JP5455896B2 - テストベンチのための開発設備のシミュレーション装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、開発環境における作業シーケンスおよび設定をシミュレーションするための装置及び方法であって、この開発環境が、テスト対象のテストベンチのための開発設備およびシミュレーション装置を備えており、その際開発設備内に、テストベンチを運転するための実際の自動化装置が設けられており、テストベンチおよびテスト対象が、シミュレーション装置内でシミュレーションデータを生成するテストモデルでもってシミュレートされ、および自動化装置とシミュレーション装置が、開発設備の実際のインターフェースを介して接続されており、および自動化装置が生成されたシミュレーションデータを処理する装置および方法に関する。

エンジン、変速装置または車両全体、あるいはその部分の（改良）開発は通常、例えばエンジンテストベンチ、ローラーテストベンチなどのような特別なテストベンチ上で行われる。これらテストベンチは、その際、例えば本出願人のＰＵＭＡ−ファミリーのような特有の自動化システムによって制御および調整され、その際、手動の制御のほかに、完全自動テストステップも生成可能かつ存在可能である。このようなテストベンチは、しかしながら技術的にとても複雑な装置であり、この装置は、適切な設定とパラメーター決定によって各適用範囲に合わせられなければならない。このため、各適用範囲に対して、テストベンチＨＷおよびＳＷ、計測デバイス、インデックス計測技術（Ｉｎｄｉｚｉｅｒｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋ）、データ取得部およびデータ評価部、開発ツールなどの必要な要素のふさわしい設定が必要である。今日では複数のテストベンチが並行して使用され（テストファクトリー（Ｐｒｕｅｆｆａｂｒｉｋ））、および並行するテスト課題が処理されることで、費用（Ａｕｆｗａｎｄ）は更に高いものとなっている。テストベンチおよび特にテストファクトリーを設立しまたは新しく設定することは、それゆえ莫大な費用の原因となり、この費用は、長い非稼働時間においてオペレーターの注意を引くものとなる。新しいＳＷバージョン、例えば自動化ＳＷを導入（Ｅｉｎｓｐｉｅｌｅｎ）すること自体がすでにリスクを表している、というのは全てのテストベンチ要素が完全に協働し機能するかどうか見積もることができないからである。

他の問題点は、テストシーケンスの構築にある。設備の複雑さに起因して、簡単な新しいテストシーケンスがすでに、移設の際にオペレーターに著しい問題をもたらすことがある。実際のテストベンチで直接テストシーケンスの構築およびテストを行うことは、それゆえ同じくコスト集中的であり、かつ消費的な過程である。

作業者の必要な教育も、実際のテストベンチでは経済的に不可能である、というのはそのために特有の（高価な）教育用テストベンチが存在しなければならないか、またはテストベンチが生産的に運転されることができないからである。さらに各設定のために一つの教育可能性が存在しなければならない。

それゆえ、シミュレータを使用することが望ましく、このシミュレータを使ってテストベンチをシミュレートすることができる。

これに対して特許文献１から、技術設備の工業的な自動化システムのためのテストデバイスが公知である。このテストデバイスは、技術設備をモデル化し、および実際の制御装置環境と接続することを可能とする。これによって、設定可能な技術設備を制御装置環境と接続してシミュレートすることが可能である。技術設備はその際、所定の設備部分の応答の形で、制御装置環境の制御装置信号上にモデル化される。したがってこれは、実際に存在する調整ループをシミュレータを介して閉じることを可能とする。このシミュレータ上ではモデルが走っている。よって、技術設備の自動化システムのふるまいを事前にテストすることが可能である。作業者の教育もこのようなシミュレータ上ではとても簡単に可能である。

しかしながら、エンジン、ドライブトレイン、変速装置、車両コンポーネント、または車両の開発に使用されるような現代の開発環境は、テストベンチを制御するための単なる自動化システムをはるかに超えている。特に、テストベンチ自動化のほかにさらに別の開発ツールが必要とされ、この開発ツールが、テストベンチからまたはテスト対象から得られるデータの望まれる評価することを可能とする。その際これらデータは実際に所定の計測デバイスによって取得され、および通常は自動化のためには重要でなく、主として開発課題のために必要とされる。例えば、テストベンチのテスト対象としてのエンジンが、一連の計測デバイス、例えばシリンダー圧ピックアップ、エミッション計測デバイス、燃費計測デバイスなどが備えられるインデックス計測装置を与えられ、これら計測デバイスが多数のエンジンデータ（例えば燃焼、エミッションデータ、燃費データ等）をテストステップの間取得している。これら取得されたデータは、エンジンの開発のためにもちろんエンジンの運転状態に依存して（つまり自動化システムに依存して）適当に評価されなければならない。必要とされる開発ツールの他の例は、キャリブレーションツールである。その際、例えばエンジン制御のキャリブレーションは、常に増加し続けるアクチュエータと変更パラメーターの数に起因して、多次元の作業である。別のツールは、評価ツールであり、このツールを用いて様々な開発ツールの結果が共同で評価され、および後処理される。

それゆえ開発環境は、自動化環境がそのほかに必要とされる開発ツールと申し分のなく相互作用することを必要としている。特に、開発課題は、関与するシステムの調和した作業シーケンスを要求し、処理するデータはすべてテストベンチまたはテスト対象に起因しているからである。

複雑な開発環境の作業シーケンスと設定をシミュレートすることができるためには、
先行技術から公知のような自動化環境の単なるシミュレーションはそれゆえ十分でない。このため、開発環境を連続してシミュレートすることができ、確かさのチェックを可能とし、およびテストステップの再現性を保証することができるためには、生成されたデータが自動化システムのためおよび開発のために互いに調和されていなければならない。

国際特許出願明細書 ＷＯ ００／４１０５０ Ａ１

したがって本発明の課題は、テスト対象のためのテストベンチと実際の自動化システムを有する開発環境の設定および開発設環境における作業シーケンスを完全にシミュレートすることができる装置および方法を提供することである。

この課題は、本発明に従い、開発設備内に、いくつかの実際の開発ツール、およびシミュレーション装置内で開発データを生成し、データ取得装置の動作をシミュレートするデバイスモデルが設けられており、その際デバイスモデルが、少なくとも部分的にテストモデルからのシミュレーションデータを処理すること、および、開発ツールが実際のインターフェースを介して、自動化装置及び／又はシミュレーション装置と接続されており、開発ツールが開発データを処理することによって解決される。開発ツールはしたがって、計測デバイスのための適切なデバイスモデルでもって、テストベンチシミュレーションまたはテスト対象シミュレーションのデータから生成されるデータを受け取る。これによって開発ツールと自動化装置は、シミュレーション内で互いに調和しており首尾一貫しているデータを供給される。これによって、開発環境の設定または開発環境内における作業シーケンスが連続してテストされまたはシミュレートされる。特に、これによってデータ取得からデータビジュアル化までの全工程をシミュレートすることも可能である。これはさらに、テストステップの再現性と、起こりうる（後からの）結果の確かさのチェックを確実なものにする。

有利には、ホストシステムが設けられ、このホストシステムが開発設備と接続されており、これによって、ホストシステムを介して、テストシーケンスが適切なオペレーティングインターフェースを介して生成されおよび管理され、及び／又はテストデータまたはテストシーケンスが保存されまたは評価され、及び／又は前記テストシーケンスまたは設定データが開発設備に実行され、及び／又は複数の開発設備またはテストベンチがテストファクトリーに互いに接続されることが可能である。これに対し特に有利には、ホストシステム内にデータメモリーが設けられる。このことは、テストステップの簡単な再現性を可能とする。

全てのテストモデル、デバイスモデル、ハードウェアシミュレータを有するシミュレーション装置の所定の設定は、シミュレーションコンフィギュレータでもってとても簡単に行われることが可能である。これによって、シミュレーション環境の設定およびパラメーター決定が簡易化される。別の簡易化は、シミュレーションコンフィギュレータがテストモデルデータバンク及び／又はデバイスモデルデータバンクを備えている場合に達成される、というのは予製作された部分が単に構成され、場合によってはパレメーター決定されなければならないだけだからである。

例えばハードウェアのとても高い複雑性のために、または実際の運転でハードウェアがハイダイナミックに動作するために、例えば負荷機械のような所定のテストベンチハードウェアは、テストモデルによって十分にモデル化されない。このようなハードウェアも十分に現実に近づけてシミュレーションに組み込むことでできるように、シミュレーション装置には好ましくはこれらテストベンチハードウェアをシミュレートするためのハードウェアシミュレータが設けられている。このようなハードウェアシミュレータによって実際の動作を、ソフトウェアモデルによってよりも良くシミュレートすることが可能である。

シミュレートされたテストベンチ環境を有する開発環境のブロックダイアグラム

簡略化され、限定しない、好ましい実施例を示す図１に基づき、具体的発明を以下に記載する。図１は、シミュレートされたテストベンチ環境を有する開発環境のブロックダイアグラムを示している。

一つの開発環境が、例として図１に表されており、そして開発設備１とテストベンチ２を備えている。開発設備１は、例えば計測データ評価部、キャリブレーションツール、インデックス計測技術（Ｉｎｄｉｚｉｅｒｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋ）などの複数の開発ツール５と自動化装置４を備えている。自動化装置４はその際、各適用範囲に応じて、例えばこの例では、車両シミュレーション部１１、負荷機械（動力計測器）及び／又はエンジンの制御部１２、テストベンチ２へのインターフェース部１３、接続されている計測デバイスのデバイスドライバー１４等のような様々な要素を様々な組合せで含んでいる。開発設備１にはホストシステム３が上位に置かれることがあり、このホストシステムは例えば、テストシーケンスを適当なオペレーティングインターフェースを介して生成しおよび管理し、テストデータまたはテストシーケンスをデータメモリー１０内に保存しおよび評価し、保存されたテストシーケンスまたは設定データを開発設備１に実行し（ｓｐｉｅｌｅｎ）、複数の開発設備１またはテストベンチをテストファクトリー（Ｐｒｕｅｆｆａｂｒｉｋ）に対して互いに接続するなどに使用される。

このような開発設備１によって現実には、適当なテストベンチ上に存在するテスト対象、例えばここで示唆したような完全なドライブトレインが、開発若しくは改良開発され、または所定のテストステップ（Ｐｒｕｅｆｌａｕｆ）を受けさせられるべきである。開発設備１の設定を事前にテストすることができるように、テストベンチ２に全ての必要な要素を実際に構成するのではなく、シミュレートすることが意図されている。このためシミュレーション装置６、例えば適切なシミュレーションハードウェア、例えばｄＳｐａｃｅ（登録商標）が設けられており、このシミュレーション装置内で、例えばエンジン、変速装置、ディファレンシャル、シャフトおよび車軸、動力計測器（Ｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒ）などといったテストベンチ２の要素がふさわしいテストモデル２０の形にシミュレートされる。テストモデル２０は、例えば数学的、物理的モデルであり得、例えばＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ（登録商標）に組み込むことが可能である。テストモデル２０のありうる組み込みおよびシミュレーションハードウェアについては当然なんらの制限も存在しない。

開発設備１およびシミュレーション装置６は、インターフェース８を介して接続されている。このインターフェース８は、その際、開発設備１の実際のインターフェースに対応しており、このことは、開発設備１をその実際の設定でテストすることを可能にする。このインターフェース８を介して自動化装置４は、テストベンチ２またはその要素を制御し、テストベンチ２または個々のテストベンチ要素から、逆にデータ（例えば計測データ）を受け取る。このため、実際にはテストベンチ２に、例えば計測デバイスのような適当なデータ取得装置２１が設けられている。シミュレーション装置６内ではこのデータ取得装置２１が、取得のためおよびシミュレーションデータ２２の生成のためにテストモデル２０によってシミュレートされている。

例えば動力計測器のような負荷機械を特に接続するために、シミュレーション装置６内には、ハードウェアシミュレータ２６（例えばＡＰＡ／ＦＡＧＡ−シミュレータ）も組み込まれている。これらハードウェアシミュレータ２６上では、例えば高速なブレーキ調整器のようなハイダイナミックな調整器が、テストベンチ２の実際の運転のように走らせられる。シミュレートされるハードウェア、例えば負荷機械の動力学は、これによってインターフェースに依存せずシミュレーションモデル２０内でシミュレートされる。これによって一方では開発設備１のソフトウェアとハードウェアを実際の方式で使用することが可能であり、他方では、例えば負荷機械のような所定のハードウェアの動力学を、実際のテストベンチ動力学にあわせることが可能である。ハードウェアシミュレータ２６は、インターフェース８を介してハードウェアシミュレーションデータ２７を開発設備１に提供することができる。このため必要の際にはハードウェアシミュレータ２６は、テストモデル２０からのデータを与えられる。

自動化装置４のためのシミュレーションデータ２２のほかに、開発設備１は、必要な開発ツール５内での処理のために、以下に開発データ２３とよばれる、さらに別のデータも必要としている。これら開発データ２３はテストモデル２０内で生成されたシミュレーションデータ２２であることが可能で、しかしふつうは、自動化装置４によって、つまりテストベンチ２の調整および制御のために必要とされない。しかし、これら開発データ２３は、確かに、テストベンチ２若しくはテストベンチ要素又はテスト対象から直接生成され、およびこのためシミュレーションデータ２２に依存している。その際この依存性は、所定のテストベンチ状態またはテスト対象状態が、当然所定の開発データ２３の原因となることであると理解される。それゆえ、全開発設備１をテストベンチシミュレーションによってテストすることが出来るように、シミュレーションデータ２２と開発データ２３がお互いに合っていて、首尾一貫していることが必要である。これを保証するために、シミュレーション装置６内にはデバイスモデル７が組み込まれており、このデバイスモデルが、例えば他の計測デバイスのような他のデータ取得装置の動作をシミュレートする。その際これらシミュレーションデータ２４は、（少なくとも部分的には）同時に、自動化装置４と交換されるシミュレーションデータ２２であることが可能である。さらにデバイスモデル７が、さらに別のインプット、例えば他の内部または外部データソースを受けることももちろん可能である。デバイスモデル７内で生成された開発データ２３は、開発設備１のインターフェース８を介して、および場合によっては存在するデバイスドライバー１４を介して、開発設備１に至り、詳しく言うならば開発設備１の中の内部インターフェースを介して開発ツール５に至る。開発ツール５が、インターフェース８を介してシミュレーション装置６とシミュレーションデータ及び／又は開発データ２５の交換をするために直接接続されていることも、もちろん可能である。

シミュレーション装置６は、簡単な設定で様々なテストベンチ、例えばエンジンテストベンチ、変速装置テストベンチ、ローラーテストベンチに適応可能である。つまり様々なテストベンチ要素が、テストモデル２０およびデバイスモデル７の形で組み合わされ、そして要求に適してパラメーターを決められることが可能である。このため、開発設備１は様々な開発目的と様々なテストベンチタイプのためにシミュレートされることが可能である。このため例えばシミュレーションコンフィギュレータ３０がふさわしいＩ／Ｏユニット、例えばＰＣを備えていることも可能である。この中で、テストモデルデータバンク及び／又はデバイスモデルデータバンク３１内に、所定のテストベンチタイプ及び／又はその要素及び／又は所定の計測デバイスのモデルが保管されることが可能であり、このモデルは、呼び出され、組み合わされそしてパラメーターが決定されることが出来る。その際シミュレーションコンフィギュレータ３０はホストシステム３内に組み込まれることも当然可能である。

開発環境において、基本的に公知なＩ／Ｏインターフェース１５が、適切な入力デバイス及び／又は出力デバイスと共に設けられることも可能であり、このＩ／Ｏインターフェースを介して、自動化装置４及び／又は開発ツール５及び／又はテストベンチが応答し、制御され又はこれら要素からのフィードバックが返されることが可能である。このようなＩ／Ｏインターフェース１５は、実際の開発環境から及び他の多数の適用範囲からも公知である。したがって、このようなＩ／Ｏインターフェース１５を介して、テストベンチ２、詳しく言うならばシミュレーション部内でシミュレーション装置６が、制御されることが可能である。その際、Ｉ／Ｏインターフェース１５は、マン・マシンインターフェースとして、そしてまたマシン・マシンインターフェースとして仕上られ得る。このようなＩ／Ｏインターフェース１５は、例えば十分公知な、
・ 例えば計測値又は運転バラメーター又は例えば音響警告シグナル、トーン等のような音響信号の出力を出力するための、例えば音声出力のような自動フィードバックのための装置、及び／又は
・ 例えば音声認識、ホイッスル音（Ｐｆｉｆｆｅ）、または打音（Ｋｌａｔｓｃｈｅｎ）等によってのような、音響的な命令入力のための装置、及び／又は、
・ 例えば画像出力、パラメーター依存したディスプレー領域の染色、作業スペース照明の制御、点滅信号機、表示部・信号機等のようなビジュアルフィードバックのための装置、及び／又は、
・ 例えば、瞳孔観察によって、手または腕のような所定の身体部分の動作を取得することによって、レーザーポインターによって等のような、視覚上の入力のための装置、及び／又は、
・ 例えば制御レバーの振動によって、シートまたはレバーの動作によって等、触覚上のフィードバックのための装置、及び／又は、
・ 例えばボタン、レバー、調整器、キーボード、コンピューターマウス、タッチスクリーン等によってのように、機械的な入力を行うための装置、及び／又は、
・ 例えば制御レバーまたはシートの温度変化によってのように、温度上のフィードバックを行うための装置を備えている。その際Ｉ／Ｏインターフェース１５は、自動化装置４及び／又は開発ツール５を介して、適当なシグナルまたはデータを供給され、またはこれら要素にシグナルまたはデータを送信する。Ｉ／Ｏインターフェース１５は、例えばシミュレーションデータ２２または開発データ２３のような、テストベンチあるいはシミュレーション装置６からのデータを直接受信し、そしてさらに処理することも当然可能である。このようなＩ／Ｏインターフェース１５を介して、任意、簡単かつ各適用範囲に適合可能な制御が可能であり、または、開発設備、詳しく言うならばその個々の部材からのシグナルまたはデータの簡単な出力が可能である。

１ 開発設備
２ テストベンチ
３ ホストシステム
４ 自動化装置
５ 開発ツール
６ シミュレーション装置
７ デバイスモデル
８ インターフェース
１０ データメモリー
１１ 車両シミュレーション部
１２ 制御部
１３ テストベンチ２へのインターフェース部
１４ デバイスドライバー
１５ Ｉ／Ｏインターフェース
２０ テストモデル
２１ データ取得装置
２２ シミュレーションデータ
２３ 開発データ
２４ シミュレーションデータ
２５ 開発データ
２６ シミュレータ
２７ ハードウェアシミュレーションデータ
３０ シミュレーションコンフィギュレータ
３１ デバイスモデルデータバンク

Claims (12)

1. 開発環境における作業シーケンスおよび設定をシミュレーションするための装置であって、この開発環境が、テスト対象のテストベンチ（２）のための開発設備（１）を備えており、その際開発設備（１）内に、テストベンチ（２）を制御および調整するための実際の自動化装置（４）が設けられており、および前記開発環境が、シミュレーション装置（６）を備えており、このシミュレーション装置内にテストモデル（２０）が設けられ、このテストモデルが、テストベンチ（２）およびテスト対象をシミュレートし、その際、テストモデル（２０）が、シミュレーションデータ（２２，２４）を生成し、および自動化装置（４）とシミュレーション装置（６）が、開発設備（１）の実際のインターフェース（８）を介して接続されており、および自動化装置（４）が生成されたシミュレーションデータ（２２）を処理する装置において、
   開発設備（１）内に、更に、いくつかの実際の開発ツール（５）が設けられており、およびシミュレーション装置（６）内に、デバイスモデル（７）が設けられており、このデバイスモデルが、データ取得装置の動作をシミュレートし、その際、デバイスモデル（７）が、少なくとも部分的にテストモデルからのシミュレーションデータ（２４）を処理し、および開発データ（２３，２５）を生成し、および、
   開発ツール（５）が実際のインターフェースを介して、自動化装置（４）及び／又はシミュレーション装置（６）と接続されており、開発ツール（５）が開発データ（２３、２５）を処理することを特徴とする装置。
2. 開発設備（１）と接続されるホストシステム（３）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. ホストシステム（３）内にデータメモリー（１０）が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. シミュレーション装置（６）と接続されるシミュレーションコンフィギュレータ（３０）が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. シミュレーションコンフィギュレータ（３０）内に、テストモデルデータバンク及び／又はデバイスモデルデータバンク（３１）が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. シミュレーション装置（６）内に、所定のテストベンチハードウェアをシミュレーションするためのハードウェアシミュレータ（２６）が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. Ｉ／Ｏインターフェース（１５）が設けられており、このＩ／Ｏインターフェースが自動化装置（４）及び／又は開発ツール（５）及び／又はシミュレーション装置（６）と接続されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 開発環境における作業シーケンスおよび設定をシミュレーションするため方法であって、この開発環境が、テスト対象のテストベンチ（２）のための開発設備（１）およびシミュレーション装置（６）を備えており、その際テストベンチ（２）は実際の自動化装置（４）を使って制御および調整され、およびテストベンチ（２）とテスト対象がシミュレーション装置（６）内でテストモデル（２０）によってシミュレートされ、その際、テストモデル（２０）が、シミュレーションデータ（２２，２４）を生成し、およびその際自動化装置（４）とシミュレーション装置（６）が、開発設備（１）の実際のインターフェース（８）を介して接続されており、および自動化装置（４）が生成されたシミュレーションデータ（２２）を処理する方法において、
   データ取得装置の動作が、シミュレーション装置（６）内でデバイスモデル（７）によりシミュレートされ、その際、デバイスモデル（７）が少なくとも部分的にテストモデル（２０）からのシミュレーションデータ（２４）を処理し、および開発データ（２３、２５）を生成し、および、
   開発設備（１）のいくつかの実際の開発ツール（５）が実際のインターフェースを介して、自動化装置（４）及び／又はシミュレーション装置（６）と接続されており、開発ツール（５）が開発データ（２３）を処理することを特徴とする方法。
9. シミュレーション装置（６）内で、所定のテストベンチハードウェアが、ハードウェアシミュレータ（２６）内においてシミュレートされることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. シミュレーションコンフィギュレータ（３０）によって、シミュレーション装置（６）の設定が生成されることを特徴とする８または９に記載の方法。
11. ホストシステム（３）を介して、テストシーケンスが適当なオペレーティングインターフェースを介して生成され及び／又は管理され、及び／又はテストデータまたはテストシーケンスが保存されまたは評価され、及び／又は保存されたテストシーケンスまたは設定データが開発設備（１）に実行され、及び／又は複数の開発設備（１）またはテストベンチ（２）が互いに接続されることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. Ｉ／Ｏインターフェース（１５）を介してデータまたはシグナルが自動化装置及び／又は開発ツール（５）及び／又はシミュレーション装置（６）に送信され、またはこれらによって受信されることを特徴とする請求項８から１１のいずれか一項に記載の方法。

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