MicroNova. HiL-Simulation mit NovaSim Anwendungsbeispiel: kompaktes HiL- Systems für f r den Fahrwerksbereich. Software- und Systementwicklung

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1 Wenn Du ein Schiff bauen willst, dann trommle nicht Deine Männer zusammen, um Holz zu beschaffen und Arbeit zu verteilen, sondern lehre sie die Sehnsucht nach dem weiten, endlosen Meer. Antoine de Saint-Exupéry Software- und Systementwicklung 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/1 HiL-Simulation mit NovaSim Anwendungsbeispiel: kompaktes HiL- Systems für f r den Fahrwerksbereich

2 Überblick Hardware-Anforderungen an HiL-Systeme Software-Anforderungen an HiL-Systeme Anforderungen an Testautomation Simulationsplattform NovaSim Zusammenfassung 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/2

3 Hardwareanforderungen HiL 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/3

4 Allgemeine Hardware-Anforderungen Hardware Standard-Basierend Einfach an neue Schnittstellen adaptierbar (z.b. Sensorprotokolle, neue Bussysteme) Modular (System wächst mit den Anforderungen) Zukunftssicher 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/4

5 HiL-Komponenten Hardware Visualisierung/Testautomatisierung Ruhestrommessung Aktor/Sensor- Simulation Echtzeitrechner Fehlermatrix ECU (UUT) I/O-Baugruppen 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/5 Signalkonditionierung Echtlasten

6 Anforderungen Echtzeitrechner Standard-Basierend Standardisiertes Bussystem Großer Leistungsbereich Unterstützung von Standard-Betriebssystemen Aufwärtskompatibilität der Rechnerfamilie 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/6

7 Anforderungen I/O-Baugruppen Standardbaugruppen verfügbar Analoge Ein-/Ausgaben Digitale Ein-/Ausgaben PWM-Erzeugung/-Vermessung Unterstützung von Standard-Bussen CAN FlexRay LIN Feldbusse (MiL-Bus, Interbus, Profi-Bus.) Unterstützung von Sondersignalen Hohe Signaldichte 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/7

8 Herausforderung Sondersignale In Software auf Echtzeitrechner nicht generierbar Oft Synchronisation mehrer Baugruppen notwendig In Simulationsmodelle integrierbar Teilweise Auflösung bis in den Nanosekundenbereich notwendig Einfache Änderbarkeit Verwendung von vorhandener Hardware für unterschiedliche Sondersignale 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/8

9 Beispiele für Sondersignale Kurbelwellen-/Nockenwellensignale Klopfsignalgenerierung PWM Erzeugung / -Messung Anwenderspezifische Serielle Busse (e.g. SPI, BSD) Einspritz- und Zündsignalvermessung Anwenderspezifische Sensorprotokolle Hochgeschwindigkeitssignalgenerierung und -erfassung 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/9

10 Anforderungen Ruhestrommessung, Fehleraufschaltung Ruhestrommessung Sehr stark im Automobilbereich verbreitet Im Sleepmode dürfen ECUs nur noch wenig Strom verbrauchen Strommessung von wenigen μa bis zu 50A notwendig Fehleraufschaltung Kurzschluss nach Versorgung Kurzschluss nach Masse Kurzschluss zwischen Signalleitungen Leitungsunterbrechung 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/10

11 Anforderungen Signalkonditionierung Pegelanpassung Impedanzanpassung Potentialtrennung I/U-Wandlung U/I-Wandlung U/R-Wandlung RMS->U-Wandlung Kennlinienlinearisierung Schutz von Eingangsschaltkreisen Hohe Signaldichte 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/11

12 Anforderungen Aktor-/Sensor-Simulation, Ersatzlasten Aktor Weitgehende Simulation des Originalaktors (Diagnosen in der ECU dürfen nicht ansprechen) Simulation von Bauteiltoleranzen Sensor Weitgehende Simulation des Originalsensors Vorgabe von simulierten Werten am Sensor Beispiele Simulation von Temperatorsensoren Simulation von Lambdasonden Simulation von Piezo-Injektoren 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/12

13 Softwareanforderungen HiL 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/13

14 Allgemeine Software-Anforderungen Echtzeitfähigkeit Unterstützung von Echtzeitsimulationsstandards Matlab/Simulink NI MatrixX LabVIEW Simulation Einbindung von externen Programmen C, C++ Fortran User defined DLLs (z.b. Verschlüsselungs-DLLs, Herstellerspezifische Simulationen) Schnittstelle zu übergeordneten Testwerkzeugen 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/14

15 HiL- Softwarekomponenten GUI Echtzeitmodell High-Speed- Funktionalität -Kurbelwellensignalgenerierung - Einspritz-/Zündvermessung -Bit-Serielle Busse usw. Testautomation Tracing, Signalgenerierung CAN-FlexRaysupport, Restbussimulation usw. Windows PC Drivers Realtime PC FPGA-Hardware 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/15

16 Anforderungen GUI Einfach bedienbar Ohne Programmierung mit dem Simulationsmodell verknüpfbar Bedienelemente können mit Parametern des Simulationsmodells verknüpft werden Anzeigeelemente können mit Signalen des Simulationsmodells verknüpft werden Performante Unterstützung von vielen Oberflächenelementen 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/16

17 Beispiel GUI 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/17

18 HiL-Anforderungen durch Simulationsmodelle (Blocksets) Standardsignale Analoge Ein-/Ausgabe Digitale Ein-/Ausgabe PWM Ein-/Ausgabe Busse CAN-Blockset mit Vector DBC-Unterstützung FlexRay-Blockset mit FIBEX-Unterstützung LIN-Blockset mit LDF-Unterstützung Anwendungsspezifische Signale Blocksets für motorspezifische Signale wie Klopfsignale, Kurbelwellen- und Nockenwellensignale usw. Blocksets für kundenspezifische Busse 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/18

19 FPGA-Beispiel 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/19

20 Testautomation im HiL-Test 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/20

21 Testvorgehen bei Simulationen Prüfstand Echtzeitrechner Streckenmodell Realtime OS Änderung des Verhaltens über Parameter Streckenmodell laden, starten, stoppen Auslesen von Signalen Prüfling Applikationssystem Einblick in den Prüfling Prüfling manipulieren 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/21

22 Testvorgehen bei Simulationen Laden des Simulationsmodells auf dem Echtzeitrechner Parametrierung des Simulationsmodells auf dem Echtzeitrechner Simulationslauf mit den jeweiligen Parametern Auswertung und Protokollierung der Simulationsergebnisse Auswertung des internen Zustands des Prüflings Wiederholung der obigen Schritte mit geänderten Parametern 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/22

23 Anforderungen Testautomation Standardisierte Schnittstelle zu übergeordneter Testautomatisierung (z.b. Python, Active-X, ) Symbolischer Zugriff auf alle Modellgrößen Laden und Starten von Simulationsmodellen Setzen von Modellparametern Lesen von Modellvariablen Aufzeichnung von Modellsignalen in Echtzeit Stimulation von Modellgrößen in Echtzeit 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/23

24 HiL Plattform NovaSim 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/24

25 HiL-Plattform NovaSim HiL-Spezifische Produkte Systemintegration HiL-Simulator z.b Signalkonditionierung und Lasten Standardkomponenten Systemsoftware Fehleraufschaltung Echtzeithardware I/O-Baugruppen Blocksets Tools, Testautomatisierung Integration Hardware und Systemsoftware von und National Instruments 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/25

26 spezifische Produkte Host Python Interface LabVIEW LabVIEW RT LabVIEW RT RT Simulator Simulink NovaSim Blocksets Simulink MN LV RT Drivers IO LabVIEW FPGA NovaSim IP DAQ Busses Signal Conditioning 4-Jun-07/Ragonesi/A&S/26

27 NovaSim Software-Komponenten Standard Blocksets Analoge Ein-/Ausgabe Digitale Ein-/Ausgabe PWM Ein-/Ausgabe Blocksets für Busse CAN-Blockset mit Vector DBC-Unterstützung FlexRay-Blockset mit FIBEX-Unterstützung LIN-Blockset mit LDF-Unterstützung 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/27

28 NovaSim-FlexRay-Anbindung Konfigurationswerkzeug NovaFlex FIBEX-Support Harte Echtzeit Simulink-Support Einfache Konfiguration Zukunftsfähigkeit 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/28

29 NovaSim Software-Komponenten Anwendungsspezifische Schnittstelle zum Modell (Simulink-Blocksets) Blockset für PWM-Erzeugung/-Messung Blocksets für motorspezifische Signale wie Klopfsignale, Kurbelwellen- und Nockenwellensignale usw. Einspritz- und Zündsignalerfassung Blocksets für kundenspezifische Busse FPGA Firmware für Motor-HiL-Karte Testautomationsschnittstelle (Python) 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/29

30 NovaSim Hardwarekomponenten Signalkonditionierung Lambdasondensimulation (Sprung- und Stetigsonden) Anpassung motorspezifische Signale Analoge Ausgabe Analoge Eingabe Digitale Ein-/Ausgabe potentialgetrennt Raddrehzahlsensorsimulation (z.b. ABS-/ESP-Steuergerät) 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/30

31 Aktuatorsimulation Ersatzlasten für Zündspulen Ersatzlasten für Piezo-Injektoren Ersatzlasten für Hochdruck-Magnet-Injektoren 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/31

32 Anwendungsbeispiel HiL für Fahrwerk-Steuergeräte 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/32

33 Beispiel: HiL für Fahrwerksanwendungen 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/33

34 Leistungsmerkmale Hardwaare Kompakte Bauform Hohe Systemperformance (NI PXI-8196RT-Controller,2GHz Pentium-M, kann durch Doppelprozessor ersetzt werden) Steuerbares Netzteil 6-20V 150W 4 Schaltbare Klemmen Anschluß Steuergerät über standardisierten Stecker 4 High-Speed-CAN-Kanäle (Göpel PXI-3058) 32 Analog-Input (NI PXI-6225) 24 Analog Output (NI PXI-6723) 16 Digitale Eingänge, 16 als PWM verwendbar (FPGA, NI PXI-7813) 16 Digitale Eingänge, 16 als PWM verwendbar (FPGA, NI PXI-7813) 4 Ausgänge für Raddrehzahlsensor-Simulation 2 FlexRay-Knoten (kaltstartfähig) auf TZM-FlexRay-Karte 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/34

35 Lösung CAN-Anbindung Göpel PXI CAN-Kanäle Einfach durch Software auf höhere Protokolle erweiterbar Hervorragendes Preis- Leistungsverhältnis Gute Performance Einfache Einbindung in Simulink- Modelle durch Einbindung PXI-3058 in NovaSim Simulink-Blockset 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/35

36 Zusammenfassung 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/36

37 Zusammenfassung NovaSim Industriebewährte NI-Standardkomponenten Große Anzahl von PXI-Komponenten am Markt erhältlich (>1050 Boards), in NovaSim integrierbar HiL-spezifische NovaSim-Komponenten von NovaSim HiL-Plattform aus einer Hand NovaSim im praktischen Einsatz bewährt NovaSim 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/37

38 Software- und Systementwicklung Vielen Dank Vielen Dank 4-Jun-07/Franz Dengler/AUT/38