Verkehrssimulation im Hardware-in-the-Loop-Steuergerätetest

Abstract

In der Fahrzeugentwicklung stellen Hardware-in-the-Loop (HIL)-Systeme den Stand der Technik für die Absicherung von Regler- und Steuergerätealgorithmen dar [1]. Für entsprechende Closed-Loop-Szenarien werden echtzeitfähige Simulationsmodelle eingesetzt. Zum Testen von Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) oder auch autonomen Fahrfunktionen sind Simulationsmodelle erforderlich, die neben dem Fahrzeug notwendigerweise auch ein geeignetes Modell der Fahrzeugumgebung mit anderen Verkehrsteilnehmern umfassen. Für klassische Assistenzfunktionen werden diese Verkehrsteilnehmer dabei in konkreten, ausgewählten und vorab definierten Situationen simuliert. So lassen sich eindeutig spezifizierbare Testszenarien abprüfen. Die Einbindung realer Antriebsstrangkomponenten, beispielsweise von Verbrennungsmotoren mitsamt entsprechenden Prüfständen, ist dabei eine Möglichkeit, um den realen Kraftstoffverbrauch oder auch das Emissionsverhalten bei Fahrten in einer simulierten Umgebung messbar zu machen [2]. Die Entwicklung und Absicherung von Funktionen hochautomatisierter und miteinander kommunizierender Fahrzeuge stellt steigende Anforderungen an Umgebungsmodelle. Diese resultieren zum einen aus den quantitativ steigenden Aufwänden, um entsprechende Algorithmen und Steuergeräte in unterschiedlichsten Situationen zu testen und zu validieren. Zum anderen steigen auch die qualitativen Anforderungen an solche Tests, da die zu testenden Szenarien nicht nur vielfältiger, sondern auch deutlich komplexer und weniger klar definierbar werden. Es ist erforderlich, realitätsnahe Verkehrssituationen zu simulieren, bei denen eine Interaktion zwischen den Verkehrsteilnehmern erfolgt [3]. Mikroskopische Verkehrssimulatoren simulieren Verkehr unter Berücksichtigung der Interaktion zwischen den einzelnen Verkehrsteilnehmern. Dabei wird eine große Anzahl an Fahrzeugen fahrdynamisch vereinfacht simuliert. Die Kommunikation der Verkehrsteilnehmer wird über eine geeignete Netzwerksimulation dargestellt. Integrierte Simulatoren kombinieren eine solche Verkehrssimulation mit einer Netzwerksimulation und ermöglichen es so, die erforderlichen Testsituationen abzubilden [4]. Sowohl HIL-basierte Systeme als auch die integrierte Verkehrs- und Netzwerksimulation werden üblicherweise unabhängig voneinander in ihren Einsatzfeldern als Einzelsysteme verwendet und bieten den hier erforderlichen Funktionsumfang. Doch erst eine Kopplung beider Werkzeuge ermöglicht die Absicherung von ADAS-Funktionen in komplexen, interagierenden Szenarien unter Einbindung von Hardware-Komponenten. Dieser Beitrag erläutert, wie durch eine Kopplung die Möglichkeiten der Verkehrs- und Netzwerksimulation für den Test von Steuergeräten am HIL-Simulator mit etablierten Werkzeugketten unter Echtzeitbedingungen erschlossen werden können.