Paper for Download - FKFS

Reifegard- und Variantenabsicherung mechatronischer Systeme im
Nutzfahrzeug
Thomas Bardelang, Hans-Jürgen Gutmayer, Mikail Günes
Daimler AG
Mercedesstrasse 137 / HPC: B104
70546 Stuttgart
Thomas.bardelang@daimler.com; Hans-juergen.gutmayer@daimler.com
Mikail.guenes@daimler.com
Fahrerassistenzsysteme (z.B. der Notbremsassistent Active Brake
Assist2, kurz ABA2 im Mercedes-Benz Actros) halten immer stärker
Einzug in die schweren Nutzfahrzeuge. Durch die starke Vernetzung
mit Triebstrang- und Fahrwerkregelsystemen, stellt die Integration
und Absicherung der Funktionen höchste Anforderungen an die
Prozesse und Werkzeuge einer Mechatronik Entwicklung.
Neben einem mehrstufigen Testprozess, bei dem die Funktionen der
Fahrerassistenzsysteme (Software) im Testfokus sind, werden
ebenso die „elektrischen“ Disziplinen (Hardware) in einer
ganzheitlichen Reifegrad-Absicherung betrachtet.
Der Testprozess wird von modernen und hoch leistungsfähigen
Werkzeugen (z.B. automatisierbare Komponentenprüfstände und
Gesamtfahrzeug HiL-Systeme) begleitet, die eine schnelle und
präzise Konfiguration auf unterschiedliche Fahrzeugvarianten
besonders unterstützen.
Eine weitere Herausforderung eröffnet die hohe Variantenvielfalt bei
Nutzfahrzeugen, die sich in einer Vielzahl von Steuergeräte-
Parametern niederschlägt, die im Produktionsprozess
kundenauftragspezifisch codiert werden. Dies bedeutet, dass fast
jedes Fahrzeug ein Unikat hinsichtlich der Programmierung der
mechatronischen Systeme ist.

1 Testprozess und Release Management
Der Testprozess (siehe Abbildung 1) stellt die Abarbeitungsfolge der Teststufen
eines Release Zyklus dar. Dabei sind die Integrationsstufen entlang des rechten Teils
des V-Modells berücksichtigt.
Neben den Teststufen der Software Funktionalität „Funktion“ sind ebenso die
elektrischen Eigenschaften „Hardware“ der Systeme im Testprozess verankert, um
eine vollständige Betrachtung aller Integrationsdisziplinen sicherzustellen.
Der Testprozess ist mit verbindlichen Übergangsstufen versehen:
• D-Termin – Liefertermin des geprüften Elektronik Hardware (ECU) und
Software vom Lieferant. Start der Tests auf Komponenten-Ebene.
• S-Termin – Komponententests abgeschlossen. Gesamtintegration an
Fahrzeug HiL und Fahrzeug startet.
• R-Termin – HiL und Fahrzeugtest abgeschlossen.
Funktion
Hardware
MIL*
CTB
(ZL)
SIL*
Releasebildung d.h., Dokumentation Hardware und
Softwarestände, Bericht über Funktionen und Einschränkungen,
Versorgung des Release in die Versuchsabteilung.
Release und Synchronisationspunkte
F K D
ECU
- EMV Komponente
- Umwelt/(ISO16750)
CTB Test
NWT, DIAG, PN Test
Single ECU*
-Netzwerktest
-Diagnose Protokoll
- Powernet
HiL* Vorbereitung
- Regressionstest
- Test Bugfixes
HiL Vorbereitung
CTB*
- Test Applikation
Diagnose Tests
- Diag. Fehlermatrix
S
Release-Management
HIL Test
Systemintegration
ECU Verbund
- Volltest lt. Funktionsliste
- Baubarkeitsprüfung
- Diagnose, SW-Verteilg.
Fahrzeug
Systemerprobung
- Fahrzeugabstimmung
- ECU Funktionen
- Bordnetz, CAN-Netzwerk
- EMV
R
Freigabe Release
U
F: Signal-Freeze K-Matrix
K: Verteilung K-Matrix
D: Liefertermin SW/HW
S: Synchronisationspunkt
R: Release Bildung
U: Umrüstung Fahrzeug
Fahrversuch
-Test aus
Kundensicht
Fahrzeug
- Schlechtweg Erprobung
EMV: elektro magnetische Verträglichkeit; ECU: electronic control unit; SiL: software-in-the-loop; MiL: model-in-the-loop; CTB: component test bench;
HiL: hardware-in-the-loop
Abbildung 1: Test- und Integrationsprozess
Die Einhaltung des Testprozesses garantiert die effiziente Nutzung der
Testinstanzen, sowie Transparenz hinsichtlich des Reifegrads bei der Release
Freigabe.

2 Sicherstellung der Testvollständigkeit
Die Testvollständigkeit der Testdisziplinen, die bestimmten Normvorgaben
unterworfen sind (z.B. ISO16750) ist einfach darstellbar, da die Testvorgaben und
Ziele präzise in den Normen formuliert sind. Die Testvollständigkeit von
Softwarefunktionen bedarf einer gesonderten Betrachtung.
Der erste Schritt ist, die Softwarefunktionen in Form einer Funktionsliste zu
benennen. Somit kann sichergestellt werden, dass jede Funktion geprüft wird (siehe
Abbildung 2). Zu jeder Funktion werden Testfälle beschrieben, die die
Anforderungen eines Eigenschaftskatalogs für Testfälle erfüllen.
Auszug Eigenschaftskatalog für Testdesign:
• Prüfung der Sollfunktion
• Prüfung aller Zustandsübergänge
• Stresstests
• Grenzwerttests
• Prüfung der Fail-Safe Funktionalität
Sind diese Eigenschaften je Funktion erfüllt, erhält die Funktion die Freigabe in der
Rubrik „Testfälle“.
Um die Testkapazitäten effektiv einsetzen zu können, wird weiter die
„Verfügbarkeit“ der Funktion zu jedem Release Schritt erfasst. Somit ist
sichergestellt, dass die Testinstanzen nur die Tests durchführen, die funktional im
jeweiligen Release Schritt verfügbar sind.
Funktionsliste
Hauptfunktion -1-
Active Brake Assist 2
Funktion 1
Funktion 2
....
Funktion x
Hauptfunktion -2-
Hauptfunktion -3-
…
Verfügbarkeit Testfälle Funktionsstatus
Abbildung 2: Funktionsliste – Verfolgung der Testvollständigkeit
Der Einsatz einer Funktionsliste schafft Transparenz über Umfang und Vollständigkeit
der funktionalen Tests eines Software Release.

3 Effiziente und höchst verfügbare Testwerkzeuge
Um die Vielzahl der Tests im Rahmen eines Release Zyklus ableisten zu können,
sind hoch effiziente Testwerkzeuge notwendig.
Im Rahmen der Entwicklung des ABA2 wurden intensiv Komponenten-HiL-
Systeme (CTB- Component Test Bench) und Gesamtfahrzeug HiL Systeme
eingesetzt. Beim Design der CTB- und HiL-Systeme wurden Anforderungen
angesetzt, um die Bedarfe hinsichtlich Testumfang und Testprozess zu erfüllen.
• Das Prüfsystem muss 24h pro Tag / 7 Tage die Woche einsatzfähig sein.
• Ein Gesamtfahrzeug HiL System muss vor dem ersten Prototyp zum Einsatz
verfügbar sein.
• Das Prüfsystem muss über die gesamte Produktlebensdauer der Fahrzeug-
Modellreihe einsatzfähig sein (>10 Jahre) – Verwendung von Industrie-
Standards z.B. aus der Automatisierungstechnik.
• Leichte Wartbarkeit durch modularen Aufbau auf Fahrzeugsystemebene.
• Darstellung aller Systemvarianten ohne Verkabelungseingriff.
• Ableitung der Komponenten HiL Systeme aus dem Gesamtfahrzeug HiL
Für die Absicherung des Notbremsassistenten (ABA2) für den Mercedes-Benz
Actros werden HiL Systeme auf Basis von modularHiL eingesetzt, die den
Anforderungen seither vollständig gerecht wurden.
Abbildung 3: modularHiL Prüfsystem

4 Sicherstellung der Variantenabsicherung
Eine besondere Herausforderung stellt die Auswahl der Elektrik/Elektronik (E/E)
Konfiguration für den Gesamtfahrzeug-HiL-Test dar. Jedes System besitzt Software
- Parameter, die auftragsspezifisch in den Systemen gesetzt werden, um eine
entsprechende Fahrzeugapplikation bzw. Funktion zu aktivieren. Jede
Einstellmöglichkeit der Parameterkonfiguration stellt eine Modifikation des System
unter Test dar, die es zu testen gilt.
Somit ist es erforderlich eine Strategie zu entwickeln, welche die Anzahl der
Testkonfigurationen minimiert, bei Maximierung der möglichen Konfigurationsvarianten
der E/E Systeme.
Zu Optimierung der Anzahl der Testkonfigurationen wurde die Klassifikationsbaummethode
[Grim95], [Büch02], [Olej07] eingesetzt (siehe Abbildung 4). Der
Klassifikationsbaum wird durch die Struktur der E/E Ausstattungsvarianten
repräsentiert. Die Testobjekte repräsentieren hierbei mögliche Produktionsaufträge
der Actros Baureihe. Durch diese Anwendung kann hiermit eine minimale Anzahl
von Testobjekten, bei maximaler Ausstattungsüberdeckung der mechatronischen
Systeme ermittelt werden.
Bauaufträge
Erstellung Klassifikationsbaum
nach E/E relevanten Eigenschaften
Abbildung 4: Klassifikationsbaummethode zur Optimierung der Auswahl von
Testobjekten

5 Zusammenfassung
Eine effiziente und leistungsfähige Reifegradabsicherung von mechatronischen
Systemen wird sichergestellt, durch die ausgewogene Kombination und Anwendung
von Prozessen, Methoden und Werkzeugen.
• Testprozess und Release Management
• Sicherstellung der Testvollständigkeit
• Effiziente und höchst verfügbare Testwerkzeuge
• Sicherstellung der Variantenabsicherung
Testprozess und
Release Management
Reifegradabsicherung mechatronischer Systeme
Effiziente und höchst
verfügbare Testwerkzeuge
„Zutaten und Erfolgsfaktoren“
Sicherstellung der
Testvollständigkeit
Abbildung 5: Reifegradabsicherung mechatronischer Systeme
Sicherstellung der
Variantenabsicherung
Der wesentliche Schlüsselfaktor für eine leistungsfähige Reifegradabsicherung ist
die verbindliche Verfolgung und Einhaltung der Testprozesse und ein verfügbares
Release Management.
Ohne einen verbindlichen Testprozess und Release Management sinkt die Wirkung
und Bedeutung der Methoden und Werkzeuge signifikant.

6 Literaturverzeichnis
[Olej07] Olejniczak, Robert: Systematisierung des funktionalen Tests
eingebetteter Software, Dissertation, Technische Universität München,
2007
[Büch02] Büchner, Frank: Using the classification tree method, Embedded.com,
http://www.embedded.com/showArticle.jhtml?articleID15201712, 2002
[Grim95] Grimm, Klaus: Systematisches Testen von Software – Eine neue
Methode und effektive Teststrategie,
Dissertation, Technische Universität Berlin, 1995