Da Software in kurzen Iterationen gebaut, geändert und getestet werden kann, bestimmt sie heute das Tempo der Fahrzeugentwicklung. Das Warten auf die Verfügbarkeit der kompletten Hardware passt nicht mehr zu diesem Takt. Gefragt ist daher eine Teststrategie, die frühe Systemtests ermöglicht, auch wenn reale Steuergeräte (ECUs) erst nach und nach zur Verfügung stehen.
Genau hier setzt die SIL-HIL-Co-Simulation an: Software-in-the-Loop (SIL) beginnt mit frühen, skalierbaren Tests, während Hardware-in-the-Loop (HIL) die Echtzeit-Validierung liefert. Beide sind nahtlos gekoppelt und nutzen dieselben Artefakte ohne Brüche in der Toolkette.
Was können OEMs und Tier-1s von einer SIL-HIL-Co-Simulation erwarten?
OEMs stehen unter zunehmendem Druck, immer früher mit dem Systemtest zu beginnen – oft zu einem Zeitpunkt, zu dem noch nicht alle ECUs als Hardware verfügbar sind. Gleichzeitig ist die klassische „Big Bang“-Integration, bei der alle ECUs erst am Ende zusammengeführt werden, mit ihren typischen Nachteilen wie später Fehlererkennung, hohem Integrationsrisiko und schwer lokalisierbaren Ursachen, heute kaum noch praktikabel.
Für eine kontinuierliche Absicherung ist es entscheidend, dass die Testumgebung mit dem Reifegrad der Komponenten Schritt hält. In der Realität bestimmt jedoch die Verfügbarkeit den Ablauf: Was jetzt verfügbar ist, wird auch jetzt getestet. Deshalb werden frühe Software-Stände im SIL-System ausgeführt, während bereits verfügbare Hardware-ECUs parallel im HIL-System getestet werden.
Eine durchgängige SIL-HIL-Teststrategie ermöglicht Systemtests auch dann, wenn nur ein Teil der Steuergeräte als Hardware verfügbar ist und andere Komponenten noch als virtuelle Steuergeräte (V-ECUs) zur Verfügung stehen. Artefakte, Testfälle und Simulationen werden konsistent und durchgängig zwischen beiden Umgebungen wiederverwendet, so dass bereits eine einzige V-ECU ausreicht, um erste Integrationsschritte vorzuziehen und Shift-Left-Ziele effizient zu unterstützen. Die SIL-HIL-Co-Simulation verbindet virtuelle und reale Steuergeräte in einem gemeinsamen Szenario und schafft einen nahtlosen Validierungsfluss – ein Ansatz, der den Testprozess beschleunigt und verhindert, dass Teams auf vollständige Hardware-Setups warten müssen.
Darüber hinaus bietet die SIL-HIL-Co-Simulation einen zusätzlichen Nutzen, der sowohl für OEMs als auch für Tier-1s relevant ist: Sie ermöglicht die Integration von V-ECUs oder Modellen, die nicht nativ auf dem HIL ablaufen können – beispielsweise Windows-basierte oder von Drittanbietern bereitgestellte Komponenten – in die HIL-Simulation. Damit können auch solche Modelle unabhängig von ihrer Ausführungsumgebung in die Tests eingebunden werden.
Mithilfe der SIL-HIL-Co-Simulation können V-ECUs schrittweise durch reale ECUs ersetzt werden. Dadurch wird die Integration beschleunigt und ein Shift-Left im gesamten Entwicklungsprozess ermöglicht.
Wo stößt die hybride Teststrategie an ihre Grenze?
Auch einer durchgängigen Co-Simulation sind natürliche Grenzen gesetzt. Im Kern geht es um die Kopplung zweier Zeitwelten – HIL läuft in Echtzeit, während in SIL die Zeit simuliert wird. Dabei wird so getan, als ob die einzelnen Berechnungen keine Zeit verbrauchen (Nullzeitannahme). Dadurch kann in SIL schneller, langsamer oder auch annähernd in Echtzeit simuliert werden – aber nie in exakter Echtzeit. Die Kopplung dieser Ansätze ist machbar, stößt aber insbesondere bei engen Zeitvorgaben an technische Grenzen.
Wenn eine hohe zeitliche Auflösung, strenge Latenzbudgets oder enge Jittergrenzen gefordert sind, sollten die betreffenden Komponenten auf demselben System laufen, entweder gemeinsam in SIL oder gemeinsam in HIL. Bei der Kombination von SIL und HIL in Hybridsystemen muss die SIL-Simulation echtzeitnah ablaufen. Andernfalls drohen Taktversatz, Pufferüberläufe und unrealistische Antwortzeiten.
Schließlich setzt auch die Wahl der Schnittstellen Leitplanken. Ein Schnitt zwischen SIL und HIL ist bei analogen/digitalen Signalen, CAN und Ethernet in der Regel gut beherrschbar. Dagegen sind LIN und FlexRay als Trennung deutlich weniger geeignet, da hier häufig besonders hohe Zeitabhängigkeiten und strikte Kommunikationszeitschemata zu beachten sind.
Die fünf wichtigsten Vorteile einer übergreifenden SIL-HIL-Teststrategie
In der Anwendung entfaltet die übergreifende SIL-HIL-Teststrategie inkl. Co-Simulation ihren Mehrwert: Aus dem Zusammenspiel von virtueller und realer Testwelt ergeben sich fünf wesentliche Vorteile.
1. Frühe Fehlererkennung
Mit SIL lassen sich Funktionen testen, noch bevor reale Hardware verfügbar ist. So werden Fehler deutlich früher sichtbar und können behoben werden, bevor sie in späteren Entwicklungsphasen teuer oder kritisch werden.
Das Ergebnis: frühere Erkenntnisse, weniger Iterationsaufwand, geringeres Risiko
2. Wiederverwendbare Artefakte
SIL-Artefakte wie Restbuskonfigurationen, V-ECUs oder automatisierte Testfälle können sowohl im SIL- als auch im HIL-System verwendet werden. Dadurch wird redundante Pflege vermieden. Die Co-Simulation verbindet beide Bereiche effizient.
Das Ergebnis: geringerer Anpassungsaufwand, weniger Pflege, höhere Konsistenz
3. Durchgängige Workflows
SIL und HIL werden zu einem einheitlichen Test-Workflow zusammengeführt. Kombinierte Setups aus V-ECUs und realen ECUs dienen als verbindender Zwischenschritt, so dass der Testprozess nicht in zwei getrennte Welten zerfällt.
Das Ergebnis: ein konzeptionelles Setup, weniger Testaufbauten, schnellere Testabläufe
4. Verfügbarkeitsgetriebene Tests
Reale und virtuelle ECUs können je nach Verfügbarkeit frei kombiniert werden. Ein verfügbarkeitsgetriebener Ansatz ermöglicht den Start von Tests unabhängig davon, ob reale Hardware, V-ECUs oder eine Mischung aus beiden verfügbar sind. Virtuelle Restbusse ergänzen fehlende Komponenten und stellen sicher, dass die Tests ohne Wartezeiten fortgesetzt werden können.
Das Ergebnis: maximale Flexibilität, tiefere Tests, HIL-Entlastung
5. Effizienz
SIL bietet nahezu unbegrenzte Skalierbarkeit und kann Simulationen schneller als in Echtzeit ausführen. Dies ermöglicht umfangreiche parallele Regressionen ohne Hardware-Wartezeiten. HIL bietet darüber hinaus Echtzeitgenauigkeit für kritische Integrationsphasen komplexer ECUs.
Das Ergebnis: schnellere Entwicklungszyklen, geringere Kosten, kürzere Time‑to‑Market
Modellierungswerkzeuge, Simulationsartefakte, Testfälle und Validierungslösungen können über SIL-, HIL- und Hybridplattformen hinweg wiederverwendet werden. Auf diese Weise bilden sie die Grundlage für eine nahtlose SIL-HIL-Validierung.
Sinnvolle Anwendungsszenarien
Ein beispielhaftes Hybridszenario ist eine Head-Unit – also die Infotainment-ECU eines Fahrzeugs – als Device under Test im HIL-System, während der Rest des Fahrzeugs im SIL-System läuft. Die Head-Unit kommuniziert in Echtzeit mit physischen Schnittstellen, darunter dem Ethernet-Backbone sowie spezifischen I/Os, während die Fahrzeug- und Umgebungslogik virtuell zur Verfügung gestellt wird. Auf diese Weise können Funktionen, Kommunikation und Netzwerkverkehr unter kontrollierten und reproduzierbaren Bedingungen getestet werden – ohne auf die komplette Fahrzeug-Hardware warten zu müssen.
Ebenso funktioniert ein Aufbau, bei dem ein ADAS/AD-Hochleistungssteuergerät (HPC) mit einem HIL-Testsystem validiert wird, während Sensorumgebung, Fahrdynamik und weitere ECUs im SIL-System verbleiben. Das HPC sieht reale Echtzeitbedingungen, erhält aber seine komplexe Sensor- und Fahrumgebung aus skalierbaren SIL-Modellen. Die Trennlinie verläuft dort, wo Echtzeit-Integrationsvalidierung entscheidend ist, während variantenreiche, rechenintensive Szenarien effizient virtuell abgebildet werden können.
So sieht die SIL-HIL-Co-Simulation bei dSPACE aus
Abschließend stellt sich noch die zentrale Frage: Wie lässt sich ein solcher durchgängiger SIL-HIL-Ansatz in der Praxis realisieren? Hier kommt dSPACE ins Spiel. Unsere Plattformen für virtuelles und reales Testen sind so ausgelegt, dass beide Welten synchron, deterministisch und ohne Brüche in der Toolkette zusammenarbeiten können.
Das Setup gestaltet sich wie folgt:
- VEOS übernimmt die Ausführung von V-ECUs und rein SIL-fähigen Modellen, z. B. kompiliert für Windows, inkl. virtueller Signal- und Buskommunikation.
- SCALEXIO realisiert reale ECUs, Bus- und Netzwerkkommunikation sowie physikalische I/O.
- Eine Kopplungsbrücke verbindet beide Systeme und tauscht kontinuierlich Signale, Bus-Frames und Zustände aus, so dass SIL- und HIL-Seite zeitlich synchronisiert interagieren.
- Restbus- und Umgebungsmodelle, die auf beiden Plattformen ausgeführt werden können, werden so auf VEOS und SCALEXIO verteilt, dass möglichst geringe Anforderungen an das Timing der Kommunikation zwischen VEOS und SCALEXIO entstehen.
- Test- und Experimentierwerkzeuge greifen auf VEOS und SCALEXIO zu und und extrahieren bzw. manipulieren die relevanten Daten.
Die End-to-End-Produktunterstützung für VEOS (SIL) und SCALEXIO (HIL) basiert auf Co-Simulation. Dadurch ist eine frühe und kontinuierliche Validierung in virtuellen und realen Bereichen möglich.
Über die Autorin
Barbara Kempkes
Product Manager, Automated Driving & Software Solutions, dSPACE GmbH
