KEM Konstruktion Systems Engineering 02.2018

HARDWARE IN THE LOOP
METHODEN
Bild: Hella
Mit Hilfe der Hardware-in-the-
Loop-Technologie können virtuelle
Situationen inszeniert werden,
die real nur mit enormem Aufwand
arrangiert werden können
Ziele des
Forschungsprojekts
PLUS
Wegen der voranschreitenden Komplexität und Multifunk -
tionalität moderner Kraftfahrzeugscheinwerfersysteme stellt
sich der konventionelle Entwicklungsprozess, basierend auf
physikalischen Prototypen, aus ökonomischer Sicht zunehmend
als nicht mehr tragbar dar. Daher entsteht im Projekt
„Smart Headlamp Technology“ erstmals ein ganzheitlicher
optimierter Entwicklungsprozess, dessen Kernelement simulationsbasierte
Testverfahren bilden, mit folgenden Zielen:
• Ganzheitliche Umsetzung eines optimierten, ressourceneffizienten
und vernetzten Entwicklungsprozess für dynamische
Scheinwerfersysteme
• Hochdynamische Prüfstände erlauben mittels Hardware-inthe-Loop
und einem Fahrsimulator die subjektive und objektive
Bewertung von Lichtverteilungen, Lichtfunktionen und Fehlern
in den ersten Stadien der Entwicklung
• Überwachung der Lichttechnik auf Modellebene zur Laufzeit
(Condition Monitoring) zur Fehlerfrüherkennung und Einleitung
von Gegenmaßnahmen
• Vernetztes Datenmodell zur Akquisition und Kommunikation
von Testdaten zwischen den einzelnen Evaluierungswerk -
zeugen
• Aufbau eines Versuchsfahrzeugs zur Evaluierung neuartiger
Scheinwerferfunktionen bei realen Straßenfahrten zur proaktiven
Vermeidung von Fehlern und Erhöhung der Systemlebensdauer
Für den optimalen Entwicklungsprozess gilt es also, die richtige
Kombination zwischen realen und simulationsbasierten Tests zu finden.
Dieser Aufgabe widmet sich Hella in einem Forschungsprojekt
mit dem Fraunhofer IEM, dem Heinz-Nixdorf-Institut der Universität
Paderborn und der TU Dortmund. Aktuell bereitet das Projektteam
die verschiedenen Möglichkeiten simulationsbasierter Tests strukturiert
auf. „Dabei achten wir darauf, die unterschiedlichen Technologien
bedarfsgerecht in die Entwicklung von Hella zu integrieren. Am
Ende geht es darum, den Entwicklungsprozess effizient zu gestalten
und nicht unnötig aufzublähen“, erläutert Christopher Lankeit,
Gruppenleiter am Fraunhofer IEM.
HiL: Scheinwerfer im simulierten Abenteuer
Da sowohl reale Testfahrten als auch rein modellbasierte Simulationen
sehr aufwendig sind, erprobt Hella die Technologie Hardware-inthe-Loop
(HiL), die eine Kombination aus beidem ist: HiL verbindet
reale Systeme mit einer virtuellen Umgebung und ermöglicht so
umfangreiche Tests nah an der Realität. Derzeit baut der Automobilzulieferer
aus Lippstadt gemeinsam mit dem Fraunhofer IEM einen
eigenen Hardware-in-the-Loop-Prüfstand auf.
Dafür montieren die Wissenschaftler einen realen Prototyp des
Scheinwerfers auf einen sogenannten Hexapoden. Der Roboter simuliert
die Fahrzeugbewegungen mit sechs Antriebselementen –
scharfe Linkskurve, Vollbremsung – alles kein Problem. Ist der Prüfstand
in einem Lichtkanal aufgebaut, so ist zusätzlich die Simulation
von Lichtverhältnissen möglich. Weitere Potenziale könnten Tests in
einer Klimakammer bieten, die zum Beispiel Luftfeuchtigkeit abbilden
kann. Ob sonniger Morgen auf holpriger Landstraße oder verregneter
Nachmittag mit viel Gegenverkehr – dem realen Scheinwerfer-Prototyp
wird seine Umgebung ohne viel Aufwand realitätsnah
simuliert.
Potenziale über den gesamten Produktlebenszyklus
Hella verspricht sich vom Einsatz der HiL-Technologie einen deutlich
effizienteren Entwicklungsprozess. „Wir inszenieren virtuelle Situationen,
die real nur mit enormem Aufwand arrangiert werden können.
Auf einer einsamen Landstraße kann es beispielsweise lange
dauern, bis der Testfahrer ein Auto zum Überholen findet“, so Chris -
tian Schmidt. Das Entwicklungsteam kann die HiL-Simulationen hingegen
beliebig oft wiederholen und erhält somit eine hohe Vergleichbarkeit
seiner Tests. Ändern sich während des Entwicklungsprozesses
Anforderungen, kann zudem auch der Prüfstand flexibel
angepasst werden.
Die Möglichkeiten der HiL-Technologie gehen weit über die Simulation
hinaus: Die Testdaten fließen in die Entwicklung zurück und helfen
dabei, das Produkt zu optimieren. Auch nach dem Produktrelease
ist der Einsatz eines HiL-Prüfstands sinnvoll. Meldet ein Kunde einen
Fehler, können die Entwickler ihn auf dem Prüfstand systematisch
analysieren. Auch die Suche nach Lösungen und ihre Simulation
ist möglich. HiL gilt als eine Schlüsseltechnologie für die Entwicklung
künftiger technische Systeme – auch für Hella. Das Unternehmen
wird den Ansatz auch über das Forschungsprojekt hinaus
vorantreiben.
Forschungsprojekt Smart Headlamp Technology
Im Forschungsprojekt „Smart Headlamp Technology – Ressourceneffizienter
und vernetzter Entwicklungsprozess für dynamische Scheinwerfersysteme“
werden Hella, die TU Dortmund, das Heinz-Nixdorf-Institut
der Universität Paderborn und das Fraunhofer IEM vom Europäischen
Fonds für regionale Entwicklung NRW (EFRE.NRW) gefördert.
Weitere Aspekte des Projekts sind Virtuelle Testfahrten im Fahrsimulator
sowie Ansätze des Condition-Monitoring und Self-Healing. eve
www.hella.de
www.iem.fraunhofer.de
Näheres zur Forschung des Fraunhofer IEM rund um
X-in-the-Loop-Technologien hier:
hier.pro/TM2tC
K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 31