Umfassende Verifikation in frühen Testphasen verkürzt Entwicklungszeiten
Steuergeräte-Tests mit Fehlersimulation
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Herausforderung Funktionsprüfung
Für die Verifikation der Steuergeräte-Funktionen kommt es in erster Linie darauf an, dem Steuergerät ein Umfeld darzustellen, das der Umgebung im realen Fahrzeug möglichst nahe kommt. Durch Bedienung der an das Steuergerät angeschlossenen Sensoren werden die zu prüfenden Funktionen aktiviert und die Steuergeräte-Reaktionen bewertet. Ein geeignetes Steuergeräte-Umfeld kann dabei sehr unterschiedlich hergestellt werden. Wichtig ist, dass das Steuergerät keinen Unterschied zwischen realer und vom Testsystem simulierter Umgebung wahrnehmen kann. Welcher Aufwand tatsächlich betrieben wird, hängt von den Testzielen ab.
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Im einfachsten Fall wird auf eine aufwendige Beschaltung verzichtet und die Steuergeräte-Eingänge werden mit einfachen Mitteln direkt bedient, beispielsweise mit Schaltern, die Verbindungen zwischen bestimmten Steuergeräte-Leitungen herstellen. Die Steuergeräte-Ausgänge bleiben im Wesentlichen unbeschaltet. Zur Prüfung der Steuergeräte-Reaktion wird zum Beispiel nur die Spannung am Ausgang gemessen. Solche Vorgehensweisen erlauben meist keine automatische Testausführung, können aber gerade während der Entwicklung leicht durchgeführt werden.
Heute lassen sich Steuergeräte in der Regel nicht mehr auf diese Art in Betrieb nehmen. Da diese in vielen Fällen die Sensoren und Aktoren automatisch überprüfen, ist deren Anschluss während des Tests unverzichtbar. Ist eine externe Komponente fehlerhaft oder nicht vorhanden, erzeugt das betreffende System Fehlerspeichereinträge, deaktiviert bestimmte Funktionen im Steuergerät oder generiert Fehlermeldungen. Die Sensoren und Aktoren sind deshalb selbst für solche Tests erforderlich, bei denen die Funktion eines Sensors oder Aktors nicht von Bedeutung ist.
Eine gebräuchliche Lösung besteht darin, die Original-Sensoren und -Aktoren direkt an das Steuergerät anzuschließen. Viele Entwicklerarbeitsplätze sind zu diesem Zweck mit einfachen Anschlussboxen ausgestattet, die die notwendigen Komponenten aufnehmen und einen passenden Kabelanschluss aufweisen. In ähnlicher Weise werden die Original-Sensoren und -Aktoren auch an großen Testständen an die zu testenden Steuergeräte angeschlossen. Problematisch ist dabei die Automatisierung der Testabläufe, da hierzu die Original-Komponenten zu bedienen sind, etwa durch Bedien-Roboter.
Statt der Original-Sensoren und -Aktoren können auch Ersatzkomponenten verwendet werden. Da die Steuergeräte zur Prüfung der angeschlossenen Komponenten nur mit einfachen Messschaltungen ausgestattet sind, darf der Sensor- oder Aktor-Ersatz in der Regel ebenso einfach ausfallen. Verglichen mit der Verwendung der Original-Komponenten erlaubt dies den Aufbau kompakter und einfacher Testsysteme. Ebenso ist die Automatisierung der Bedienung bei entsprechender Auslegung relativ einfach, beispielsweise durch die Verwendung von Relais als Schalter.
In „Hardware in the Loop“-Systemen (HiL) wird die gesamte Umgebung einschließlich der physikalischen und dynamischen Vorgänge in den angeschlossenen Komponenten modelliert. Für die Simulation und die Testausführung sind entsprechend aufwendige und kostenintensive Testsysteme notwendig, die nicht überall und nicht jederzeit zur Verfügung stehen. Das gilt auch für die dafür notwendigen Kenntnisse der Bediener.
Simulation von Fehlersituationen
Um die Reaktionen eines Steuergeräts auf Fehler in der angeschlossenen Umgebung zu testen, muss das Testsystem verschiedene Fehlersituationen herstellen. Ausführliche Tests unter diesen untypischen Bedingungen sind besonders wichtig, weil sie in den Fahr-Erprobungen und am Brettaufbau nur selten auftreten und schlecht zu reproduzieren sind. Auch in der Entwicklung der Hard- und Software werden viele Fehlersituationen häufig vergessen, weil das Hauptaugenmerk der Entwickler auf den gewünschten Funktionen liegt. Für die Zuverlässigkeit der Systeme ist es jedoch von entscheidender Bedeutung, dass die Steuergeräte auch im Fehlerfall korrekt reagieren.
Im Zusammenhang mit den Sensor- und Aktor-Anschlüssen sind insbesondere die folgenden Fehlersituationen zu simulieren:
- Die elektrische Verkabelung ist beschädigt: Leitungsunterbrechungen, Kurzschlüsse nach Masse oder Batteriespannung, Kurzschlüsse zwischen bestimmten Anschlussleitungen.
- Sensoren oder Aktoren sind beschädigt: Sensoren liefern keine Werte, die Werte liegen außerhalb des erlaubten Wertebereichs oder die elektrischen Eigenschaften der Komponenten, wie Innenwiderstand oder Stromaufnahme, entsprechen nicht der Spezifikation.
- Falsche Eingangswerte, insbesondere falsche Sensor-Daten: Aus Sicht des Steuergeräts ist der Sensor in Ordnung, auch die Messwerte liegen im erlaubten Rahmen. Sie sind jedoch unplausibel oder widersprechen anderen Sensor-Werten, was das Steuergerät erkennen muss.
In allen Fällen muss das Steuergerät definiert weiterarbeiten. Außerdem müssen die Fehler korrekt erkannt und entsprechende Fehlerspeichereinträge angelegt werden. Daher ist neben der Fehlersimulation, der Stimulierung von Eingangssignalen und der Prüfung von Ausgangssignalen auch ein Zugriff auf die Software-Schnittstellen des Steuergeräts notwendig, typischerweise auf die Diagnose.
- Steuergeräte-Tests mit Fehlersimulation
- Steuergeräte-Tests mit Fehlersimulation
- Integrierter Steuergeräte-Test
- Herausforderung Funktionsprüfung
