DE102010043661A1 - Vehicle control unit testing device for use in hardware in-the-loop simulator, has computing unit and signal generating card that are connected with serial bus interface for receiving and/or sending time and angle synchronous messages - Google Patents

Vehicle control unit testing device for use in hardware in-the-loop simulator, has computing unit and signal generating card that are connected with serial bus interface for receiving and/or sending time and angle synchronous messages Download PDF

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Abstract

The device has a computing unit utilized for executing an environment model. A signal generating card is utilized for providing a signal for an electronic control unit. A serial bus i.e. Ethernet, is utilized for bidirectionally transmitting data between the computing unit and the signal generating card. The computing unit and the signal generating card are connected with a serial bus interface for receiving and/or sending a time synchronous message and an angle synchronous message. An independent claim is also included for a hardware in-the-loop (HIL) simulator comprising a combining device.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Testen mindestens eines elektronischen Steuer- und/oder Regelgerätes, wobei im weiteren Text sowohl ein eigentliches Steuergerät als auch ein Regelgerät als Steuergerät bezeichnet wird. Desweiteren betrifft die Erfindung einen HIL-Simulator.The invention relates to a device for testing at least one electronic control and / or regulating device, wherein in the text both an actual control device and a control device is referred to as a control device. Furthermore, the invention relates to an HIL simulator.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zum Testen, insbesondere solche, die als HIL-Simulator ausgestaltet sind, bekannt und werden insbesondere für den Test von Steuergeräten eingesetzt.Devices for testing, in particular those designed as HIL simulators, are known from the prior art and are used in particular for the testing of control devices.

HIL-Simulatoren, die in der Fachwelt oft nur als „Simulator” oder kurz als „HIL” bezeichnet werden, umfassen jeweils zumindest eine Rechnereinheit, wobei die Rechnereinheit (englisch: computation node) beziehungsweise die Rechnereinheiten insbesondere die Aufgabe haben, sogenannte Modelle (die oft zumindest ein Umgebungsmodell umfassen) auszuführen, die eine Umgebung eines elektronischen Gerätes oder eines komplexeren technischen Systems zumindest teilweise nachbilden.HIL simulators, which are often referred to in the art as "simulator" or "HIL" for short, each comprise at least one computer unit, wherein the computer unit (English: computation node) or the computer units in particular have the task of so-called models (the often comprising at least one environment model) that at least partially replicates an environment of an electronic device or a more complex technical system.

Die Abkürzung „HIL” (abgeleitet aus der englischen Wortgruppe: „hardware in the loop”) ist ein internationaler, insbesondere auch im deutschen Sprachraum verwendeter, Fachbegriff für eine Testmethode, bei der ein „eingebettetes System” (Abkürzung: „ES”), insbesondere ein elektronisches Steuergerät (ECU), oder ein mechatronisches Modul über seine Eingänge und Ausgänge an ein angepasstes Gegenstück, das oft als HIL-Simulator bezeichnet wird, und zur Nachbildung der realen Umgebung des eingebetteten Systems dient, angeschlossen ist. Während des Tests des eingebetteten Systems ES werden also zumindest ein Teil der Eingangssignale für das ES von dem HIL-Simulator bereitgestellt und zumindest ein Teil der Ausgangssignale des ES an den HIL-Simulator gesendet.The abbreviation "HIL" (derived from the English phrase "hardware in the loop") is an international, especially in German-speaking countries used, technical term for a test method in which an "embedded system" (abbreviation: "ES"), In particular, an electronic control unit (ECU), or a mechatronic module via its inputs and outputs to an adapted counterpart, which is often referred to as HIL simulator, and used to simulate the real environment of the embedded system is connected. During the test of the embedded system ES, therefore, at least part of the input signals for the ES are provided by the HIL simulator and at least part of the output signals of the ES are sent to the HIL simulator.

Beispielsweise kann mittels eines Umgebungsmodells, das auf einem HIL-Simulator ausgeführt wird, das zeitliche Verhalten der Umgebung des zu testenden Systems nachgebildet werden. Soll z. B. ein HIL-Simulator ein eingebettetes System, insbesondere ein Steuergerät (ECU), testen, dann ist der HIL-Simulator als zumindest teilweise Nachbildung der realen Umgebung des Steuergerätes ausgestaltet. Der HIL-Simulator kann also in diesem Fall über seine die Ein- und Ausgänge bzw. bidirektionale Kommunikationskanäle mit dem Steuergerät kommunizieren und somit als angepasstes Gegenstück des Steuergerätes fungieren.For example, by means of an environment model that is executed on an HIL simulator, the temporal behavior of the environment of the system to be tested can be simulated. Should z. B. an HIL simulator an embedded system, in particular a control unit (ECU) test, then the HIL simulator is configured as at least partially replica of the real environment of the control unit. The HIL simulator can therefore communicate in this case via its inputs and outputs or bidirectional communication channels with the control unit and thus act as an adapted counterpart of the control unit.

Die HIL-Simulation muss meist in Echtzeit ablaufen und wird in der Entwicklung benutzt, um Entwicklungszeiten zu verkürzen und Kosten zu sparen. Insbesondere lassen sich wiederkehrende Abläufe simulieren und/oder automatisieren. Dies hat den Vorteil, dass eine neue Entwicklungsversion eines Steuerungs- oder Regelungsprogramms unter den gleichen Kriterien getestet werden kann, wie die Vorgängerversion. Somit kann detailliert nachgewiesen werden, ob ein Fehler beseitigt wurde oder nicht (Fehlernachtest, engl. re-testing).The HIL simulation usually has to run in real time and is used in development to shorten development times and save costs. In particular, recurring processes can be simulated and / or automated. This has the advantage that a new development version of a control program can be tested under the same criteria as the previous version. Thus, it can be demonstrated in detail whether an error has been eliminated or not (re-testing).

Die Tests an realen Systemen (bspw. ein Bremssysteme eines Kraftfahrtzeugs) lassen sich dadurch stark verringern und zusätzlich lassen sich Systemgrenzen ermitteln, ohne das reale System und dessen Nutzer (z. B. Auto und Fahrer) zu gefährden.The tests on real systems (eg a braking system of a motor vehicle) can be greatly reduced and in addition system limits can be determined without jeopardizing the real system and its users (eg car and driver).

Die HIL-Simulation ist immer nur eine Vereinfachung der Realität und kann den Test am realen System deshalb nicht ersetzen. Falls zu große Diskrepanzen zwischen der HIL-Simulation und der Realität auftreten, sind die zugrundeliegenden Modelle in der Simulation zu stark vereinfacht. Dann müssen die Simulations-Modelle weiterentwickelt werden.The HIL simulation is always just a simplification of reality and therefore can not replace the test on the real system. If there are too large discrepancies between the HIL simulation and the reality, the underlying models are too simplistic in the simulation. Then the simulation models have to be developed further.

Bevor auf die Details der Erfindung eingegangen wird, sollen zunächst einige Aspekte der Entwicklung von Steuergeräten und zugehöriger Entwicklungswerkzeuge beleuchtet werden, weil diese Aspekte ein besseres Verständnis der Erfindung ermöglichen.Before going into the details of the invention, some aspects of developing control devices and related development tools will first be elucidated, as these aspects provide a better understanding of the invention.

Die Voraussetzung für eine Simulation einer Regelstrecke (englisch: plant) für ein Steuergerät ECU mit einem HIL-Simulator ist die Existenz eines Umgebungsmodells, das oft auch als Streckenmodell bezeichnet wird. Dieses Umgebungsmodell für einen HIL-Simulator wird häufig mit Hilfe eines durch eine grafische Modellierungsumgebung erstellten Blockdiagramms, dessen Blöcke durch Signallinien zur Übertragung von Signalen verbunden werden, repräsentiert. Ein Beispiel für eine der verbreiteten graphischen Entwicklungs-umgebungen zur Erstellung graphischer Programme ist das Produkt Simulink des US-Unternehmens The MathWorks. Einzelheiten zu diesem Produkt können dem Internet unter www.mathworks.com oder www.mathworks.com/products/simulink entnommen werden.The prerequisite for a simulation of a controlled system (ECU) for a ECU with an HIL simulator is the existence of an environment model, which is often referred to as a route model. This environment model for an HIL simulator is often represented by a block diagram created by a graphical modeling environment whose blocks are connected by signal lines for transmitting signals. An example of one of the common graphic development environment for creating graphical programs is the product Simulink of the US company The MathWorks. Details of this product can be found on the Internet at www.mathworks.com or www.mathworks.com/products/simulink be removed.

Bekannte alternative Repräsentationen für ein Umgebungsmodell sind aber insbesondere auch Computerprogramme, die entweder mittels einer höheren, nicht-graphischen Programmiersprache, wie beispielsweise der Programmiersprache C++, erstellt wurden, oder zwar mittels einer graphischen Programmiersprache erstellt wurden, wobei die hiermit erstellten Modelle aber beispielsweise neben oder alternativ zu Signalfluss-Diagrammen auch Kontrollflussdiagramme aufweisen.However, known alternative representations for an environment model are in particular also computer programs which were created either by means of a higher, non-graphical programming language, such as the C ++ programming language, or indeed were created by means of a graphical programming language, but the models created herewith, for example, beside or Alternatively to signal flow diagrams also have control flow charts.

Weitere bekannte Entwicklungsumgebungen zur Erstellung von Umgebungsmodellen bzw. Regelstreckenmodellen weisen die Optionen auf, nicht-graphische Umgebungsmodelle bzw. deren Teile mit graphischen Umgebungsmodellen bzw. deren Teilen zu kombinieren, wobei beispielsweise die graphischen Modellanteile Signalfluss- und/oder Kontrollfluss-Diagramme und/oder nicht-kausale Diagramme, die also weder Signalfluss- noch Kontrollfluss-Diagramme sind, aufweisen.Other known development environments for creating environment models or controlled system models have the options of combining non-graphical environment models or their parts with graphical environment models or their parts, for example, the graphic model parts signal flow and / or control flow diagrams and / or not - Causal diagrams, which are neither signal flow nor control flow diagrams, have.

Die Regelungsalgorithmen, die zur Ausführung auf einem Steuergerät ECU vorgesehen sind, werden häufig unter Verwendung einer o. g. grafischen Modellierungsumgebung entwickelt, wobei als Ergebnis der Funktionsentwicklung für das Steuergerät insbesondere ein sogenanntes Funktions-Steuerungsprogramm erzeugt wird.The control algorithms that are designed to be executed on a control unit ECU are often implemented using an o. G. developed graphical modeling environment, in particular a so-called function control program is generated as a result of the function development for the control unit.

Verfahren zur automatischen oder teilautomatisierten Erzeugung von Programmen für Steuerungssysteme unter Verwendung von Blockdiagrammen aus grafischen Modellierungsumgebungen sind aus der Praxis bekannt und werden vor allem in angewandter Forschung und industrieller Entwicklung in dem weiten Feld der Entwicklung und dem Einsatz elektronischer Steuerungssysteme verwendet, insbesondere in den Bereichen Mechatronik, automotive Anwendungen (hier werden Steuerungssysteme vorzugsweise als Steuergeräte bezeichnet), in der Luft- und Raumfahrt, in Anlagen- und Verfahrenstechnik und sonstigen technischen Gebieten, in denen im weitesten Sinne Prozesssteuerungsaufgaben gelöst werden müssen.Methods for automatically or semi-automated generation of control system programs using block diagrams from graphical modeling environments are well known in the art and are used primarily in applied research and industrial development in the wide field of development and deployment of electronic control systems, particularly in the fields of mechatronics , automotive applications (here control systems are preferably referred to as control devices), in aerospace, in plant and process engineering and other technical fields in which process control tasks must be solved in the broadest sense.

Der Begriff ”Steuerungssystem” wird im folgenden als umfassende Bezeichnung für eine technische Einrichtung verwendet, die im Wesentlichen für oben beschriebene Aufgaben (Messen, Steuern, Regeln, Kalibrieren) in den genannten Feldern eingesetzt wird; im weiteren Sinne kann es sich generell um ein elektronisches, programmsteuerbares System handeln. Der Begriff ist nicht auf das beschränkt, was im systemtheoretischen Sinne einengend als Steuerung definiert wird. Nachfolgend wird auf einen Regler als Beispiel für ein Steuerungssystem Bezug genommen.The term "control system" is used hereafter as a generic term for a technical device which is essentially used for the tasks described above (measuring, controlling, regulating, calibrating) in said fields; in a broader sense, it can generally be an electronic, programmable system. The term is not limited to what is narrowly defined in the system-theoretical sense as a control. Hereinafter, reference will be made to a controller as an example of a control system.

Zur Herleitung und Erläuterung des Erfindungsgedankens ist es hilfreich, grundlegende Begriffe und typische Arbeitsprozesse auf diesem Gebiet zunächst zu erläutern. Das Endziel der planmäßigen Steuerung eines beliebigen technischen Prozesses wird im wesentlichen über die – oder einen Teil der – folgenden Stationen erreicht: Reglerentwurf durch Simulation (Funktions-Entwicklung), Test des Regelungskonzepts im realen Prozess mit einem leistungsfähigen Entwicklungs-Steuerungssystems (Rapid Control Prototyping, RCP), (automatisiertes) Übertragen des Regelungsalgorithmus auf ein Produktions-Steuergerät, Test des Regelungsalgorithmus mit dem Serien-Steuergerät in einer teilweise oder vollständig simulierten Außenwelt (Hardware-in-the-Loop Test, HIL) und letztendlich Feinabstimmung der Regelungsparameter unter Verwendung eines Serien-Steuergeräts durch die sogenannte Kalibrierung.To derive and explain the concept of the invention, it is helpful to first explain basic concepts and typical work processes in this field. The ultimate goal of the planned control of any technical process is achieved essentially over - or part of - the following stations: controller design by simulation (functional development), test of the control concept in the real process with a powerful development control system (rapid control prototyping, RCP), (automated) transferring the control algorithm to a production controller, testing the control algorithm with the series controller in a partially or fully simulated outside world (Hardware-in-the-Loop Test, HIL) and finally fine-tuning the control parameters using a Series controller through the so-called calibration.

In der Funktions-Entwicklung wird mit Hilfe einer computergestützten grafischen Modellierungsumgebung zunächst ein mathematisches Modell des zu beeinflussenden oder zu untersuchenden technischen Prozesses sowie des einzusetzenden Reglers erstellt. Üblicherweise erfolgt die Modellierung in diesen grafischen Umgebungen mit den Mitteln der aus der Systemtheorie bekannten Blockschaltbilddarstellung, bei der einzelnen Blöcken eine bestimmte mathematische Funktionalität zukommt, von simplen algebraischen Operationen bis hin zu kompliziertem dynamischen Verhalten. Blöcke eines Blockdiagramms werden durch Signallinien miteinander verbunden, und eingangsseitige Signale eines Blocks werden bei der Übertragung durch einen solchen Block beispielsweise miteinander verknüpft und/oder ihnen wird ein bestimmtes Zeitverhalten aufgeprägt, und die Ergebnisse dieser Transformationen werden im allgemeinen durch ausgangsseitige Signale für eine weitere Verwendung ausgegeben.In functional development, a mathematical model of the technical process to be influenced or examined, as well as the controller to be used, is first created using a computer-aided graphic modeling environment. Typically, modeling in these graphical environments is done by means of the block diagram representation known from systems theory, in which individual blocks have a certain mathematical functionality, from simple algebraic operations to complicated dynamic behavior. Blocks of a block diagram are interconnected by signal lines, and input signals of a block are, for example, linked together and / or impressed upon transmission by such a block, and the results of these transformations are generally output by signals for further use output.

Die Modellierungsumgebungen bieten häufig neben der reinen Modellerstellung auch die Möglichkeit der numerischen Simulation des Blockdiagramms, und so ist es beispielsweise möglich, mit Hilfe eines Prozessmodells verschiedene Regelungsalgorithmen durch Simulation, ohne physikalische Verbindung zum realen Prozess, zu entwerfen und auszutesten. Dieser abstrakte Teil eines Modells/Blockdiagramms wird im Folgenden als Funktions-Modell bezeichnet.The modeling environments often offer the possibility of numerical simulation of the block diagram in addition to the mere model creation, and it is thus possible, for example, with the aid of a process model, various simulation algorithms by simulation, without physical connection to the real process, to design and debug. This abstract part of a model / block diagram is referred to below as a function model.

Zum Einsatz des in der Simulation entwickelten Regelungskonzepts im realen Prozess muss der Regelalgorithmus in ein Programm für ein Steuerungssystem, das mit dem zu steuernden Prozess über entsprechende I/O-Geräte verbunden ist, übertragen und durch Anweisungen ergänzt werden, um die I/O-Geräte überhaupt ansprechen zu können.In order to use the closed-loop control concept developed in the simulation in the real process, the control algorithm must be transferred to a program for a control system, which is connected to the process to be controlled via corresponding I / O devices, and supplemented by instructions in order to obtain the I / O To be able to address devices at all.

Unter I/O-Gerät wird im Rahmen der Lehre dieser Erfindung eine große Bandbreite an möglichen technischen Geräten mit einer oder mehreren Außenwelt-Schnittstellen verstanden. Neben den üblichen Geräten mit analogen und digitalen Ein- und Ausgabekanälen zählen dazu u. a. auch Geräte mit intelligenter Signalverarbeitung zum Pre- und Postprocessing von (Roh-)Daten, Datenbus-Module, Geräte zur Signalkonditionierung, aber z. B. auch Leistungsmodule. Ein I/O-Gerät kann gerätetechnisch eine separate Einheit bilden, die einer Rechnereinheit hinzugefügt werden kann (beispielsweise interner Bussteckplatz in der Rechnereinheit, Ankopplung über eine externe Kommunikations-schnittstelle), es kann aber auch untrennbarer Bestandteil einer Rechnereinheit sein, z. B. wenn in einem Prozessor I/O-Gerätefunktionalität integriert umgesetzt ist.Within the scope of the teaching of this invention, an I / O device is understood as meaning a large bandwidth of possible technical devices with one or more outside world interfaces. In addition to the usual devices with analog and digital input and output channels include u. a. also devices with intelligent signal processing for the pre- and postprocessing of (raw) data, data bus modules, devices for signal conditioning, but eg. B. also power modules. An I / O device can technically form a separate unit that can be added to a computer unit (for example, internal bus slot in the computer unit, coupling via an external communication interface), but it can also be an integral part of a computer unit, eg. B. if implemented in a processor I / O device functionality integrated.

Die Lehre der Erfindung ist grundsätzlich auf keine spezielle gerätetechnische Ausführungsform beschränkt, oder von einer solchen abhängig.The teaching of the invention is basically limited to any specific device-technical embodiment, or dependent on such.

Ein solches Programm, das sowohl funktionale Berechnungsanteile, z. B. aus dem Funktions-Modell, wie auch Anteile zur Beeinflussung von Hardwarekomponenten (z. B. I/O-Geräte) umfasst und auf einem HIL-Simulator oder auf einem Steuerungssystem (z. B. einem automotiven Steuergerät) betrieben werden kann, wird im Folgenden als Umgebungsmodell (wenn Ausführung auf einem HIL-Simulator vorgesehen ist) oder als Gesamt-Steuerungsprogramm oder als Gesamt-Steuerungsmodell bezeichnet.Such a program, both functional calculation shares, z. B. from the functional model, as well as shares for influencing hardware components (eg I / O devices) and can be operated on a HIL simulator or on a control system (eg, an automotive control unit), is referred to below as the environment model (if execution is provided on an HIL simulator) or as the overall control program or as the overall control model.

In der Praxis werden die Modellierungsumgebung einerseits und das Umgebungsmodell oder Gesamt-Steuerungsprogramm andererseits häufig auf unterschiedlichen Rechnereinheiten betrieben: Modellierungsumgebungen werden üblicherweise auf PCs oder Workstations mit verbreiteten Standardbetriebssystemen ausgeführt und Umgebungsmodelle oder Gesamt-Steuerungsprogramme auf Rechnereinheiten, die mit einem Echtzeitbetriebssystem ausgestattet sind, um beispielsweise Regelungsaufgaben innerhalb eines vordefinierten Zeitintervalls ausführen zu können.In practice, on the other hand, the modeling environment on the one hand and the environment model or overall control program on the other are often operated on different computing devices: modeling environments are typically run on PCs or workstations with popular standard operating systems, and environment models or overall control programs on computing devices equipped with a real-time operating system, for example To perform control tasks within a predefined time interval.

Die Übertragung des Umgebungsmodells oder Funktions-Modells, oder eines Teils hiervon, in ein ausführbares Programm für einen HIL-Simulator oder ein Steuerungssystem besteht, wie oben angedeutet, nicht nur aus der programmtechnischen Nachbildung der mathematischen Berechnungen (Funktions-Modell), sondern es müssen darüber hinaus die über die I/O-Geräte einzulesenden physikalischen Größen, wie auch die über die I/O-Geräte auszugebenden Stellgrößen in dem Gesamt-Steuerungsprogramms berücksichtigt und entsprechende Funktionsaufrufe an geeigneter Stelle im Programmverlauf vorgesehen werden, die z. B. entsprechende Softwarebibliotheken mit Treiber-Funktionalität für die I/O-Geräte benutzen.The transmission of the environment model or function model, or a part thereof, into an executable program for an HIL simulator or a control system consists, as indicated above, not only from the programmatic simulation of the mathematical calculations (function model), but it must In addition, the physical variables to be read in via the I / O devices, as well as the manipulated variables to be output via the I / O devices, are taken into account in the overall control program and corresponding function calls are provided at a suitable point in the course of the program. B. use appropriate software libraries with driver functionality for the I / O devices.

Die Bewältigung dieser Aufgabe durch Handprogrammierung ist ausgesprochen fehleranfällig, zeitaufwendig, kostenintensiv und wird in der Praxis daher weitestgehend automatisiert, indem schon in der Modellierungsumgebung die Schnittstellen zu den I/O-Geräten modelliert werden. Zu diesem Zweck werden ergänzende Blockbibliotheken zur Beschreibung der I/O-Geräte bzw. der I/O-Karten des HIL-Simulators und/oder des Steuerungssystems benutzt, wobei verschiedene Blöcke unterschiedliche I/O-Geräte, Komponenten von ihnen (z. B. Kanäle von Digital-Analog-Wandlern, digitale I/O-Kanäle) und z. T. komplexe parametrierbare Module (z. B. Datenbusse und Definition der durch sie übertragenen Nachrichten und ihres Timingverhaltens, Generierung/Analyse von Signalverläufen durch digitale Signalprozessoren) repräsentieren, deren Eigenschaften in der Modellierungsumgebung bzw. dem Blockdiagramm, z. B. durch Dialogfenster oder ähnliche Mittel, einstellbar sind.The accomplishment of this task by manual programming is extremely error-prone, time-consuming, cost-intensive and is therefore largely automated in practice, since the interfaces to the I / O devices are already modeled in the modeling environment. For this purpose, supplementary block libraries are used to describe the I / O devices or the I / O boards of the HIL simulator and / or the control system, whereby different blocks have different I / O devices, components of them (e.g. Channels of digital-to-analog converters, digital I / O channels) and z. T. complex configurable modules (eg data buses and definition of the messages transmitted by them and their timing behavior, generation / analysis of signal waveforms by digital signal processors) represent their properties in the modeling environment or the block diagram, z. B. dialog windows or similar means are adjustable.

Der Anteil eines Blockdiagramms, der im weitesten Sinne den Einsatz von I/O-Geräten bzw. der I/O-Karten spezifiziert, wird im Folgenden mit I/O-Modell und die in diesem Modellteil verwendeten Blöcke als I/O-Blöcke bezeichnet. Zu den I/O-Blöcken sollen all jene Blöcke gezählt werden, die zur Beeinflussung von Hardware-Komponenten verwendet werden, selbst wenn es schwerpunktmäßig keine I/O-Geräte sind (z. B. reine Rechnereinheiten in Multiprozessorsystemen oder Rechnereinheiten als Bestandteil intelligenter I/O-Geräte, die zur Bewältigung ihrer Aufgaben beispielsweise auf Slave-Prozessoren zurückgreifen).The portion of a block diagram that broadly specifies the use of I / O devices or I / O boards is referred to below as the I / O model and the blocks used in this model section as I / O blocks , The I / O blocks should include all those blocks that are used to affect hardware components, even if they are not primarily I / O devices (eg, pure computational devices in multiprocessor systems or computational devices as part of intelligent I) / O devices that use slave processors to handle their tasks, for example).

Einige bekannte Entwicklungsumgebungen zur Erstellung eines Umgebungsmodells oder eines Reglermodells sehen vor, dass I/O-Blöcke beispielsweise mit den Signallinien verbunden oder in die Signallinien eingefügt werden, deren Signale durch die I/O-Geräte bzw. I/O-Karten des Steuerungssystems oder des HIL-Simulators ausgegeben oder eingelesen werden sollen. Aus diesem Grund sind in diesen Entwicklungsumgebungen Funktions-Modell und I/O-Modell in dem oben beschriebenen Verfahren miteinander verwoben, auch wenn die hier gemachte begriffliche Trennung eventuell den Eindruck zweier sauber voneinander trennbarer/getrennter Modellteile vermittelt. Some known development environments for creating an environment model or controller model provide, for example, that I / O blocks are connected to the signal lines or inserted into the signal lines whose signals are passed through the control system I / O devices or I / O boards of the HIL simulator should be output or read in. For this reason, in these development environments, the functional model and the I / O model are interwoven in the method described above, even though the conceptual separation made here may give the impression of two cleanly separable / separated model parts.

Mit Hilfe eines Übersetzungsprogramms ist es dann möglich, das Blockdiagramm, oder Teile von ihm, in ein auf dem Steuerungssystem ausführbares Gesamt-Steuerungsprogramms zu überführen, häufig mit dem Zwischenschritt der Codegenerierung aus dem Blockdiagramm, anschließender Kompilierung des Codes durch einen für das Steuerungssystem bzw. für die Rechnereinheit des HIL-Simulators geeigneten Compiler und ggf. dem Linken benötigter Software-Module zu einer ausführbaren Einheit. Blockdiagramme können auch durch ein geeignetes Übersetzungsprogramm in eine Interpreter-Sprache überführt werden, das von einem korrespondierenden Interpreter ausgeführt wird. Die hierzu benötigten Werkzeuge können Bestandteil der Modellierungsmgebung sein, sie können aber auch separate Anwendungen darstellen, wobei Informationen über das Blockdiagramm dann z. B. dateibasiert ausgetauscht oder aber Programmierschnittstellen der Modellierungsmgebung verwendet werden.With the aid of a translation program, it is then possible to transfer the block diagram, or parts of it, into an overall control program executable on the control system, often with the intermediate step of code generation from the block diagram, then compilation of the code by one for the control system or for the computer unit of the HIL simulator suitable compiler and possibly the left required software modules to an executable unit. Block diagrams may also be translated by an appropriate translation program into an interpreter language executed by a corresponding interpreter. The tools needed for this can be part of the modeling environment, but they can also represent separate applications, with information about the block diagram then being used for example. B. file-based exchanged or programming interfaces of the modeling environment can be used.

Gängige Praxis ist es, eine separate Rechnereinheit (Hostrechner) zum Betrieb der Modellierungsumgebung und des Übersetzungsprogramms und die Rechnereinheit zum Betrieb des Gesamt-Steuerungsprogramms bzw. des Umgebungsmodells (auf dem Zielrechner bzw. auf der Rechnereinheit eines HIL-Simulators) durch Kommunikations-schnittstellen miteinander zu verbinden, mit dem Vorteil, dass in der Modellierungsumgebung entwickelte Regelungskonzepte oder Konzepte zur Nachbildung der Regelstrecke inklusive einer entsprechenden Beschreibung der verwendeten I/O-Geräte bzw. I/O-Karten, ihrer Parametrierung und der durch sie übermittelten Signale aus dem Hostsystem vollautomatisiert in ein Umgebungsmodell bzw. in ein Gesamt-Steuerungsprogramm übertragen werden können.A common practice is a separate computer unit (host computer) for operating the modeling environment and the translation program and the computer unit for operating the overall control program or the environment model (on the target computer or on the computer unit of a HIL simulator) by communication interfaces with each other with the advantage that in the modeling environment developed control concepts or concepts for the simulation of the controlled system including a corresponding description of the I / O devices or I / O cards used, their parameterization and transmitted by them signals from the host system fully automated can be transferred into an environment model or into an overall control program.

Falls das Umgebungsmodell aber beispielsweise auf der Rechnereinheit des HIL-Simulators selbst und nicht auf einem separaten Hostrechner entwickelt und übersetzt wurde, erübrigt sich folglich die Übertragung vom Hostrechner auf die Rechnereinheit des HIL-Simulators. Die Rechnereinheit des HIL-Simulators kann in diesem Fall bspw. derart ausgestaltet sein, dass sie zwei Betriebssysteme unterstützt und ausgeführt. Beispielsweise kann hierbei für die Ausführung des Umgebungsmodells ein Echtzeit-Betriebssystem vorgesehen sein und für die Ausführung der Modellierungsumgebung, also zur Entwicklung des Umgebungs-modells, ein Standard-Betriebssystem, wie bspw. Microsoft Windows 7. Abhängig von den technischen Gegebenheiten kann es für manche Anwendungen der HIL-Simulation ausreichend sein, wenn sowohl für die Ausführung der Modellierungsumgebung als auch für die Ausführung des Umgebungsmodells eine Rechnereinheit vorgesehen ist, die lediglich mit einem Standard-Betriebssystem ausgestattet ist, welches also nicht zur Gattung der Echtzeit-Betriebssysteme gehört.If, however, the environment model has been developed and translated, for example, on the computer unit of the HIL simulator itself and not on a separate host computer, then the transmission from the host computer to the computer unit of the HIL simulator is unnecessary. In this case, the computer unit of the HIL simulator can, for example, be designed such that it supports and executes two operating systems. For example, a real-time operating system can be provided for the execution of the environment model, and a standard operating system, such as Microsoft Windows 7, for the execution of the modeling environment, ie for the development of the environment model Applications of the HIL simulation should be sufficient if a computer unit is provided both for the execution of the modeling environment and for the execution of the environment model, which is equipped only with a standard operating system, which therefore does not belong to the genus of real-time operating systems.

Sobald das Umgebungsmodell auf der Rechnereinheit des HIL-Simulators geladen ist und zumindest eine Auswahl aus der Menge der I/O-Kanäle der I/O-Geräte bzw. I/O-Karten des HIL-Simulators mit den korrespondierenden I/O-Anschlüssen der/des zu testenden Steuergeräte/s verbunden sind, kann die HIL-Simulation gestartet werden.Once the environment model is loaded on the computing unit of the HIL simulator and at least a selection from the set of I / O channels of the I / O devices or I / O boards of the HIL simulator with the corresponding I / O ports are connected to the tested ECU / s, the HIL simulation can be started.

Das oben beschriebene Verfahren zusammen mit der Vernetzung der Systemkomponenten wird beispielsweise auch seit vielen Jahren erfolgreich im Bereich des Rapid-Control-Prototyping, also einer Methode zum schnellen Entwerfen, Umsetzen und Erproben bzw. Testen von Steuerungen und Regelungen eingesetzt. Vergleichbare Verfahren und vernetzte Architekturen von Rechnereinheiten und I/O-Geräten werden auch eingesetzt bei HIL-Tests, bei der alleinigen oder auch ergänzenden Durchführung von Messaufgaben (Datenakquisition) und bei der Kalibrierung von Regelungsparametern in abgeschlossenen Steuerungssystemen (z. B. Serien-Steuergeräte), in denen Rechnereinheit und zugeordnete I/O-Geräte oft in einer gerätetechnischen Einheit ausgeführt sind.For example, the method described above, together with the networking of the system components, has also been used successfully for many years in the field of rapid control prototyping, ie a method for the rapid design, implementation and testing or testing of controllers and controls. Comparable methods and networked architectures of computer units and I / O devices are also used in HIL tests, in the sole or supplementary execution of measurement tasks (data acquisition) and in the calibration of control parameters in closed control systems (eg series control units ), in which computer unit and associated I / O devices are often implemented in a device-specific unit.

Systeme, die den oben beschriebenen Arbeitsprozess unterstützen, gehören zum Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht (siehe beispielsweise dSPACE GmbH: Produktkatalog 2010; Produktdokumentation für dSPACE Release im Frühjahr 2010), insbesondere ”Real-Time Interface (RTI), Implementation Guide” (u. a. blockbasierte Modellierung von I/O-Geräten und Zielrechnern, Code-Generierung für diese Blockbibliotheken), TargetLink (u. a. Codegenerierung für (Serien-)Steuergeräte aus Blockdiagrammen); oder The MathWorks: Produktdokumentationen für Release 2010b, insbesondere MATLAB & Simulink (Umgebung zur mathematischen, blockbasierten Modellbildung und Simulation), „Real-Time Workshop, User's Guide” (Codegenerierung aus Blockdiagrammen), xPC Target (Blöcke für modellbasierte I/O-Gerätebeschreibung, Codegenerierung für I/O-Geräte, Echtzeitbetriebssystem für PC-Hardware).Systems that support the work process described above belong to the state of the art from which the invention is based (see, for example, dSPACE GmbH: Product Catalog 2010, product documentation for dSPACE Release in spring 2010), in particular "Real-Time Interface (RTI), Implementation Guide "(Including block-based modeling of I / O devices and target computers, code generation for these block libraries), TargetLink (including code generation for (serial) controllers from block diagrams); or The MathWorks: Product Documentation for Release 2010b, especially MATLAB & Simulink (Environment for mathematical, block-based modeling and simulation), "Real-Time Workshop, User's Guide", xPC Target (blocks for model-based I / O device description, code generation for I / O devices, real-time operating system for PC hardware).

Herkömmliche Vorrichtungen zum Testen mindestens eines elektronischen Steuergerätes und herkömmliche HIL-Simulatoren weisen Performance-Engpässe bei der Ausführung vergleichsweise komplexer Modelle, insbesondere komplexer Umgebungsmodelle, auf oder bieten aufgrund der Hardware-Architektur nur eine eingeschränkte Flexibilität bei der Hardware-Erweiterung oder räumlichen Hardware-Verteilung oder weisen einen anderen der bereits genannten Nachteile des Standes der Technik auf.Conventional devices for testing at least one electronic control unit and conventional HIL simulators have performance bottlenecks in the execution of comparatively complex models, in particular complex environment models, or offer due to the hardware architecture only limited flexibility in hardware expansion or spatial hardware distribution or have another of the already mentioned disadvantages of the prior art.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit, den Stand der Technik weiterzubilden bzw. Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden.The object of the present invention is therefore to develop the prior art or at least partially overcome the disadvantages of the prior art.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object of the invention is achieved by a device having the features of claim 1.

Die Aufgabe der Erfindung wird des Weiteren gelöst durch einen HIL-Simulator mit den Merkmalen des Anspruchs 2.The object of the invention is further solved by an HIL simulator having the features of claim 2.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen HIL-Simulators sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous developments of the HIL simulator according to the invention are specified in the dependent claims.

Anhand der Figuren, die bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen HIL-Simulators zeigen, wird die Erfindung nachfolgend weiter erläutert.With reference to the figures, which show preferred embodiments of the HIL simulator according to the invention, the invention will be further explained below.

Die 1 und 2 zeigen beispielhaft und schematisch einige Module eines HIL-Simulators mit angeschlossenem Steuergerät ECU, sowie eine an dem HIL-Simulator angeschlossene Echtlast. In 3 wird schematisch anhand eines Beispiels das Zusammenwirken der HIL-Simulator-internen FRU, FR, FIU und PSB sowie der an dem HIL-Simulator angeschlossenen externen ECU verdeutlicht. Aus Übersichtlichkeitsgründen werden in den Figuren nicht sämtliche Module, Komponenten und Verbindungen gezeigt.The 1 and 2 show by way of example and schematically some modules of an HIL simulator with connected ECU ECU, as well as connected to the HIL simulator real load. In 3 The interaction between the HIL simulator internal FRU, FR, FIU and PSB and the external ECU connected to the HIL simulator are illustrated schematically by means of an example. For reasons of clarity not all modules, components and connections are shown in the figures.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Testen mindestens eines elektronischen Steuergerätes ECU, weist zumindest eine Rechnereinheit CN zur Ausführung zumindest eines Umgebungsmodells, und zumindest eine Signal-Erzeugungskarte SGB zur Bereitstellung von zumindest einem Signal für das elektronische Steuergerät ECU, und zumindest einen seriellen Bus IOCN zur bidirektionalen Datenübertragung von der Rechnereinheit CN zur Signal-Erzeugungskarte SGB beziehungsweise umgekehrt auf, wobei sowohl die Rechnereinheit CN als auch die Signalerzeugungskarte SGB jeweils zumindest eine Schnittstelle 12a, 12b zu dem seriellen Bus aufweisen, und wobei diese Schnittstellen 12a, 12b vorgesehen und eingerichtet sind, um Zeitsynchronisations-Nachrichten als auch Winkelsynchronisations-Nachrichten zu empfangen und/oder zu senden.The device according to the invention for testing at least one electronic control unit ECU has at least one computer unit CN for executing at least one environment model, and at least one signal generation board SGB for providing at least one signal for the electronic control unit ECU, and at least one serial bus IOCN for bidirectional data transmission from the computer unit CN to the signal generation card SGB or vice versa, wherein both the computer unit CN and the signal generation card SGB each have at least one interface 12a . 12b to the serial bus, and these interfaces 12a . 12b are provided and arranged to receive and / or send time synchronization messages as well as angle synchronization messages.

Der erfindungsgemäße HIL-Simulator 1 umfasst eine Vorrichtung zum Testen mindestens eines elektronischen Steuergerätes ECU, wobei diese Vorrichtung zumindest eine Rechnereinheit CN zur Ausführung zumindest eines Umgebungsmodells, und zumindest eine Signal-Erzeugungskarte SGB zur Bereitstellung von zumindest einem Signal für das elektronische Steuergerät ECU, und zumindest einen seriellen Bus IOCN zur bidirektionalen Datenübertragung von der Rechnereinheit CN zur Signal-Erzeugungskarte SGB beziehungsweise umgekehrt aufweist, und wobei sowohl die Rechnereinheit CN als auch die Signalerzeugungskarte SGB jeweils zumindest eine Schnittstelle 12a, 12b zu dem seriellen Bus aufweisen, und wobei diese Schnittstellen 12a, 12b vorgesehen und eingerichtet sind, um Zeitsynchronisations-Nachrichten als auch Winkelsynchronisations-Nachrichten zu empfangen und/oder zu senden.The HIL simulator according to the invention 1 comprises a device for testing at least one electronic control unit ECU, this device having at least one computer unit CN for executing at least one environment model, and at least one signal generation board SGB for providing at least one signal for the electronic control unit ECU, and at least one serial bus IOCN for bidirectional data transmission from the computer unit CN to the signal generation card SGB or vice versa, and wherein both the computer unit CN and the signal generation card SGB each have at least one interface 12a . 12b to the serial bus, and these interfaces 12a . 12b are provided and arranged to receive and / or send time synchronization messages as well as angle synchronization messages.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen HIL-Simulators 1, ist der serielle Bus IOCN eine Ethernetverbindung.In a preferred embodiment of the HIL simulator according to the invention 1 , the serial bus IOCN is an Ethernet connection.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des HIL-Simulators 1 gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Zeitsynchronisations-Nachrichten und/oder die Winkelsynchronisations-Nachrichten von zumindest einem Netzwerkprotokoll eines Netzwerkprotokollstapels des seriellen Busses umfasst sind.Another advantageous embodiment of the HIL simulator 1 According to the invention, it is characterized in that the time synchronization messages and / or the angle synchronization messages are encompassed by at least one network protocol of a network protocol stack of the serial bus.

Desweiteren kann vorgesehen sein, dass im HIL-Simulator 1 sowohl die Rechnereinheit CN als auch die Signal-Erzeugungskarte SGB vorgesehen und eingerichtet sind, um zwischen dem Empfang oder dem Versenden von mindestens zwei nacheinander via seriellem Bus IOCN übertragenen Zeitsynchronisations-Nachrichten oder Winkelsynchronisations-Nachrichten eine Weiterberechnung von Zeit- oder Winkelwerten durchzuführen.Furthermore, it can be provided that in the HIL simulator 1 both the computer unit CN and the signal generation card SGB are provided and arranged to switch between the reception or the Sending at least two consecutively transmitted via serial bus IOCN time synchronization messages or angle synchronization messages perform a calculation of time or angle values.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass bei dem HIL-Simulator 1 das für die Ausführung auf der Rechnereinheit CN vorgesehene Umgebungsmodell einen Modellteil zur Bereitstellung von Master-Datensätzen zur Zeit- und/oder eines Winkelberechnung aufweist, und die Rechnereinheit vorgesehen und eingerichtet ist, die Master-Datensätze auf den ersten seriellen Bus zu übertragen.It can preferably be provided that in the HIL simulator 1 the environment model provided for execution on the computer unit CN comprises a model part for providing master data records for time and / or angle calculation, and the computer unit is provided and arranged to transmit the master data records to the first serial bus.

Eine weiter bevorzugte Weiterbildung des HIL-Simulators 1 kann derart gestalten sein, dass der HIL-Simulator zumindest eine Sammelschiene FR und eine Fehler-Weiterleitungseinrichtung FRU zur Herstellung einer schaltbaren Verbindung von zumindest einem Steuergerät-Anschluss E1, E2, E3, E4 des Steuergerätes ECU zu der Sammelschiene FR des HIL-Simulators 1 umfasst.A further preferred development of the HIL simulator 1 can be designed such that the HIL simulator at least one busbar FR and a fault relay device FRU for producing a switchable connection of at least one control unit port E1, E2, E3, E4 of the control unit ECU to the busbar FR of the HIL simulator 1 includes.

Dabei kann des weiteren eine Fehlereinbringungseinheit FIU vom HIL-Simulator 1 umfasst sein, wobei die Fehlereinbringungseinheit FIU vorgesehen und eingerichtet ist, um eine schaltbare Verbindung zu zumindest einer Sammelschiene FR herzustellen, und um unterschiedliche Fehlerzustände zu schalten.In this case, furthermore, an error insertion unit FIU from the HIL simulator 1 , wherein the fault insertion unit FIU is provided and arranged to make a switchable connection to at least one busbar FR and to switch different fault conditions.

Desweitere kann der erfindungsgemäße HIL-Simulator 1 eine Vorrichtung zum Zusammenfassen von Kanälen umfassen.Furthermore, the HIL simulator according to the invention 1 a device for summarizing channels.

Außerdem kann der HIL-Simulator 1 eine Vorrichtung zur Restbus-Simulation aufweisen.In addition, the HIL simulator 1 have a device for residual bus simulation.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen HIL-Simulators ist vorgesehen, dass der HIL-Simulator vorgesehen und eingerichtet ist, um synchron oder unabhängig zu anderen Simulationen eine sogenannte Restbus-Simulation auszuführen, was im weiteren Text näher ausgeführt wird.According to a further preferred embodiment of the HIL simulator according to the invention, it is provided that the HIL simulator is provided and set up to execute a so-called residual bus simulation synchronously or independently of other simulations, which will be described in more detail below.

Eine wesentliche Voraussetzung für den sogenannten Verbundtest, also den Test mehrerer via Bus verbundener Steuergeräte, besteht in der Überwachung der Kommunikation zwischen den Steuergeräten, die mittels bekannter Busse und Busprotokolle wie beispielsweise CAN, LIN oder FlexRay etc. erfolgt.An essential prerequisite for the so-called compound test, that is the test of several connected via bus control devices, consists in monitoring the communication between the control units, which takes place by means of known buses and bus protocols such as CAN, LIN or FlexRay.

Hier sind das Verhalten im Normalbetrieb, also wenn alle Steuergeräte des Steuergeräteverbundes vorhanden, am Bus angeschlossen und funktionsfähig sind, aber insbesondere auch im Fehlerfall, z. B. bei Ausfall eines Bus-Teilnehmers (insbesondere eines Steuergerätes) oder bei fehlerhaftem Inhalt der Bus-Botschaften oder bei elektrischen Fehlern (Kurzschlüssen) auf den Busleitungen, besonders wichtig und zu testen.Here are the behavior in normal operation, so if all control units of the control unit network available, connected to the bus and are functional, but especially in case of failure, z. B. in case of failure of a bus subscriber (in particular a control unit) or in case of incorrect content of the bus messages or electrical errors (short circuits) on the bus lines, particularly important and to test.

Werden spezifische Steuergeräte zunächst getrennt mittels des erfindungsgemäßen HIL-Simulators untersucht oder sind bei einem Verbundtest mehrerer Steuergeräte, die an einem Bus angeschlossen sind, noch nicht alle vorgesehenen Steuergeräte vorhanden, die später dem Verbund angehören werden, so wird die sogenannte Restbussimulation eingesetzt, bei der die fehlenden Busteilnehmer (insbesondere die fehlenden Steuergeräte) vom HIL-Simulator emuliert werden.If specific control units are initially examined separately by means of the HIL simulator according to the invention or if in a composite test of several control units which are connected to a bus, not all provided control units are present which will later belong to the network, then the so-called residual bus simulation is used in which the missing bus subscribers (especially the missing control devices) are emulated by the HIL simulator.

Zur Ausführung der Restbus-Simulation wird das entsprechende Bus-Interface des HIL-Simulators an den Bus des Steuergeräteverbundes angekoppelt. Es muss zudem vor der Ausführung der Tests die gesamte Kommunikation auf Basis der CAN- oder LIN- oder FlexRay-Datenbasis (einschließlich der Signalskalierungen) gemeinsam mit dem dynamischen Verhalten spezifiziert werden, z. B. unter Zuhilfenahme der Software MATLAB/Simulink® des US-Unternehmens The MathWorks.To execute the residual bus simulation, the corresponding bus interface of the HIL simulator is connected to the bus of the control unit network. Also, prior to running the tests, all communication based on the CAN or LIN or FlexRay database (including the signal scaling) must be specified along with the dynamic behavior, eg. Using the software MATLAB / Simulink ® of the US company The MathWorks.

Üblicherweise sind beim Test von Steuergeräten, die beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, häufig einige hundert Nachrichten und Tausende von Signalen zu berücksichtigen.Usually, when testing ECUs used in automobiles, for example, several hundred messages and thousands of signals are often to be considered.

Eine der Aufgaben des erfindungsgemäßen HIL-Simulators kann also im Rahmen der Restbus-Simulation darin bestehen, Signale bzw. Nachrichten bereitzustellen, die von einem/mehreren Steuergerät/e „erwartet” und nach Empfang verarbeitet werden, wobei jedoch diese Signale bzw. Nachrichten nicht von einem weiteren oder mehreren weiteren Steuergeräten gesendet werden können, weil diese/s weitere Steuergerät/e beispielsweise für den betreffenden Test noch nicht bereitsteht/bereitstehen.One of the tasks of the HIL simulator according to the invention can thus consist in the context of the residual bus simulation to provide signals or messages "expected" by one / more controller / e and processed after receipt, but these signals or messages not can be sent from one or more further control units, because this / s further control unit / e, for example, for the test in question is not yet available / ready.

Der HIL-Simulator füllt somit die „Lücke” der fehlenden Signale bzw. Nachrichten, wobei diese „Lücke”, wie oben angedeutet, insbesondere deshalb vorliegen kann, weil ein normalerweise vorhandenes aber bei einem Testlauf (noch) nicht im Steuergeräteverbund befindliches Steuergerät dessen zu sendenden Signale und Nachrichten folglich nicht auf den Bus senden kann.The HIL simulator thus fills the "gap" of the missing signals or messages, this "gap", as indicated above, especially because there may be a normally present but at a test run (not yet) located in the control unit network control unit of its signals and messages to send therefore can not send to the bus.

Unter der Voraussetzung, dass die Emulation der zu ersetzenden Signale und Nachrichten mittels des HIL-Simulators (der hierbei insbesondere die fehlenden Steuergeräte simuliert) zu einem Bus-Datenverkehr führt, der im Wesentlichen identisch ist, zu dem Datenverkehr der im Falle eines vollständigen Steuergeräteverbundes (ohne ein/mehrere fehlende/s oder funktionsunfähige/s Steuergerät/e) vorliegen würde, kann davon ausgegangen werden, dass es aus der Sicht der vorhandenen Steuergeräte keinen Unterschied macht, ob ein Signal bzw. eine Nachricht vom HIL-Simulator oder (in einem späteren Test) von einem Steuergerät stammt.Assuming that the emulation of the signals and messages to be replaced by means of the HIL simulator (which in particular simulates the missing ECUs) leads to a bus data traffic which is essentially identical to the data traffic in the case of a complete ECU network ( Without one / more missing / s or inoperable / s control unit / s) would be present, it can be assumed that it makes no difference from the perspective of the existing ECUs, whether a signal or a message from the HIL simulator or (in a later test) comes from a controller.

Der oben beschriebene prinzipielle Ablauf der Restbus-Simulation kann auf weitere Busse (neben CAN, LIN, FlexRay) im Wesentlichen übertragen werden. In Abhängigkeit von der geforderten Komplexität der Restbus-Simulation und der davon beeinflussten Herangehensweise kann folgende Kategorisierung vorgenommen werden:

  • – Eine sogenannte statische Restbus-Simulation zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass vom HIL-Simulator feste, vordefinierte Werte (Daten) auf den Steuergeräte-Bus übertragen werden. Diese Werte sind in diesem Fall somit nicht in Abhängigkeit von der simulierten Umgebung des Steuergerätes veränderlich. Üblicherweise ist bei der statischen Restbussimulation im Verlauf der Simulation als einzige Einflussnahme lediglich vorgesehen, die Übertragung der vordefinierten Werte seitens des HIL-Simulators auf den Steuergeräte-Bus zu übertragen, die Übertragung zu wiederholen oder zu beenden.
  • – Eine sogenannte dynamische Restbus-Simulation zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass die vom HIL-Simulator auf den Steuergerätebus zu übertragenden Werte (Daten) vor der Übertragung mittels eines auf dem HIL-Simulator ablaufenden Modells neu berechnet werden und zwar bevorzugt unter Berücksichtigung des jeweils vorliegenden Zustandes vorhandenen Steuergeräte und/oder deren Funktionalitäten.
The basic sequence of the residual bus simulation described above can essentially be transferred to other buses (in addition to CAN, LIN, FlexRay). Depending on the required complexity of the residual bus simulation and the approach influenced by it, the following categorization can be carried out:
  • - A so-called static residual bus simulation is essentially characterized by the fact that the HIL simulator transmits fixed, predefined values (data) to the ECU bus. These values are thus not variable in this case, depending on the simulated environment of the control unit. Usually, in the case of the static residual bus simulation in the course of the simulation, the only influence is merely to transmit the transmission of the predefined values on the part of the HIL simulator to the control unit bus, to repeat the transmission or to end it.
  • A so-called dynamic residual bus simulation is essentially characterized by the fact that the values (data) to be transferred from the HIL simulator to the control unit bus are recalculated before transmission by means of a model running on the HIL simulator, preferably taking into account the each existing state existing control devices and / or their functionalities.

Eine Restbus-Simulation mittels sogenanntem Replay zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass vorab Daten eines ausgewählten Bus-Teilnehmers, beispielsweise Telegramme, die ein ausgewähltes Steuergerät auf einen Bus (z. B. einen CAN-Bus) überträgt, aufgezeichnet und bevorzugt in einer Datei gespeichert werden (z. B. in einem sogenannten Logfile) und anschließend die Daten des genannten ausgewählten Busteilnehmers mittels Auslesen dieser Datei von dem HIL-Simulator auf den Bus übertragen wird.A residual bus simulation by means of so-called replay is essentially characterized in that data of a selected bus subscriber, for example telegrams, which transmits a selected control device to a bus (eg a CAN bus) are recorded in advance and preferably in one File are stored (eg in a so-called log file) and then the data of said selected bus station is transmitted by reading this file from the HIL simulator on the bus.

Alternativ ist es möglich, die Restbus-Simulation nicht von einem HIL-Simulator sondern von anderen elektronischen Geräten ausführen zu lassen.Alternatively, it is possible to have the residual bus simulation not performed by a HIL simulator but by other electronic devices.

Wie bereits an anderer Stelle dieses Textes beschrieben wurde, weist der HIL-Simulator gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise eine Rechnereinheit (englisch: Computation Node), abgekürzt CN; eine Signal-Erzeugungskarte (englisch: Signal Generation Board), abgekürzt SGB; eine Strom- bzw. Spannungsversorgungs-Einheit (englisch: Power Supply oder Voltage Source); eine Schalterkarte (englisch: Power Switch Board), abgekürzt PSB, die vorzugsweise auch Schaltungselemente für eine Fehlereinbringungseinheit (englisch: Failure Insertion Unit), abgekürzt FIU, umfasst; eine Signal-Messkarte (englisch: Signal Measurement Board), abgekürzt SMB; und/oder ein Buskarte (englisch: Bus Board) auf.As has already been described elsewhere in this text, the HIL simulator according to a preferred embodiment of the invention preferably has a computer unit (English: Computation Node), abbreviated CN; a Signal Generation Board, abbreviated SGB; a power supply unit (power supply or voltage source); a switch card (English: Power Switch Board), abbreviated PSB, which preferably also includes circuit elements for an error insertion unit (English: Failure Insertion Unit), abbreviated FIU; a Signal Measurement Board, abbreviated SMB; and / or a bus card (English: Bus Board).

Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die CN, die SGB, die SMB, die FIU und Buskarten verwiesen, die von der Anmelderin dieses Schutzrechtes entwickelt und vertrieben werden. Als CN eines HIL-Simulators kann beispielsweise eine Prozessorkarte oder ein PC bzw. ein Industrie-Computer fungieren. Ebenso können mehrere Computer oder mehrere Prozessorkarten gemeinsam oder eine vernetztes System aus mindestens einem Computer und mindestens einer separaten Prozessorkarte die Rechnereinheit CN gemeinsam bilden.By way of example, reference is made in this connection to the CN, the SGB, the SMB, the FIU and bus cards, which are developed and distributed by the applicant of this patent. As CN of a HIL simulator, for example, a processor card or a PC or an industrial computer can act. Likewise, a plurality of computers or a plurality of processor cards together or a networked system comprising at least one computer and at least one separate processor card can jointly form the computer unit CN.

Je nach Auswahl können zwei oder mehr der Kanäle einer oder mehrerer SGB und/oder SMB zu einer Funktionseinheit zusammengefasst werden, wie im weiteren Text erläutert wird. Der HIL-Simulator kann grundsätzlich auch ohne PSB und/oder ohne FIU ausgestattet sein, jedoch würde dies in der Regel zu einem eingeschränkten Funktionsumfang des HIL-Simulator führen, wenn die diesbezüglichen Funktionen, nicht mittels anderer Systemkomponenten, wie bspw. durch periphere elektrischen Schaltungsanordnungen, die außerhalb des Simulators angeordnet sind, und bevorzugt eine Datenübertragungsverbindung zu einem CN und gegebenenfalls zu weiteren Karten des HIL-Simulators aufweisen, ersatzweise bereitgestellt werden.Depending on the selection, two or more of the channels of one or more SGB and / or SMB can be combined to form a functional unit, as explained below. The HIL simulator can in principle be equipped without PSB and / or without FIU, but this would usually lead to a limited range of functions of the HIL simulator, if the relevant functions, not by means of other system components, such as by peripheral electrical circuitry , which are arranged outside the simulator, and preferably have a data transmission connection to a CN and possibly to other cards of the HIL simulator, be provided as an alternative.

Es kann optional vorgesehen sein, ein PSB, welches Schaltungselemente einer FIU umfasst derart zu gestalten, dass dieses PC-board ersetzbar ist durch eine Kombination eines PSBs ohne Schaltungselemente einerseits, mit einem separaten FIU-Board andererseits, jedoch geht die Separierung der Funktionselemente auf zwei separate Boards oft mit einem höheren räumlichen Platzverbrauch einher. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen HIL-Simulators ist dieser mit einer Vorrichtung zum Zusammenfassen von Kanälen, ausgestattet, wobei mittels dieser Vorrichtung, die im weiteren Text als Zusammenfassungsvorrichtung, abgekürzt ZFV, bezeichnet ist, ausgewählte Kanäle zu einem zusammengesetzten Kanal vereinigt werden können.It can optionally be provided to design a PSB which comprises circuit elements of an FIU in such a way that this PC board can be replaced by a combination of a PSB without circuit elements on the one hand, and a separate FIU board on the other hand, but the separation of the functional elements goes on on two separate boards often associated with a higher spatial footprint. According to a preferred embodiment of the HIL simulator according to the invention, the latter is equipped with a device for combining channels, wherein selected channels can be combined to form a composite channel by means of this device, which is referred to in the following text as a summarizing device, abbreviated ZFV.

Je nach Anwendungsbereich und technischer Gestaltung, insbesondere in Abhängigkeit von der Anzahl der zusammengefassten Kanäle, wird der Vorgang des Zusammenfassens von Kanälen in der Fachwelt teilweise als Kanalbündelung (englisch: Channel Bonding) bezeichnet.Depending on the field of application and technical design, in particular depending on the number of combined channels, the process of combining channels in the art is sometimes referred to as channel bonding.

Unter dem „zusammengesetzten Kanal” ist somit im Rahmen dieses Patentbegehrens ein Kanal zu verstehen, der mit der Zusammenschaltung bzw. mit der Verbindung von mindestens zwei Kanälen mittels einer Zusammenfassungsvorrichtung entsteht. Die Zusammenfassungsvorrichtung des HIL-Simulators ist jedoch bevorzugt nicht nur vorgesehen und eingerichtet, um Kanäle zusammenzufassen, sondern es gehört ebenfalls zum Funktionsumfang der Zusammenfassungsvorrichtung den bzw. die zusammengesetzten Kanal bzw. Kanäle wieder zu vereinzeln. Unter dem „Vereinzeln” ist somit die Abtrennung mindestens eines Kanals aus einem zusammengesetzten Kanal zu verstehen.In the context of this patent application, the "composite channel" is thus understood to mean a channel which arises with the interconnection or with the connection of at least two channels by means of a summary device. However, the summary device of the HIL simulator is preferably not only provided and arranged to summarize channels, but it is also part of the scope of the summary device to separate the composite channel or channels. The term "separation" is thus to be understood as the separation of at least one channel from a composite channel.

Ebenso wie die nicht zusammengesetzten („normalen”) Kanäle können auch die zusammenfassbaren Kanäle insbesondere vorgesehen und eingerichtet sein, um analoge oder digitale elektrische Signale bereitzustellen, um elektrischen Ströme und Spannungen für Aktoren oder Sensoren bereitzustellen, um Schalter für Stromkreise, insbesondere solche, deren maximaler zu übertragender Stromwert über einen definierten Wert (beispielsweise 1 Ampere) liegt, bereitzustellen, um einfache oder komplexe zeitgesteuerten und/oder winkelgesteuerte Strom- und oder Spannungsverläufe bereitzustellen, und/oder um ohmsche, induktive, kapazitive oder zusammengesetzte Lasten bereitzustellen, wobei im Rahmen dieses Schutzrechtbegehrens unter einer „zusammengesetzten Last” eine elektrische Last zu verstehen ist, die zusammengesetzt ist aus messbaren ohmschen und/oder induktiven und/oder kapazitiven Bestandteilen.As well as the non-composite ("normal") channels, the gatherable channels may also be particularly provided and arranged to provide analog or digital electrical signals to provide electrical currents and voltages to actuators or sensors, to circuit breakers, especially those whose maximum current value to be transmitted is above a defined value (for example, 1 ampere) to provide simple or complex timed and / or angularly controlled current and / or voltage waveforms, and / or to provide ohmic, inductive, capacitive, or composite loads This patent right claim under a "compound load" is to be understood as meaning an electrical load which is composed of measurable ohmic and / or inductive and / or capacitive components.

Vorzugsweise werden im HIL-Simulator zusammengesetzte elektrische Lasten bereitgestellt, die elektrische Kenngrößen, wie insbesondere einen ohmschen Widerstand, eine elektrische Kapazität und eine Induktivität aufweisen, die im Wesentlichen mit den elektrischen Kenngrößen der „echten Lasten” übereinstimmen, wobei hierbei unter einer „echten Last” insbesondere ein elektrisches Bauelement bzw. eine elektrische Baueinheit (bspw. ein Elektromotor, ein Piezoaktor oder ein Magnetventil) zu verstehen ist, das bzw. die vorgesehen ist bzw. sind, beispielsweise mit einem Steuergerät elektrisch und ggf. auch via Lichtleiter verbunden zu werden und bevorzugt auch Energie und/oder Daten zu verwerten, die dem Steuergerät entstammen.Preferably, in the HIL simulator assembled electrical loads are provided which have electrical characteristics, in particular an ohmic resistance, an electrical capacitance and an inductance, which essentially correspond to the electrical characteristics of the "real loads", whereby under a "real load In particular, an electrical component or an electrical unit (for example, an electric motor, a piezoelectric actuator or a solenoid valve) is to be understood, which is or are provided, for example, to be electrically connected to a control device and possibly also via optical fibers and preferably also to utilize energy and / or data, which originate from the control unit.

Zudem können sowohl die nicht zusammengesetzten („normalen”) Kanäle als auch die zusammenfassbaren Kanäle insbesondere vorgesehen und eingerichtet sein, um um physikalischen Größen, wie insbesondere Ströme, Spannungen, Zeiten zwischen Ereignissen, Frequenzen etc. zu messen. Bevorzugt sind die einzelnen Kanäle voneinander galvanisch getrennt, können aber bevorzugt von der Zusammenfassungsvorrichtung wieder galvanisch verbunden werden.In addition, both the non-composite ("normal") channels and the summarizable channels may be provided and arranged to measure physical quantities, such as currents, voltages, times between events, frequencies, etc. Preferably, the individual channels are electrically isolated from each other, but can preferably be galvanically connected again by the summary device.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Kanäle sieht vor, dass diese mittels elektronischen Schutzschaltungen zur Vermeidung einer Überlastung der Kanäle, insbesondere durch Ströme, die über den spezifizierten Werten liegen, geschützt werden.A further preferred embodiment of the channels provides that these are protected by means of electronic protection circuits to avoid overloading the channels, in particular by currents which are above the specified values.

Optional kann vorgesehen sein, anstelle oder zusätzlich zur elektronischen Schutzbeschaltung, eine oder mehrere Schmelzsicherungen oder selbstrücksetzende thermische Sicherungen (z. B. Multifuse-Sicherungen) oder elektromechanische Sicherungen zum Schutz der Kanäle vorzusehen.Optionally, instead of or in addition to the electronic protective circuit, one or more fuses or self-resetting thermal fuses (eg multifuse fuses) or electromechanical fuses may be provided to protect the channels.

Des Weiteren kann der erfindungsgemäße HIL-Simulator eine Konfigurations-Software und/oder ein konfigurierbares elektronisches Bauelement aufweisen, mittels der ein Auslöse-Grenzwert (englisch: trigger value) für elektronische Schutzschaltungen zur Absicherung der Kanäle einstellbar bzw. konfigurierbar ist. Optional kann ein Kanal mehrere Schutzvorrichtungen gegen Überlastung gleichzeitig aufweisen, wobei eine Kombination von mindestens zwei oder allen genannten Schutzvorrichtungen diesen Kanal schützen, nämlich die Schmelzsicherung und/oder die elektromechanische Sicherung und/oder die Software-seitig konfigurierbare Schutzschaltung und/oder die Hardware-seitig konfigurierbare bzw. austauschbare Schutzbeschaltung.Furthermore, the HIL simulator according to the invention can have a configuration software and / or a configurable electronic component, by means of which a tripping limit value (English: trigger value) for electronic protection circuits for securing the channels is adjustable or configurable. Optionally, a channel may have multiple overload protection devices simultaneously, with a combination of at least two or all of the protection devices protecting that channel, namely the fuse and / or the electromechanical fuse and / or the software-side configurable protection circuitry and / or the hardware configurable or exchangeable protective circuit.

Einem Kanal bzw. mehreren Kanälen kann bzw. können bevorzugt eine sogenannte „Failure Routing Unit”, abgekürzt FRU, zugeordnet sein. Unter einer FRU ist hierbei eine Vorrichtung zu verstehen, die einen Kanal oder mehrere Kanäle mit einer Sammelschiene für die Fehlersimulation (engl.: Fail Rail), abgekürzt FR, oder mehreren Sammelschienen FR1, FR2, ..., FRn für die Fehlersimulation elektrisch leitend verbinden kann, wobei die Sammelschiene FR bevorzugt mit der FIU, die an anderer Stelle dieser Anmeldung beschrieben ist, elektrisch leitend verbindbar ist. Somit ist ein Kanal bevorzugt via FRU und via FR mit einer FIU elektrisch leitend verbindbar.One or more channels can preferably be assigned a so-called "Failure Routing Unit", abbreviated FRU. Under a FRU here is a device to understand the one Channel or multiple channels with a busbar for the error simulation (English: Fail Rail), abbreviated FR, or multiple busbars FR1, FR2, ..., FRn for fault simulation electrically conductively connect, the busbar FR preferably with the FIU, which is described elsewhere in this application, electrically conductively connected. Thus, a channel is preferably via FRU and via FR with an FIU electrically connected.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen HIL-Simulators umfasst zumindest zwei Sammelschienen FR oder zumindest zwei elektrisch leitende Adern FR11, FR12, FR21, FR22, die sich in zumindest einer elektrischen Eigenschaft, wie beispielsweise dem elektrischen Widerstandsbelag, dem Kapazitätsbelag und/oder der Spannungsfestigkeit unterscheiden.A preferred embodiment of the HIL simulator according to the invention comprises at least two bus bars FR or at least two electrically conductive wires FR11, FR12, FR21, FR22 which differ in at least one electrical property, such as the electrical resistance lining, the capacitance surface and / or the dielectric strength.

Es können beispielsweise Simulations-Szenarien vorgesehen sein, wobei mehrere Signalkanäle, die zu einem zusammengefassten Kanal vereinigt sind, bevorzugt zeitsynchron via FRU und via zusammengefasster FR, bestehend aus FR1, FR2, ..., FRn, und via FIU mit einem elektrischen Fehlerpotential verbunden werden, wobei ausgenutzt wird, dass sich der optional einstellbare hohe Strom, der zwischen zusammengefasstem Kanal und FIU fließt, auf die FR1 bis FRn verteilt.For example, it is possible to provide simulation scenarios in which a plurality of signal channels, which are combined to form a combined channel, are preferably time-synchronized via FRU and via summarized FR, consisting of FR1, FR2,..., FRn, and via FIU with an electrical fault potential taking advantage of the fact that the optionally adjustable high current flowing between the combined channel and FIU is distributed among the FR1 to FRn.

Damit kann bei diesen Simutations-Szenarien einer Überlastung einer FR bei höheren Strömen innerhalb der spezifizierten Grenzen entgegengewirkt werden.Thus, in these simutation scenarios, an overload of a FR at higher currents within the specified limits can be counteracted.

Am Beispiel von Kanälen eines SGB soll nun näher erläutert werden, wie und zu welchem Zweck eine Zusammenfassungsvorrichtung in einem HIL-Simulator bevorzugt einsetzbar ist. Beispielhaft soll angenommen werden, dass ein erster und ein zweiter Signal-Kanal eines SGB vorgesehen sind, wobei sowohl diese beiden einzelnen Signal-Kanäle jeweils ein sogenanntes Sägezahn-Signal (englisch: sawtooth signal) eines Kippschwingers (englisch: relaxation oscillator) bereitstellen.The example of channels of a SGB will now be explained in more detail how and for what purpose a summary device in a HIL simulator is preferably used. By way of example, it should be assumed that a first and a second signal channel of a SGB are provided, wherein both these two individual signal channels each provide a so-called sawtooth signal of a tilting oscillator.

Es soll weiterhin angenommen werden, dass beispielsweise der maximale Stromwert eines einzelnen Signal-Kanals auf maximal 300 mA begrenzt ist, um beispielsweise den Kippschwinger nicht zu überlasten oder beispielsweise das Auslösen einer elektrischen Sicherung eines einzelnen Kanals zu verhindern. Zudem soll angenommen werden, dass es für ein Simulations-Szenarium erforderlich ist, ein Sägezahn-Signal mit einem Maximalstrom von 500 mA bereitzustellen.It should be further assumed that, for example, the maximum current value of a single signal channel is limited to a maximum of 300 mA, for example, not to overload the Kippschwinger or to prevent, for example, the triggering of an electrical fuse a single channel. In addition, assume that it is necessary for a simulation scenario to provide a sawtooth signal with a maximum current of 500 mA.

Diese Aufgabe wäre mit einem einzelnen Kanal unter den Randbedingungen dieses Beispiels nicht lösbar, weil dieser Kanal allein für den geforderten Maximalstrom nicht spezifiziert und nicht dimensioniert ist.This task would not be solvable with a single channel under the boundary conditions of this example, because this channel alone is not specified for the required maximum current and is not dimensioned.

Jedoch bietet die Zusammenfassungsvorrichtung gemäß der genannten weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen HIL-Simulators für den oben geschilderten Anwendungsfall die Möglichkeit, dass Sägezahn-Signal mit dem Maximalstrom von 500 mA aus den Addition zweier Teilströme zu gewinnen.However, according to the aforementioned further preferred embodiment of the HIL simulator according to the invention for the above-described application, the summary device offers the possibility of obtaining the sawtooth signal with the maximum current of 500 mA from the addition of two partial currents.

Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem zwei einzelne Signal-Kanäle jeweils synchron ein Sägezahn-Signal mit einen Teilstrom mit einem Maximum von 250 mA bereitstellen und die Zusammenfassungsvorrichtung mittels Parallelschaltung die beiden Teilströme zu einem Gesamtstrom vereint, der im Maximum 500 mA beträgt.This can be achieved, for example, by two separate signal channels each synchronously providing a sawtooth signal with a partial current with a maximum of 250 mA and the summary device combines by parallel connection the two partial currents to a total current which is a maximum of 500 mA.

Eine Ausgestaltung des SGB kann vorsehen, dass die vom SGB bereitstellbaren Signale als sogenannten Wellenformtabelle (englisch: „wavetable”), abgekürzt WT, manchmal auch als Signal-Wertetabelle bezeichnet, spezifiziert sind.An embodiment of the SGB can provide that the signals that can be provided by the SGB are specified as a so-called wavetable, abbreviated WT, sometimes also referred to as a signal value table.

Dem Fachmann ist seit mehreren Jahrzehnten bekannt, wie mittels gespeicherten Wellenformtabellen WT nahezu beliebige Signale generiert werden können, siehe beispielsweise US-Patent-Nr. 4133241 , weshalb in diesem Beschreibungstext auf Details hierzu verzichtet werden kann.The person skilled in the art has known for several decades how virtually any desired signals can be generated by means of stored waveform tables WT, see, for example US Pat. 4133241 , which is why in this description text to details can be omitted.

Das Verfahren der Signalsynthese mittels WT wird bekanntlich nicht nur bei elektronischen Instrumenten eingesetzt, sondern insbesondere auch für Simulations-Anwendungen oder allgemeiner formuliert, für Test-Anwendungen.The method of signal synthesis by means of WT is known to be used not only in electronic instruments, but in particular also for simulation applications or, more generally, for test applications.

Bei Test- und Simulations-Anwendungen in der Automobil-Industrie, im Maschinenbau und im Bereich der Luft-/Raumfahrt wird WT-Signalsynthese beispielsweise dafür verwendet, um Signale, insbesondere Strom- und Spannungsverläufe als Funktion physikalischer Größen (bspw. Temperatur, Drehzahl, Geschwindigkeit, Beschleunigung etc.) zu erzeugen, wobei diese Signale zum Beispiel den Sensor-Signalen im Wesentlichen gleichen, und als Eingangs-Signal von Reglern, von Signalverarbeitungs-Vorrichtungen etc. dienen können.In test and simulation applications in the automotive industry, in mechanical engineering and in aerospace, WT signal synthesis is used, for example, to generate signals, in particular current and voltage waveforms as a function of physical variables (eg temperature, rotational speed, Speed, acceleration, etc.), these signals being, for example, the sensor signals in the Substantially similar, and can serve as an input signal of controllers, signal processing devices, etc.

Eine WT kann neben der Erstellung mittels mathematischer Berechnung insbesondere auch mittels elektronischer Aufzeichnung von einer bekannten Signalquelle gewonnen werden, wobei sich gegebenenfalls im Anschluss an die Aufzeichnung des Signals eine Signalveränderung (z. B. Herausfiltern von Oberwellen oder von Störsignalen) anschließen kann, bevor die WT in der finalen Version gespeichert und für die Signalsynthese bereitgestellt wird.In addition to the preparation by means of mathematical calculation, a WT can also be obtained by means of electronic recording from a known signal source, optionally followed by a signal change (eg filtering out of harmonics or interference signals) following the recording of the signal WT is stored in the final version and provided for signal synthesis.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen HIL-Simulators, weist dieser eine oder mehrere via Software steuerbare Stromsenken (englisch: current sink), abgekürzt „CS”, auf. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des HIL-Simulators kann zumindest eine kombinierte Stromsenke-Stromquelle (englisch: current sink/source), abgekürzt „CSS die via Software steuerbar ist, umfassen.In accordance with a further preferred embodiment of the HIL simulator according to the invention, the latter has one or more current sinks (software: current sinks), abbreviated "CS". A further preferred embodiment of the HIL simulator can comprise at least one combined current sink current source, abbreviated to "CSS which can be controlled via software.

Der Stromwert, der durch die Stromsenken beeinflusst wird, kann je nach den Einstellungen mittels Konfigurations-Software wahlweise entweder konstant sein oder veränderlich sein. Insbesondere kann der Stromwert, der mittels Stromsenke beeinflusst wird, in Abhängigkeit eines Zeitwertes oder eines Winkelwertes oder sowohl des Zeitwerte als auch des Winkelwertes (beispielsweise Kurbelwellenwinkel oder Nockenwellenwinkel eines Verbrennungsmotors oder des Verbrennungsmotor-Modells) veränderbar sein, was in diesen Fällen bedeutet, dass folgende funktionale Abhängigkeiten vorliegen: a) Ics = Funktion (Zeit) oder b) Ics = Funktion (Winkel) oder c) Ics = Funktion (Zeit, Winkel). Vergleichbare funktionale Abhängigkeiten können auch für die kombinierte Stromsenke-Stromquelle vorliegen.The current value, which is affected by the current sinks, can either be either constant or variable, depending on the settings using the configuration software. In particular, the current value, which is influenced by current sink, depending on a time value or an angle value or both the time values and the angle value (for example, crankshaft angle or camshaft angle of an internal combustion engine or the internal combustion engine model) may be changeable, which means in these cases, the following functional dependencies exist: a) Ics = function (time) or b) Ics = function (angle) or c) Ics = function (time, angle). Comparable functional dependencies may also exist for the combined current sink power source.

Um höhere Stromwerte zu erzielen, kann es vorgesehen sein, mehrere Stromsenken im HIL-Simulator mittels der Zusammenfassungsvorrichtung zu verbinden. Die Zusammenfassungsvorrichtung des erfindungsgemäßen HIL-Simulators kann jedoch nicht nur dafür vorgesehen sein, Kanäle zum Zwecke der Addition der einzelnen Ströme einzelner Kanäle zusammenzufassen, sondern die Zusammenfassungsvorrichtung kann insbesondere auch zur Erzielung höherer Spannungen oder zur Erhöhung der sogenannten Busbreite, also zur Erhöhung der Anzahl der Datenpfade eines Busses, verwendet werden.In order to achieve higher current values, it may be provided to connect several current sinks in the HIL simulator by means of the summary device. However, the summary device of the HIL simulator according to the invention can not only be provided to summarize channels for the purpose of adding the individual streams of individual channels, but the summary device can in particular to achieve higher voltages or increase the so-called bus width, ie to increase the number of Data paths of a bus to be used.

Eine Spannungserhöhung kann insbesondere mittels der Zusammenfassungseinrichtung auf dem Wege der Reihenschaltung zweier einzelner Spannungsversorgungskanäle oder Signal-Kanäle erzielt werden. Eine Erhöhung der Busbreite eines parallelen Busses, der aus mindestens zwei einzelnen Buskanälen besteht, kann insbesondere mittels der Zusammenfassungseinrichtung erzielt werden, wobei diese mindestens zwei einzelnen Buskanäle nach deren Zusammenfassung parallel betrieben und bevorzugt miteinander synchronisiert werden.A voltage increase can be achieved in particular by means of the combining device by way of the series connection of two individual voltage supply channels or signal channels. An increase in the bus width of a parallel bus, which consists of at least two individual bus channels can be achieved in particular by means of the summary device, these at least two individual bus channels are operated in parallel after their summary and preferably synchronized with each other.

Aus unterschiedlichen Gründen ist in der Regel eine absolut symmetrische Belastung der einzelnen Kanäle eines zusammengesetzten Kanals nicht realisierbar bzw. nicht mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand bezüglich des schaltungstechnischen Aufwandes darstellbar oder in bestimmten Anwendungsfällen sogar ungewollt.For different reasons, an absolutely symmetrical loading of the individual channels of a composite channel is generally not feasible or not with economically justifiable effort in terms of circuit complexity representable or even unintentional in certain applications.

Beispielsweise kommt es in der Regel bei einem zusammengesetzten Signal-Kanal oder Stromversorgungskanal aus schaltungstechnischen Gründen zu einer unsymmetrischen Stromverteilung bezüglich der einzelnen Kanäle, die durch die genannte Zusammenfassungsvorrichtung miteinander verbunden sind.For example, in the case of a composite signal channel or power supply channel, for reasons of circuit technology there is usually an asymmetrical current distribution with regard to the individual channels, which are connected to one another by the said summarizing device.

Die Ursachen für diese Unsymmetrien können beispielsweise in den herstellungsbedingten Toleranzen bzw. Abweichungen der elektronischen Bauelemente liegen, die selbst bei identisch aufgebauten elektrischen Schaltungen der Kanäle in der Regel unvermeidbar sind. Anhand eines beispielhaften Falls, bei dem ein verbundener Kanal zwei Stromversorgungskanäle umfasst, soll nachfolgend verdeutlicht werden, wie eine unsymmetrische Belastung in der Steuerung bzw. Regelung der zum verbundenen Kanal zugehörigen beiden einzelnen Kanäle berücksichtigt werden kann.The causes of these asymmetries may be, for example, in the manufacturing tolerances or deviations of the electronic components, which are inevitable even with identically constructed electrical circuits of the channels in the rule. Based on an exemplary case in which a connected channel comprises two power supply channels, will be illustrated below, as an unbalanced load in the control or regulation of associated with the associated channel two individual channels can be considered.

Für diesen Beispielfall soll des Weiteren angenommen werden, dass jeder der beiden einzelnen Kanäle für eine maximale Stromstärke von 10 A dimensioniert ist. Ohne die Berücksichtigung der Unsymmetrie des verbundenen Kanals, würde sich für diesen eine maximale Stromstärke von 20 A ergeben.For this example case, it should further be assumed that each of the two individual channels is dimensioned for a maximum current of 10A. Without taking into account the unbalance of the connected channel, this would result in a maximum current of 20 A for it.

Die Berücksichtigung der Unsymmetrie erfordert aber eine Herabsetzung der maximalen Stromstärke des verbundenen Kanals. Je nach schaltungstechnischer Realisierung kann es angebracht sein, einen Abschlag von beispielsweise 1% bis 30%, bevorzugt 20% vorzusehen. Unter Berücksichtigung des bevorzugten Abschlages ergibt sich im Beispielfall, dass von den genannten 20 A ein Abzug von 20%, also von 4 A, erfolgt.However, considering the imbalance requires a reduction of the maximum current of the connected channel. Depending on the circuitry realization, it may be appropriate to use a Discount of, for example, 1% to 30%, preferably 20%. Taking into account the preferred discount results in the example case that of the said 20 A, a deduction of 20%, ie 4 A, takes place.

Damit ergibt sich für den verbundenen Kanal eine maximale Stromstärke von 16 A. Eine den einzelnen Kanälen bzw. dem verbundenen Kanal zugeordnete Stromsteuerung würde im geschilderten Fall bevorzugt automatisch sicherstellen, dass die Belastung des verbundenen Kanals die Grenze von 16 A nicht überschreitet.This results in a maximum current of 16 A for the connected channel. A power control associated with the individual channels or the connected channel would, in the case described, preferably automatically ensure that the load of the connected channel does not exceed the limit of 16 A.

Sollte es bei gleichen Randbedingungen bezüglich der einzelnen Kanäle erforderlich sein, einen Strom von 20 A bereitzustellen, dann müsste in vergleichbarer Weise, wie bereits geschildert, ein dritter einzelner Kanal zu dem verbundenen Kanal hinzugefügt werden.Should it be necessary to provide a current of 20 A under the same conditions with regard to the individual channels, then, as already described, then a third individual channel would have to be added to the connected channel.

In vergleichbarer Weise, wie die bereits beschriebenen verbundenen Signal-Kanäle oder Kanäle der Stromversorgungs-Einheit im HIL-Simulator eingesetzt werden, um flexibler die vom Anwender geforderten Stromwerte bereitstellen zu können, ist es gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen HIL-Simulators vorgesehen, zwei oder mehr einzelne Messkanäle einer Signal-Messkarte (SMB) zu einem verbundenen Messkanal zusammenzuschalten.In a comparable way as the already described connected signal channels or channels of the power supply unit are used in the HIL simulator in order to be able to provide the user-required current values more flexibly, it is provided according to a further preferred embodiment of the HIL simulator according to the invention, connect two or more individual measurement channels of a Signal Measurement Card (SMB) to a connected measurement channel.

Ein verbundener Messkanal zur Strommessung, der beispielsweise zwei parallel geschaltete einzelne Strommessungskanäle umfasst, kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, um höhere Ströme zu messen, als diejenigen die ein einzelner Strommesskanal gemäß seines schaltungstechnischen Aufbaus bzw. seiner Dimension in der Lage wäre, zu messen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen HIL-Simulators, weist dieser zumindest eine Schalterkarte auf, deren Kanäle insbesondere die Aufgabe haben, zumindest eine Strom- bzw. Spannungs-Quelle, die mit einem der Kanäle verbindbar ist, mit zumindest einem Verbraucher bzw. einer elektrischen Last zu verbinden oder diesen Verbraucher bzw. diese elektrische Last von der Strom- bzw. Spannungsquelle zu trennen.For example, a connected current sense measurement channel, which includes two individual current sense channels connected in parallel, may be configured to measure higher currents than those which a single current sense channel would be able to measure in accordance with its circuitry design and dimension. According to a further preferred embodiment of the HIL simulator according to the invention, the latter has at least one switch card whose channels have in particular the task of having at least one current or voltage source which can be connected to one of the channels with at least one consumer or one connect electrical load or separate this consumer or this electrical load from the power source or voltage source.

Derartige Kanäle können bevorzugt auf der Schalterkarte parallel-geschaltet betrieben werden, womit ein verbundener Kanal zum Schalten, umfassend zwei oder mehr einzelne Kanäle zum Schalten, realisierbar ist. Mittels dieser Parallelschaltung ist es insbesondere ermöglicht, höhere Ströme zu schalten, als es ohne diese Parallelschaltung ermöglicht bzw. zulässig wäre.Such channels can preferably be operated in parallel on the switch card, whereby a connected channel for switching, comprising two or more individual channels for switching, can be realized. By means of this parallel connection, it is possible, in particular, to switch higher currents than would be possible or permissible without this parallel connection.

Multi-Prozessor-Systeme, abgekürzt MP-Systeme, sind für den Einsatz als Rechnereinheiten bei HIL-Simulatoren seit vielen Jahren üblich, um sowohl die Rechenleistung als auch die I/O-Leistung zu skalieren.Multi-processor systems, abbreviated to MP systems, have been common for use as computer units in HIL simulators for many years in order to scale both the computing power and the I / O performance.

Bekannt ist, dass üblicherweise die Aufteilung der Rechenprozesse auf mehrere Prozessoren die Rechenleistung im Vergleich zur Berechnung auf einem Prozessor der gleichen Kategorie steigert.It is known that usually the division of the computing processes into several processors increases the computing power in comparison to the calculation on a processor of the same category.

Es kann auch vorgesehen sein, dass jeder der Prozessoren unabhängig über kurze, latenzarme und breitbandige Verbindungen auf seine angeschlossene I/O zugreifen kann. Dabei ist die für MP-Systeme typische klare Trennung der Prozessoren besonders vorteilhaft: Wesentliche Ressourcen der Prozessoren, wie Cache und Interrupt-Controller, werden beispielsweise nicht gemeinsam genutzt, was bei einer zu großen Anzahl von I/O-Zugriffen limitierend wirkt.It can also be provided that each of the processors can access its connected I / O independently via short, low-latency and broadband connections. The clear separation of the processors which is typical for MP systems is particularly advantageous here: essential resources of the processors, such as cache and interrupt controllers, are not shared, for example, which has a limiting effect if the number of I / O accesses is too large.

Hinzu kommt die mit MP-Systemen mögliche Modularität. Beispielsweise können Testsysteme für einzelne Steuergeräte oder Fahrzeugdomänen zu Verbundsimulatoren zusammengeschaltet werden. Die für die Gesamtleistungsfähigkeit wichtige Kommunikation zwischen den Prozessoren innerhalb eines HIL-Simulators oder innerhalb eines Verbundsimulators, der mehrere vernetzte HIL-Simulatoren umfasst, erfolgt über spezielle Bus-Verbindungen.Added to this is the modularity possible with MP systems. For example, test systems for individual control units or vehicle domains can be interconnected to composite simulators. The overall performance-critical communication between the processors within an HIL simulator or within a composite simulator comprising multiple networked HIL simulators is through dedicated bus connections.

Die Konfiguration der Kommunikation erfolgt bevorzugt innerhalb der Simulation mit MP-Erweiterungen des Softwaremodells, ebenso die Aufteilung des Gesamtmodells und die Verteilung der Tasks auf die einzelnen Prozessoren.The configuration of the communication preferably takes place within the simulation with MP extensions of the software model, as well as the distribution of the overall model and the distribution of the tasks to the individual processors.

Um eine optimale Gesamtleistung zu erhalten, kann bevorzugt für jedes der einzelnen Modelle u. a. die Simulationsschrittweite, der Integrationsalgorithmus und Trigger-Bedingungen individuell eingestellt werden.In order to obtain optimal overall performance, it may be preferable for each of the individual models u. a. the simulation step size, the integration algorithm and trigger conditions are set individually.

Eine vergleichweise Herangehensweise ist auch auf Multi-Core-Prozessor-Boards, abgekürzt MC-Prozessor-Boards anwendbar, deren einzelne Prozessor-Kerne (Cores) intern über sehr schnelle Verbindungen, beispielsweise über einen gemeinsam genutzten Speicher, Daten austauschen können. Der Anwender kann so die einzelnen Prozessor-Kerne eines Multi-Core-Prozessors wie die Prozessoren in einem Multiprozessorsystem verbinden und auch nahtlos mehrere dieser Systeme untereinander koppeln. Zusätzlich können MP-Systeme auch gemischt aus Multi-Core-Prozessoren und Single-Core-Prozessoren bestehen.A similar approach is also applicable to multi-core processor boards, abbreviated MC processor boards, whose individual processor cores can internally exchange data over very fast connections, for example via a shared memory. The user can so the individual processor cores of a multi-core processor connect the processors in a multiprocessor system and also seamlessly couple several of these systems together. In addition, MP systems can also consist of mixed multi-core processors and single-core processors.

Für die Kommunikation zwischen mehreren Prozessorboards werden üblicherweise Bus-Verbindungen verwendet. Der Datenaustausch zwischen Tasks auf unterschiedlichen Prozessor-Kernen oder unterschiedlichen Prozessor-Boards wird vom Anwender mit speziellen Simulationsblöcken konfiguriert.For communication between multiple processor boards usually bus connections are used. The data exchange between tasks on different processor cores or different processor boards is configured by the user with special simulation blocks.

Die Programmierschnittstelle der Simulationsblöcke ist häufig einheitlich, auch wenn die unterlagerte Kommunikation üblicherweise physikalisch unterschiedlich realisiert ist, insbesondere bezüglich der prozessorinternen Kommunikation innerhalb der Multi-Core-Prozessoren einerseits und der Bus-Verbindungen zwischen Prozessor-Boards andererseits.The programming interface of the simulation blocks is often uniform, even if the subordinate communication is usually realized physically different, in particular with respect to the internal processor communication within the multi-core processors on the one hand and the bus connections between processor boards on the other hand.

Damit wird eine Durchgängigkeit bei der Skalierung der Rechenleistung für MC- und MP-Systeme erreicht. Für MC-Prozessoren ist typisch, dass die Leistungsfähigkeit der gemeinsamen I/O-Schnittstelle nicht im gleichen Maß ansteigt wie die Rechenleistung. Dies kann bei Echtzeitsimulationen mit sehr vielen I/O-Zugriffen zu Einbußen bei der Performance der Rechnereinheit führen. Deshalb bleiben MP-Systeme wegen ihrer klaren Trennung der Prozessor-Ressourcen bei manchen I/O-intensiven Anwendungen den MC-Prozessoren häufig überlegen.This achieves consistency in the scaling of the computing power for MC and MP systems. For MC processors, it is typical that the performance of the common I / O interface does not increase to the same extent as the computational power. In the case of real-time simulations with a large number of I / O accesses, this can lead to losses in the performance of the computer unit. Because of their clear separation of processor resources, MP systems are often superior to MC processors in some I / O-intensive applications.

Dennoch sind für viele rechenintensive Echtzeitsimulationen, insbesondere auch für solche, bei denen eine vergleichsweise hohe Datenaustausch-Geschwindigkeit zwischen der Rechnereinheit und der bzw. den I/O-Karte bzw. I/O-Karten gefordert wird, MC-Systeme vorteilhaft einsetzbar.Nevertheless, MC systems can advantageously be used for many computation-intensive real-time simulations, in particular also for those in which a comparatively high data exchange rate between the computer unit and the I / O card or I / O cards is required.

Eine Besonderheit stellt das synchrone Multitasking in einem MC-Prozessor dar. Dabei wird nicht vom Anwender vorgegeben welcher Prozessor-Kern (Core) welche Aufgabe erledigen soll, sondern eine üblicherweise im Prozessor integrierte interne Planungseinheit, oft als Scheduler bezeichnet, verteilt selbstständig die Rechenlast auf die einzelnen Prozessor-Kerne. Diese Herangehensweise hat den Vorteil, dass das Simulationsmodell nicht vom Anwender für die Berechnung auf mehreren Prozessor-Kernen aufgeteilt werden muss.A special feature is the synchronous multitasking in an MC processor. It is not specified by the user which processor core should perform which task, but an internal planning unit usually integrated in the processor, often referred to as a scheduler, autonomously distributes the computational load the individual processor cores. This approach has the advantage that the simulation model does not need to be split by the user for calculation on multiple processor cores.

Die einzelnen Prozessor-Kerne eines MC-Systems lassen sich auch für gänzlich unterschiedliche Aufgaben nutzen. So kann beispielsweise ein Prozessor-Kern dazu bestimmt werden nur die Kommunikation des HIL-Simulators mit dem Host-System zu bearbeiten, und die restlichen Prozessor-Kerne ausschließlich für die Berechnung des Simulationsmodells zur Verfügung stehen.The individual processor cores of an MC system can also be used for completely different tasks. For example, a processor core may be designated to process only the communication of the HIL simulator with the host system, and the remaining processor cores may be available only for the simulation model calculation.

Dies hat den Vorteil, dass die Berechnungszeit des Simulationsmodells, welche bei Echtzeitberechnungen kritisch ist, nicht oder nur unwesentlich durch die Kommunikation mit dem Host beeinflusst wird.This has the advantage that the calculation time of the simulation model, which is critical in real-time calculations, is not or only insignificantly influenced by the communication with the host.

Auch ist es möglich auf den Prozessor-Kernen eines MC- oder MP-Systems unterschiedliche Betriebssysteme laufen zu lassen. So kann beispielsweise in einem MP-System auf einem Prozessor die Host-System-Software laufen und auf einem anderen Prozessor ein Echtzeitbetriebssystem und die Berechnung des Simulationsmodells, insbesondere des Umgebungsmodells.It is also possible to run different operating systems on the processor cores of an MC or MP system. For example, in one MP system on one processor, the host system software can run and on another processor a real-time operating system and the calculation of the simulation model, in particular the environment model.

Diese Aufteilung ist bei MC-Systemen auch auf die einzelnen Prozessor-Kerne eines Prozessors anwendbar. So kann in einem Prozessor mit zwei Prozessor-Kernen auf einem Prozessor-Kern das Host-System arbeiten und auf dem anderen Prozessor-Kern ein Echtzeitbetriebssystem.This distribution is also applicable to the individual processor cores of a processor in MC systems. Thus, in a processor with two processor cores on one processor core, the host system can operate and on the other processor core a real-time operating system.

Auf einem Prozessor mit mehr Prozessor-Kernen können mehrere unterschiedliche Betriebssysteme je einem Prozessor-Kern zugeordnet sein oder aber einem Betriebssystem werden mehrere Prozessor-Kerne zugewiesen auf die das Betriebssystem seine Arbeitslast verteilen kann. Falls beispielsweise die Rechnereinheit des HIL-Simulators einem MC-Prozessor aufweist, bei dem zumindest ein Prozessor-Kern (Core) für die Ausführung der Host-Systemsoftware unter einem Standard-Betriebssystem, wie beispielsweise Microsoft Windows 7, vorgesehen ist, und zumindest ein weiterer Prozessor-Kern die Echtzeit-Anwendungsprogramme unter einem Echtzeitbetriebssystem ausführt, kann dies einen separaten Host-Rechner, der bisher üblicherweise für die Bedienung des Echtzeitrechners eingesetzt wurde, überflüssig machen.On a processor with more processor cores, several different operating systems may each be assigned to one processor core, or an operating system may be assigned multiple processor cores to which the operating system can distribute its workload. If, for example, the computing unit of the HIL simulator comprises an MC processor in which at least one processor core for the execution of the host system software under a standard operating system, such as Microsoft Windows 7, is provided, and at least one further Processor core executing real-time application programs under a real-time operating system, this can make a separate host computer, which was previously commonly used for the operation of the real-time computer, superfluous.

Es lassen sich die gebräuchlichen Arten der Arbeitsverteilung unter den Prozessor-Kernen eines MC-Prozessors folgendermaßen einteilen: Asymmetrisches Multiprocessing (AMP) – Auf jedem Prozessor-Kern läuft ein separates Betriebssystem, abgekürzt OS (operating system), oder eine separate Installation desselben OS.The common types of work distribution among the processor cores of an MC processor can be classified as follows: Asymmetric multiprocessing (AMP) - Each processor core runs a separate operating system, abbreviated OS (operating system), or a separate installation of the same OS.

Typischerweise ist dabei jeder Software-Prozess an einen einzelnen Prozessor-Kern gebunden. Symmetrisches Multiprocessing (SMP) – Ein einziges OS betreibt alle Prozessor-Kerne gleichzeitig. Das OS kann dynamisch jeden Prozess auf jedem verfügbaren Prozessor-Kern laufen lassen und ermöglicht damit eine volle Auslastung aller Prozessor-Kerne. Gebündeltes Multiprocessing (BMP) – Ähnlich dem SMP, betreibt auch hier ein einziges OS alle Prozessor-Kerne gleichzeitig, allerdings können hierbei einzelne Prozesse auf einen bestimmten Prozessor-Kern beschränkt werden. Typically, each software process is tied to a single processor core. Symmetric Multiprocessing (SMP) - A single OS operates all processor cores simultaneously. The OS can dynamically run any process on any available processor core, allowing full utilization of all processor cores. Bundled Multiprocessing (BMP) - Similar to the SMP, a single OS also operates all processor cores simultaneously, but it can limit individual processes to a specific processor core.

AMP bietet eine bessere Kompatibilität mit Altcode, wobei SMP mehr Parallelität und ein einfacheres Ressourcenmanagement liefert. BMP kombiniert das Beste aus beiden Methoden. Genau wie bei SMP hat eine einzige OS-Installation den „Überblick” über alle Systemressourcen. Allerdings geht BMP noch einen Schritt weiter, indem es Entwicklern die Eingrenzung von Prozessen und den damit verbundenen Threads auf einen bestimmten Prozessor-Kern gestattet.AMP provides better compatibility with legacy code, with SMP providing more concurrency and resource management. BMP combines the best of both methods. Just like with SMP, a single OS installation has the "overview" of all system resources. However, BMP goes one step further by allowing developers to limit processes and their threads to a specific core processor.

Dieser Ansatz erlaubt die Nutzung älterer Applikations-Software ohne vergleichsweise hohe Aufwände für die Modifikationen dieser älteren Applikations-Software für die Anpassung an eine Multi-Core-Umgebung investieren zu müssen. Dieser Ansatz erlaubt außerdem neueren Applikationen, alle Vorteile des parallelen Processing und des dynamischen Load-Balancing durch Multi-Core-Hardware zu nutzen.This approach allows the use of legacy application software without the need to invest a relatively large amount of time to modify this legacy application software to adapt to a multi-core environment. This approach also allows newer applications to take full advantage of parallel processing and dynamic load balancing through multi-core hardware.

Bei einem MP-System lassen sich auch Prozessoren mit unterschiedlicher Architektur miteinander verbinden. Beispielsweise können in diesem Zusammenhang die sogenannten x86-, die PowerPC- und die MIPS-Architekturen genannt werden. Da einige Berechnungsaufgaben auf unterschiedlichen Prozessorarchitekturen unterschiedlich effizient ausführbar sind, ist es deshalb möglich, ein Verfahren auf dem MP-System zu implementieren, dass dem/den jeweils geeignetsten Prozessor/en die jeweiligen Berechnungsaufgaben zuweist, was zu einer Performance-Steigerung des HIL-Simulators führen kann.An MP system can also be used to connect processors with different architectures. For example, the so-called x86, PowerPC and MIPS architectures may be mentioned in this context. Since some computational tasks can be executed with different efficiency on different processor architectures, it is therefore possible to implement a method on the MP system that assigns the respectively most suitable processor (s) to the respective computation tasks, which leads to a performance increase of the HIL simulator can lead.

Einzelne weiterführende Informationen zu MP- und MC-Systemen finden sich in der Zeitschrift ATZ Elektronik ( Himmler, A., ”Modular, Scalable Hardware-in-the-loop Systems,” ATZelektronik worldwide 5 (2): 36–39, 2010 ).Detailed information on MP and MC systems can be found in ATZ Elektronik ( Himmler, A., "Modular, Scalable Hardware-in-the-Loop Systems," ATZelektronik worldwide 5 (2): 36-39, 2010 ).

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Anschluss von sogenannten Echtlasten und Ersatzlasten, welche nur die elektrischen Charakteristiken einer Echtlast simulieren, vorgesehen.In a further embodiment of the invention, the connection of so-called real loads and equivalent loads, which simulate only the electrical characteristics of a real load, is provided.

Als Echtlast wird häufig ein elektrisches oder elektromechanisches Modul, beispielsweise ein Sensor oder ein Elektromotor, bezeichnet, wobei dieses Modul im späteren Einsatzgebiet eines Steuergerätes ECU, an dieses angeschlossen wird, um beispielsweise Sensorsignale an das Steuergerät zu übertragen oder als von dem Steuergerät beeinflusster Aktor zu fungieren.As real load is often an electrical or electromechanical module, for example, a sensor or an electric motor, referred to, this module is in the later field of application of a control unit ECU, connected to this, for example, to transmit sensor signals to the controller or as influenced by the controller actuator act.

Eine Ersatzlast ist häufig ebenfalls ein elektrisches oder elektromechanisches Modul, beispielsweise ein Elektromagnet oder ein verstellbarer bzw. nicht-verstellbarer ohmscher Widerstand oder ein Kondensator oder eine elektrische Schaltungsaufbau umfassend Widerstände, Kondensatoren und/oder Spulen, der in einer für die Simulation wesentlichen, insbesondere elektrischen, Eigenschaft einer korrespondierenden Echtlast nahe kommt. Beispielsweise kann zu Simulationszwecken ein ohmscher Widerstand, der als Ersatzlast fungiert, einem Sensor (Echtlast) ersetzen.A substitute load is often also an electrical or electromechanical module, for example an electromagnet or an adjustable or non-adjustable ohmic resistor or a capacitor or an electrical circuit structure comprising resistors, capacitors and / or coils, which are essential in a simulation, in particular electrical , Property of a corresponding real load comes close. For example, for simulation purposes, an ohmic resistor acting as a surrogate load can replace a sensor (real load).

Für Simulationen werden Echtlasten oder Ersatzlasten häufig dann verwendet, wenn deren mathematische Modellierung zu aufwändig ist oder ein mathematisches Modell der Echtlast bzw. Ersatzlast nicht ausreichend genug mit deren Verhalten in der Wechselwirkung mit einem Steuergerät ECU übereinstimmt.For simulations, real or equivalent loads are often used when their mathematical modeling is too costly or a mathematical model of real or spare load does not sufficiently match their behavior in interaction with a ECU.

Echtlasten werden vorzugsweise extern an den HIL-Simulator angeschlossen, da hier insbesondere die räumliche Begrenzung durch das Gehäuse bzw. die Einschübe oder Schubladen des HIL-Simulator nicht beachtet werden muss. Beispielsweise sind räumlich große Echtlasten, wie insbesondere große Elektromotoren, extern an den HIL-Simulator anschließbar. Wenn die räumliche Ausdehnung der Echtlasten oder Ersatzlasten es zulassen, können diese alternativ auch innerhalb des HIL-Simulators, insbesondere auch innerhalb einer Verdrahtungsschublade eines HIL-Simulators angeordnet sein.Real loads are preferably connected externally to the HIL simulator, since in particular the spatial limitation through the housing or the slots or drawers of the HIL simulator need not be considered. For example, spatially large real loads, in particular large electric motors, can be externally connected to the HIL simulator. If the spatial extent of the real loads or equivalent loads allow, they can alternatively also be arranged within the HIL simulator, in particular also within a wiring drawer of an HIL simulator.

Echtlasten werden bevorzugt an den HIL-Simulator und nicht direkt an das zu testende Steuergerät. ECU angeschlossen, um die Fehlersimulation (siehe Textabschnitt zu FIU und FRU) auch bei Echtlasten ausführen zu können. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind austauschbaren Lastschubladen für den HIL-Simulator vorgesehen, in denen sich beispielsweise alle Ersatz- und Echtlasten für den Test unterschiedlicher Steuergeräte befinden.Real loads are preferred to the HIL simulator and not directly to the ECU to be tested. ECU connected in order to be able to carry out the error simulation (see text section on FIU and FRU) even under real load. In a further embodiment of the invention replaceable load drawers are provided for the HIL simulator, in which, for example, all replacement and real loads for the test of different control devices are.

Soweit für den Test unterschiedlicher Steuergeräte eine Last-Anpassung am HIL-Simulator überhaupt vorgenommen werden muss, kann diese Anpassung also bevorzugt mittels Austausch einer Lastschublade des HIL-Simulators erfolgen. If a load adaptation on the HIL simulator has to be made at all for the test of different control devices, this adaptation can therefore preferably take place by replacing a load drawer of the HIL simulator.

Zusätzlich kann ein HIL-Simulator sogenannte Break-Out-Boxen und/oder sogenannte Lastkarten mit Ersatzlasten aufweisen, die nicht bei Variantenwechsel eines Steuergerätes gewechselt werden müssen.In addition, an HIL simulator may have so-called break-out boxes and / or so-called load cards with equivalent loads that do not have to be changed when changing the variant of a control unit.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind einzelne Einheiten bzw. Module des HIL-Simulators als Schubladen ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich der Simulator schnell auf unterschiedliche Anforderungen umrüsten.In an advantageous embodiment, individual units or modules of the HIL simulator are designed as drawers. In this way, the simulator can be quickly converted to different requirements.

Beispielsweise können Verdrahtungselemente der Verdrahtung des Simulators innerhalb einer Schublade angeordnet sein. Auf diese Weise ist insbesondere bei einer Anpassung der internen Verdrahtung lediglich der Austausch vorbereiteter Schubladen notwendig und keine einzelne Änderung vieler Kabel.For example, wiring elements of the wiring of the simulator may be arranged within a drawer. In this way, especially with an adaptation of the internal wiring only the exchange of prepared drawers is necessary and not a single change of many cables.

Dies bedeutet einen enormen Zeitgewinn bei der Anpassung des Simulators an neue Anforderungen wie beispielsweise den Test eines anderen Steuergeräts. Derartige austauschbare Schubladen, die innerhalb des Simulatorgehäuses angeordnet werden können und Verdrahtungselemente der Verdrahtung des HIL-Simulators umfassen, werden im weiteren Text als „Verdrahtungs-Schublade” bezeichnet.This saves a tremendous amount of time in adapting the simulator to new requirements, such as testing another ECU. Such replaceable drawers, which may be located within the simulator housing and include wiring elements of the HIL simulator wiring, will be referred to as "wiring drawer" hereafter.

An den Außenseiten und/oder Innenseiten der Verdrahtungs-Schubladen können sich Anschlüsse (Anschluss-Buchsen und/oder Anschluss-Stecker) für spezielle externe Hardware, also insbesondere periphere externe Lasten oder beispielsweise Steuergeräte, die an den HIL-Simulator angeschließbar sind, befinden.On the outer sides and / or inner sides of the wiring drawers, connections (connection sockets and / or connection plugs) for special external hardware, so in particular peripheral external loads or, for example, control devices that can be connected to the HIL simulator can be located.

Um die Anschlussmöglichkeiten für spezielle Hardware zu schaffen oder zu ändern ist lediglich der Austausch vorbereiteter, an die oben genannte spezielle Hardware angepasste, Schubladen notwendig.In order to create or change the connectivity for special hardware, it is only necessary to exchange prepared drawers adapted to the specific hardware mentioned above.

Echtlasten können ebenfalls in Schubladen eingebaut sein. Beim Austausch von Echtlasten eines, wie beispielsweise Drosselklappen eines Verbrennungsmotors ist lediglich der Austausch vorbereiteter Schubladen notwendig und keine einzelne Änderung vieler Anschlüsse.Real loads can also be built into drawers. When replacing real loads of one, such as throttle valves of an internal combustion engine, only the replacement of prepared drawers is necessary and not a single change of many connections.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung einer Verdrahtungsschublade für den HIL-Simulator sind also insbesondere die Verdrahtungsanpassungen an die Echtlasten innerhalb der zugehörigen Schublade vorgesehen und folglich eine Verdrahtungsänderung außerhalb dieser Schublade nach einem Schubladen-Austausch in der Regel überflüssig oder zumindest weniger umfangreich als es ohne eine derartige Verdrahtungsschublade wäre.According to an advantageous embodiment of a wiring drawer for the HIL simulator so in particular the wiring adjustments to the real loads within the associated drawer are provided and consequently a wiring change outside this drawer after a drawer replacement usually superfluous or at least less extensive than without such a wiring drawer would.

Zum Test der korrekten bzw. gewünschten Funktion von Steuergeräten beim Auftreten von elektrischen Fehlern, werden diese Fehler vorzugsweise in die Simulation einbezogen.To test the correct or desired function of control units when electrical faults occur, these faults are preferably included in the simulation.

Zu diesem Zweck werden beispielsweise elektrische Eingänge oder Ausgänge eines Steuergerätes ECU mittels eines HIL-Simulators 1 mit dem Massepotential, abgekürzt GND, oder einem Versorgungsspannungsanschluss POT oder anderen Eingängen oder Ausgängen des Steuergerätes oder des HIL-Simulators kurzgeschlossen.For this purpose, for example, electrical inputs or outputs of a control unit ECU by means of an HIL simulator 1 short-circuited to the ground potential, abbreviated GND, or to a supply voltage terminal POT or other inputs or outputs of the control unit or the HIL simulator.

Gemäß einer weiteren vorteilhafte Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen HIL-Simulators 1 umfasst dieser, wie in 3 in vereinfachter Form schematisch dargestellt, eine Kombination aus zumindest einer sogenannten Fehler-Weiterleitungseinrichtung FRU, die in 3 als gestrichelte Boxen innerhalb der beiden I/O-Karten (abgekürzt: I/O-Bs) dargestellt sind, zumindest einer Sammelschiene FR, sowie zumindest einer Fehlereinbringungseinheit FIU.According to a further advantageous embodiment of the HIL simulator according to the invention 1 includes this as in 3 schematically illustrated in a simplified form, a combination of at least one so-called error forwarding device FRU, the in 3 are shown as dashed boxes within the two I / O cards (abbreviated: I / O-Bs), at least one busbar FR, and at least one fault introduction unit FIU.

Des Weiteren kann in dieser beispielhaften Ausgestaltung des HIL-Simulators 1 gemäß 3 die Fehlereinbringungseinheit FIU mit zumindest einer Schalterkarte, auch als PSB bezeichnet, verbunden sein, wobei es alternativ auch vorgesehen sein kann, dass die Schalterkarte und die Fehlereinbringungseinheit in einem Bauteil, insbesondere innerhalb einer Karte, vereinigt sind. Bevorzugt sind die Schaltzustände der Schalter des Ausführungsbeispiels gemäß 3, die insbesondere als Halbleiterschalter (z. B. Transistoren) oder als Relais-Bauelemente ausgeführt sein können, von einer oder mehreren Rechnereinheiten CN (in 3 nicht dargestellt) und/oder von Mikroprozessoren bzw. FPGA-Bauelementen (in 3 nicht dargestellt) auf den Eingabe/Ausgabe-Karten, auch I/O-Karten I/O-Bs genannt, des HIL-Simulators 1 steuerbar.Furthermore, in this exemplary embodiment of the HIL simulator 1 according to 3 the fault introduction unit FIU be connected to at least one switch card, also referred to as PSB, wherein it can alternatively also be provided that the switch card and the fault insertion unit in a component, in particular within a map, are united. Preferably, the switching states of the switches of the embodiment according to 3 , which may be embodied in particular as a semiconductor switch (for example transistors) or as relay components, of one or more computer units CN (in 3 not shown) and / or of microprocessors or FPGA components (in 3 not shown) on the input / output boards, also called I / O boards I / O-Bs, of the HIL simulator 1 controllable.

3 zeigt schematisch ein vereinfacht dargestelltes zu testendes Steuergerät ECU, welches über mehrere Steuergerät-Anschlüsse E1, E2, E3, E4 mit I/O-Karten des HIL-Simulators verbunden ist. 3 schematically shows a simplified illustrated to be tested ECU ECU, which is connected via a plurality of controller terminals E1, E2, E3, E4 with I / O cards of the HIL simulator.

Der Steuergerät-Anschluss E6 ist mit dem Massepotential GND einer Spannungsversorgung BAT, die insbesondere gesteuertes Netzteil oder als Batterie ausgeführt sein kann, verbunden. Der Steuergerätanschluss E5 ist mit dem Versorgungsspannungsanschluss POT der Spannungsversorgung BAT verbunden. Der Schalter S7, der bevorzugt auf einer Schalterkarte, auch PSB genannt, angeordnet ist, stellt in seiner zweiten Schalterstellung eine Verbindung von den Schaltern S2, S3, S5, S6 zum Massepotential GND und damit auch zu E6 her.The controller terminal E6 is connected to the ground potential GND of a power supply BAT, which may be designed in particular controlled power supply or as a battery. The control unit connection E5 is connected to the supply voltage connection POT of the power supply BAT. The switch S7, which is preferably arranged on a switch card, also called PSB, establishes in its second switch position a connection from the switches S2, S3, S5, S6 to the ground potential GND and thus also to E6.

In der ersten Schalterstellung des Schalters S7 wird eine Verbindung von den Schaltern S2, S3, S5, S6 zum Versorgungsspannungsanschluss POT und damit auch zu E5 hergestellt.In the first switch position of the switch S7, a connection is established by the switches S2, S3, S5, S6 to the supply voltage connection POT and thus also to E5.

Zu den I/O-Karten, auch als I/O-Bs bezeichnet, des HIL-Simulators 1 zählen insbesondere die Signal-Erzeugungskarte SGB und die Signal-Messkarte SMB sowie weitere Karten, die den HIL-Simulator in die Lage versetzen, Signale mit dem angeschlossenen Steuergerät ECU auszutauschen.To the I / O cards, also referred to as I / O-Bs, of the HIL simulator 1 In particular, the signal generation board SGB and the signal measurement board SMB, as well as other maps, enable the HIL simulator to exchange signals with the connected ECU ECU.

Die Signale können dabei bevorzugt nicht nur mittels elektrischer Leitungen sondern streckenweise insbesondere auch unter Zuhilfenahme von Lichtwellenleitern übertragen werden.The signals can preferably be transmitted not only by means of electrical lines but also in particular with the aid of optical waveguides.

In eine I/O-Karte der oben beschriebenen Art kann eine Fehler-Weiterleitungseinrichtung (englisch: failure routing unit), abgekürzt als FRU, eingebaut sein. Mit der Fehler-Weiterleitungseinrichtung FRU kann der Stromkreis, der beispielshaft in 3 von den Steuergerät-Anschlüssen E1 und E2 bzw. E3 und E4 ausgeht, auf eine Sammelschiene FR umgeleitet werden. Die von den Steuergerät-Anschlüssen E1 und E2 des Steuergerätes ECU zum oberen dargestellten I/O-B geführten Kanäle KE1, KE2 bilden bei geschlossenem ersten Schalter S21 und geöffneten zweitem und drittem Schalter S20, S22 einen Stromkreis durch eine I/O-Funktionseinheit IOFU1, die bevorzugt ein Element aus der Steuergeräte-Umgebung, beispielsweise einen Sensor oder einen Widerstand, simuliert.In an I / O card of the type described above, a failure routing unit (abbreviated as FRU) may be installed. With the error forwarding device FRU, the circuit, the example in 3 From the ECU terminals E1 and E2 or E3 and E4 emanates, be redirected to a busbar FR. The channels KE1, KE2 guided by the control unit terminals E1 and E2 of the control unit ECU to the upper illustrated I / OB form, with the first switch S21 closed and the second and third switches S20, S22 open, a circuit through an I / O functional unit IOFU1 which preferably simulates an element of the ECU environment, such as a sensor or a resistor.

In vergleichbarer Weise ist die Verbindung von E3 und E4 zur unteren I/O-Karte I/O-B gemäß 3 aufgebaut und kann E3 sowie E4 einer zweiten I/O-Funktionseinheit IOFU2 zugeordnet werden. Aus 3 geht hervor, dass mittels der Schalter S20 und S22 der oberen Fehler-Weiterleitungseinrichtung FRU eine Verbindung zu einer ersten Doppel-Ader-Leitung FR1 herstellbar ist. In vergleichbarer Weise sind die Schalter S30 und S32 zur zweiten Doppel-Ader-Leitung FR2 zugeordnet.Similarly, the connection from E3 and E4 to the lower I / O card I / OB is according to 3 and E3 and E4 can be assigned to a second I / O functional unit IOFU2. Out 3 shows that by means of the switches S20 and S22 of the upper fault relay FRU a connection to a first double-core line FR1 can be produced. Similarly, switches S30 and S32 are associated with the second double-core line FR2.

Die elektrisch leitenden Adern FR11, FR12, FR21, FR22 sind voneinander elektrisch isoliert. Sie sind vorzugsweise als Leiterbahnen auf einer Karte oder als flexible bzw. starre Kabel realisiert.The electrically conductive wires FR11, FR12, FR21, FR22 are electrically insulated from each other. They are preferably realized as printed conductors on a card or as flexible or rigid cables.

Die Sammelschiene FR umfasst bevorzugt mindestens zwei Doppel-Ader-Leitungen FR1 und FR2. Eine Fehler-Weiterleitungseinrichtung FRU einer I/O-Karte I/O-B besteht vorzugsweise aus drei Schaltern, in 3 mit S20, S21, S22 bzw. mit S30, S31, S32 bezeichnet.The busbar FR preferably comprises at least two double-core lines FR1 and FR2. An error forwarding device FRU of an I / O card I / OB preferably consists of three switches, in 3 denoted S20, S21, S22 and S30, S31, S32, respectively.

Ein erster Schalter S21 dient der Unterbrechung des ursprünglichen Stromkreises. Dieser erste Schalter S21 wird bevorzugt als Relais ausgeführt. Die Ausführung als Relais bewirkt, dass die unterbrochene Leitung ein freies Potential hat, eine Ausführung als Halbleiterschalter würde hingegen auch im geöffneten Zustand eine in der Regel ungewollte kapazitive Kopplung der getrennten Leitungen ermöglichen.A first switch S21 is used to interrupt the original circuit. This first switch S21 is preferably designed as a relay. The design as a relay causes the broken line has a free potential, a version as a semiconductor switch, however, would allow a normally unwanted capacitive coupling of the separate lines in the open state.

Ausgehend vom Steuergerät-Anschluss E1 in 3 ist ein zweiter Schalter S20 vor dem ersten Schalter S21 angeordnet, und ein dritter Schalter S22 ist hinter dem ersten Schalter S21 angeordnet. Über den zweiten Schalter S20 und den dritten Schalter S22 kann der Strom auf jeweils eine Ader der Sammelschiene FR umgeleitet werden.Starting from the ECU connection E1 in 3 For example, a second switch S20 is disposed before the first switch S21, and a third switch S22 is disposed behind the first switch S21. Via the second switch S20 and the third switch S22, the current can be diverted to a respective one wire of the busbar FR.

In dem Beispiel gemäß 3 besteht die Sammelschiene FR aus zwei elektrischen Doppel-Ader-Leitungen FR1 bzw. FR2. Bevorzugt weisen die voneinander elektrisch isolierten Adern FR11 und FR12, die der Doppel-Ader-Leitung FR1 zugeordnet sind, andere elektrische Eigenschaften auf, als die weiteren elektrisch isolierten Adern FR21 und FR22, die der Doppel-Ader-Leitung FR2 zugeordnet sind.In the example according to 3 the busbar FR consists of two electrical double-wire lines FR1 and FR2. Preferably, the electrically insulated wires FR11 and FR12 associated with the double-core line FR1 have different electrical characteristics than the other electrically insulated wires FR21 and FR22 associated with the double-wire line FR2.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die elektrischen Eigenschaften der Sammelschiene FR bzw. der Doppel-Ader-Leitungen FR1 und FR2 bzw. deren Adern an die anzuschließenden Geräte, bzw. an die Einsatzbedingungen, die während des Steuergerätetest insbesondere bzgl. der Leitungsbeläge (Widerstandsbelag, Kapazitätsbelag etc.) vorliegen, angepasst. Per Software sind bevorzugt die Schalterstellungen auf den I/O-Bs und der Fehlereinbringungseinheit und damit auch die Adern für die unterschiedlichen Simulationen auswählbar.According to a preferred embodiment of the invention, the electrical properties of the busbar FR and the double-core lines FR1 and FR2 or their wires to the devices to be connected, or to the operating conditions during the ECU test in particular with respect to the line coverings (Resistance, capacity, etc.) are available, adjusted. By software, the switch positions on the I / O-Bs and the error insertion unit and thus also the wires for the different simulations are preferably selectable.

Es kann bevorzugt die Sammelschiene oder eine der zugehörigen Doppel-Ader-Leitungen bzw. deren Adern beispielsweise derart ausgelegt sein, dass vergleichsweise hohe Ströme weiterleitbar sind, ohne eine Beschädigung an der Sammelschiene zu riskieren, oder dass eine besonders niedrige Kapazität einer oder mehrerer Adern bzw. ggf. hieran angeschlossener Halbleiterschalter vorliegt, oder dass eine der Doppel-Ader-Leitungen eine vergleichsweise hohe Spannungsfestigkeit aufweist.The busbar or one of the associated double-wire lines or their cores may be designed, for example, in such a way that comparatively high currents can be forwarded without risking damage to the busbar, or that a particularly low capacitance of one or more cores or cores ., If necessary connected thereto semiconductor switch is present, or that one of the double-core lines has a comparatively high dielectric strength.

Anhand der schematischen Darstellung gemäß 3 ist erkennbar, dass über die Sammelschiene FR die Signale, die beispielsweise von einem der Steuergerät-Anschlüsse E1 bis E4 entstammen, an eine Fehlereinbringungseinheit FIU geleitet werden können.Based on the schematic representation according to 3 It can be seen that the signals which originate, for example, from one of the control unit connections E1 to E4, can be routed to a fault introduction unit FIU via the busbar FR.

Mit der Fehlereinbringungseinheit FIU können verschiedene Fehler erzeugt werden. Soll kein Fehler erzeugt werden, so wird lediglich ein Stromkreis von einem Steuergerät-Anschluss via I/O-Funktionseinheit zu einem weiteren Steuergerät-Anschluss hergestellt, also beispielsweise von E1 via IOFU1 zu E2. Bevorzugt steuert ein Computerprogramm, das auf dem erfindungsgemäßen HIL-Simulator ausgeführt wird, sämtliche Schalter, die in 3 dargestellt sind, einschließlich der Halbleiterschalter S1 bis S6.With the error insertion unit FIU various errors can be generated. If no fault is to be generated, then only one circuit is produced from one control unit connection via an I / O functional unit to another control unit connection, that is, for example, from E1 via IOFU1 to E2. Preferably, a computer program which is executed on the HIL simulator according to the invention, controls all switches, the 3 are shown, including the semiconductor switches S1 to S6.

Je nach den Schalterstellungen auf: den I/O-Bs bzw. der dort befindlichen Fehler-Weiterleitungseinrichtungen FRU, der Fehlereinbringungseinheit FIU, der Schalterkarte, in 3 als PSB bezeichnet, werden für den Test des Steuergerätes ECU verschiedenartige Fehler simuliert.Depending on the switch positions on: the I / O-Bs or the error forwarding devices FRU located there, the fault insertion unit FIU, the switch card, in 3 referred to as PSB, various errors are simulated for the test of the ECU.

Je nachdem, welche Art von Anschlussleitung mit einem simulierten Fehler belegt werden soll, kann es vorgesehen sein, die Schaltreihenfolge anzupassen.Depending on which type of connection cable is to be occupied by a simulated error, it may be provided to adapt the switching sequence.

Ist beispielsweise der Steuergerät-Anschluss E1 ein Anschluss an einen Bus, beispielsweise ein CAN-Bus, so kann bevorzugt folgende Schaltreihenfolge vorgesehen sein: Zunächst wird mittels der Fehlereinbringungseinheit FIU der Fehler vorbereitet, indem die entsprechenden Schalter der Fehlereinbringungseinheit FIU gemäß des zu simulierenden Fehlers vorab in die gewünschten Schaltzustände versetzt werden, und erst danach das Signal des Busanschlusses E1 via zweitem Schalter S20 der Fehler-Weiterleitungseinrichtung FRU und via Sammelschiene FR, genauer die elektrisch leitende Ader FR11, zur Fehlereinbringungseinheit FIU geleitet.If, for example, the control unit connection E1 is a connection to a bus, for example a CAN bus, then the following switching order may be provided: First, the fault is prepared by means of the fault introduction unit FIU by preceding the corresponding switches of the fault introduction unit FIU in accordance with the error to be simulated are switched to the desired switching states, and only then the signal of the bus terminal E1 via second switch S20 of the error relay device FRU and via busbar FR, more precisely, the electrically conductive wire FR11, passed to the fault introduction unit FIU.

Dies ist von Vorteil, da das Umleiten einer einzelnen Busleitung über die Fehlereinbringungseinheit FIU aufgrund der Leitungslänge, sowie zusätzlicher parasitärer Effekte wie Widerständen oder Kapazitäten schon zur Störung der Busübertragung führen kann.This is advantageous because the rerouting of a single bus line via the fault insertion unit FIU can already lead to the disturbance of the bus transmission due to the line length, as well as additional parasitic effects such as resistors or capacitances.

Die Fehlereinbringungseinheit FIU besteht aus einer Vielzahl von Schaltern, die beispielsweise wie in 3 miteinander verbunden sein können. Im Folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispiels die Funktionsweise einer Fehlereinbringungs-einheit FIU erläutert.The fault insertion unit FIU consists of a plurality of switches, for example, as in 3 can be connected to each other. In the following, the mode of operation of an error entry unit FIU will be explained on the basis of an exemplary embodiment.

Einer der simulierbarer Fehler ist eine Leitungsunterbrechung. Um diesen Fehler zu simulieren wird nach dem Aufbau des Stromkreises über die Sammelschiene FR und die Fehlereinbringungseinheit FIU der Stromkreis in der Fehlereinbringungseinheit FIU mittels eines Schalters S1 bzw. S4 unterbrochen. Diese Schalter sind vorzugsweise als Halbleiterschalter ausgeführt. Ein Halbleiterschalter hat gegenüber einem Relais die Vorteile, dass er nicht prellt und sich vergleichsweise schnell und zeitlich vergleichsweise präzise schalten lässt.One of the simulated errors is a line break. To simulate this error, the circuit in the fault insertion unit FIU is interrupted by means of a switch S1 or S4 after the construction of the circuit via the busbar FR and the fault insertion unit FIU. These switches are preferably designed as a semiconductor switch. A semiconductor switch has the advantages over a relay that it does not bounce and can be relatively comparatively quickly and comparatively precise in time.

Auf vergleichbare Weise lässt sich neben einem Kabelbruch auch ein Wackelkontakt simulieren, indem beispielsweise der Schalter S1 und/oder der Schalter S4 in einer zeitlich vordefinierten Abfolge mehrfach geöffnet und geschlossen wird.In a comparable manner, in addition to a cable break, it is also possible to simulate a loose contact by, for example, repeatedly opening and closing the switch S1 and / or the switch S4 in a chronologically predefined sequence.

Ein anderer simulierbarer Fehler ist ein Kurzschluss eines I/O-Kanals, beispielsweise eines von dem Steuergerätanschluss E3 ausgehenden Kanals gegen einen Versorgungsspannungsanschluss POT. Um diesen Fehler zu simulieren, wird beispielsweise über den Schalter S30 zunächst die Verbindung zur Sammelschiene FR, genauer zur Ader FR21, hergestellt. Anschließend wird über die Schalter S5 und S7 eine leitende Verbindung zum Versorgungsspannungsanschluss POT geschaffen.Another simulatable fault is a short circuit of an I / O channel, for example a channel originating from the control unit connection E3, against a supply voltage connection POT. In order to simulate this error, the connection to the busbar FR, more precisely to the wire FR21, is initially established via the switch S30, for example. Subsequently, a conductive connection to the supply voltage connection POT is created via the switches S5 and S7.

Bei dieser Ausgangslage müsste zur Simulation eines Kurzschlusses von Steuergeräteanschluss E3 nach Massepotential GND nach der Beispielschaltung gemäß 3 lediglichder Schalter S7 in seine andere Schalterstellung umgeschaltet werden. Weitere nicht dargestellte Ausführungsformen können vorsehen, dass ausgehend von der Sammelschiene FR eine Verbindung zu weiteren Anschlüssen mit unterschiedlichen Potentialen (z. B. POT2, POT3, beide nicht dargestellt) herstellbar sind. Ein anderer simulierbarer Fehler ist ein Kurzschluss zwischen zwei I/O-Kanälen, insbesondere zwischen zwei Kanälen eines Steuergerätes ECU. In this starting position would have to simulate a short circuit of ECU terminal E3 to ground potential GND according to the example circuit according to 3 only the switch S7 are switched to its other switch position. Further embodiments, not shown, may provide that, starting from the busbar FR, a connection to further terminals with different potentials (eg POT2, POT3, both not shown) can be produced. Another simulatable fault is a short circuit between two I / O channels, especially between two channels of a control unit ECU.

Am Ausführungsbeispiel gemäß 3 wird nachfolgend erläutert, wie beispielsweise die von den Steuergerät-Anschlüssen E1 und E3 ausgehenden I/O-Kanäle mittels HIL-Simulator 1 kurzgeschlossen werden können. In dem hier betrachteten Beispiel wird das von Steuergerät-Anschluss E1 stammende Signal mittels des geschlossenen zweiten Schalters S20 des oberen I/O-Bs auf die Ader FR11 der Sammelschiene FR geleitet. Der erste Schalter S21 des oberen I/O-Bs ist hierbei geöffnet. Zudem wird das von Steuergerät-Anschluss E3 stammende Signal mittels des geschlossenen zweiten Schalters S30 des unteren I/O-Bs auf die Ader FR21 der Sammelschiene FR geleitet.According to the embodiment 3 will be explained below, such as the outgoing from the ECU terminals E1 and E3 I / O channels using HIL simulator 1 can be shorted. In the example considered here, the signal originating from the controller terminal E1 is conducted to the wire FR11 of the busbar FR by means of the closed second switch S20 of the upper I / O-B. The first switch S21 of the upper I / O-B is opened in this case. In addition, the signal originating from controller terminal E3 is conducted to the wire FR21 of the busbar FR by means of the closed second switch S30 of the lower I / O-B.

Der erste Schalter S31 des unteren I/O-Bs ist hierbei geöffnet. Die eigentliche Kurzschluss-Simulation zwischen den beiden I/O-Kanälen, die von E1 und E3 des Steuergeräts zum HIL-Simulator 1 geführt sind, wird nach den vorab beschriebenen vorbereitenden Schritten durch das Schließen des Schalters R5 der Fehler-einbringungseinheit FIU vollzogen.The first switch S31 of the lower I / O-B is opened in this case. The actual short circuit simulation between the two I / O channels, from E1 and E3 of the controller to the HIL simulator 1 are guided, is completed after the preparatory steps described above by closing the switch R5 of the error-introducing unit FIU.

Weitere Fehlersimulationen können realisiert werden durch weitere Kombinationen der Schalterzustände auf der Fehler-Weiterleitungseinrichtungen FRU, auf der Fehlereinbringungseinheit FIU und/oder auf der Schalterkarte. Kombinierte Liste der Bezugszeichen/Abkürzungen und Fachwörter in deutscher und ergänzend teilweise in englischer Sprache Abkürzung und Bezugszeichen Englisch Deutsch ADC analog/digital converter Analog-Digital-Wandler AMP asymmetrical multiprocessing Asymmetrisches Multiprozessorverfahren board (generic term for printed circuit boards isertable into the HIL-Simulator) Karte (Oberbegriff für die Leiterplatten, mit denen das Testsystem ausgestattet werden kann) BAT voltage source Spannungsversorgung (beispielsweise als gesteuertes Netzteil oder als Batterie ausgeführt) BMP Gebündeltes Multi-Prozessor-Verfahren bspw. for example beispielsweise CAN Controller Area Network CAN CBU unit for channel bonding or channel bonding apparatus Zusammenfassungsvorrichtung oder Vorrichtung zum Zusammenfassen von Kanälen CN computation node Rechnereinheit CO connector Steckverbindung CS Current sink Stromsenke CSS Current sink/source Kombinierte Stromsenke-Stromquelle E1, E2, ... E6 Steuergerät-Anschluss ECU electronical control unit Steuergerät ES embedded system Eingebettetes System FIU failure insertion unit Fehlereinbringungseinheit FR fail rail Sammelschiene bzw. elektrischer Leiter, die bzw. der mit der FIU und der FRU verbindbar ist FR1, FR2 Doppel-Ader-Leitung FR11, FR12, FR21, FR22 Adern FRU failure routing unit Fehler-Weiterleitungseinrichtung GND Ground Massepotential HIL Hardware-In-The-Loop Hardware-in-the Loop HPC host computer Host-Computer I/O input/output Eingabe/Ausgabe I/O-B I/O-board or I/O-card Eingabe/Ausgabe-Karte IOCN first serial bus erster serieller Bus IOFU I/O function unit I/O-Funktionseinheit IOFU1 I/O function unit 1 I/O-Funktionseinheit 1 IOFU2 I/O function unit 2 I/O-Funktionseinheit 2 Kern core Prozessor-Kern LAN local area network Lokales Netz MC multicore Multi-Core OS operating system Betriebssystem MP multiprocessor Multi-Prozessor PL plant (word used in control theory) Regelstrecke (Begriff im Kontext der Regelungstechnik) PSB power switch board Schalterkarte POS power supply Stromversorgungs-Einheit POT connection to operating voltage Versorgungsspannunsganschluss PWM pulse-width modulation Pulsweitenmodulation RT real time Echtzeit R4, R5, ... R9 switch Schalter, von der FIU umfasst und vorzugsweise als Relais realisiert S1, S2, ... S6 switch Halbleiterschalter, von FIU umfasst S7 switch Halbleiterschalter, von der Schalterkarte (PSB) umfasst S20 switch zweiter Schalter der oberen I/O-Karte gem. Fig. 3 S21 switch erster Schalter der oberen I/O-Karte gem. Fig. 3 S22 switch dritter Schalter der oberen I/O-Karte gem. Fig. 3 S30 switch zweiter Schalter der unteren I/O-Karte gem. Fig. 3 S31 switch erster Schalter der unteren I/O-Karte gem. Fig. 3 S32 switch dritter Schalter der unteren I/O-Karte gem. Fig. 3 sawtooth signal Sägezahn-Signal scheduler Planungseinheit SGB signal generation board Signal-Erzeugungskarte SMB signal measurement Board Signal-Messkarte SM symmetrical multiprocessing Symmetrisches Multi-Prozessor-Verfahren relaxation oscillator Kippschwinger target computation unit Zielrechner (bspw. Rechnereinheit eines Steuergeräts ECU) trigger value Auslöse-Grenzwert WT wavetable Wellenformtabelle ZFV channel bonding unit (for channels) Zusammenfassungsvorrichtung 1 HIL-Simulator HIL-Simulator 2 real load Echtlast 3 Backplane Leiterplatte mit Steckverbindern zur Aufnahme weiterer Karten 4 cable harness Kabelbaum 5 cable Kabel 10 second serial bus zweiter serieller Bus 12a 12b Interface to the first serial bus Schnittstellen zum ersten seriellen Bus (IOCN) 20 Chassis of the HIL-Simulator Gehäuse des HIL-Simulators Further fault simulations can be realized by further combinations of the switch states on the error routing devices FRU, on the fault injection unit FIU and / or on the switch board. Combined list of reference symbols / abbreviations and technical terms in German and partly in English Abbreviation and reference numbers English German ADC analog / digital converter Analog to digital converter AMP asymmetrical multiprocessing Asymmetric multiprocessor method board (generic term for printed circuit boards isertable into the HIL simulator) Map (generic term for the printed circuit boards with which the test system can be equipped) BAT voltage source Power supply (for example as a controlled power supply or as a battery) BMP Bundled multi-processor process for example. for example for example CAN Controller Area Network CAN CBU unit for channel bonding or channel bonding apparatus Summary device or device for combining channels CN computation node computer unit CO connector connector CS Current sink current sink CSS Current sink / source Combined current sink power source E1, E2, ... E6 Control unit connector ECU electronical control unit control unit IT embedded system Embedded system FIU failure insertion unit Error insertion unit FR fail rail Busbar or electrical conductor which is connectable to the FIU and the FRU FR1, FR2 Double-core cable FR11, FR12, FR21, FR22 veins FRU failure routing unit Error forwarder GND Ground ground potential HIL Hardware-in-the-Loop Hardware-in-the-loop HPC host computer Host computer I / O input / output Input / Output I / OB I / O board or I / O card Input / output card MTN first serial bus first serial bus IOFU I / O function unit I / O functional unit IOFU1 I / O function unit 1 I / O function unit 1 IOFU2 I / O function unit 2 I / O function unit 2 core core Processor core LAN local area network Local network MC multicore Multi-Core OS operating system operating system MP multiprocessor Multi-processor PL plans (word used in control theory) Controlled system (term in the context of control engineering) PSB power switch board switch card POS power supply Power supply unit POT connection to operating voltage Versorgungsspannunsganschluss PWM pulse-width modulation Pulse Width Modulation RT real time real time R4, R5, ... R9 switch Switch, from the FIU includes and preferably realized as a relay S1, S2, ... S6 switch Semiconductor switch, comprising of FIU S7 switch Semiconductor switch, covered by the switch card (PSB) S20 switch second switch of the upper I / O card acc. Fig. 3 S21 switch first switch of the upper I / O card acc. Fig. 3 S22 switch third switch of the upper I / O card acc. Fig. 3 S30 switch second switch of the lower I / O card acc. Fig. 3 S31 switch first switch of the lower I / O card acc. Fig. 3 S32 switch third switch of the lower I / O card acc. Fig. 3 sawtooth signal Sawtooth signal scheduler planning unit SGB signal generation board Signal generation map SMB signal measurement board Signal measuring card SM symmetrical multiprocessing Symmetric multi-processor method relaxation oscillator relaxation oscillator target computation unit Target computer (eg computer unit of a control unit ECU) trigger value Tripping limit WT wavetable Waveform table ZFV channel bonding unit (for channels) Summary device 1 HIL simulator HIL simulator 2 real load Real load 3 backplane Printed circuit board with connectors for receiving additional cards 4 cable harness harness 5 cable electric wire 10 second serial bus second serial bus 12a 12b Interface to the first serial bus Interfaces to the first serial bus (IOCN) 20 Chassis of the HIL simulator Housing of the HIL simulator

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Claims (10)

Vorrichtung zum Testen mindestens eines elektronischen Steuergerätes (ECU), wobei diese Vorrichtung – zumindest eine Rechnereinheit (CN) zur Ausführung zumindest eines Umgebungsmodells, und – zumindest eine Signal-Erzeugungskarte (SGB) zur Bereitstellung von zumindest einem Signal für das elektronische Steuergerät (ECU), und – zumindest einen seriellen Bus (IOCN) zur bidirektionalen Datenübertragung von der Rechnereinheit (CN) zur Signal-Erzeugungskarte (SGB) beziehungsweise umgekehrt aufweist, und wobei sowohl die Rechnereinheit (CN) als auch die Signalerzeugungskarte (SGB) jeweils zumindest eine Schnittstelle (12a, 12b) zu dem seriellen Bus aufweisen, und wobei diese Schnittstellen (12a, 12b) vorgesehen und eingerichtet sind, um Zeitsynchronisations-Nachrichten als auch Winkelsynchronisations-Nachrichten zu empfangen und/oder zu senden.Device for testing at least one electronic control unit (ECU), this device comprising - at least one computer unit (CN) for executing at least one environment model, and - at least one signal generation board (SGB) for providing at least one signal for the electronic control unit (ECU) , and - at least one serial bus (IOCN) for bidirectional data transmission from the computer unit (CN) to the signal generation card (SGB) or vice versa, and wherein both the computer unit (CN) and the signal generation card (SGB) each have at least one interface ( 12a . 12b ) to the serial bus, and these interfaces ( 12a . 12b ) are arranged and arranged to receive and / or transmit time synchronization messages as well as angle synchronization messages. HIL-Simulator (1) umfassend eine Vorrichtung zum Testen mindestens eines elektronischen Steuergerätes (ECU), wobei diese Vorrichtung – zumindest eine Rechnereinheit (CN) zur Ausführung zumindest eines Umgebungsmodells, und – zumindest eine Signal-Erzeugungskarte (SGB) zur Bereitstellung von zumindest einem Signal für das elektronische Steuergerät (ECU), und – zumindest einen seriellen Bus (IOCN) zur bidirektionalen Datenübertragung von der Rechnereinheit (CN) zur Signal-Erzeugungskarte (SGB) beziehungsweise umgekehrt aufweist, und wobei sowohl die Rechnereinheit (CN) als auch die Signalerzeugungskarte (SGB) jeweils zumindest eine Schnittstelle (12a, 12b) zu dem seriellen Bus aufweisen, und wobei diese Schnittstellen (12a, 12b) vorgesehen und eingerichtet sind, um Zeitsynchronisations-Nachrichten als auch Winkelsynchronisations-Nachrichten zu empfangen und/oder zu senden.HIL simulator ( 1 ) comprising a device for testing at least one electronic control unit (ECU), said device comprising - at least one computer unit (CN) for executing at least one environment model, and - at least one signal generation board (SGB) for providing at least one signal for the electronic control unit (ECU), and - at least one serial bus (IOCN) for bidirectional data transmission from the computer unit (CN) to the signal generation card (SGB) or vice versa, and wherein both the computer unit (CN) and the signal generation card (SGB) at least an interface ( 12a . 12b ) to the serial bus, and these interfaces ( 12a . 12b ) are arranged and arranged to receive and / or transmit time synchronization messages as well as angle synchronization messages. HIL-Simulator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der serielle Bus (IOCN) eine Ethernetverbindung ist.HIL simulator ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the serial bus (IOCN) is an Ethernet connection. HIL-Simulator (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitsynchronisations-Nachrichten und/oder die Winkelsynchronisations-Nachrichten von zumindest einem Netzwerkprotokoll eines Netzwerkprotokollstapels des seriellen Busses umfasst sind.HIL simulator ( 1 ) according to claim 2 or 3, characterized in that the time synchronization messages and / or the angle synchronization messages from at least one network protocol of a network protocol stack of the serial bus are included. HIL-Simulator (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Rechnereinheit (CN) als auch die Signal-Erzeugungskarte (SGB) vorgesehen und eingerichtet sind, um zwischen dem Empfang oder dem Versenden von mindestens zwei nacheinander via seriellem Bus (IOCN) übertragenen Zeitsynchronisations-Nachrichten oder Winkelsynchronisations-Nachrichten eine Weiterberechnung von Zeit- oder Winkelwerten durchzuführen.HIL simulator ( 1 ) according to one of claims 2 to 4, characterized in that both the computer unit (CN) and the signal generation board (SGB) are provided and arranged to switch between the reception or the sending of at least two consecutively via serial bus (IOCN). transmitted time synchronization messages or angle synchronization messages perform a calculation of time or angle values. HIL-Simulator (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Ausführung auf der Rechnereinheit (CN) vorgesehene Umgebungsmodell einen Modellteil zur Bereitstellung von Master-Datensätzen zur Zeit- und/oder eines Winkelberechnung aufweist, und die Rechnereinheit vorgesehen und eingerichtet ist, die Master-Datensätze auf den ersten seriellen Bus zu übertragen.HIL simulator ( 1 ) according to one of claims 2 to 5, characterized in that provided for the execution on the computer unit (CN) environment model has a model part for providing master data sets for time and / or an angle calculation, and the computer unit is provided and set up to transfer the master records to the first serial bus. HIL-Simulator (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der HIL-Simulator zumindest eine Sammelschiene (FR) und eine Fehler-Weiterleitungseinrichtung (FRU) zur Herstellung einer schaltbaren Verbindung von zumindest einem Steuergerät-Anschluss (E1, E2, E3, E4) des Steuergerätes (ECU) zu der Sammelschiene (FR) umfasst.HIL simulator ( 1 ) according to one of claims 2 to 6, characterized in that the HIL simulator at least one busbar (FR) and a fault-forwarding device (FRU) for producing a switchable connection of at least one controller terminal (E1, E2, E3, E4 ) of the control unit (ECU) to the busbar (FR). HIL-Simulator (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der HIL-Simulator eine Fehlereinbringungseinheit (FIU) umfasst, die vorgesehen und eingerichtet ist, um eine schaltbare Verbindung zu zumindest einer Sammelschiene (FR) herzustellen, und um unterschiedliche Fehlerzustände zu schalten.HIL simulator ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the HIL simulator comprises a fault insertion unit (FIU) which is provided and arranged to make a switchable connection to at least one busbar (FR), and to switch different fault conditions. HIL-Simulator (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der HIL-Simulator eine Vorrichtung zum Zusammenfassen von Kanälen umfasst.HIL simulator ( 1 ) according to one of claims 2 to 8, characterized in that the HIL simulator comprises a device for combining channels. HIL-Simulator (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Restbus-Simulation vom HIL-Simulator umfasst ist.HIL simulator ( 1 ) according to one of claims 2 to 9, characterized in that a device for residual bus simulation is included by the HIL simulator.
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