Wie können Hersteller die Komplexität absichern?

Im Automobilbereich erfolgen Innovationen zunehmend auf dem Gebiet der Elektronik und Software. Aktuelle Fahrzeugmodelle beherbergen eine Vielzahl von softwaregestützten elektronischen Systemen, die miteinander vernetzt sind. Diese Entwicklung führt dazu, dass sowohl die Produktionskosten als auch die Entwicklungskosten von Automobilen zunehmend von Elektronik und Software bestimmt werden.

Bild: In-tech GmbH

Auch für die Zukunft ist kein Ende dieser Entwicklung in Sicht. Das Fahrzeug wird immer mehr zum rollenden Computer: Funktionen wie teilautomatisiertes oder autonomes Fahren, die Vernetzung des Fahrzeugs mit dem Internet of Things oder die Integration von Mobilgeräten erfordern immer mehr Software im Auto. Die Anzahl an Steuergeräten im Fahrzeug steigt somit weiter – das Gesamtsystem Auto wird immer komplexer.

Mehr Testaufwand

Damit beim Kunden keine Fehler auftreten, muss dieses komplexe System getestet werden. In der Fahrzeugentwicklung steigt daher auch die Anzahl an Softwareständen, die getestet werden müssen. Um einen Test am dafür vorgesehen Prüfstand oder Versuchsfahrzeug überhaupt durchführen zu können, müssen einige Kriterien berücksichtigt werden. Drei Beispiele hierfür:

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  • Ländervariante: Fahrzeuge müssen in unterschiedlichen Ländern auch
     unterschiedliche Gesetzesanforderungen erfüllen – ein Beispiel dafür sind
     unterschiedliche Vorschriften für Licht und Blinker. Dafür sind häufig
     länderspezifische Verhaltensweisen des entsprechenden Steuergeräts
     erforderlich, die bei den Tests unterschieden werden müssen.

  • Motorvariante: Die Variante des Motors (Benzin, Diesel, Hybrid,
     Elektroantrieb) sowie dessen Leistungsstufe beeinflusst vielerlei
     Funktionen im Fahrzeug. Je nach Motorvariante sind daher
     unterschiedliche Tests durchzuführen.

  • Ausstattung: Die Fahrzeugkonfiguratoren bieten dem Kunden
     hunderte von möglichen Sonderausstattungen an. Je nach gewählter
     Ausstattung sind dabei mehr oder weniger Steuergeräte im Fahrzeug
     verbaut. Zudem kann es sein, dass einzelne Steuergeräte in
     unterschiedlichen Varianten vorliegen (zum Beispiel die Low-, Mid-
     oder High-Varianten eines Infotainmentsystems). Die möglichen
     Variationen müssen bei der Testausführung berücksichtigt werden.

Varianten wie testen?

Aufgrund der großen Zahl an Kombinationsmöglichkeiten, gibt es eine Vielzahl möglicher Varianten eines einzigen Fahrzeugmodells. Für Automobilhersteller stellt sich daher die Herausforderung, alle denkbaren Varianten eines Fahrzeugs zu testen. Die Testabdeckung dieser Variantenvielfalt – mittels einer Versuchsflotte und manueller Testdurchführung – führt jedoch zu explodierenden Kosten. Daher sind technische Lösungen zur Erhöhung des Testdurchsatzes unter Beibehaltung tragbarer Kosten unabdingbar. Dieses Problem wird dadurch verstärkt, dass auch in der Automobilentwicklung die Zeit bis zur Marktreife verkürzt werden muss, wofür vor allem eine Effizienzsteigerung im Bereich Fahrzeugsoftwareentwicklung unverzichtbar ist.

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Hierfür wird versucht, den Weg agiler Softwareentwicklung zu gehen und auf ‚continuous integration‘ zu setzten, was die Anzahl durchzuführender Testfälle noch zusätzlich stark erhöht. Obige Gründe führen dazu, dass die Automobilhersteller verstärkt darauf setzten, diese riesige Anzahl von Testfällen an Prüfständen durchführen. Der große Vorteil eines Prüfstandes gegenüber zum Beispiel einem Prototypenfahrzeug liegt zum einen darin, dass ein speziell angepasster Prüfstand merklich günstiger ist. Zum anderen bietet ein Prüfstand die Möglichkeit Testfälle automatisiert, das heißt ohne direkten menschlichen Input, durchführen zu lassen – auch und vor allem über Nacht und an Wochenenden. Diese Lösungen zur Testautomatisierung ermöglichen eine deutlich höhere Testbreite und -tiefe, im Vergleich zum manuellen Testen, um die oben erläuterte Vervielfachung der Testfälle in den Griff zu bekommen.

Automatisch wechseln

Um die Vielfalt verschiedener Steuergerätevarianten am Prüfstand abzudecken, bedarf es jedoch bislang auch am Prüfstand einen Umbau: Ein Steuergerät muss ab-, ein anderes angesteckt werden. Fällt dieser Umbau außerhalb der Arbeitszeit an, beispielsweise nachts oder am Wochenende, steht der Prüfstand still und es geht wertvolle Prüfstandszeit verloren. Intelligente Lösungen automatisieren jedoch auch diesen Vorgang: Mit dem In-tech Orange-Switch können verschiedene Hardware-Varianten eines Steuergeräts an einen Elektronikprüfstand (Komponenten- oder System-HiL) angebunden werden. Der Wechsel zwischen den Varianten findet dann über die Testautomatisierung statt. Somit können verschiedene Hardwarevarianten eines Steuergeräts nacheinander automatisiert abgeprüft werden und es wird ohne Betreuungs- oder Umbauaufwand eine optimale Prüfstandsauslastung erreicht. Durch die hohe Skalierbarkeit können so viele Varianten wie gewünscht getestet werden und durch die hohe Automatisierung werden die gesamten Testabläufe optimiert.

Einsatz neuer Technologien

Komplexere Tests sowie eine stark steigende Anzahl an Tests erfordern ein Umdenken in der Prüfstandsentwicklung. In der Testphase von Elektro- und Hybridfahrzeugen beispielsweise müssen Hochvoltkomponenten und Niedervoltkomponenten räumlich getrennt voneinander getestet werden. Dies ist mit gängigen Prüfständen in 19-Zoll-Industrieschränken nicht möglich. In-tech hat hierfür den modularen Orange-HiL entwickelt, mit dem sämtliche Prüfstandsanbindungen über handelsübliche LAN-Kabel ermöglicht werden. Zur Sicherstellung des Echtzeit-Verhaltens wird über das so genannte Ethercat-Protokoll kommuniziert. Es ist damit möglich, räumlich verteilte Fahrzeugkomponenten gemeinsam über ein und denselben Prüfstand zu testen. Hierfür kann sogar das bestehende Hausnetzwerk benutzt werden.

Testen und Messen per App

Orange-CTRL ermöglicht über die mobile App mit einem Klick häufig benötigte Fahrzeug-Diagnosebefehle abzusetzen und zu analysieren, während die kompakte Hardware über die CAN-, Flexray und Ethernet-Schnittstellen auf das Fahrzeug zugreift. Der Tester kann somit während des Tests bereits überprüfen, ob alle Rahmenbedingungen für seinen Test korrekt sind. Dadurch werden aufwendige Wiederholungen sowie nachgelagerte Datenanalysen stark reduziert. Ein intelligentes Energiemanagement sorgt für geringen Stromverbrauch und mobile Anwendungsmöglichkeiten. Auch am Prüfstand kann durch den Einsatz der Lösung Effizienzsteigerung erzielt werden. Die Möglichkeit mit nur einem Klick zwischen den Fahrzeugzuständen zu wechseln kann Zeit sparen. Außerdem bietet Orange-CTRL Raum für Erweiterungen, da ein vollwertiger Mini-PC mit einem kompletten Linux-Betriebssystem verbaut ist und die CAN-Schnittstellen auf einfache Weise über das verbreitete Socket-CAN-System ansprechbar sind. Neue Applikationen und Testskripte sind daher schnell implementiert.