Testverfahren für Elektronik und Embedded Software in der Automobilentwicklung

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1 Testverfahren für Elektronik und Embedded Software in der Automobilentwicklung Gerd Baumann, Michael Brost Workshop MBEES 2008, Dagstuhl Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 1

2 Stiftung, gegr Kooperation Universität Stuttgart 140 Mitarbeiter - Umsatz 2007: ca. 14 Mio Verbrennungsmotoren Prof. Dr.-Ing. M. Bargende Kraftfahrwesen Prof. Dr.-Ing. J. Wiedemann Kfz-Mechatronik Prof. Dr.-Ing. H.C. Reuss Abgasanalytik und Entwicklungstools Thermodynamik und Brennverfahren Motorakustik und -mechanik Prüftstandstechnik Verbrennungsmotoren Windkanalbetrieb Kraftfahrzeug- Aerodynamik Fahrzeugakustik und -schwingungen Fahrzeugtechnik und Fahrdynamik Alternative Fahrzeugkonzepte Software Elektronik Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 2

3 Aeroakustischer Fahrzeugwindkanal Motorprüffeld Thermowindkanal Lenksimulator Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 3

4 Motivation für Test Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 4

5 Stand der Vernetzung im Automobil bis zu 80 Mikroprozessoren bis zu 8 CAN-Busse mehrere LIN-Subnetze MOST FlexRay mehrere Gateways zentrale Diagnose Quelle: Daimler Quelle: VW Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 5

6 Vernetzung im Automobil Quelle: Audi Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 6

7 Pannenursachen 2006 (2005) davon ca. 15% Batterie entladen Quelle: ADAC Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 7

8 Ausfallursachen für Kfz-Elektronik Aus: Hettich, G: Qualität_automobiler_Elektroniksysteme. Vorlesung, Uni-Stuttgart, 2007 Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 8

9 Kosten beim Software Engineering 45% der Software-Kosten entfallen auf Tests Testaufwand & Kosten Ähnliche Größenordnung bei Kfz-Elektronik Testeffizienz wichtig Anforderungen 10% Spezifikation 10% Entwurf 15% 20% Implementierung 25% 20% Software- Modultest Integrationstest, Systemtest Quellen: [Vigenschow] und [Ebert] Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 10

10 Testverfahren für vernetzte Karosserie-Elektronik Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 11

11 Testebenen: Ebene Prüfling Zuständigkeit (Beispiel) Methoden Test im ECU-Verbund Fahrzeugtest Gesamtverbund-Test im Labor Teilverbund-Test alle E/E- Komponenten alle ECU s incl. Gateways ECUs eines Bus-Segments OEM Fachabteilung OEM Zentralabteilung Black box test ECU-Test SW-Integrationstest ECU + Software + Peripherie Gesamte Software einer ECU ECU-Lieferant White box test Software-Modultest Software-Funktion Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 12

12 Vergleich Antriebs / Karosserie- Elektronik Antriebs/Fahrwerk-Elektronik Karosserie/Innenraum-Elektronik ca ECUs hochdynamische Regelungen Antwortzeit ms kontinuierliche Inputs (Sensoren) Energiemanagement über Hardware (Klemme15) Echtzeit-Closed-Loop-Test (HIL) für Funktionstests notwendig ECUs verteilte Steuerungen Antwortzeit ms komplexe Zustandsautomaten, ca Funktionen viele asynchrone Inputs (Bedienschalter, Keyless Go) Energiemanagement über CAN / LIN Quasistationärer Open-Loop-Test möglich und effizient Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 13

13 Open-Loop-Test: Testreferenz Vergleich: Stimuli- Erzeugung ECU System under test Ausgabe der ECU gegen die Referenz Closed-Loop-Test (z.b. HIL): Stimuli- Erzeugung Testreferenz ECU System under test Modell der Regelstrecke Vergleich: Ausgabe des Regelkreises gegen die Referenz Rückführung Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 14

14 Automatische Testfallgenerierung auf Basis von UML-Protokollautomaten Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 15

15 Anforderungen an das Testmodell Von der Implementierung unabhängiges Testmodell notwendig Funktionsorientierter Test, v.a. für OEM wichtig Schwerpunkt auf verteilten Funktionen, unabhängig von ECUs Einfache Anwendbarkeit, Synergienutzung UML 2.0 ist geeignete Notation, da Vielfältige Struktur- und Verhaltensdiagramme verfügbar Z.B. Klassendiagramm, Use Cases, State Charts Standardisierung und Export über XMI Weiterverarbeitung zwecks automatisierter Testfall-Erzeugung Beispiele für FKFS-Projekte mit UML-Einsatz für Testmodellierung: Embedded Software-Modultest bei Zulieferer (Tier1) Vernetzter Test von Karosserie- und Innenraum-Elektronik bei OEM Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 16

16 Protokollautomaten: Modellierung der Funktionen mit UML-Protokollautomaten Semantik ähnlich Moore-Automat Es werden nur Timing-Events verwendet Ableitung von Operationen aus Guard-Bedingungen (Stimuli für Eingänge) Invarianten (Abfrage der Ausgänge) Hierarchie und Nebenläufigkeiten möglich (Bildung Produktautomat) Für konzentrierte und verteilte Funktionen möglich Beispiel: Fensterheberfunktion im Verbund aus mehreren Türsteuergeräten Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 17

17 Beispielfunktion Fensterheber [Kl15 == ein] Zündung Freigabe, keine Zündung [Kl15 == aus && KomfortFreigabe == ein] after(dtvzneustart) Verzögerung Neustart Timeout Betrieb [(KiSi == aus) && (KomfortSchliessen1 == ein KomfortSchliessen2 == ein)] [KomfortSchliessen1 == aus && KomfortSchliessen2 == aus] after(dtbetrieb) [KiSi == ein] Komfort Timeout Senken after(dtnachlauf) Nachlauf [KomfortFreigabe == aus TuerVRstatus == auf TuerVLstatus == auf TuerHRstatus == auf TuerHLstatus == auf] keine Freigabe Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 18

18 Prinzip der Testfall-Erzeugung y 1 x 1 t V x 2 x 3 t y 2 y 3 t t V t y 1 x 3 t x 1 t V x 2 t t y 2 y 4 y 1 t V t t Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 19

19 Resultierender Übergangsbaum: Zündung 2/3 Freigabe, keine Zündung Komfort Senken Timeout Betrieb Timeout Nachlauf Verzögerung Neustart 5/31 keine Freigabe Komfort Senken 2/3 Verzögerung Neustart 2/3 Freigabe, keine Zündung keine Freigabe 5/31 Timeout Nachlauf Timeout Betrieb Verzögerung Neustart Freigabe, keine Zündung Komfort Senken Verzögerung Neustart Freigabe, keine Zündung 2/3 Komfort Senken Timeout Nachlauf Komfort Senken 5/31 keine Freigabe Freigabe, keine Zündung Komfort Senken 2/3 Timeout Nachlauf Komfort Senken 5/31 keine Freigabe Timeout Nachlauf 5/31 keine Freigabe Komfort Senken keine Freigabe 5/31 Timeout Nachlauf Timeout Nachlauf 5/31 keine Freigabe keine Freigabe 5/31 Timeout Nachlauf Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 20

20 Resultierende Testfälle für das Beispiel: 1914 bei Mehrfach-Bedingungsabdeckung für alle Pfade 166 bei Logikminimierung für alle Pfade Testfall = 1 Pfad durch den Automaten für eine Kombination der Ein- und Ausgänge Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 21

21 TeSAm Testsequenzautomat: Funktionsweise Modell Test Enterprise Architect TeSAm TestStand/PATE AlPaS Parameter mögliche Erweiterungen Test Test Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 22

22 TeSAm Testsequenzautomat Tool-Prototyp Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 23

23 Open-Loop-Testmaschine P.A.T.E. Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 24

24 Universal- Verbundtester PATE Test-Editor Definition von Testabläufen Ablaufsteuerung (Test-Sequencer): Test-Durchführung, Test-Auswertung, Testbericht-Generierung Messmodul Sensorsimulation Restbussimulation Kommunikationsmodul ECU 1 ECU 2 Multiplexer Fehlereinheit Ausgänge Eingänge CAN/LIN/Diagnose Real- Lasten Aktuatoren Reale Sensoren ECUs 3, 4, 5... n Prüflinge Testmaschine Laborauto Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 25

25 P.A.T.E. Universal- Verbundtester Eingangskanäle (Sensoren) CAN/LIN/ Diagnose- Modul Sensorsimulationsmodul Universal- Messmodul Ausgangskanäle bis 60 A (Aktuatoren) Lastsimulation Bordnetz- Simulation Rechner Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 26

26 Veranstaltungshinweis: Vielen Dank! Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 27