Assistenzsysteme Hardware-in-the-Loop-Systeme für Steuergeräte

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Mit einem Hardware-in-the-loop-Aufbau lassen sich Steuergeräte in einer kontrollierten Umgebung präzise testen. Ein flexibler Testaufbau reduziert Aufwand und Kosten bei der Zusammenarbeit mit verschiedenen Kunden.

Komplexe, automatisierte Fahrfunktionen der Level 3 und 4 werden mit modernen Validierungsmethoden entwickelt, die über herkömmliche Testfahrten hinausgehen. Mit einem Versuchsaufbau, der die Fahrzeug-Hardware nutzt, lassen sich beispielsweise Szenarien immer wieder exakt wiederholen. Solche Hardware-in-the-loop-Systeme (kurz HiL) bieten eine kontrollierte Umgebung, um reale oder simulierte Aufnahmen immer wieder abzuspielen und damit das Verhalten eines Steuergeräts zu testen.

Mit einer solchen Simulation sind unter anderem Szenarien möglich, die in der Realität nur schwierig oder mit weitreichenden Folgen für den Fahrer aufzuzeichnen wären. Dazu zählen zum Beispiel Manöver mit Geisterfahrern, riskante Überholmanöver sowie Gegenstände oder Tiere auf der Fahrbahn.

Dossier Car-IT

Software und IT im Fahrzeug

Das Thema HiL hat sich in den vergangenen Jahren als State-of-the-Art-Methode in den Entwicklungslaboren aller OEMs sowie der Tier-1- und Tier-2-Zulieferern etabliert. Es gibt mittlerweile eine breite Auswahl an Systemen. Doch wie die meisten Hardware-Produkte im Bereich der Autoindustrie müssen auch HiL-Systeme auf die Kundenanforderungen anpassbar sein.

Wenig Zeit für innovative Systeme

In den vergangenen Jahren wuchs die Zahl an Teilnehmern im Milliardenmarkt des automatisierten Fahrens stark. Um aus diesem konkurrierenden Umfeld herauszustechen, müssen die Unternehmen innovative Systeme präsentieren. Dabei bleibt oft nicht viel Zeit für das ausgiebige Entwickeln und Absichern der Steuergeräte oder Gesamtsysteme. Werden Termine überschritten, drohen Verluste von Folgeprojekten und Marktanteilen. Beste Produkte auf dem Markt platziert zu haben, hilft wenig, wenn diese für den jeweiligen OEM aufwendig und langwierig angepasst werden müssen.

In einem konkreten Anwendungsfall gab es ein bestehendes System, das die Anforderungen nicht mehr erfüllen konnte. Aus der Anfrage wurde zunächst eine kundenspezifische Lösung entwickelt, die nun als Basisprodukt verfügbar ist. Das bedeutet: Die bestehenden Bausteine können an beliebige Anwendungsfälle angepasst werden, ohne einen hohen initialen Entwicklungsaufwand tätigen zu müssen.

Flexibel aufgebautes HiL-Rack

Die Maßgabe für das neue HiL-Konzept war, passende Hardware wiederzuverwenden und das neue System in die bestehende Infrastruktur im Datencenter einzupassen. Die Lösung im Projekt: ein flexibler Aufbau, bestehend aus zwei 19-Zoll-Racks mit jeweils acht Schubläden. Diese „HiL-Drawer“ beinhalten jeweils ein in sich geschlossenes HiL-System, das individuell angesteuert werden kann. Mit jedem HiL-Drawer kann jeweils ein DuT (Device under Test) getestet werden.

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Der Ablauf beginnt im System bei der „BRICKplus ADAS-Messtechnik-Plattform“, die als Bindeglied zwischen dem kundenspezifischen Cloud-Backend und dem HiL-System dient. Diese wird mit realen Aufnahmen einer Testfahrt in Form von MDF4-Containern aus der Cloud bespielt. Damit sehr große Dateien nicht erst vollständig heruntergeladen werden müssen und somit Leerstandzeiten des Systems auftreten, ist es in der Lage, Download und Wiedergabe zu parallelisieren. Die Reprozessierungsrate wird dadurch deutlich angehoben. Im Projekt wurde auf Kundenwunsch die Software in das bestehende Reprocessing-Framework und aus dem Vorgängerprojekt vorhandene Inject-Hardware integriert, um die Gesamtkosten zu senken.

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HiL-Sequenzer zur Steuerung des Systems

Die Softwarearchitektur von HiL-Systemen muss flexibel gestaltet sein, um neue Anforderungen, Funktionsänderungen und System-Updates effizient zu handhaben. Der zentrale Bestandteil, der HiL-Sequenzer, ermöglicht die Steuerung des Systems einschließlich des An- und Ausschaltens von Prüflingen und der Konfiguration von Aufgaben wie Reflashing, Kalibrierung und Codierung. Durch die Einrichtung von Modulen wie UDS, XCP, SOME/IP und Restbus wird eine optimale Testablauforganisation erreicht.

Eine essenzielle Komponente ist der XTSS Time Synchronization Service, der basierend auf der IEEE-802.1AS-Norm eine synchronisierte Zeitausgabe über alle Komponenten hinweg sicherstellt. Dies ist insbesondere für die Aufzeichnung und Berechnung von Key Performance Indicators wichtig, um Zeitstempelabweichungen zu vermeiden. Zudem ermöglicht die Konfiguration der HiL-Drawer für Remote-Administration und OTA-Updates eine flexible und wartungsarme Systemverwaltung, angepasst für den 24/7-Einsatz.

Systemlieferanten stehen oft vor der Herausforderung, HiL-Systeme zu entwickeln, bevor ein stabiler DuT-Prototyp vorhanden ist, was zu Projektänderungen führen kann. Hier können eine durchdachte Absicherungsstrategie und vorherige Funktionalitätstests dazu beitragen, Fehler effizient zu beheben und Entwicklungszyklen zu beschleunigen. Das hilft, ADAS- und AD-Komponenten zuverlässiger zu machen.

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Flexibilität und offene Schnittstellen

Die Auswahl eines HiL-Systems wird zunehmend von der Flexibilität, offenen Schnittstellen, Erweiterbarkeit und der Wiederverwendbarkeit der Komponenten beeinflusst. Eine enge Zusammenarbeit zwischen Systemlieferanten und Nutzern, ergänzt durch Service Level Agreements, minimiert den Wartungsaufwand für den Kunden und ermöglicht die Konzentration auf die Kernentwicklung der Steuergeräte.

Die Auswahl adäquater Hardware- und Softwarekomponenten ist essenziell für erfolgreiche HiL-Simulationen, insbesondere bei der Entwicklung von Level-3- und 4-Funktionen. Ein professionelles Labor mit modularen HiL-Systemen ermöglicht nicht nur präzise und wiederholbare Tests unter kontrollierten Bedingungen, sondern steigert insgesamt die Effizienz und Qualität in Testverfahren. Die Fähigkeit, flexibel auf neue Anforderungen zu reagieren, minimiert Wartungs- und Anpassungsaufwände. Die Mitarbeiter können sich auf die Kernkompetenzen in der Steuergeräteentwicklung konzentrieren.

* Johann Führmann, Head of Business Development und Laura Fumfack, Key-Account Manager, beide b-plus automotive

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