VALIDIEREN UND KALIBRIEREN MIT VIRTUELLEN STEUERGERÄTEN

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1 14lA UTOMOTIVE l ENGINEERING TOOLSl TITEL VALIDIEREN UND KALIBRIEREN MIT VIRTUELLEN STEUERGERÄTEN Durchgängig bis zur Serie! Mit der neuen Lösung ETAS Virtual ECU können virtuelle Steuergeräte auf der Basis von Steuergerätecode erzeugt werden. Der Einsatz der virtuellen Steuergeräte führt zu einer effizienteren Entwicklung von Fahrzeugsoftware mit höherer Qualität, weil dadurch Arbeitsschritte der Funktions- und Softwareentwicklung, des Steuergerätetests und der Steuergerätekalibrierung in virtuelle Umgebungen am PC verlagert werden können. Mit der wachsenden Zahl, dem steigenden Funktionsumfang und der zunehmenden Wechselwirkung von elektronischen Systemen im Fahrzeug wird die Validierung und Kalibrierung von elektronisch gesteuerten Fahrzeugfunktionen immer komplexer. Zusätzlich dazu wachsen die Aufwände und Kosten der Validierung und Kalibrierung mit der Zahl der Fahrzeugmodelle, für die spezifische Anpassungen der Systeme erforderlich sind. Um die Komplexität der Systeme zu beherrschen und den Aufwand zur nachträglichen Behebung von Fehlern im Entwurf und in der Implementierung zu minimieren, müssen Fahrzeugfunktionen möglichst früh im Entwicklungsprozess validiert und kalibriert werden. Mit Hilfe von virtuellen Steuergeräten können Funktionen in Form von Modellen oder Steuergerätesoftwarekomponenten von verschiedenen Lieferanten frühzeitig integriert und anschließend in der Systemumgebung validiert und kalibriert werden. Virtuelle Steuergeräte lassen sich unabhängig von der Hardware bereits zum Beginn der Entwicklung von neuen Steuergeräten bereitstellen. Im Vergleich mit Steuergeräteprototypen ("A-Muster") sind virtuelle Steuergeräte äußerst kostengünstig und einfach zu multiplizieren. Virtuelle Steuergeräte lassen sich nahtlos in bestehende Entwicklungsprozesse integrieren, wobei die existierenden Methoden und Artefakte der Steuergeräteentwicklung wiederverwendet werden können. Mit ETAS Virtual ECU (EVE) stellt ETAS eine neue Lösung zur Verfügung, welche die Virtualisierung von kompletten einzelnen Steuergeräten oder eines gesamten Steuergeräteverbunds am PC ermöglicht. Mit dieser Lösung lassen sich Funktionsmodelle, Anwendungssoftwarekomponenten und Basissoftwaremodule aus verschiedenen Quellen

2 TITELl AUTOMOTIVE l15 Bild 1: Die AUTOSAR-Softwarearchitektur kapselt Abhängigkeiten von der Mikrocontrollerhardware in der Mikrocontroller-Abstraktionsschicht. Dadurch können Seriensoftwarekomponenten und Funktionsmodelle mit der AUTOSAR-Basissoftware und dem OS über die RTE in standardisierter Form integriert werden. in virtuelle Steuergeräte integrieren, validieren und kalibrieren. Die virtuellen Steuergeräte lassen sich über physikalische Schnittstellen mit realen Sensoren, Aktuatoren und Steuergerätenetzwerken verbinden. Für diesen Fall kann die Steuergerätesimulation am PC in Echtzeit ausgeführt werden. Alternativ dazu ist die Simulation auf einer adaptierbaren Zeitskala, welche die Simulationszeit verkürzt, das geeignete Mittel, wenn die Interaktion von verschiedenen Anwendungssoftwarekomponenten zu einem frühen Zeitpunkt am PC getestet werden soll. ETAS Virtual ECU unterstützt die etablierten Steuergeräteschnittstellen und ermöglicht eine einfache Einbettung der Lösung in bestehende Werkzeugumgebungen. Zum aktuellen Zeitpunkt umfasst die ETAS Virtual ECU-Lösung das Eclipse-basierte, offene und erweiterbare Werkzeug ETAS ISO- LAR-EVE und die Laufzeitumgebung für virtuelle Steuergeräte ETAS RTPC-EVE. ISOLAR-EVE dient zur Konfiguration der virtuellen Steuergeräte, zur Integration des Quellcodes der Steuergerätesoftware mit den virtuellen Steuergeräten sowie zur Steuerung und Überwachung der Laufzeitumgebung. Das mit ISOLAR-EVE konfigurierte Softwaresystem wird auf dem PC mit Hilfe von RTPC-EVE ausgeführt. Dabei ermöglicht die XCP-Schnittstelle, welche von der RTPC- EVE-Umgebung bereitgestellt wird, die Kopplung eines virtuellen Steuergeräts mit einer beliebigen XCP-kompatiblen Anwendung. Mikrocontroller-unabhängige ECU-Software durch AUTOSAR Durch die klare Trennung von Mikrocontroller-abhängiger und unabhängiger Software liefert AUTOSAR die Voraus- Bild 2: Mit der ETAS Virtual ECU-Lösung lassen sich hardwareunabhängige Funktionsmodelle, Seriensoftwarekomponenten und Basissoftwaremodule in verschiedenen Kombinationen zu virtuellen Steuergeräten integrieren und in den unterschiedlichen Entwicklungsschritten validieren und kalibrieren.

3 16lA UTOMOTIVE l TITEL Bild 3: Benutzeroberfläche von ISOLAR-EVE. Im Projektexplorer (oben links) werden AUTOSAR-Projekte und virtuelle Steuergeräte-Projekte (VECU) verwaltet. Mit dem EVE Explorer (unten links) können VECU-Projekte auf Basis von AUTO- SAR-Systembeschreibungen erzeugt werden. Mit EVE Control (oben Mitte) wird die Ausführung von virtuellen Steuergeräten auf den RTPC-EVE-Targets initialisiert (MCAL-Generierung) und gesteuert. Über den Web-Browser (unten Mitte) kann mit den einzelnen RTPC-EVE-Instanzen einer Testumgebung kommuniziert werden. setzung für eine systematische Virtualisierung von Steuergeräten. Auf dieser Basis ist es einerseits möglich, große Teile des Quellcodes von Steuergerätesoftware frühzeitig in einer virtuellen Umgebung am PC zu validieren. Andererseits kann die validierte Software in späteren Entwicklungsschritten auf einem realen Steuergerät ohne weitere Modifikationen integriert werden. Die AUTOSAR-Architektur standardisiert die Basissoftware für Steuergeräte und kapselt Abhängigkeiten von der Mikrocontrollerhardware in der Mikrocontroller-Abstraktionsschicht (MCAL). Eine flexible und konfigurierbare MCAL-Implementierung für den PC, welche Funktionen der Steuergerätehardware, wie analoge oder digitale I/O, sowie Netzwerkschnittstellen, wie CAN, LIN oder FlexRay, emuliert, ist der Schlüssel zur Virtualisierung von Steuergeräten. Die MCAL kann auf verschiedene Arten konfiguriert werden: Einerseits können virtuelle Steuergeräte über die MCAL und virtuelle I/O-Schnittstellen in einer offenen Regelschleife stimuliert oder in einer geschlossenen Regelschleife mit einer Simulation der Umgebung zum Beispiel mit einem Fahrzeugmodell verbunden werden. Auf der anderen Seite können Steuergeräteschnittstellen über die MCAL auf physikalische I/O des PCs abgebildet werden, wenn reale Systemkomponenten an das virtuelle Steuergerät angeschlossen werden sollen. Validierung von AUTOSAR-Software Die AUTOSAR-basierte Lösung ETAS Virtual ECU unterstützt nahtlos die PC-basierte Validierung von einzelnen Softwarefunktionen in Form von Modellen und einzelnen Softwarekomponenten, die identisch zum Quellcode der Steuergerätesoftware sind, mehreren Softwarefunktionen und -komponenten, die auf einem Steuergerät integriert sind, Softwarefunktionen und -komponenten, die auf mehrere Steuergeräte verteilt sind, Anwendungs- und Basissoftware, die identisch zum Steuergerätequellcode ist Steuergerätenetzwerken. Die Validierung von AUTOSAR-Software wird ab der ersten Version der ETAS Virtual ECU unterstützt. Mit Hilfe von ISOLAR-EVE kann C-Code von AUTOSAR- Anwendungssoftware integriert und getestet werden. Das gilt sowohl für Softwarekomponenten von einzelnen Anwendungen als auch für eine komplette Anwendungssoftware. In der ersten Version der ETAS Virtual ECU sind AUTO- SAR R4.0-konforme Basissoftwaremodule einschließlich des Echtzeitbetriebssystems, der RTE-Laufzeitumgebung und der MCAL-Implementierung für die Ausführung von virtuellen Steuergeräten auf dem PC enthalten. Mit ISOLAR-EVE werden die virtuellen Steuergeräte, deren Ausführungsmodus (Echtzeit oder Nicht-Echtzeit), Complex Device Driver und CAN-Schnittstellen konfiguriert. ISOLAR-EVE ermöglicht es, die Bestandteile der Software, welche getestet werden sollen, flexibel zu integrieren. Im Gegensatz zu konventionellen Simulationsumgebungen können so beispielsweise auch Basissoftwarestacks oder Basissoftwaremodule im Zusammenspiel mit Anwendungssoftwarekomponenten einfach getestet werden.

4 TITELl AUTOMOTIVE l17 Validierung von Funktionen Die Integration von Modellen der Steuerungs- und Regelungsfunktionen wird ab der zweiten Version der ETAS Virtual ECU unterstützt. Dadurch lassen sich Steuergerätefunktionen in der virtuellen Umgebung am PC validieren, bevor die Steuergerätesoftware implementiert wird. In diesem Fall werden die Funktionen auf der Ebene des AUTOSAR Virtual Function Bus integriert. Auf diese Art und Weise lassen sich virtuelle Steuergeräte bereits dann einsetzen, wenn der erste Entwurf der Softwarearchitektur verfügbar ist. Alternativ können mit der nächsten Version Modelle von Steuergerätefunktionen und voll entwickelte Softwarekomponenten in der gleichen Referenzumgebung simuliert und validiert werden. Für Funktionsentwicklungszwecke kann darüber hinaus anstelle von spezifischer Prototyping- Hardware ein virtuelles Steuergerät eingesetzt werden, welches in Echtzeit auf einem PC mit physikalischer I/O und Fahrzeugbusschnittstellen ausgeführt wird. Dadurch verwischen die Grenzen zwischen der Validierung von Steuergerätefunktionen und der Software. Software-in-the-Loop-Tests Mit der ETAS Virtual ECU können die Iterationszyklen zwischen der ersten prototypischen Implementierung einer Elektrische Automatisierung Systeme und Komponenten Internationale Fachmesse und Kongress Nürnberg, Answers for automation Erleben Sie auf Europas führender Fachmesse das ganze Spektrum der elektrischen Automatisierung Aussteller alle Keyplayer der Branche Produkte und Lösungen Innovationen und Trends Weitere Informationen unter oder Funktion und der endgültigen Softwareimplementierung deutlich verkürzt werden. Im Vergleich zur Reprogrammierung des Flashspeichers eines echten Steuergeräts kann die Software eines virtuellen Steuergeräts in kürzester Zeit aktualisiert werden. Im Vergleich zum echten Steuergerät können Fehler in der Software am PC wesentlich einfacher reproduziert und debugged werden. Softwareentwickler können zu diesem Zweck ihren üblichen Werkzeugkasten verwenden und auf einfache Art und Weise Fehler simulieren und stimulieren. Gleichzeitig ist mit üblichen PC-Festplatten die Aufzeichnung von hohen Datenmengen möglich. Durch den Ersatz des realen Steuergeräts kann vollständig integrierte Steuergerätesoftware in Software-in-the-Loop- (SiL-)-Tests effizient validiert werden. Hardware-in-the- Loop-(HiL-)-Systeme werden in diesem Fall nur für die Freigabe von Seriensteuergeräten benötigt. Dabei können Testfälle und -automatisierung gemeinsam von der SiL- und HiL-Umgebung verwendet werden. Gleichzeitig lassen sich HiL-Umgebungsmodelle in der Funktionsentwicklung verwenden. Kalibrierung von Steuergerätesoftware ETAS Virtual ECU ermöglicht die Kalibrierung von Steuergerätesoftware auf dem PC. Ein virtuelles Steuergerät kann Ihre kostenlose Eintrittskarte

5 18lA UTOMOTIVE l TITEL Bild 4: Benutzeroberfläche von ISOLAR-EVE. Mit dem Werkzeug Generator Tool Configurations (vorderes Fenster) wird aus den Konfigurationen von MCAL, RTE und OS der C-Code für die virtuellen Steuergeräte erzeugt. auf die gleiche Art und Weise wie ein reales Steuergerät an das Mess- und Verstellwerkzeug ETAS INCA angeschlossen werden. Darin lassen sich aktuelle Werte von Variablen der Steuergerätesoftware erfassen und Parameter beispielsweise in einer closed-loop-simulation kalibrieren. Die aufgezeichneten Messwerte und die Kalibrierdaten der virtuellen Steuergeräte können in der INCA- Datenbank gespeichert und im weiteren Prozess wiederverwendet werden. Umgekehrt können Messdaten, zum Beispiel von Fahrversuchen, einfach als Referenz für die Kalibrierung von Funktionen in der virtuellen Umwelt verwendet werden. Zusätzlich dazu können fortgeschrittene Werkzeuge wie ETAS ASCMO, welche das Verhalten von Regelstreck-en präzise reproduzieren, eingesetzt werden, um genaue Kalibrierungen von virtuellen Steuergeräten am PC durchzuführen. Fazit Der Einsatz der ETAS Virtual ECU unterstützt die Vorverlagerung und Automatisierung von Validierungs- und Kalibrierungsschritten in virtuelle Umgebungen am PC. Dadurch lässt sich Software für elektronisch gesteuerte Systeme im Fahrzeug schneller und besser entwickeln. Gleichzeitig wird der Bedarf an aufwändigen Brettaufbauten, anspruchsvollen Hardware-in-the-Loop-Testsystemen, Prüfständen mit hohen Anschaffungs- und Betriebskosten sowie kostspieligen Testfahrzeugen durch den Einsatz von virtuellen Steuergeräten deutlich verringert. (oe) V.l.n.r.: Dipl.-Ing./Dipl.-Betriebswirt Michel Dietrich, Dipl.-Inform. Michael Ebert und Dipl.-Ing. Guillaume Francois sind bei ETAS als Produktmanager der ETAS Virtual ECU Solutions tätig. Dr. Ulrich Lauff arbeitet als Manager und technischer Redakteur der Marketingkommunikation bei ETAS. ETAS

6 4147 min kw CW=0, Nm 12,7 V 236 mm 254 mm 0,257 l/min 2,0 bar 94,7 % 65 km/h 247 C 36,3 C 90,5 C min m 39 mm 23 C 172 km NI DIAdem Aus Daten wird Wissen 58,9 g 1708 N 35,8 mm 46,7 g 68,3 db 1231 N 24 C 64 g 5100 Nm/rad 3567,92 m 3 /h 648,9 C 4213 N NI DIAdem ist auf die Anforderungen heutiger Prüfumgebungen zugeschnitten und sorgt dafür, dass Sie Ihre Messdaten in kürzester Zeit sowie in verschiedenen benutzerdefinierten Dateiformaten analysieren können und so schneller zu Ergebnissen gelangen. Mit dem Crash Analysis Toolkit können Sie Testanalysefunktionen implementieren, die internationale Normen erfüllen. >> Weitere Informationen finden Sie hier: ni.com/diadem/d Besuchen Sie uns auf der electronica 2012 in Halle A1 an Stand 317 oder auf der sps ipc drives 2012 in Halle 7 an Stand ,1 C 25 C 1,9 bar 39,1 m 19,6 C 247 C Datenverwaltung und -recherche Erweiterte Analyse Maßgeschneiderte Berichte 2012 National Instruments, NI, ni.com und DIAdem sind Marken der National Instruments Corporation.