DE102013010979A1

DE102013010979A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Test eines Steuergerätes

Info

Publication number: DE102013010979A1
Application number: DE102013010979.5A
Authority: DE
Inventors: Manfried Sofsky; Ruben Schulz; Martin Voss; Friedhelm Laubenstein
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2013-07-01
Filing date: 2013-07-01
Publication date: 2015-01-08

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Test eines Steuergerätes (101), wobei das zu testende Steuergerät (101) mit einem Modell zur Simulation eines Stellgliedes (102) zusammenwirkt, wobei mittels des Steuergerätes (101) Stellgrößensignale dem Modell zugeführt werden und mittels des Modells zumindest ein Istwert-Signal des Stellgliedes (102) gebildet wird, wobei das Istwert-Signal dem Steuergerät (101) zugeführt wird, wobei das Istwert-Signal entweder als analoges Spannungssignal oder als SENT-Botschaft dem Steuergerät (101) zugeführt wird, wobei die Festlegung, ob das Istwert-Signal als analoges Signal oder als SENT-Botschaft dem Steuergerät (101) zugeführt wird, in Abhängigkeit einer Information erfolgt, die Bestandteil des Modells zur Simulation des Stellgliedes (102) ist, wobei das Modell in einem Speicher (214) abgelegt ist und auf den Speicher (214) über eine Schnittstelle (212) zugegriffen werden kann, so dass wenn ein Steuergerät (101) zu testen ist, das einen Eingang für ein analoges Istwert-Signal des Stellgliedes (102) umfasst, über die Schnittstelle (212) in dem Speicher (214) ein Modell abgelegt wird, das die Information aufweist, dass das Istwert-Signal als analoges Signal dem Steuergerät (101) zugeführt wird und wenn ein Steuergerät (101) zu testen ist, das einen Eingang für ein Istwert-Signal als SENT-Botschaft des Stellgliedes (102) umfasst, über die Schnittstelle (212) in dem Speicher (214) ein Modell abgelegt wird, das die Information aufweist, dass das Istwert-Signal als SENT-Botschaft dem Steuergerät (101) zugeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum Test eines Steuergerätes mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
Im Rahmen der Entwicklung von Steuergeräten sind in einer frühen Entwicklungsphase Tests erforderlich, die unter definierten Umgebungsbedingungen reproduzierbar ablaufen. Zudem ist es erforderlich, auch extreme Zustände gefahrlos zu testen. Die Hardware-In-the-Loop-Simulation (HiL-Simulation) kann dies gewährleisten, auch wenn die peripheren Hardwarekomponenten häufig noch nicht vorliegen. Das reale Steuergerät wird hierbei in einer simulierten Umgebung getestet, um dessen Funktionssicherheit nachzuweisen. Derartige Tests werden an HiL-Simulatoren durchgeführt. Zum Beispiel gemäß dem Dokument DE 10 2010 043 661 A1 ist es Stand der Technik, zumindest eine Signal-Erzeugungskarte zum Testen einer ECU zu verwenden. Insbesondere ist es demnach bekannt, Ersatzlasten vorzusehen, welche die elektrischen Eigenschaften der jeweiligen Echtlast simulieren. Für eine solche Simulation können mathematische Modelle einer Echtlast verwendet werden. Beispielsweise gemäß dem Dokument DE 10 2011 012 479 A1 ist ein HiL-Simulator Stand der Technik, der für verschiedene zu simulierende Aktuatoren mehrere Lastschubladen umfasst. Wie aus dem Dokument DE 10 2005 048 464 A1 bekannt, kommen insbesondere in der Automobilentwicklung HiL-Simulatoren zum Einsatz, um Motorsteuergeräte im Verlauf der Fahrzeugentwicklung zu testen. Dabei werden vor allem elektromotorische Aktuatoren simuliert bzw. diese mittels eines HiL-Simulators ersetzt. Gemäß diesem Stand der Technik wird für das zu testende Steuergerät über einen Stromfluss eine elektrische Last mittels eines Modells in Abhängigkeit der Steuerspannung des Steuergerätes simuliert. Beispielsweise ist es gemäß dem Dokument DE 10 2007 051 908 A1 Stand der Technik, die Ausgangsspannungen eines zu testenden Steuergerätes einem Simulationsmodell zuzuführen. Mittels des Simulationsmodells wird die elektrische Strecke einer elektrischen Maschine nachgebildet. Insbesondere werden Soll-Spannungen für einen Regler mittels des Simulationsmodells berechnet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Tests von Steuergeräten noch flexibler zu gestalten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zum Test eines Steuergerätes das zu testende Steuergerät mit einem Modell zur Simulation eines Stellgliedes zusammenwirkt, wobei mittels des Steuergerätes Stellgrößensignale dem Modell zugeführt werden und mittels des Modells zumindest ein Istwert-Signal des Stellgliedes gebildet wird, wobei das Istwert-Signal dem Steuergerät zugeführt wird, wobei das Istwert-Signal entweder als analoges Spannungssignal oder als SENT-Botschaft dem Steuergerät zugeführt wird, wobei die Festlegung, ob das Istwert-Signal als analoges Signal oder als SENT-Botschaft dem Steuergerät zugeführt wird, in Abhängigkeit einer Information erfolgt, die Bestandteil des Modells zur Simulation des Stellgliedes ist, wobei das Modell in einem Speicher abgelegt ist und auf den Speicher über eine Schnittstelle zugegriffen werden kann, so dass wenn ein Steuergerät zu testen ist, das einen Eingang für ein analoges Istwert-Signal des Stellgliedes umfasst, über die Schnittstelle in dem Speicher ein Modell abgelegt wird, das die Information aufweist, dass das Istwert-Signal als analoges Signal dem Steuergerät zugeführt wird und wenn ein Steuergerät zu testen ist, das einen Eingang für ein Istwert-Signal als SENT-Botschaft des Stellgliedes umfasst, über die Schnittstelle in dem Speicher ein Modell abgelegt wird, das die Information aufweist, dass das Istwert-Signal als SENT-Botschaft dem Steuergerät zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist auf diese Weise das Umrüsten eines HiL-Simulator-Prüfstandes von z. B. einem Fahrzeugmodell mit Stellgliedern, die dem Steuergerät ein analoges Istwert-Signal zuführen, auf ein Fahrzeugmodell mit Stellgliedern, die dem Steuergerät ein Istwert-Signal in Form einer SENT-Botschaft zuführen, einfach und schnell möglich, indem z. B. über eine USB-Schnittstelle in dem Speicher ein Modell abgelegt wird, das eine entsprechende Information enthält. Ein manuelles Umstecken entfällt, was die Umrüstung erleichtert und Fehlbedienungen verhindert. Eine SENT-Botschaft wird, wie der Fachmann weiß, in Verbindung mit einer digitalen Schnittstelle für die Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten verwendet und ist in der SAE-Norm J2716 beschrieben. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß das zumindest eine, mittels des Modells bereitgestellte Istwert-Signal des Stellgliedes entweder als analoges Signal über einen geeigneten analogen elektrischen Anschluss oder über eine digitale SENT-Schnittstelle als digitales Signal bzw. als SENT-Botschaft dem Steuergerät zugeführt. Erfindungsgemäß wird insbesondere zur Simulation der Wirkung eines Stellgliedes, das mit einem Steuergerät zur Ansteuerung verbunden ist, eine elektrische Last erzeugt, ein zur Ansteuerung des Stellgliedes verwendetes pulsweitenmoduliertes Signal zerlegt, eine Versorgungsspannung für Sensoren ausgewertet, einem Modell zugeführt und die sich ergebende Stellgliedposition in Form eines analogen Spannungssignals oder eines digitalen Signals bzw. einer SENT-Botschaft zurückgemeldet. D. h. anhand der Stellsignale des zu testenden Steuergerätes werden mittels des Simulationsmodells die Zustände des Stellgliedes berechnet und wieder als Sensorsignale dem Steuergerät zugeführt. Die erfassten Eingänge des pulsweitenmodulierten Signals (Motor+/Motor–) werden in Form einer Frequenz, einer Amplitude, einem Tastverhältnis und einer Polarität einem Modell auf einer Einschubkarte zugeführt. Aus dem Energieinhalt des PWM-Eingangssignals und der Sensorversorgungsspannung berechnet ein Modell die Ausgangswerte. Diese werden je nach simuliertem Modell entweder über einen oder mehrere Digital-Analog-Wandler, oder als SENT-Botschaften ausgegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren bildet also das Verhalten eines an eine motorisch angetriebene Mechanik gekoppelten Positionssensors nach, indem dessen Spannungssignale oder SENT-Botschaften ausgegeben werden. Insbesondere wird für das zu testende Steuergerät über einen Stromfluss eine elektrische Last simuliert. Da das erfindungsgemäße Verfahren nur das elektrische Verhalten abbildet, kann es in Verbindung mit einem anderen Simulator betrieben werden. Auf dem Prozessor wird fortlaufend ein beliebiges Modell eines Stellgliedes berechnet. Dieses Modell besteht aus einer Modellstruktur und einem entsprechenden Parametersatz und wird über eine USB-Schnittstelle aufgespielt. Über diese Schnittstelle können zur Laufzeit beliebige Modellparameter editiert werden. Hierdurch ist es möglich, ein beliebiges elektromechanisches Verhalten abzubilden, was eine gezielte Fehlersimulation von Stellgliedern ermöglicht. Somit ist ein gezielter Eingriff in die Simulation möglich. Da die Stellgliedmodelle in einer Datenbank abgelegt werden können, können beliebig viele Stellglieder vorgehalten werden. Die Verwendung von Stellgliedmodellen ermöglicht zudem den automatischen Tausch der Stellglieder. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Hardware, die eine Spannungsversorgung, eine CAN-Ausgabeschnittstelle und einen USB-Steueranschluss beinhaltet. In diese Hardware können z. B. bis zu 6 Einschubkarten eingeschoben werden, die z. B. je einen Tricore-Prozessor sowie die Ein- und Ausgangsschnittstellen je Stellglied enthalten. Jede dieser Einschubkarten, die das Verhalten des Positionssensors je eines Stellgliedes nachbildet, verfügt zusätzlich über konfigurierbare Status-LEDs und ist im eingeschobenen Zustand mit der Spannungsversorgung, dem CAN- und dem USB-Bus verbunden. Der Tricore-Prozessor führt ein austauschbares, stellgliedabhängiges Modell aus, welches aus dem ausgewerteten PWM-Eingangssignal und der über einen AD-Wandler erfassten Sensorversorgungsspannung bis zu zwei Sensorsignalwerte berechnet. Die Simulation des elektromechanischen Verhaltens erfolgt in den Einschubkarten unabhängig voneinander. Die beiden Sensorsignalwerte werden entweder als Sensorsignalspannung über einen oder zwei Digital-Analog-Wandler oder über einen SENT-Kanal oder auch zwei SENT-Kanäle ausgegeben. Jede Einschubkarte hat mit den Eingängen Motor+, Motor–, GND, Sensorversorgungsspannung und den Ausgängen für die Sensorsignalspannung dieselben Schnittstellen, wie das reale Stellglied und kann dieses daher universell an jedem HiL-Simulator ersetzen. Die SENT-Schnittstelle wird über die gleichen Pins wie die Sensorsignalspannungen realisiert, so dass der Anschluss an den Motor/Fahrzeug-Simulator für Stellglieder mit analogem Ausgang identisch zu denen mit SENT-Schnittstelle ist. Über das Modell wird festgelegt, ob SENT-Botschaften oder analoge Spannungen ausgegeben werden. Die USB-Schnittstelle ermöglicht es, ein beliebiges Modell auf eine beliebige Einschubkarte aufzuspielen und während der Laufzeit zu beeinflussen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
In 1 ist beispielhaft der Betrieb eines Stellgliedes 102 an einem Steuergerät 101 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Das Stellglied 102 ist z. B. eine Drosselklappe eines Verbrennungsmotors, die einen Elektromotor 103 zur Verstellung der Drosselklappe sowie einen Positionssensor 105 umfasst, der ein Signal bereitstellt, das Aussagen über die Position bzw. die Lage, d. h. die Stellung des Stellgliedes, d. h. beispielsweise der Drosselklappe, erlaubt. Das Steuergerät 101 steuert hierbei über eine erste Leitung 107 (Motor+) und eine zweite Leitung 108 (Motor–) den Elektromotor 103 an. Der Elektromotor 103 verstellt die Stellmechanik 104 des Stellgliedes 102. Die Stellmechanik 104 ist direkt oder indirekt mit der Drosselklappe verbunden. Der Positionssensor 105 wird über die Leitungen Spannungsversorgung 106 und GND 109 mit Spannung versorgt und erfasst die Position der Stellmechanik 104. Diese Position gibt der Positionssensor 105 über eine erste Positionssignalleitung 110 und optional über eine zweite Positionssignalleitung 111 an das Steuergerät 101 zurück. Mithilfe der Rückmeldung über die erste Positionssignalleitung 110 bzw. die zweite Positionssignalleitung 111 regelt das Steuergerät durch Ansteuerung des Elektromotors 103 die Position der Stellmechanik 104. Mit anderen Worten wird mittels des Positionssensors 105 eine Lageinformation der Stellmechanik 104 bereitgestellt, die dem Steuergerät 101 wieder zugeführt wird, so dass z. B. eine präzise Einstellung der Lage des Stellgliedes 102 bzw. der Drosselklappe, insbesondere in Abhängigkeit eines Vergleiches des Istwertes entsprechend der Lageinformation mit einem Sollwert für die Lage des Stellgliedes 102 vorgenommen werden kann. Wird nun das Steuergerät 101 an einem HiL-Simulator betrieben, wird das Stellglied 102 durch ein Modell ersetzt.
In 2 ist nun die Signalverarbeitung 201 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Die vom Steuergerät 101 bereitgestellte Versorgungsspannung (+) 208, (–) 209 für den Positionssensor 105 wird über einen Analog-Digital-Wandler 215 in ein digitales Signal überführt. Ein Wandler 202 zerlegt wiederum das vom Steuergerät 101 zur Ansteuerung des Stellgliedes 102 bereitgestellte PWM-Eingangssignal (Motor+) 206 und (Motor–) 207 in eine Frequenz, ein Tastverhältnis und einen Pegel. Aus diesen Eingangssignalen, welche wie beschrieben alle von dem zu testenden Steuergerät 101 bereitgestellt werden, berechnet ein Mikro-Controller 203 anhand eines austauschbaren Modells die jeweiligen Ausgangssignale, die wieder an das Steuergerät 101 zurückgesendet werden. Das Modell wird durch einen Algorithmus und einen Parametersatz definiert. Das Modell und der Parametersatz werden im Speicher 214 abgelegt. Eine USB Schnittstelle 212 ermöglicht Lese- und Schreibzugriff auf das Modell. Hierdurch kann der Parametersatz in Speicher 214 zur Laufzeit editiert werden, was eine Beeinflussung der Abarbeitung ermöglicht. Die erfindungsgemäße Signalverarbeitung 201 verfügt darüber hinaus über eine CAN-Schnittstelle 213. Über die Schalter 204 bzw. 205 gibt der Mikro-Controller 203 ein erstes Signal und ein zweites Signal betreffend die aktuelle Position/Lage der Stellmechanik 104 bzw. das Istwert-Signal des Stellgliedes 102 über die Leitungen 210 und 211 wahlweise als über einen Digital-Analog-Wandler als Spannungssignale oder als SENT-Botschaften aus bzw. zurück an das Steuergerät 101. Die Ansteuerung der Schalter 204 bzw. 205 erfolgt erfindungsgemäß in Abhängigkeit einer Information, ob das Istwert-Signal des Stellgliedes 102 als analoges Signal oder als SENT-Botschaft dem Steuergerät 101 zugeführt werden soll, wobei diese Information in dem im Speicher 214 abgelegten Modell enthalten ist. Insbesondere umfasst der Parametersatz des Modells die Information, ob das Istwert-Signal des Stellgliedes 102 als analoges Signal oder als SENT-Botschaft dem Steuergerät 101 zugeführt werden soll.
Die Vorderansicht eines HiL-Simulators ist in 3 dargestellt. Der HiL-Simulator umfasst einen 19-Zoll-Rahmen 301 und weist mehrere Einschubkarten 302 auf. Eine Einschubkarte 302 umfasst die erfindungsgemäße Signalverarbeitung 201, insbesondere jeweils für ein zu testendes Stellglied 102. Jede Einschubkarte 302 umfasst außerdem eine Anschlussbuchse 303, über welche die gemäß 2 beschriebenen Schnittstellen zwischen der erfindungsgemäßen Signalverarbeitung 201 und dem Steuergerät 101 realisiert werden. Wird eine Einschubkarte 302 in den Rahmen 301 eingeschoben, so wird eine Verbindung zum USB- und CAN-Bus, deren Anschlüsse sich an der Rückseite des Gerätes befinden, sowie zur internen Spannungsversorgung hergestellt. Die frei konfigurierbaren LEDs 305 jeder Einschubkarte 302 ermöglichen das Anzeigen eines Status des jeweiligen Modells. Werden die ungenutzten Slots 304 verwendet, kann die Erfindung mit bis zu 6 Einschubkarten betrieben werden. Ein Hauptschalter 306 ermöglicht das Trennen der Spannungsversorgung aller Einschubkarten 302.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010043661 A1 [0002]
DE 102011012479 A1 [0002]
DE 102005048464 A1 [0002]
DE 102007051908 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

SAE-Norm J2716 [0004]

Claims

Verfahren zum Test eines Steuergerätes (101), wobei das zu testende Steuergerät (101) mit einem Modell zur Simulation eines Stellgliedes (102) zusammenwirkt, wobei mittels des Steuergerätes (101) Stellgrößensignale dem Modell zugeführt werden und mittels des Modells zumindest ein Istwert-Signal des Stellgliedes (102) gebildet wird, wobei das Istwert-Signal dem Steuergerät (101) zugeführt wird, wobei das Istwert-Signal entweder als analoges Spannungssignal oder als SENT-Botschaft dem Steuergerät (101) zugeführt wird, wobei die Festlegung, ob das Istwert-Signal als analoges Signal oder als SENT-Botschaft dem Steuergerät (101) zugeführt wird, in Abhängigkeit einer Information erfolgt, die Bestandteil des Modells zur Simulation des Stellgliedes (102) ist, wobei das Modell in einem Speicher (214) abgelegt ist und auf den Speicher (214) über eine Schnittstelle (212) zugegriffen werden kann, so dass wenn ein Steuergerät (101) zu testen ist, das einen Eingang für ein analoges Istwert-Signal des Stellgliedes (102) umfasst, über die Schnittstelle (212) in dem Speicher (214) ein Modell abgelegt wird, das die Information aufweist, dass das Istwert-Signal als analoges Signal dem Steuergerät (101) zugeführt wird und wenn ein Steuergerät (101) zu testen ist, das einen Eingang für ein Istwert-Signal als SENT-Botschaft des Stellgliedes (102) umfasst, über die Schnittstelle (212) in dem Speicher (214) ein Modell abgelegt wird, das die Information aufweist, dass das Istwert-Signal als SENT-Botschaft dem Steuergerät (101) zugeführt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die Schnittstelle (212) eine USB-Schnittstelle ist.
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei das Modell durch einen Algorithmus und einen Parametersatz definiert ist und die Information zur Festlegung, ob das Istwert-Signal des Stellgliedes (102) als analoges Signal oder als SENT-Botschaft dem Steuergerät (101) zugeführt wird, in dem Parametersatz des Modells enthalten ist.
Vorrichtung zum Test eines Steuergerätes (101), wobei Stellgrößensignale von dem Steuergerät (101) einem Mikro-Controller (203) zugeführt werden, wobei mittels des Mikro-Controllers (203) anhand eines Modell eines Stellgliedes (102) zumindest ein Istwert-Signal des Stellgliedes (102) gebildet wird, wobei das Istwert-Signal dem Steuergerät (101) zugeführt wird, wobei das Istwert-Signal entweder als analoges Spannungssignal oder als SENT-Botschaft dem Steuergerät (101) zugeführt wird, wobei zumindest ein Schalter (204, 205) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit einer Information, die Bestandteil des Modells zur Simulation des Stellgliedes (102) ist, so betätigt wird, dass das zumindest eine Istwert-Signal entweder von dem Mikro-Controller (203) über einen Digital-Analog-Wandler als analoges Spannungssignal dem Steuergerät (101) zuführt wird oder von dem Mikro-Controller (203) über eine SENT-Schnittstelle als SENT-Botschaft dem Steuergerät (101) zuführt wird.