Software 14.07.2000, 17:25 Uhr

Tägliches Brot für Test-Ingenieure

Noch vor einigen Jahren war die Fahrzeug-Simulation bei der Steuergeräte-Entwicklung für Automobile eine Ausnahme. Heute ist „Hardware in the Loop“ (HIL) bereits Alltag, werden Fahrsituationen am PC präzise generiert und reproduziert. Manchmal bevor überhaupt erste Prototypen eines neuen Fahrzeugs entstanden sind.

Dadurch hat sich auch der Aufgabenbereich der Testingenieure im Automobilbau geändert, weg von den klassischen Fahrtests hin zu mehr Simulation am Bildschirm. Dr. Thorsten Krupp und Ansgar Konrad, im Zentrallabor Physik des Internationalen Technischen Entwicklungszentrums (ITEZ) der Adam Opel AG tätig: „Hinter der Simulation stecken abwechslungsreiche Aufgaben, von der Programmierung eines Motormodells über die Simulation und Tests sowie der Betreuung der Technik bis hin zu intensiven Kontakten mit den Lieferanten.“ Als Ausbildung sollten Jungingenieure Maschinenbau oder Elektrotechnik studiert haben, möglichst mit Schwerpunkt Regelungstechnik oder Mechatronik. Das letztgenannte Fachgebiet wird neuerdings auch verstärkt an deutschen Hochschulen gelehrt.
HIL bedeutet, dass spezielle Software die Steuergeräte mit den gleichen Daten „füttert“, die auch bei realer Fahrt entstehen. In dieser virtuellen Umgebung müssen dann die Steuergeräte ihre Funktionssicherheit beweisen. Im ITEZ Zentrallabor in Rüsselsheim ist der virtuelle Fahrbetrieb schon lange Realität: Seit den 80er Jahren entwickeln die Ingenieure dort digitale Fahrzeugmodelle und testeten damit zuerst ABS-Steuergeräte. Heute umfasst der Arbeitsbereich des Zentrallabors auch die Prüfung von Steuergeräten für Getriebe und Motor sowie für Fahrdynamik-Regelsysteme. Ihre Diagnoseschnittstellen, CAN-Bus-Kommunikation und die Fehlererkennungs-Strategien werden mit HIL überprüft.
Das ITEZ verfügt über vier HIL-Prüfstände, zwei davon mit einem Hydrauliksystem. Letztere ermöglichen Entwicklungsarbeit mit Serienteilen, beispielsweise für ideale Bremsstrategien. Weitere Hardwarekomponenten sind eine Drosselklappe, eine Motorsteuerung und ein Automatikgetriebe. Alle anderen Funktionen werden ausschließlich per Software optimiert. Sie stammt vom Softwareentwickler IPG aus Karlsruhe und besteht aus mehreren Komponenten mit individuellen Einstellmöglichkeiten: Fahrzeug, Anhänger, Antriebsstrang, Bremsanlage, Reifen, Daten realer Strecken wie etwa Nürburgring-Nordschleife und Fahrer. Das Fahrermodell zum Beispiel bietet frei skalierbare Parameter, um verschiedene Fahrervarianten zu simulieren. Eine Bedienoberfläche, Bibliotheken, Datenanalysetools und ein Animationsprogramm unterstützen den Anwender.
Durch eine Schnittstelle sind auch Offline-Fahrzeugdaten aus der Entwicklung – etwa für das Chassis – innerhalb weniger Minuten in die Prüfstands-Software integrierbar. Dadurch können die Ingenieure unverzüglich mit der Simulation beginnen, bevor überhaupt reale Prototypen gebaut sind. Früher mussten sie die Fahrzeugdaten in mühevoller Kleinarbeit noch selbst generieren.
Auf den Prüfständen werden einzelne Fahrmanöver oder auch komplette Testfahrten simuliert – beispielsweise der VDA-Spurwechseltest oder eine Fahrt mit Anhänger über einen Alpenpass. Die Ingenieure analysieren, wie die Steuergeräte auf Fehlfunktionen der Sensoren, Dauerbelastung oder extreme Situationen reagieren. Über die Grenzen der einzelnen Regelkreise suchen sie auch nach Fehlerketten, die sich durch mehrere Regelkomplexe ziehen und nur schwer zu lokalisieren sind.
Thorsten Krupp und Ansgar Konrad können sich Entwicklungsarbeit ohne HIL-Tools kaum mehr vorstellen: „Es ginge auch ohne HIL, aber nur mit wesentlich höherem Aufwand. Erstens wären mehr kostspielige Prototyp-Fahrzeuge erforderlich, zweitens wären mehr Mitarbeiter viel länger mit Testfahrten beschäftigt. So kostet ein Prototyp-Fahrzeug inklusive Testreihen und Personalaufwand grob geschätzt eine Mio. DM. Der HIL-Prüfstand mit dem gleichen Prüfumfang kostet etwa die Hälfte. Drittens lassen sich am Prüfstand viele Funktionen automatisieren und beliebig oft bei gleicher Reproduzierbarkeit wiederholen.“ Das heißt, die Straßenverhältnisse sind am Rechner – anders als auf der Straße – immer gleich. Außerdem: „Wo sollen wir im europäischen Sommer Glatteistests fahren?“
Ein weiterer Vorteil ist, dass das stundenlange oder sogar tagelange Simulieren per Testautomatisierung möglich ist, ohne dass ein Mitarbeiter anwesend ist. Nicht zuletzt steigt auch die Sicherheit der Testfahrer, da Fahrmanöver im Grenzbereich am Prüfstand gefahrlos möglich sind.
Allerdings wird der Prüfstand reale Fahrversuche niemals komplett ersetzen, wenn er auch ihren Umfang erheblich reduziert. Denn die Straßen- und Witterungsverhältnisse sowie der Fahrzeugzustand stellen immer ein gewisses Maß an Zufälligkeiten dar, die nur im realen Versuch erprobt werden können. HIL-Simulation kann jedoch weit reichende Vorarbeit leisten, die dann nur noch auf der Straße bestätigt werden muss. So ist bei den Opel-Testingenieuren der Simulationsanteil der Fahrdynamikregelung verhältnismäßig hoch, während für die Motorsteuerung bisher nur vergleichsweise geringe Umfänge simuliert werden.
Weitere Einsatzgebiete der Simulation sind zum einen Dauerläufe, um die Zuverlässigkeit der Software zu testen. Zum anderen übernehmen die Prüfautomaten auch Kontrollfunktionen. Zum Beispiel testen sie die von Lieferanten bezogenen Seriensteuergeräte auf 100 % Qualität und Funktionsfähigkeit. Ergänzend durchlaufen einige Steuergeräte vom Bandende nochmals einen Qualitätscheck. JÜRGEN GORONCY
Test the best: Thorsten Krupp (rechts) und Ansgar Konrad an einem der beiden HIL-Prüfstände mit Hydrauliksystemen.
Weg von der Straße: Fahrsituationen werden durch das so genannte Hardware in the Loop (HIL) am Bildschirm simuliert.

Ein Beitrag von:

  • Jürgen Goroncy

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