Neue Lösungen für Avioniktests

Veröffentlicht: 12.09.2016

Jacob Perrin, Applications Engineer, dSPACE Inc.

Das Testen von Avionik-Software gehört zu den anspruchsvollsten Aufgaben in der Embedded-Systems-Branche. Mit zunehmender Elektrifizierung und neuen Anforderungen an Distanz und Komfort steigt auch die Komplexität des Flugzeugs. In der Folge wachsen auch die Herausforderungen beim Testen der beteiligten Komponenten.

Unter den verschiedenen Methoden zur Absicherung von Avionik-Software ist Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulation allgemein als Standard für eine zuverlässige, flexible und effiziente Entwicklung anerkannt. HIL ist heute in der gesamten Industrie, einschließlich der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Nutzfahrzeugindustrie, weit verbreitet.

dSPACE hat Systeme von Grund auf neu entwickelt und ist heute führend bei Hochleistungssimulatoren für diese Branchen. Das neue System von dSPACE mit dem Namen SCALEXIO ist die bisher konfigurierbarste, flexibelste und erweiterbarste Plattform in diesem Bereich.

Die SCALEXIO-Hardware-Plattform wird durch leistungsstarke Werkzeuge, bestehend aus Modellierungs-, Experimentier-, Testautomatisierungs- und Verwaltungssoftware, ergänzt. Neben der Unterstützung von Simulink und FMI (Functional Mock-up Interface) bietet diese Plattform auch eine offene Schnittstelle, um Drittanbietermodelle für die Echtzeitausführung zu integrieren. Ein Beispiel für die Leistungsfähigkeit dieser Plattform ist die Möglichkeit, Software und Hardware von Drittanbietern zu integrieren. So wurde FlightSIM von Presagis erfolgreich in ein SCALEXIO-System integriert.

Ein präzises Echtzeittestsystem

Im Kontext der HIL-Simulation ist es unerlässlich, über ein Streckenmodell zu verfügen, das sowohl präzise als auch in Echtzeit arbeitet. Diese Anforderung teilen sich die Plattform und das Simulationsmodell. Presagis hat eine Flugsimulator-Software entwickelt, die es den Konstrukteuren erlaubt, Flugzeugkomponenten in einer Umgebung zu modellieren, die in Kombination mit einer SCALEXIO-Plattform ein leistungsfähiges System bilden, das den hohen Anforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie gerecht wird.

Der SCALEXIO HIL-Simulator bietet hochflexible Kanäle für eine Vielzahl von Testdomänen.

Das dSPACE SCALEXIO-System basiert auf einem vielseitigen HIL-Simulator, der möglichst erweiterbar und konfigurierbar sein soll. SCALEXIO bietet Funktionen wie grafische Kanalkonfiguration, V-ECU-Fähigkeit und FMI-Unterstützung. Die Echtzeitplattform deckt alle Testdomänen ab.

Presagis FlightSIM ist eine durchgängige Software-Entwicklungslösung, mit der Sie Prototypen von Flugzeugsystemen in kurzer Zeit erstellen und Ihre eingebettete Entwicklung durch die Integration von Simulation und HIL unterstützen können. Die offene, modulare Architektur von FlightSIM ermöglicht die freie Kombination von Standard-Software-Systemsimulation, MATLAB/Simulink-Systemsimulation von MathWorks und HIL. So kann der Anwender genaue und präzise Bedingungen in seinem Modell simulieren. Diese Tests können gezielt in frühen Entwicklungsphasen durchgeführt werden und verkürzen so die Markteinführungszeit.

Ein System mit der Flexibilität, den Anforderungen des gesamten Entwicklungszyklus gerecht zu werden

Da die HIL-Teams wachsen und die Aufgaben innerhalb einer Gruppe verteilt werden, wird das Testen sowohl auf Komponenten- als auch auf Systemebene zunehmend wichtiger und schwieriger. Jedes mechanische Systemmodell muss in einer für seine Domäne einzigartigen Umgebung entwickelt werden, jedoch müssen die Modelle zur Absicherung und Verifikation der eingebetteten Software auf der Echtzeitsimulationsplattform miteinander kombiniert werden.

Darüber hinaus ist es den Entwicklern eventuell wichtig, den eingebetteten Regler vom Anlagenmodell zu entkoppeln, Berechnungen zu verteilen und Testbedingungen zu ändern. In Kombination mit einer Simulationsumgebung wie FlightSIM bildet die SCALEXIO-Plattform ein System, das diese Anforderungen erfüllt.

Die Flugzeug-Hardware kann über ein entsprechendes Kommunikationsprotokoll an den HIL-Simulator angebunden werden. In FlightSIM können dann die zugehörigen Standard-Flugsimulatorkomponenten durch Komponenten des Kunden ersetzt werden, die auf die zu testenden Flugzeug-Hardware zugreifen. Änderungen an den Parametern des FlightSIM-Flugzeug-Umgebungsmodells sind so einfach wie das Ändern von Kennlinien, so dass der Anwender die Leistung des gewählten Starrflügel anpassen kann. Controller und Regelstrecke können voneinander getrennt und die Verarbeitung auf Simulationsplattformen verteilt werden.

Die Instrumentierungsbibliothek kann durch die eigentliche Flugzeug-Hardware ersetzt werden. In diesem Fall würde ControlDesk dazu dienen, die Hardware-Controller-Eingabewerte zu modifizieren und die Ausgabewerte zu überwachen und aufzuzeichnen. Diese Anbindung an die Hardware ist über das erforderliche Kommunikationsprotokoll möglich, zum Beispiel ARINC 429 oder MIL-STD-1553.

Parameter wie Nicken, Rollen und Gieren werden vom dSPACE Controller an den Datenbank-Editor (DE) weitergeleitet, der so schnell auf das FlightSIM-Simulationsmodell einwirkt, dass die Echtzeitausführung im gewählten Simulationsschritt gewährleistet ist. Die Ausgabe des Flugsimulators wird dann mit der 3D-Simulationssoftware Presagis VegaPrime wieder auf dem Host-PC visualisiert.

Dieser exemplarische Aufbau stellt einen kleinen Teil der Möglichkeiten der SCALEXIO-Plattform in Verbindung mit einem leistungsfähigen Umgebungsmodell wie Presagis FlightSIM vor.

ControlDesk dient in dieser Demonstration zur Steuerung der Piloteneingaben. Es bietet Bibliotheken für die schnelle Erstellung von Instrumentierungslayouts. Die Steuerung des Flugzeugs ist ein solches Instrument, das in dieser Demonstration mit einem Joystick verbunden ist.

Presagis VegaPrime ist ein umfassendes Toolkit zur Visualisierung der Simulationsumgebung.

Ein beispielhaftes Testsystem

Die SCALEXIO-Plattform bietet dem Anwender die notwendigen Funktionen, um einige der komplexesten HIL-Aufgaben zu bewältigen. Die Offenheit des SCALEXIO-Simulators, kombiniert mit einem offenen, konfigurierbaren, hochgenauen Echtzeitmodell wie Presagis FlightSIM, eröffnet grenzenlose Möglichkeiten bei der Verifikation und Absicherung von Embedded Software.

Diese Flexibilität bedeutet, dass sich Software und Hardware von Drittanbietern relativ einfach integrieren lassen. Angesichts des immensen Potenzials dieser Plattform stellt sich die Frage: Was möchten Sie damit machen? Durch den Einsatz der SCALEXIO-Simulationsplattform können in den meisten Fällen die Anforderungen der Anwender erfüllt und Projekte realisiert werden.

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