Einparkassistenten gehören in modernen Autos oft zur Standardausrüstung – komfortabel, intelligent und scheinbar fehlerfrei. Aber was passiert, wenn die Technologie versagt? Ein Kratzer im Lack ist harmlos, aber ein falsch berechneter Winkel kann schnell zu einem teuren Schaden führen oder sogar eine Gefahr für Fußgänger darstellen. Die Wahrheit ist: Komfort allein ist nicht genug. Diese Systeme müssen unter allen Bedingungen zuverlässig funktionieren. Darin liegt die eigentliche Herausforderung: Wie testet man eine Funktion, die unzählige Variablen in der komplexen realen Welt berücksichtigen muss? Die traditionellen Methoden stoßen an ihre Grenzen. Eine Antwort ist der Vehicle-in-the-Loop (VIL)-Test – eine Validierungsmethode, die Realität und Simulation miteinander verbindet und neue Maßstäbe setzt. UN-Regelungen wie die UN ECE R171 ("DCAS") schlagen sogar vor, die Simulation für die virtuelle Homologation zu nutzen. Zeit, genauer hinzuschauen.

End-to-End-Validierung über alle Teststufen hinweg: SIL, HIL und VIL

Bewährte Verfahren sind eine Kombination von Simulationsmethoden wie SIL- und HIL-Tests mit Tests unter realen Bedingungen. Die Einführung der Vehicle-in-the-Loop (VIL)-Testmethode ermöglicht eine Beschleunigung der Fahrversuche durch die Wiederverwendung von Werkzeugen aus SIL- und HIL-Simulationen am realen Fahrzeug.

Um die automatische Einparkhilfe (Automated Parking Assist, APA) zu validieren, werden Ultraschallsensoren an einem realen Fahrzeug im dynamischen Fahrmodus stimuliert. Bei langsamer Fahrt, zum Beispiel bei Einparkmanövern, werden Objekte in einem beliebigen virtuellen Szenario definiert, und die Objektabstände werden zur Laufzeit in der Simulationsumgebung berechnet. Diese Abstände sind die Sollwerte für die Ultraschallstimulatoren der am Fahrzeug installierten Ultraschallsensoren. Um die Leistung des Parksystems zu validieren, kann das Echosignal in Echtzeit erzeugt werden. Neben der Flugzeit können auch Parameter wie Amplitude, Frequenz und Anzahl der Signalschwingungen eingestellt werden. 

So lassen sich die simulierten Umgebungsdaten beliebig variieren und am realen Fahrzeug validieren. Kritische Umgebungen, zum Beispiel Parkhäuser mit engen Parkplätzen, Säulen und anderen Arten von Hindernissen, können immer wieder simuliert werden. Variationen in Oberflächenreflexionen können ebenfalls in die Tests einbezogen werden. 

Schließlich lässt sich auch die Rückmeldung an die reale Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMI) des Fahrzeugs anhand der simulierten Umgebung validieren.
 

Vehicle-in-the-Loop-Anforderungen und Aufbau

Hier sind die wichtigsten Anforderungen für die Validierung von Einparkhilfen in einem VIL-Testsystem:

• Physikalisch korrekte Modelle der Fahrzeuge, Sensoren, und der Umgebung.
• Simulation typischer Parkszenarien wie schmale Lücken, Bordsteine und kritische Szenarien wie stark reflektierende Oberflächen oder ungewöhnliche Hindernisse.
• Minimale Latenzzeit zwischen virtueller Umgebung und Hardware.
• Präzise Synchronisierung zwischen der Trägheitsmesseinheit (Inertial Measurement Unit, IMU) des Fahrzeugs und der Simulation.
• Closed-Loop-Betrieb für dynamische Szenarien.
• Fehlerinjektion wie Rauschen und verdeckte Objekte für Robustheitstests.
• Analyse der Fusionsergebnisse in Echtzeit.
• Einfache Parametervariation zur Erzeugung einer großen Vielfalt von Testfällen.
• Logging- und Replay-Funktion zur Fehleranalyse.

VIL-Aufbau und Komponenten

Prüfling (Device under Test, DUT)

Der Prüfling ist das automatische Einparkhilfesystem, das in ein reales Fahrzeug eingebaut ist – ein Fahrzeug, das für Over-the-Air-Tests vorbereitet ist. 

Fahrzeugortung und Bewegungssensoren (GNSS & IMU)

Bei diesem Aufbau trifft der Prüfling – in diesem Fall das automatische Einparkhilfesystem – Entscheidungen über Lenk-, Brems- oder Gasbefehle auf der Grundlage seiner Perzeption der Umgebung. Der Schlüssel dazu ist die genaue Messung von Fahrzeugposition, -orientierung und -bewegung in Echtzeit. Ohne genaue Echtzeitlokalisierung kann die simulierte Umgebung nicht mit dem tatsächlichen Fahrzeug übereinstimmen, was dazu führt, dass falsche Stimuli an den Prüfling gesendet werden.

Physikbasierte Simulation für Ultraschallsensoren

Die ASM-Umgebung und die ASM-Verkehrsmodelle werden auf einem Echtzeit-PC mit Zugriff auf den Fahrzeugbus berechnet. Standards wie ASAM OpenDRIVE® können verwendet werden, um ein reales Netz in ein Format zu konvertieren, das vom Simulationssystem verwendet werden kann. Die physikbasierte Sensorsimulation AURELION erzeugt eine 3D-Darstellung des Ego-Fahrzeugs, seiner Umgebung und der umliegenden Verkehrsteilnehmer. AURELION kann Rohdaten für alle Arten von Umweltsensoren erzeugen, aber auch Rohdaten von Ultraschallsensoren. Für die Ultraschallsimulation modelliert AURELION Wellenausbreitung, Reflexion und Absorption auf der Grundlage von Materialeigenschaften und Umgebungsbedingungen. Dies ermöglicht die Reproduktion eines realistischen Sensorverhaltens in Szenarien wie Einparkmanövern, Hinderniserkennung oder Navigation im Nahbereich. Durch die Einbeziehung genauer intrinsischer und extrinsischer Parameter kann die Simulation herstellerspezifische Sensoreigenschaften nachbilden und so sicherstellen, dass die virtuellen Signale denen der realen Hardware sehr nahe kommen.

Die Over-the-Air-Sensorstimulation kann als Schnittstelle zwischen der Simulation und den realen Sensoren, die am Fahrzeug angebracht sind, betrachtet werden. Sie analysiert automatisch das vom fahrzeuginternen Ultraschallsensor erzeugte Ultraschallsignal, einschließlich Ultraschallfrequenz und Signalamplitude. Auf der Grundlage der simulierten Umgebung wird die Antwort in AURELION berechnet, präzise reproduziert und als verzögertes Echosignal eingespeist, um den am Fahrzeug installierten Sensor zu stimulieren. Auf diese Weise liefert die drahtlose Sensorstimulation das entsprechende Rückkopplungssignal an den realen Sensor zurück und stellt sicher, dass der Sensor die simulierte Umgebung so wahrnimmt, als ob sie in der realen Welt stattfände.

Dieser geschlossene Kreislauf sorgt für den deterministischen Test von Ultraschallsensoren unter einer Vielzahl von Bedingungen. Er ermöglicht es Ingenieuren, das Sensorverhalten in komplexen Szenarien wie Einparkmanövern, Hinderniserkennung oder Navigation im Nahbereich zu validieren und dabei volle Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit zu gewährleisten.
 

Zusammenfassung

Vehicle-in-the-Loop (VIL)-Tests verbessern die Validierung von automatischen Einparkassistenzsystemen, indem sie reale Fahrzeughardware mit einer simulierten Umgebung kombinieren. Mit Hilfe von AURELION- und ASM-Modellen werden realistische Ultraschallantworten berechnet und über OTA (Over-the-Air)-Stimulationen an reale Sensoren zurückgesendet, was Tests im geschlossenen Regelkreis ermöglicht. 

VIL-Tests sind für die Validierung automatischer Einparkassistenten von entscheidender Bedeutung, da sie reale Fahrzeughardware mit einer virtuellen Umgebung kombinieren. Dies ermöglicht realistische Tests unter kontrollierten Bedingungen, ohne die hohen Kosten und Risiken von physischen Straßentests. VIL bietet eine hohe Flexibilität für komplexe Szenarien, unterstützt Grenzfall- und Sicherheitsbewertungen und beschleunigt die Software-Update-Zyklen. Im Zusammenhang mit der künftigen virtuellen Homologation ist VIL besonders wichtig, da es einen reproduzierbaren Nachweis für die Einhaltung von Sicherheits- und Funktionsanforderungen liefert und den Weg für digitale Typgenehmigungsverfahren ebnet.