SCALE-RT | Hardware in the Loop (HiL) im Entwicklungsprozess

 

Wangen, Februar 2011

Fachartikel: Hardware in the Loop (HiL) im Entwicklungsprozess

Verfasser: Willi Holzer

Die Hauptprozesse bei der Softwareentwicklung teilen sich auf in Anforderungsmanagement, Softwareentwicklung und Testmanagement. Soll modellbasiert getestet werden, ist hierfür ein weiterer Prozess vorzusehen (vgl. Abbildung 1).

Modellbasierter Test

Um komplexe reaktive Systeme testen zu können reicht es oft nicht aus, statische Funktionen in einem Prüfsystem zu implementieren. Das reaktive System erwartet auf jede Ausgabe (z.B. Aktuatordaten) innerhalb einer bestimmten Zeit eine entsprechende Eingabe (z.B. Sensordaten). Diese Eingabe führt im reaktiven System wiederum zu einer neuen Ausgabe, und so weiter.

Diese Systeme werden oft modellbasiert getestet, d.h. es wird ein Simulationsmodell erstellt, welches das reale Gegenstück zum Prüfling (UUT – Unit Under Test) nachbildet.
Beispielsweise kann für den Test einer ECU (Engine Control Unit) ein Simulationsmodell des Motors aufgesetzt werden. Diese Motorsimulation wird auf einem HiL Simulationssystem zyklisch mit einer festen Abtastrate berechnet. Durch die Echtzeitberechnung ist sichergestellt, dass das zeitliche Verhalten der Ausgangsgrößen der Simulation (z.B. Motorsimulation) denen der realen Komponente (z.B. Motor) entspricht. Natürlich können auch andere Steuergeräte wie z.B. eine GCU (Generator Control Unit) auf diese Weise geprüft werden.

Der HiL Simulator wird zusammen mit dem Prüfling in einer Schleife betrieben (Closed Loop Simulation – vgl. Abbildung 2).

Mit einem HiL System können Funktionen und Komponenten reproduzierbar getestet werden. Auch Grenzwertbetrachtungen, die mit der realen Komponente nicht möglich sind, können durchgeführt werden. Hierdurch kann eine höhere Testabdeckung erreicht werden. Tests am HiL Simulator werden in der Regel mit Beginn der Integration durchgeführt (vgl. Abbildung 3).




Konzeption und Realisierung von HiL Prüfständen

COSATEQ verfügt über langjährige Erfahrungen in Konzeption und Realisierung von HiL Prüfständen und kann Sie im Entwicklungsprozess bei der Modellentwicklung in allen Teilbereichen unterstützen:

• Systemidentifikation

  • Theoretische Systemidentifikation (Herleiten des Differentialgleichungssystems).
  • Experimentelle Systemidentifikation (Anregung des Systems mit definierten Testsignalen und Auswertung der Reaktion).

• Modellierung

  • Erstellung des Modells aus der Identifikation.
  • Detaillierung des Modells (Berücksichtigung von: Reibung, Spiel, Totzeiten, Nichtlinearität, …).

• Modellverifikation

  • Abgleich gegen Messdaten des realen Systems.
  • Überprüfung von physikalischen Grenzen.

Das Testmanagement und die Modellentwicklung sind idealerweise von Anfang an in den Entwicklungsprozess integriert. Für Tests, Testdaten und Korrekturen müssen während des Projektes Ressourcen berücksichtigt werden.

SCALE-RT

Die HiL Softwareplattform SCALE-RT ist eine leistungsfähige Lösung für die Realisierung von HiL-Prüfständen. Die SCALE-RT Komponenten fügen sich nahtlos in bestehende Toollandschaften ein. Auf der Modellierungsseite bietet SCALE-RT Integrationen und I/O Bibliotheken für MATLAB®/Simulink®, Scilab/Scicos und SimulationX® (vgl. Abbildung 4). Über das Integrationspaket können weitere Modellierungswerkzeuge unterstützt werden, sofern diese in der Lage sind ANSI C-Code aus dem Modell zu erzeugen.

Mit SCALE-RT Insight besteht die Möglichkeit per Drag-and-Drop Benutzeroberflächen für die Bedienung des Modells zu erstellen.
Für die Testautomatisierung können verschiedene Tools verwendet werden, wie beispielsweise TestStand™ von National Instruments oder PROVEtech:TA von MBTech. Skriptbasierte Automatisierung über Python sowie die Anbindung von kunden-spezifischen Lösungen oder andere bereits vorhandene Produkte ist über die SCALE-RT APIs ebenfalls möglich.

 

 

 

 

 

 

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