■ ■ ■ ■ P R O Z E S S E | S I M U L A T I O Nund Unterbrechung der Zündung reduziert.Gleichzeitig wird die Kupplunggeöffnet. Der Gang-Aktor legtden nächsten Gang ein, und die Motorleistungwird durch Öffnen derDrosselklappen und Schließen derKupplung wieder auf den Antriebsstranggegeben. Die gesamte Schaltsequenzdauert nicht einmal 40 ms.Mit <strong>dSPACE</strong> Simulator ist es möglich,die parallel ablaufenden Prozesse fürdas Schalten, Betätigen der Kupplungund die Motorsteuerungseingriffevon der Regelgüte, aber auchvom Timing her zu prüfen.SchematischerAufbau desgesamtenClosed-Loop-Testsystemstesoftware – wöchentlich gibt esneue Software-Releases – muss dasZusammenspiel sämtlicher Steuergerätefunktionenimmer wieder neugetestet werden, bevor die Freigabeder Software für die Rennstrecke erteiltwird. <strong>dSPACE</strong> Simulator übernimmthier die Steuergeräte-Funktionstests,die sowohl in der Softwareentwicklungsphaseals auchvon Rennen zu Rennen durchgeführtwerden.■ Schaltvorgang in weniger als40 MillisekundenDas Schalten in Rennfahrzeugenwird über hydraulische Aktoren (z.B.Gang- und Kupplungsaktor) ausgeführt.Der Fahrer drückt die „UP“-oder „DOWN“-Schaltwippe am Lenkrad,um die Schaltsequenz zu starten.Mehrere Regelsysteme müssen währenddieser Schaltsequenz gleichzeitigarbeiten. Während des Hochschaltenswird die Motordrehzahldurch Schließen der Drosselklappen■ Kundenspezifischer<strong>dSPACE</strong> Simulator Full-Size<strong>dSPACE</strong> hat den Simulator in Paderbornexakt auf die aktuellen Problemstellungenbei <strong>Toyota</strong> <strong>Motorsport</strong>hin entwickelt, gefertigt undanschließend in Köln in Betrieb genommen.Vom Start des Projekts biszum Start der Tests vergingen nurdrei Monate. Die <strong>Toyota</strong>-Ingenieurekonnten also in kürzester Zeit <strong>mit</strong>den Tests beginnen. Das ist auf diegute Zusammenarbeit und kurzenReaktionszeiten beider beteiligterFirmen zurückzuführen. Das Testsystemsetzt sich zusammen aus dem<strong>dSPACE</strong> Simulator Full-Size [1], inklusiveder erforderlichen Software, undden Magneti Marelli-Komponenten,das heißt dem gesamten Steuergerätenetzwerk<strong>mit</strong> dem Telemetrie-Interfaceund dem Applikationssystem.Das Steuergerätenetzwerk des For-Real eingebundeneFahrzeugkomponenten:Der Prototypdes aus KarbongefertigtenLenkrads ist nurzirka 28 cm breitund 17 cm hoch– viele der Lenkradknöpfehaben mehrereFunktionen■ ■ ■ ■ 4 AUTOMOTIVE ENGINEERING PARTNERS 6/2001
■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■<strong>dSPACE</strong> GmbHEin hohes und stetiges Umsatzwachstum, über 300 Mitarbeiter, mehr als 7000 weltweiteInstallationen: Das ist die Bilanz der Firma <strong>dSPACE</strong>, dem nach eigenen Angaben weltweitführenden Anbieter von Werkzeugen für die Entwicklung und den Test mechatronischerRegelungssysteme.<strong>dSPACE</strong>-Systeme ermöglichen es den Entwicklern von Steuergeräten, ihreEntwicklungsszeiten und -kosten drastisch zu reduzieren und die Produktivität spürbar zu erhöhen.Möglich ist dies durch einen optimalen Mix aus Standardlösungen für Rapid ControlPrototyping, Seriencode-Generierung und virtuelle Steuergerätetests. Falls gewünscht, werdenumfassende Dienstleistungsangebote vom On-site-Training bis hin zum kundenspezifischenSystem-Engineering angeboten. Die <strong>dSPACE</strong>-Produkte werden vom Hauptsitz in Paderborn,den Tochterunternehmen in den USA, Frankreich und Großbritannien sowie einer großenAnzahl von Repräsentanten weltweit vertrieben und betreut. Um den automotiven Sektornoch besser bedienen zu können, gibt es Projektzentren in München und Stuttgart.Weitere Informationen: <strong>dSPACE</strong> GmbH, Technologiepark 25, D-33100 Paderborn,e-Mail: info@dspace.de, Internet: www.dspace.demel-1-Wagens wird in einer simuliertenUmgebung closed-loop getestet.Die Basis für die <strong>Simulation</strong> bildenmathematische Modelle des dynamischenVerhaltens der Hydraulik-Aktorenund des Motors. Hier kommt dasMotormodell en-DYNA® von der FirmaTesis, München, zum Einsatz, dasin MATLAB®/Simulink® formuliert ist.Durch den Einsatz dieser Modelle wirdeine echte Hardware-in-the-Loop-<strong>Simulation</strong>ermöglicht. Über die echtzeitfähigenKomponentenmodelleund die realen Steuergeräte werdendie Regelkreise geschlossen.Zur Sensorsimulation können <strong>mit</strong> der<strong>dSPACE</strong> Hardware beispielsweiseKurbel- und Nockenwellensignale biszu Drehzahlen von weit über 20.000U/min generiert werden. Im Gegenzugwerden Zünd- und Einspritzsignaleauch bei höchsten Drehzahlen<strong>mit</strong> einer Genauigkeit von 0,1° Kurbelwinkelvermessen und dem Modellzugeführt. Das bemerkenswertedaran: Die gesamte I/O wird vollständigin MATLAB®/Simulink® definiertund konfiguriert, ohne eine Zeile zuprogrammieren. Der Code für dieEchtzeithardware wird automatischgeneriert, auf Knopfdruck. Diese Featuresmachen die angewandten Systemeso leistungsfähig, ob es nunum Rennsportanwendungen oder umherkömmliche Fahrzeug-Anwendungengeht.■ Einbindung realer SystemkomponentenDas Ziel bei der Hardware-in-the-Firmenportrait■■■■■■■■■■■■Loop-<strong>Simulation</strong> ist natürlich, dasSteuergerät in einer komplett simuliertenUmgebung zu testen. Manchmalist es jedoch sinnvoll, realeFahrzeugteile in den geschlossenenRegelkreis einzubinden. Hier ist esdas Lenkrad – <strong>mit</strong> integriertem Steuergerät–, das nur als Echtteil Aufschlussüber den interaktiven Betrieb,die Steuergerätekommunikationoder über mögliche, durch dasLenkrad verursachte Fehler gebenkann. Alternativ kann das Lenkradüber <strong>dSPACE</strong> Simulator nachgebildetwerden. Das ist wichtig für automatisierteTests.Mit <strong>dSPACE</strong> Simulator lassen sichTests komplexer Software-Strategienin kurzer Zeit durchführen. Das istvor allem wichtig bei der Implementierungneuer Funktionen. Denn indiesem Fall muss das gesamte Steuergerätenetzwerkerneut geprüftwerden, um Beeinflussungen derStrategien untereinander sofort zuerkennen. Beispielsweise zeigte sichwährend des Funktionstests zum automatischenHerunterschalten in einendefinierten Gang eine Wechselwirkung<strong>mit</strong> der „Auto-up-shift“-Funktion, die direkt im Anschlusswieder in den nächst höheren Gangschaltete. Mit dem Simulator konntediese unerwünschte Wechselwirkungerkannt werden, die ohne diesenTest im Vorfeld nur schwer feststellbargewesen wäre. Für dieSchaltstrategie ist der Hardware-inthe-Loop-Test<strong>mit</strong> <strong>dSPACE</strong> Simulatorvon entscheidender Bedeutung, weilsie auf das gesamte Steuergerätesystemeinwirkt.■ Mit Testautomatisierung nochmehr gewinnenEin weiterer erfolgreicher Einsatzvon <strong>dSPACE</strong> Simulator zeigt sich beider Automatisierbarkeit und da<strong>mit</strong>Reproduzierbarkeit von Tests. Denndie kontinuierliche Weiterentwicklungder Software-Strategien führtselbstverständlich zu immer komplexerenund zahlreicheren Tests, diein kürzester Zeit ablaufen müssen.Diese Herausforderung wird <strong>mit</strong> derTestautomatisierung gemeistert.Hier werden in höchster Testqualitätund <strong>mit</strong> der erforderlichen Testtiefeerneut Zeit- und Kostenersparnisseerzielt. Um diese automatisiertenTestläufe noch zu optimieren, arbeitet<strong>Toyota</strong> <strong>Motorsport</strong> jetzt daran,das Applikationssystem Vision 32 anden Simulator anzubinden. Per Fernsteuerungkönnen so Fehlersituationenin der Software-Strategie automatischgetestet werden. Ein weiterestypisches Anwendungsszenariofür die Testautomatisierung bestehtdarin, die Fahrzeugelektronik <strong>mit</strong>Signaldaten aus Fahrzeugtests oderPrüfstandsläufen zu stimulieren. DasZiel dabei ist, das Steuergeräteverhaltenim Labor in einer definiertenSituation zu reproduzieren, indemfestgestellte Fehler nachgestellt, untersuchtund letztendlich behobenwerden.Zur Zeit ist bei <strong>Toyota</strong> <strong>Motorsport</strong> ein<strong>dSPACE</strong> Simulator im Einsatz, <strong>mit</strong>dem sämtliche Steuergeräte-Software-Testsdurchgeführt werden.Um durch Testentwicklung und Umrüstzeitenam vorhandenen Systemkeine Zeit zu verlieren, haben sichdie Kölner für die Anschaffung weitererSysteme entschieden. So könnenStillstandzeiten vermieden undTests <strong>mit</strong> mehreren Simulatorengleichzeitig durchgeführt werden.Peter Urban,Applikations-Ingenieur bei der <strong>Toyota</strong><strong>Motorsport</strong> GmbH,Dr.-Ing. Peter Wältermann,Gruppenleiter bei der <strong>dSPACE</strong> GmbH,Bettina Henking,Technische Redakteurin bei <strong>dSPACE</strong>■ Literaturhinweis[1] Schütte, H.; Plöger, M.; Diekstall, K.;Wältermann, P.; Michalsky, T.:Testsysteme im Steuergeräte-Entwicklungsprozess.In: AutomotiveElectronics, ATZ-MTZ-Sonderheft, März 2001AUTOMOTIVE ENGINEERING PARTNERS 6/2001 5 ■ ■ ■ ■
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