Was sind HIL-Tests?
Unter Hardware-in-the-Loop (HIL)-Tests versteht man den Test realer Steuergeräte (ECUs) in einer realistischen, simulierten Umgebung. Diese Hardware-in-the-Loop-Simulationstests sind reproduzierbar und können automatisiert werden, was zu umfassenden Tests im Labor rund um die Uhr führt, die Validierungszeiten verkürzt und die Bandbreite der HIL-Testszenarien erhöht. Außerdem können kritische Grenzfälle auf einem HIL-Prüfstand getestet werden, ohne dass Sicherheitsprobleme für den Prüfling oder die Umgebung entstehen.
Vorteile von HIL-Tests
- HIL-Testsysteme skalierbar von klein bis groß
- Hardware-in-the-Loop-Simulation des Gesamtfahrzeugs oder Integration von realen Komponenten
- Kommunikationstests
- Bus- und Restbussimulation
Was unsere Kunden sagen
Dank des komponentenübergreifenden dSPACE HIL-Systems konnten wir die mechanischen Komponenten wie Lenkung und Bremsen in direkter Interaktion mit den Sensoren testen, um zu prüfen, ob alles korrekt zusammenarbeitet. Der unschlagbare Vorteil der dSPACE Lösungen war die absolute Zeitsynchronisation und der vollständig geschlossene Regelkreis.
Die erste Software-Version für die FCU funktionierte sehr schnell, da wir im Vorfeld bereits viele Tests auf dem HIL-System durchgeführt hatten. Dabei konnten wir nicht nur alle wesentlichen Ein- und Ausgänge, sondern auch die geschlossenen Regelkreise überprüfen und so sicherstellen, dass unsere Software funktionierte, bevor wir sie auf ein reales System übertrugen.
An die Qualität der dSPACE HIL-Hardware und -Software kommt für mich kein anderes HIL-System heran. Insgesamt bin ich sehr zufrieden mit dem HIL-System und damit, wie es uns geholfen hat, unsere Software-Testmöglichkeiten zu verbessern.
Typisches HIL-Testsystem
Ein HIL-Testsystem besteht aus der Simulationshardware und der dazugehörigen Software. Mit dem HIL-Testsystem verbunden ist die Unit Under Test, bei der es sich üblicherweise um ein oder mehrere Steuergeräte handelt, auf denen neue Funktionen oder zu testende Steuergeräte-Software untergebracht sind. Je nach Anwendungsfall können dem Testsystem weitere reale Hardware-Komponenten hinzugefügt werden, z. B. die Lenkung oder das Bremssystem.
Testmanagement
Plattform und I/O-Konfiguration
Experimentieren und Visualisierung
Testautomatisierung
HIL-Echtzeit- und -I/O-Hardware
Simulationsmodell
Deep Dive – Testphasen und Testsysteme in HIL-Simulationen
Funktionstests
Funktionstests zielen darauf ab, einzelne oder wenige Funktionen zu testen, einschließlich ihrer Interaktion mit der Steuergeräte-Basissoftware. Da diese Art des Testens typischerweise eher ein integraler Bestandteil der Funktionsentwicklung als ein abschließender Freigabetest ist, liegt der Schwerpunkt auf der experimentellen Nutzung ohne systematische Testautomatisierung. Hardware-in-the-Loop (HIL)-Testsysteme für Funktionstests erfordern daher vielseitige Bus- und Netzwerkschnittstellen, Restbussimulation auf Verhaltens- und Protokollebene oder Design-for-Test-Schnittstellen, zum Beispiel XCP. Diese Tests werden häufig von den Funktionsentwicklern selbst durchgeführt und müssen auf einen Schreibtisch passen.
Test von Steuergeräte-Komponenten
Typische Anwendungen für Steuergeräte-Tests reichen von Software-Integrationstests über ausfallsichere und ausfallbedingte Tests bis hin zu Steuergeräte-Release-Tests. Die Tests sind daher hochgradig automatisiert und basieren auf den Anforderungen der Steuergeräte, um die hohe Zahl an Varianten abzudecken.
Testsysteme für Steuergerätetests erfordern skalierbare I/O- und Bus-/Netzwerkschnittstellen einschließlich der Simulation elektrischer Fehler. Darüber hinaus erfordert das Testen von Bussen und Netzwerken eine Restbussimulation auf der Verhaltens- und Protokollebene sowie eine umfangreiche Manipulation.
Der Test realer Komponenten erfordert umfassende Streckenmodelle und anpassbare Simulationsleistungen. Idealerweise lassen sich die Funktionalitäten des Testsystems an sich ändernde Projektanforderungen anpassen.
Steuergeräte-Domänen- und Netzwerktests
Das Testen von Steuergeräte-Domänen und -Netzwerken ist charakterisiert durch das End-to-End-Testen von verteilten Funktionen. Dazu gehören Sleep- oder Wake-up-Tests sowie Fail-Safe- und Fail-Operational-Tests des Steuergeräte-Netzwerks des Fahrzeugs. Charakteristisch für diese Testsysteme ist, dass sie eine Vielzahl an I/O-Kanälen sowie Bus- und Netzwerkschnittstellen benötigen.
Eine Vielzahl von Streckenmodellen muss zeitsynchron auf mehreren geclusterten Echtzeitsystemen verarbeitet werden. Um komplexe Modelle und Szenarien zu bewältigen, sind eine hohe Simulationsleistung und Multiprozessorfähigkeit erforderlich.
Systeme für den Test von Steuergeräte-Verbunden führen rund um die Uhr hochautomatisierte Testprogramme aus, was durch umfassende Testmanagementsysteme möglich wird.
Spezielle Themen
Validierung der sicheren Bus- und Netzwerkkommunikation
Die Validierung von Kommunikationsnetzwerken im Fahrzeug ist entscheidend für den HIL-Test verteilter automobiler Systeme. dSPACE bietet umfassende Lösungen für die Simulation und Analyse von Bussystemen wie CAN FD, LIN, FlexRay und Automotive Ethernet sowie von übergeordneten Protokollen. Diese Lösungen unterstützen die vollständige Restbussimulation, Gateway-Funktionalitäten und Fehlerinjektion und ermöglichen die Verifikation des Kommunikationsverhaltens von Steuergeräten unter Echtzeitbedingungen. Integrierte Tools bieten präzise Timing-Analysen, Signalmanipulationen und Simulationen von Sicherheitsmechanismen sowie die Gewährleistung der funktionalen Korrektheit und der Einhaltung von OEM-Spezifikationen und Industriestandards.
Die Vorschriften und Normen für die Cybersicherheit in der Automobilindustrie verlangen den Schutz der Fahrzeugkomponenten vor externen Bedrohungen durch Sicherung der Kommunikation zwischen ihnen. Dies wird durch die Verwendung von Sicherheitsprotokollen auf Bus- und Netzebene, wie SecOC, MACsec, IPsec und (d)TLS, erreicht. Während der Entwicklung von Fahrzeugen und ihren elektronischen Steuergeräten müssen ausreichende Tests der implementierten Gegenmaßnahmen durchgeführt werden, um die Cybersicherheitsziele zu validieren.
dSPACE-HIL-Testsysteme sind für die Durchführung der folgenden Arten von Cybersicherheitstests gut geeignet:
- Funktions- und Konformitätsprüfung der implementierten Sicherheitsmechanismen gemäß ihren Spezifikationen, einschließlich der Prüfung der Abhängigkeit von der Sicherheit.
- Fuzzing und Penetrationstests: Sondierungstests zur Minimierung unentdeckter Schwachstellen und Verwundbarkeiten, zur Validierung von Cybersicherheitszielen und zur Bestätigung, dass keine unangemessenen Risiken bestehen.
Realitätsnahe Validierung mit VIL und HIL
Vehicle-in-the-Loop (VIL)-Tests verbessern Hardware-in-the-Loop (HIL)-Aufbauten, indem sie die digitale Validierung um die Dynamik der realen Welt ergänzen. VIL ermöglicht es, ein komplettes Fahrzeug im Hinblick auf seine Fahrerassistenzsysteme/automatisiertes Fahren (ADAS/ADS) zu testen, indem die Fahrumgebung und -szenarien in Echtzeit simuliert und die für ADAS relevanten Sensoren stimuliert werden. ADAS-VIL-Tests sind ein Sonderfall der ADAS-HIL-Tests. In diesem Fall ist die "Hardware" in der Schleife das komplette Fahrzeug.
Anwendungsbereiche
Die dSPACE HIL-Systeme eignen sich für ein breites Spektrum von Anwendungsbereichen, von automotiven Themen über Luft- und Raumfahrt bis hin zu Schienenverkehr und Marine.
