gesponsertBetriebssicherheit von ECUs nachweisen Vorteile von HiLS-Prüfsystemen im De-facto-Standard PXI

Gesponsert von

Pickering Interfaces Inc.

Die automatisierte Fehlersimulation ist für die schnelle und wiederholbare Validierung von ECUs unverzichtbar. PXI-basierte Fehler- und Sensorsimulationen sind ideal für die Hardware-in-the-Loop-Simulation.

Elektronische Steuergeräte (ECU/ESG) sind in vielen Anwendungen integriert, oft um missions- oder sicherheitsrelevante Situationen zuverlässig und vorhersagbar zu meistern. Der korrekte Betrieb dieser ECUs wird häufig per Hardware-in-the-Loop-Simulation (HiLS) nachgewiesen, bei der die realen Sensoren für die Umgebungsüberwachung durch elektronische Simulatoren ersetzt werden. Oft werden Fehler mithilfe von HiLS-Prüfsystemen simuliert, um den sicheren und zuverlässigen Betrieb der ECU unter allen denkbaren Bedingungen sicherzustellen. Zunehmend komplexere ECUs machen die Automatisierung der Fehlersimulation unverzichtbar, um die Validierung schnell und wiederholbar zu gestalten. Hier stellen wir die Vorteile der Verwendung der PXI-Plattform als De-facto-Standard für die HiLS-basierte, automatisierte Fehler- und Sensorsimulation vor.

Einführung: Das Leben als Testpilot war extrem gefährlich und eine Konstruktion konnte nur durch den Erstflug des Prototyps auf Herz und Nieren geprüft werden. Sogar nach Feststellung der Flugtauglichkeit und Aufnahme der Serienfertigung konnte die Kombination vieler Fehler, Störungen oder Umstände – ob miteinander verknüpft oder nicht – zu einem unvorhersehbaren Flugverhalten und oft zu Abstürzen führen. Und im Weltall sind solche Geräteausfälle noch weitaus gravierender.

Da immer mehr ECUs in Kraftfahrzeuge verbaut werden, wird das zuverlässige und vorhersagbare Betriebsverhalten aufgrund der zunehmenden Verkehrsdichte wohl sogar noch wichtiger werden. Jedes weitere Fahrzeug auf der Straße erhöht die Eintrittswahrscheinlichkeit einer Eine-Milliarde-zu-Eins-Konstellation zur Entstehung einer Störung, die eine rechtliche Dimension annehmen kann, was jeder Hersteller unbedingt vermeiden möchte. Aus diesen Gründen ist die Simulation, die das Verhalten von ECUs oder anderen Baugruppen bei jeder möglichen Anzahl und Kombination von Extremzuständen nachbilden kann, praktisch unabdingbar geworden.

Hardware-in-the-Loop-Simulation (HiLS)

Bei der Hardware-in-the-Loop-Simulation (HiLS) sendet eine Steuereinheit Signale an ein Prüfsystem, das das Verhalten des Endgeräts simuliert. Ansteuergeräte simulieren die Sensoreingänge der ECU und Messgeräte erfassen und überprüfen die Antwortsteuersignale der ECU. So soll sichergestellt werden, dass die ECU unter Normalbedingungen einwandfrei funktioniert und bei auftretenden Fehlern versucht, die Sicherheit von Fahrzeug und Insassen zu gewährleisten. Wie z. B. das ABS: Trotz Radsensorausfall muss das Bremssystem bei Betätigung des Bremspedals das Fahrzeug möglichst schnell zum Stillstand bringen können.

Die Entwicklungs- und Verifizierungsiterationen folgen einander so, als wenn das tatsächliche Produkt implementiert würde. Es sind alle vorstellbaren Szenarien mit unzähligen Kombinationen verschiedener Fehler und Störungen reproduzierbar, wodurch die ECU oder Steuerung umfänglich ausgetestet werden kann, allerdings ohne die Kosten und Zeiten für die Erzeugung der gewünschten Fehlerkonstellation und Durchführung der tatsächlichen Prüfung.

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Modulare Systeme auf Basis von PXI

Mehrere Händler bieten proprietäre und softwareintensive HiLS-Systeme mit Simulationsfunktion für Hardwarefehler an. Die können äußerst präzise sein – aber auch sehr teuer und oft sehr groß. Soll heißen: der Kunde ist dem Anbieter auf ewig verbunden. Außerdem sind solche Systeme auf einzelne Anwendungen ausgerichtet und eher wenig flexibel.

Alternativ kann auf eine modulare Plattform im Branchenstandard – wie z. B. PXI – ein Echtzeit-Simulationssystem aufgebaut werden, das die besten Module verschiedener Anbieter für die jeweilige Funktion nutzen kann. Pickering Interfaces war der erste Anbieter solcher speziell für Fehlersimulation konzipierten PXI-Schaltsysteme. Das Unternehmen stellt eine Vielzahl skalierbarer Lösungen her, die anstelle von Patchpanels die Signale von simulierten und realen Geräten in einem HiLS-System schalten und so die erforderliche Prüfung und Verifizierung erheblich vereinfachen und beschleunigen können.

Fazit und Ausblick

Die Betriebs- und Fehlersimulation ist unabdingbar für missionskritische und fehlersichere Anwendungen, speziell in der Luftfahrt- und Fahrzeugtechnik. Immer mehr Firmen aus diesem Sektor schwenken wegen Kosten, Größe, Wiederholbarkeit, Vielseitigkeit und Anwenderfreundlichkeit auf modulare PXI-basierte Systeme um. Auch in der Fertigung und Produktentwicklung kommen vermehrt HiLS-Systeme zum Einsatz. Und in der Produktion ist der Nutzen modularer Systeme noch offensichtlicher.

Dank der zunehmenden Verbreitung der kostengünstigeren Systeme mit niedriger Markteinstiegshürde können auch andere Branchen von der Simulation profitieren, wozu ganz offensichtlich auch die industrielle Automation gehört. Aus juristischen Gründen könnten komplexe Home- oder Office-Automationssysteme bald auch solchen umfassenden Simulationen unterzogen werden müssen, die noch den ‚fehlersicheren‘ Systemen vorbehalten sind.

Whitepaper HiLS kostenlos herunterladen

Weiterführende Informationen zu den Vorteilen der Verwendung der PXI-Plattform als De-facto-Standard für die HiLS-basierte, automatisierte Fehler- und Sensorsimulation finden Sie im White Paper „Die Nutzung PXI-basierter Fehler- und Sensorsimulation bei der Prüfung von Elektronikgeräten“, das Sie hier herunterladen können.

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