werden.

Mit dem Prüfstand kann das zu prüfende Testobjekt (Device Under Test, DUT), bestehend aus der Elektronik und dem Motor, getestet werden. Dazu bildet der Lastmotor die in der Applikation übliche Last und das entsprechende Verhalten nach. Mithilfe von mechanischen Modulen und verschiedenen Lastprofilen ermöglicht die mMTB den schnellen Aufbau und die Entwicklung kundenspezifischer Motorapplikationen für unterschiedliche Motortypen. Darüber hinaus unterstützt der Prüfstand die Spannungsversorgung mit Spannungen bis zu 60 V_DC und Stromstärken bis zu 50 A. Unterstützt werden die Prüfobjekte mit einer maximalen Leistungsaufnahme von 1000 W, wobei der Prüfstand bis zu 768 W Dauerleistung für den Lastmotor ermöglicht. Durch die Integration der TraceBox werden die Funktionen der mMTB weiter ergänzt, sodass zum Beispiel Zeitsynchronisation über EtherCAT sowie die Identifikation und Analyse von Softwarefehlern und Systemverhalten ermöglicht werden.

TraceBox: Erweiterung für Echtzeit-Validierung

Die TraceBox (Bild 3) ist ein vielseitiges Datenerfassungs- und Kommunikationstool für die Entwicklung und Validierung von Motorsteuerungssoftware, das in Verbindung mit realer Zielhardware eingesetzt werden kann. Das Tool wird zwischen die Kundenapplikation und den Computer des Entwicklers in der mMTB geschaltet und stellt per Plug-and-Play die gewünschte Schnittstelle her. Als Standalone-Gerät kann die TraceBox mit einem benutzerfreundlichen PC-Tool bedient werden, womit eine unkomplizierte Handhabung gewährleistet ist.

Durch die hohe Konnektivität mit verschiedenen Applikationsprotokollen und Schnittstellen wie LIN, CAN FD oder EtherCat kann das Tool eigenständig als Teil einer Entwicklerumgebung oder eingebettet in eine Prüfstandsumgebung verwendet werden – auch in Kombination mit der mMTB. Die public API der mMTB und der TraceBox ist nach ASAM XIL modelliert – soweit anwendbar. Bei XIL handelt es sich um einen etablierten Standard für Automatisierungs- und Kalibrierungstools in der Automobilbranche. Der Standard definiert zahlreiche Begriffe und Konzepte, die den Anforderungen an Moteons Geräten sehr ähnlich sind, beispielsweise Variablen, Erfassungen, Trigger, Stimulation und Buszugriff. So ist es möglich, die API konsistent mit den Anforderungen der Industrie zu gestalten. Die automatisierten Tests auf Moteons Prüfständen werden hauptsächlich mit ECU TEST durchgeführt. Dabei handelt es sich um eine proprietäre Testautomatisierungsplattform für den Automobilmarkt, welche den ASAM XIL-Standard unterstützt. Darüber hinaus ermöglicht Moteon auch eine offene Python-Schnittstelle für die Prüfstände.

Die TraceBox ermöglicht eine eingehende Analyse der Funktionsweise von Softwareanpassungen während der gesamten Entwicklungsphase. Durch den integrierten XMC-Link kann das Prüfobjekt permanent verbunden bleiben, ohne ständig ab- und wieder angeschlossen werden zu müssen. Auf diese Weise wird das Flashen und Debuggen der Motorsteuerungssoftware vereinfacht und die Arbeitszeit deutlich verringert. Darüber hinaus ist das Daten-Streaming über SPI/UART möglich, welches für preiswerte Mikrocontroller ohne eigenes Tracing-Modul optimiert ist. Dies erlaubt die Überprüfung von Motorsteuerungsalgorithmen, indem die internen Daten des Mikrocontrollers bei laufendem Motor nachverfolgt werden. All diese Eigenschaften machen die TraceBox zu einer hervorragenden Erweiterung der mMTB.

Zusammenfassung

Insbesondere bei eingebetteten Motorsteuerungsapplikationen ist es zwingend notwendig, die einwandfreie Funktionsweise der Software und des Systems zu überprüfen. Die zeit- und kostenintensiven Tests werden oft aufgeschoben, was zu verschiedenen Risiken führt. Moteons mMTB entlastet Entwickler für Motorsteuerungssoftware bei manuellen Tests und hilft ihnen, die Kosten und den Zeitaufwand für Software- und Hardwaretests zu reduzieren. Die Software kann während des gesamten Entwicklungsprozesses getestet werden, sodass Fehler bereits in einem frühen Stadium behoben werden können und die volle Funktionsfähigkeit der Hardware erreicht wird. (na)