Automobilhersteller haben erheblich in Hardware-in-the-Loop (HIL)-Umgebungen investiert und umfangreiche Bibliotheken aus Streckenmodellen, Restbuskonfigurationen und Testfällen aufgebaut. Wenn die Validierung jedoch in Software-in-the-Loop (SIL)-Umgebungen erfolgt, müssen diese Artefakte für virtuelle Tests häufig neu erstellt werden. Diese Doppelarbeit erhöht den Engineering-Aufwand, führt zu Inkonsistenzen und verlangsamt die Validierung.
Gleichzeitig wird die Automobilsoftware immer komplexer, während sich die Entwicklungszyklen weiter verkürzen. Daher suchen OEMs nach effizienteren Möglichkeiten, bestehende Validierungsartefakte sowohl in SIL- als auch in HIL-Umgebungen zu nutzen. Die dSPACE Toolkette unterstützt diesen Ansatz, indem sie die Wiederverwendung von Modellen, Kommunikationskonfigurationen, ECU-Artefakten und Testprojekten in beiden Umgebungen ermöglicht.
Welche Rolle spielen SIL und HIL im Validierungsworkflow?
SIL und HIL sind sich ergänzende Validierungsansätze, die in unterschiedlichen Entwicklungsphasen eingesetzt werden. Während SIL frühe und skalierbare Tests in einer virtuellen Umgebung ermöglicht, validiert HIL das Softwareverhalten auf realer ECU-Hardware unter realitätsnahen Betriebsbedingungen.
SIL unterstützt Teams dabei:
- früher mit der Validierung zu beginnen,
- Regressionstests zu automatisieren,
- Fehler schnell zu analysieren und Iterationen zügig durchzuführen,
- Tests in großem Maßstab auszuführen.
HIL unterstützt Teams dabei:
- Echtzeitverhalten zu validieren,
- zeitkritische Funktionen zu verifizieren,
- mit physischer Hardware und realen Schnittstellen zu testen.
Warum sollten OEMs HIL-Testartefakte in SIL wiederverwenden, statt sie neu zu erstellen?
SIL und HIL übernehmen komplementäre Aufgaben im Validierungsprozess. Deshalb müssen ähnliche Validierungsaktivitäten häufig in beiden Umgebungen durchgeführt werden. Aus diesem Grund suchen OEMs zunehmend nach Möglichkeiten, Validierungsartefakte zwischen SIL und HIL wiederzuverwenden.
OEMs möchten nicht zwei Testsuites, zwei Modellsätze oder zwei Szenariosammlungen pflegen. Stattdessen streben sie einen gemeinsamen Satz von Validierungsartefakten an, der in mehreren Umgebungen eingesetzt werden kann. Die Wiederverwendung bietet verschiedene Vorteile:
- Frühere Tests: Ursprünglich für HIL entwickelte Testsequenzen können bereits in SIL ausgeführt werden, bevor Hardware verfügbar ist. Dadurch werden Fehler früher erkannt.
- Entlastung von HIL-Prüfständen: Wenn ein großer Teil der Testlast in SIL abgearbeitet wird, können HIL-Systeme gezielt für die finale Integration und zeitkritische Prüfungen genutzt werden.
- CI/CT für die Automobilentwicklung: SIL läuft auf Standard-PCs und lässt sich deshalb einfach in automatisierte Build- und Testpipelines integrieren.
- Konsistente Testabdeckung: Wenn HIL und SIL dieselben Artefakte und Szenarien nutzen, werden Fehler früher sichtbar und lassen sich leichter reproduzieren.
- Geringere Entwicklungskosten: Testskripte müssen nicht mehrfach erstellt werden, und bereits vorhandene Arbeit kann weiterverwendet werden.
Wie ermöglicht dSPACE die Wiederverwendung von HIL-Artefakten in SIL?
Durch die Kompatibilität von Modellen, Kommunikationskonfigurationen, ECU-Artefakten und Testprojekten in beiden Umgebungen ermöglicht dSPACE die Wiederverwendung bestehender HIL-Artefakte in SIL mit minimalem Anpassungsaufwand. Dadurch lassen sich redundante Arbeiten reduzieren, die Konsistenz über verschiedene Validierungsstufen hinweg sicherstellen und frühere sowie besser skalierbare Tests unterstützen.
Die Wiederverwendung von HIL-Artefakten in SIL konzentriert sich typischerweise auf fünf zentrale Bereiche:
- Streckenmodelle
- Netzwerk- und Restbuskonfigurationen
- Artefakte für V-ECUs
- Integrationsplattformen
- Testautomatisierungsprojekte
- Skalierbare Simulationsausführung
Die folgenden Abschnitte erläutern, wie diese Elemente innerhalb der dSPACE Toolkette von HIL nach SIL übertragen werden können.
Streckenmodelle
Streckenmodelle, die in Simulink (.slx) erstellt oder als FMUs aus FMI-konformen Werkzeugen exportiert wurden, können in SIL-Umgebungen wiederverwendet werden. Durch die Konvertierung dieser Modelle in eine SIC-Datei lassen sie sich ohne Neuerstellung des Streckenmodells in die virtuelle Testumgebung integrieren.
Dies ermöglicht realitätsnahe Simulationen auf Systemebene, unterstützt die frühe Validierung noch vor der Verfügbarkeit von Hardware und trägt dazu bei, die Modellkonsistenz zwischen SIL- und HIL-Tests sicherzustellen.
Restbuskonfigurationen
Die Restbussimulation wird eingesetzt, um die Kommunikation zwischen dem Testobjekt und seiner Netzwerkumgebung zu validieren. SIL-Restbussimulationen können für CAN, CAN FD, J1939, FlexRay und Ethernet erstellt werden und ermöglichen so die frühzeitige Validierung des Kommunikationsverhaltens.
Vorhandene Datenbankdateien wie DBC-, LDF- und ARXML-Dateien können importiert werden, um BSC-Container zu erzeugen, die sowohl in SIL- als auch in HIL-Umgebungen wiederverwendet werden können. Dadurch bleibt das Netzwerkverhalten über verschiedene Teststufen hinweg konsistent, während gleichzeitig der Konfigurationsaufwand sinkt.
Artefakte für V-ECUs
Vorhandene ECU-Artefakte können häufig direkt in SIL wiederverwendet werden, wodurch der Aufwand für die Erstellung einer V-ECU reduziert wird. Je nach Projekt können vorhandene Systems under Test (SUTs), V-ECUs, FMUs, ROS-basierte Algorithmen oder andere dSPACE Artefakte direkt auf der Simulationsplattform ausgeführt werden.
Wenn nur Quellcode verfügbar ist, unterstützen dSPACE Werkzeuge die Integration des Codes in die Simulationsumgebung sowie dessen Erweiterung für Simulationszwecke. Für erste Funktionstests können einfache V-ECUs von Simulink-/TargetLink-Modellen oder mit dem dSPACE V-ECU SDK aus C-/C++-Code erstellt werden. Für umfassendere Tests auf Systemebene lassen sich vollständige V-ECUs mit Applikationssoftware, RTE und Basissoftware in SystemDesk zusammenstellen.
Da die Erstellung von V-ECUs aus produktiver ECU-Software anspruchsvoll sein kann, stellt dSPACE zusätzlich Best Practices und Unterstützung für eine effiziente SIL-Implementierung bereit.
Integration von Komponenten in VEOS
VEOS dient als zentrale Simulations- und Integrationsplattform, auf der V-ECUs, Streckenmodelle, Restbussimulationen und weitere Komponenten zusammengeführt werden. Die Plattform verwaltet die Kommunikation und Synchronisation zwischen den Komponenten und unterstützt sowohl standardbasierte Integrationsansätze als auch Co-Simulationen.
Dadurch werden schnelle, hardwarefreie und vollständig reproduzierbare SIL-Simulationen ermöglicht. VEOS simuliert außerdem realitätsnahe Netzwerkkommunikation und unterstützt Signalaustausch, Nachrichtenüberwachung sowie Fehlerinjektion. Die Plattform ist skalierbar und kann sowohl lokal auf PCs als auch in Cloud-Umgebungen eingesetzt werden.
Testautomatisierungsprojekte
Die integrierte Simulationsumgebung erzeugt ein ausführbares System, das für Versuche und automatisierte Funktionstests von V-ECUs verwendet werden kann. Vorhandene HIL-Experimentierprojekte und Testfälle lassen sich wiederverwenden, indem innerhalb derselben Testsoftware lediglich die Ausführungsplattform von HIL auf SIL umgestellt wird.
Die Nutzung gemeinsamer Werkzeuge und Konfigurationen in beiden Umgebungen hilft dabei, konsistente Validierungsprozesse aufrechtzuerhalten und den Migrationsaufwand zu reduzieren.
Skalierung von SIL-Tests
Da SIL-Simulationen auf Standard-PC-Infrastrukturen ausgeführt werden, können sie problemlos in automatisierte Regressionstest-Workflows integriert und parallelisiert werden. Dieselben Simulationsaufbauten lassen sich außerdem ohne Änderungen an der Simulationsarchitektur in Cloud-Umgebungen bereitstellen.
Dadurch werden eine breitere Testabdeckung, schnellere Validierungszyklen, eine verbesserte Zusammenarbeit und eine effizientere Nutzung physischer HIL-Ressourcen ermöglicht.
Welche praktischen Vorteile bietet die Wiederverwendung von HIL-Artefakten in SIL?
Die Wiederverwendung von Validierungsartefakten in HIL- und SIL-Umgebungen hilft OEMs dabei, redundanten Engineering-Aufwand zu reduzieren und einen konsistenteren Validierungsprozess aufzubauen. Anstatt separate Modelle, Konfigurationen und Testprojekte zu pflegen, können bestehende Artefakte über mehrere Entwicklungsphasen hinweg genutzt werden.
Dieser Ansatz ermöglicht eine frühere Softwarevalidierung, schnellere Regressionstests, eine bessere Auslastung physischer HIL-Ressourcen sowie eine effizientere Unterstützung automatisierter CI/CD-Prozesse. Durch die Kombination wiederverwendbarer Artefakte mit einer gemeinsamen Toolkette können Entwicklungsteams ihre Validierungsaktivitäten effizient skalieren und gleichzeitig die Konsistenz zwischen virtuellen und hardwarebasierten Tests sicherstellen.
Über die Autoren
Yogesh Tulshiram Bhoi
Field Application Engineer, dSPACE India Solutions Pvt. Ltd.
Sajith Painadiyil Surendran
Portfolio Manager SDV, dSPACE GmbH
