Einsatzmöglichkeiten der Bypass-Methode für Entwicklung und Test von Steuergerätefunktionen Operation am offenen Herzen (Teil 2)

Bei der Entwicklung von Steuergeräten muss die Software mit realen Werten ablaufen und getestet werden. Das geschieht meist in einer „Hardware-in-the-Loop“, wobei das Steuergerät real und die Umgebung am Rechner simuliert ist. Bypässe zu legen, bedeutet in diesem Fall, Daten direkt mit der Steuergeräte-Software auszutauschen. Wie das nutzbringend eingesetzt werden kann, beschreibt dieser Beitrag.

Teil 2: Einsatzmöglichkeiten der Bypass-Methode für Entwicklung und Test von Steuergerätefunktionen

Bei der Entwicklung von Steuergeräten muss die Software mit realen Werten ablaufen und getestet werden. Das geschieht meist in einer „Hardware-in-the-Loop“, wobei das Steuergerät real und die Umgebung am Rechner simuliert ist. Bypässe zu legen, bedeutet in diesem Fall, Daten direkt mit der Steuergeräte-Software auszutauschen. Wie das nutzbringend eingesetzt werden kann, bescreibt dieser Beitrag.

Die Bypass-Technik hat ein breites Einsatzgebiet über den gesamten Entwicklungs- und Testzyklus von Steuergeräte-Software hinweg (siehe Bild 1). Ihre klassische Anwendung ist die Beschleunigung der Funktionsentwicklung für Steuergeräte durch Rapid Prototyping. Hierbei werden einzelne Funktionen für Steuergeräte neu entworfen oder bereits im Steuergerät vorhandene Funktionen weiterentwickelt.

Die Bypass-Methode erlaubt den Betrieb einer neuen Funktion bereits in einem frühen Stadium der Steuergeräte-Entwicklung. So kann schon vor Verfügbarkeit der Steuergeräte-Software mit der Parametrierung der Software-Funktionen begonnen werden. Dies ist in Bild 1 mit „Vor-Kalibrierung“ beschrieben. Mit geeigneten Kalibriersystemen können diese Parameter in nachfolgenden Entwicklungsschritten weiter genutzt werden. Die Applikationsparameter werden dabei vorab in der Simulation (Rapid Prototyping, Hardware-in-the-Loop oder Function-in-the-Loop) getestet. Durch gezieltes Überschreiben von Speicherzellen, z.B. von Sensoreingängen, können so auch Werte für noch nicht real testbare Systemzustände erstellt und getestet werden.

Wird der Bypass intern direkt auf der Steuergeräte-Hardware betrieben, können die Implementierung, die Schnittstellen zur vorhandenen Steuergeräte-Software, das Echtzeit-Verhalten und der Ressourcenverbrauch der entwickelten Funktion getestet und bewertet werden. Der einfache Variablen-Bypass kann genutzt werden, um fehlerhafte Teile der Software stillzulegen, ohne auf einen neuen Steuergeräte-Softwarestand angewiesen zu sein. Dies ermöglicht Weiterarbeit und Tests an anderen Bereichen der Steuergeräte-Software. Über die Bypass-Technik ist auch die gezielte Einstreuung von Mess- oder Berechnungsfehlern in die Berechnungskette möglich, um beispielsweise die Reglerstabilität oder die Überwachungsfunktionen der Steuergeräte-Software zu testen.

Über das Einschleifen von Messgrößen, die z.B. über zusätzliche Sensorik erfasst und über das Rapid-Prototyping-System mittels Bypass eingeschleift werden, können Steuergerätesensoren und die Güte der Messwertaufbereitung im Steuergerät getestet werden. Durch die Vorgabe definierter Ausgangswerte des Steuergeräts können auch Aktoren (Steller) im Fahrzeug oder am Prüfstand getestet und kalibriert oder mit den zurückgelesenen Stellwerten verglichen werden.

Die Machbarkeit des in Bild 4 dargestellten FiL-Systems konnte in einem gemeinsamen Pilotprojekt der Etas GmbH und der Continental Automotive GmbH nachgewiesen werden [7, 8]. Das FiL-System wurde mit Etas-Produkten aus der Labcar-Reihe und dem ES910-Modul aufgebaut. Bild 5 zeigt den bei Continental Automotive GmbH in Betrieb genommenen Prototypen. Das Steuergerät ist über einen im Gehäuse verbauten Emulatortastkopf und über ein ES910-Modul als Protokollübersetzer mit einem Echtzeit-Rechner (Labcar-RTPC) verbunden. Desweiteren ist das Steuergerät mit einem VMEbus-System (ES4100) zur Erzeugung von Kurbel- und Nockenwellensignalen verbunden. Dies ermöglicht die notwendige Triggerung der segmentsynchronen Tasks in der Software des Steuergeräts. Gesteuert wird das Experiment mit Hilfe eines Kontrollrechners (Labcar-Operator). Für den gezeigten Aufbau wurden 15 Steuergeräte-Ein- und Ausgänge freigeschnitten und konnten durch das Streckenmodell direkt bedient werden. Da bei einem FiL-System die elektrischen Eingänge des Steuergeräts offen liegen, schreibt das Steuergerät Diagnose-Einträge in den Fehlerspeicher. Um dies zu verhindern, wurden Diagnosefunktionen über die Bedatung des Steuergeräts deaktiviert.

Die neue Technik ist für die Bereiche Funktionssicherung, Software-Entwicklung, Systemintegration und Streckenmodellierung interessant [8]. Es besteht hohes Interesse, das FiLSystem zur Validierung von Steuergeräte-Software einzusetzen: Die neue Technik bietet gegenüber einem klassischen Software-in-the-Loop-Test (SiL) am Rechner den Vorteil, dass die Steuergeräte-Software direkt auf der Ziel-Hardware getestet werden kann. Im Gegensatz zum SiL-Test bezieht ein FiL-Test die gesamte Plattform-Software des Steuergeräts mit ein. Ein großer Teil der Tests, die später mit identischer Steuergeräte-Hardware und Plattform-Software im Zuge der Qualitätssicherung regressiv am HiL durchgeführt werden, lässt sich im Entwicklungsprozess vorziehen; dadurch werden Fehler frühzeitig erkannt. Im Vergleich zum HiL-System sind insbesondere die niedrigeren Anschaffungskosten attraktiv. Voraussetzung für die Nutzung von FiL ist die Einbeziehung der Bypass-Instrumentierung in der Prozesskette. Diese muss frühzeitig im Entwicklungsprozess angestoßen und abteilungsübergreifend zur Verfügung gestellt werden.