Herausforderung: Höchste Zuverlässigkeit

Um dem Fahrer diese Leistung unter allen Bedingungen zuverlässig und sicher zur Verfügung zu stellen, sind viele elektrische Systeme und aufwendige elektronische Steuerungen erforderlich. Die effiziente Absicherung der Steuereinheiten ist eine Kernaufgabe in der Fahrzeugentwicklung. Hierbei müssen insbesondere Tests in Grenzbereichen durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass das Fahrzeug immer beherrschbar bleibt. Für bestmögliche Entwicklungseffizienz ist es ebenfalls erforderlich, dass neue Steuergeräte und Software-Stände auch schon dann getestet werden können, wenn die Regelstrecken bzw. das gesamte Fahrzeug noch nicht oder gerade nicht zur Verfügung stehen. 

Lösungsansatz: Effiziente Fahrzeugsimulation

Bei Bugatti ist der Steuergerätetest per Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulation eine etablierte Vorgehensweise. Für das neue Fahrzeugmodell Chiron galt es, eine optimierte Absicherungslösung aufzubauen, die neue Leistungsdimensionen ermöglicht und für die Modellvarianten des Chiron sowie für zukünftige Fahrzeuge einfach erweitert werden kann. Konkret ging es darum, den gesamten Antriebsstrang unter Berücksichtigung der Fahr­dynamik detailliert zu simulieren, um die an den Simulator angeschlossenen Steuergeräte für Motor, Getriebe und Fahrdynamik zu testen. 

Evaluierung einer Simulationsplattform

Nach Evaluierung verschiedener kommerzieller Simulationsmodelle und Simulatoren entschied sich Bugatti für eine maßgeschneiderte Simula-tionslösung von dSPACE. Diese besteht aus einem HIL-Simulator sowie detaillierten Simulationsmodellen, die das Fahrzeug inklusive aller Komponenten abbilden. Dies wird mit den mathematischen Modellen der Toolsuite Automotive Simulation Models (ASM) realisiert. Das Fahrzeug und der Antriebsstrang konnten mit folgenden Modellen exakt virtualisiert werden:

• W16-Motor: ASM Gasoline Engine  
• 7-Gang-Doppelkupplungsgetriebe (DSG): ASM Drivetrain
• Chassis und Fahrdynamik: ASM Vehicle Dynamics

Vorgehen bei Aufbau und Parametrierung des Simulators und der Modelle

Planung und Aufbau des Simulators sowie Erstellung des I/O-Modells als Interface zwischen den realen Steuergeräten und den virtualisierten Fahrzeugen erfolgten auf Basis von Informationen über das Elektrik/Elektronik-System und die Steuergeräte sowie auf Grundlage der Spezifikationen von Motor und Getriebe. Daraus wurden eine Modellstruktur abgeleitet und Anforderungen für die Parametrierung festgelegt. Die Genauigkeit der Parameter ist ein Maß für die Simulationsgüte; sie werden beispielsweise aus Konstruktionsdaten erfasst sowie durch Messungen ermittelt. Durch Prüfstandmessungen gelang es, fein aufgelöste Kennfelder für die Parametrierung zu erstellen. Die Parametrierung wird anschließend mit den Soft-ECUs aus der ASM-Bibliothek validiert. Darauf folgt ein weiterer Validierungsschritt, der das I/O-Modell und das reale Steuergerät einbezieht. Auf dieser Grundlage erfolgt die Inbetriebnahme, bei der auch die Simulationsergebnisse mit gemessenen Referenzwerten verglichen werden. Hierbei arbeiten Experten von Bugatti und dSPACE intensiv zusammen. 

Entwicklungs- und Testaufgaben am Simulator

Der HIL-Simulator wird bei Bugatti für verschiedene Testaufgaben eingesetzt. Dazu gehören beispielsweise klassische Freigabetests neuer Software-Stände. Dazu wird das Steuergerät mit der neuen Software einem Testdurchlauf am HIL-Simulator unterzogen und erst nach bestandenem Test ins reale Serienfahrzeug übernommen. Beispielsweise werden für Prüfungen der Motor- und Getriebesoftware OBD-Tests (OBD: On-Board-Diagnose) in bestimmten Geschwindigkeits- und Lastbereichen mit dem Simulator durchgeführt. Dabei handelt es sich um herstellerübergreifende, standardisierte Tests, die kontinuierlich während des Fahrzeugbetriebs erfolgen. Ein korrektes Fehlerverhalten mit ent­sprechenden Ersatzreaktionen und die richtige Fehlerausgabe im Fehlerspeicher des Steuergerätes werden damit überprüft. Während die Fahrzeuge rund um die Welt erprobt werden, entstehen weitere Testaufgaben für den HIL-Simulator: Er wird genutzt, um Fehler nachzustellen, die während der Erprobung gefunden wurden. Dazu wird auch virtuell dieselbe Strecke, beispielsweise der Kurs des Ehra-Lessien-Testgeländes bei Wolfsburg gefahren. Darüber hinaus spielt der Simulator gerade bei Funktionstests seine besonderen Stärken aus. So lassen sich beispielsweise das Fahrverhalten beeinflussende Ersatzreaktionen auch bei Geschwindigkeiten über 400 km/h gefahrlos untersuchen. Weitere wichtige Funktionstests liegen im Bereich der Regelstrategien bei Übertemperatur, Zündaussetzern oder ähnlichen Vorfällen. Auch bei Entwicklungsaufgaben kann der Simulator unterstützen. Die vielfältigen elektronischen Systeme, beispielweise zur Heckflügelverstellung, aktiven Aerodynamik und Niveauregulierung, können in frühen Phasen geprüft und im Zusammenspiel optimiert werden.

Bewertung der Testlösung

Aufgrund der reproduzierbaren Simulationen konnte der dSPACE Simulator wesentlich zur Vorbereitung des Geschwindigkeitsweltrekords des Bugatti Chiron Super Sport 300+ beitragen. Per Simulation ließ sich das Verhalten des Fahrzeugs im Grenzbereich detailliert untersuchen und mit den gewonnenen Erkenntnissen die Entwicklung frühzeitig gezielt steuern. Relevante Komponenten aus dem Antriebsstrang-, Chassis- und Body-Bereich werden mit den Simulationsmodellen von ASM in Echtzeit abgebildet. Dazu gehören der W-Motor mit beiden Bänken inklusive Turbo­lader und  variabler Ventilsteuerung sowie Doppelkupplungsgetriebe (DSG), Haldex-Kupplung für den Allradantrieb bis hin zu aktiven Dämpfern, Differentialsperre und adaptivem Heckspoiler. Auch die Positionsverstellung von Schaltmuffen, die Drehzahl-Synchronisation zwischen allen Wellen bei der Gangschaltung, die Gang-Vorwahl sowie die Positions­regelung von Kupplungen und Kupplungsadaption können zusammen mit dem ASM-DCT-Modell getestet werden. Der Test von Diagnosefunktionen und eine umfassende Ergebnisanalyse gehören zum Testrepertoire. Darüber hinaus lässt sich der Simulator flexibel erweitern. Beispielsweise konnte eine Ionenstrommessung schnell integriert werden. Dazu trug auch der enge Kontakt zwischen den Verantwortlichen bei dSPACE und Bugatti bei.