Archiv der Kategorie: Software & Testing Solutions

Antriebsprüffeld
Workflow-Orientiertes Informationsmanagement im Antriebsprüffeld
Workflow-Orientiertes Informationsmanagement im Antriebsprüffeld
Verglichen mit der Menge der Rohmessdaten, die zum Beispiel von einem autonom fahrenden Fahrzeug generiert und verarbeitet wird, ist die eines Antriebstests noch relativ gut beherrschbar. Die Vielfalt aller Informationen eines Antriebstests und deren Interaktion stellen jedoch hohe Anforderungen an die Werkzeuge zur Verarbeitung dieser Informationen. Ein effizient organisierter Prüfbetrieb erfordert daher eine sinnvolle Strukturierung und Standardisierung der Informationen sowie die intelligente Vernetzung von Informationsmanagementwerkzeugen. Nur so lassen sich die Informationsverarbeitung im Prüfprozess beschleunigen und der Erkenntnisgewinn maximieren.
Aufgrund dieser Informationsvielfalt ist es sinnvoll, eine Aufteilung in Informationsdomänen vorzunehmen (Abbildung 1), worauf aufbauend sich der Informationsfluss zwischen den Domänen und einer adäquaten Werkzeugkette spezifizieren und aufbauen lässt.
FEVFLEX™ ermöglicht die Konfiguration von Projektstammdaten wie beispielsweise Teamdefinitionen und -verfügbarkeiten, Zeitkorridore und Budgetrandbedingungen sowie die Übertragung dieser Daten aus ERP- und Maschinendatenerfassungssystemen an die erste Informationsdomäne – die Prüfauftragsdatenbank. Die leistungsfähigen, grafischen Benutzeroberflächen in FEVFLEX™ ermöglichen dabei eine optimale Planung bzw. Kopplung von Prüfprogrammen und Ressourcen (Prüfstände, Messgeräte, Personal). Über ein angebundenes elektronisches Auftragsmanagement lassen sich zusammen mit den Stammdaten schriftlich gefasste Aufträge an Labore und Werkstätten erteilen, um frühzeitig die benötigten Messmittel vorzubereiten und den Prüfaufbau zu initiieren. Typischerweise werden Informationen zu Prüfobjekt und Prüfprogramm ebenso wie die Steuergeräte-Datensätze durch die jeweilige Fachabteilung beigesteuert.
Zuverlässig funktionierende Informationswerkzeuge optimieren auch die Zusammenarbeit und den Informationsaustausch zwischen den Prozesspartnern während der Prüfauftragsplanung, wodurch sie Informationen effizient und verlustfrei zusammenzuführen.
Dies geschieht bei FEV über das von Fachabteilung und Prüfbetrieb genutzte, identische Front-End der Prüfauftragsdatenbank (Abbildung 2).
Die Prüfauftragsdaten werden automatisiert an die zweite Informationsdomäne vererbt. FLEX Lab™ erstellt dabei die Konfiguration der Prüfstandsautomatisierung MORPHEE (andere Automatisierungssysteme auf Anfrage) und bildet die Basisdaten für die Versuchsdurchführung. In der Versuchsdatenbank werden dann in Abhängigkeit der geforderten Testarten, einzelne Versuchsschritte definiert, beispielsweise eine einzelne Kennfeldvermessung, eine Vollastkurve oder ein Emissionszyklus (Abbildung 2). Aufgrund der Informationsvererbung müssen für nachfolgende Versuchsschritte und zur Dokumentation lediglich noch Abweichungen von den geplanten Versuchsvorgaben erfasst werden. Der Prüfstandbediener wählt am Automatisierungssystem nun über eine Schnittstelle den jeweiligen Versuchsschritt in der Versuchsdatenbank aus und stellt so die Verknüpfung zu den Messdaten her.
Durch Verknüpfung der Prüfauftragsdaten und zugehörigen Vorgaben, der im Versuch tatsächlich gefahrenen Sollwerte sowie der zeitsynchronen Messdaten aus den verschiedenen Messsystemen erhält man einen vollständigen Datenbestand für die Berechnung von Versuchsergebnissen und für weitere Analysen. Berechnungen werden dabei nutzungsgemäß durchgeführt. Regelabweichungen oder bedeutende Qualitätskriterien, beispielsweise die Messpunktstabilität, werden während der Messung in Echtzeit im Automatisierungssystem berechnet und nach ihrer dortigen Verarbeitung in die Datenbank übertragen. Weitere Berechnungen auf der Grundlage eines einheitlichen Formelkataloges werden nach Einlagerung der Messergebnisse in der Versuchsdatenbank durchgeführt und als Berechnungsergebnis separat gespeichert.
Mit Abschluss des einzelnen Versuchsschrittes steht damit ein aussagekräftiger Bestand an Versuchsdaten für die Qualitätssicherung durch den Prüfbetrieb oder für weitere, auch projektübergreifende Analysen durch die Fachabteilung zur Verfügung.
In der dritten Domäne, der Betriebsdatenbank, ermöglicht die Logbuch Funktionalität in FEVFLEX™ das Loggen von codebasierten Betriebszuständen und von Fehlermeldungen der Automatisierungssysteme und Messgeräte im Prüffeld. Hiermit stehen weitere Informationen zur Verfügung. Diese werden vom Prüfstandbediener durch Berichte zu den Fehlerbildern und -ursachen ergänzt. Ebenso werden im Bedarfsfall durch das Personal 8D-Reports erstellt (Abbildung 3), die über ein Messaging zur Weiterverfolgung unmittelbar an die verantwortlichen Werkstätten oder Labore geleitet werden.
Damit ist die Betriebsdatenbank – neben der automatisierten Produktivitätsanalyse einzelner Projekte oder von gesamten Prüffeldern – ein wichtiges Instrument zur Betriebsunterstützung. In der Prüffeldorganisation wird dies durch Geräteverantwortliche gelöst, die jeweils Informationen über die ihnen zugeordneten Fehlercodes und über die darin berichteten Auffälligkeiten, Fehler und deren Ursachen erhalten. Sie werden über eine leistungsfähige Oberfläche umfassend informiert und können im Risikofall schnell und zielgerichtet eingreifen.
Durch die Weitervererbung von Prüfauftragsdaten sind alle Informationen aus den Versuchsschritten und aus den betrieblichen Informationen miteinander verknüpft. Alle Informationen bleiben zuordenbar und die Erstellung von Teilehistorien, also während der Versuchsphase erfahrene Lastkollektive, Messgrößen und Auffälligkeiten wird deutlich vereinfacht.
Qualitätssicherung durch Online-Plausibilisierung
Zur Prüfung und Plausibilisierung von Messergebnissen während der Versuchsdurchführung steht an der Schnittstelle zwischen Prüfstand und Versuchsdatenbank ein Datentransfer-Tool mit erweiterten Funktionen zur Verfügung (Abbildung 5). Dieses lagert die Rohmessdaten während der laufenden Messung schrittweise in die Versuchsdatenbank ein und führt in diesem Zuge automatisierte Analysen durch. Der Prüfstandbediener erhält über die Visualisierung fortlaufend Informationen zum Prüfungsergebnis (Abbildung 4) und kann gegebenenfalls manuell korrigierend eingreifen, sofern dies nicht bereits automatisiert erfolgt.

Im Rahmen dieser Plausibilisierung werden neben der Treue zu den Versuchsvorgaben die Messergebnisse hinsichtlich ihrer Vollständigkeit geprüft und die Messwerte gegen einen zu erwartenden, aber noch nicht kritischen Wertebereich abgeglichen. Des Weiteren kann das Transfer-Tool bei Emissionsmessungen eine datengetriebene Analyse von Gaslaufzeiten und eine Regressionsanalyse durchführen, um zeitnah spezifische Emissionsgrößen berechnen und plausibilisieren zu können. Das Plausibilisierungsergebnis wird ebenfalls in der Versuchsdatenbank abgelegt. Die Online-Plausibilisierung während des Datenimports trägt so wesentlich zur Qualitätssicherung im Prüfbetrieb bei.
Postprozess und Berichte
Eine maschinenlesbare Definition der Berichte, standardisierte Berichtsvorlagen und Namensgebung bilden die Basis für eine automatisierte Berichtserstellung. Eine typische Qualitätsmaßnahme in Prüffeldern ist die regelmäßige, zumeist tägliche Referenzvermessung auf Basis charakteristischer Betriebspunkte. Dabei werden der Datenstand des Prüflings und die Prüfrandbedingungen stets gleichgehalten. Hierüber sind Veränderungen oder driftende Größen über längere Versuchszeiträume oder nach Umbauten oder Reparaturen schnell zu erkennen. Über die im Datentransfer-Tool integrierte Analysefunktion wird die automatisierte Erstellung eines Berichtes im Auswerte-Tool UNIPLOT™ aufgerufen. Dort werden jeweils aktuell gemessene Daten um die seit Versuchsbeginn bereits eingelagerten Referenzmessungen ergänzt.
Zusätzlich zu den Qualitätsberichten werden weitere projektspezifische Versuchsberichte definiert, die durch eine automatisierte Verarbeitung der darzustellenden Versuchsergebnisse bereits kurz nach Abschluss eines jeden Versuches zur Verfügung stehen. Projektindividuelle Berechnungen werden als ergänzende Berechnungsvorschrift in die Datenbank zurückgeführt und ergänzen so den Inhalt der automatisierten Versuchsberichte.
Globale Vernetzung von Prüffeldern
Werden Prüfläufe standortübergreifend organisiert, beispielsweise wenn eine aufwändige Prüflings- und Teilelogistik vermieden werden soll, die Fachexpertise aber an einem anderen Standort verfügbar ist, ist ein schneller und sicherer Austausch der Informationen im globalen Unternehmensverbund erforderlich.
Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, dass sich die Datenbanken am gleichen Ort wie die Versuchsdurchführung oder die Fachbereiche befinden. Um einen effizienten Prüfbetrieb zu gewährleisten und gleichzeitig die Qualitätsstandards zu erfüllen, muss ein Teil der Versuchsergebnisse lokal nach kurzer Zeit bereitstehen. Möglich wird dies durch die Replikation des Datentransfer-Tools am lokalen Standort, welches dann die Online-Plausibilisierung durchführt und die Qualitätsberichte erstellt. Parallel dazu organisiert das lokale Datentransfer-Tool die Datenübertragung an die zentrale Datenbank und startet dort die weiteren Berechnungen und die Erstellung der Projektberichte (Abbildung 6). Im Prüffeld steht also nach wenigen Minuten ein umfassender Bericht zur Qualitätssicherung und Erstanalyse zur Verfügung.
Der direkte Zugriff auf die Prüfauftragsdatenbank und die Versuchsdatenbank erfolgt über eine virtuelle Desktop-Infrastruktur. Hierüber können vom Expertenteam neue Prüfaufträge oder einzelne Versuchsschritte definiert werden, die dem Prüfstandbediener in der zentralen Versuchsdatenbank als Auftragsbestand zur Verfügung stehen. Zur Unterstützung der Kommunikation und globalen Zusammenarbeit werden bei FEV zudem virtuelle Leitstände genutzt. Vergleichbar zur zentralen Leitwarte in einem Prüffeld (Abbildung 4) werden auch in der virtuellen Leitwarte Informationen zur Online-Plausibilisierung und der Status der Automatisierung und des Applikationswerkzeuges übertragen.
Über die Versuchsdatenbank können zwischen einem Expertenteam und einem fernen Prüfbetrieb kontinuierlich Versuchsschritte beauftragt und anschließend vollständige Prüfergebnisse zeitnah kommuniziert werden. In einer Reihe international organisierter Projekte, die bei FEV durchgeführt wurden, hat sich gezeigt, dass die globale Verfügbarkeit des vollständigen Versuchsergebnissatzes einschließlich aller automatisierten Berechnungen und Berichte für einen Versuchsschritt nach maximal 15 Minuten möglich ist.
Die gemeinsam genutzte Versuchsdatenbank der FEV bildet somit die zentrale Plattform für die global vernetzten Prüfaktivitäten innerhalb der Unternehmensgruppe.
Die notwendigen Standardisierungen und Informationsmanagementwerkzeuge wurden bei FEV entwickelt und werden kontinuierlich verfeinert. Auf dieser Grundlage steht auch für unsere Kunden ein attraktives Produkt-Portfolio vom Automatisierungssystem Morphee™ über das Datenmanagement in FEVFLEX™ und FLEX Lab™ bis hin zur Auswertung in UNIPLOT™ für das Informationsmanagement in Prüffeldern zur Verfügung.


Know-how und Kapazität für E-Prüfprojekte
Prüfeinrichtungen
Prüfeinrichtungen
Im kommenden Jahr wird FEV zwei neue Batterieprüfzentren in Deutschland und Frankreich in Betrieb nehmen. Zusätzlich wurden in bestehende Prüfzentren von FEV und an Kundenstandorten modernste Prüfstände für E-Motoren und E-Achsen integriert. Diese massive Kapazitätserweiterung basiert auf der Grundlage langjähriger Erfahrung in der Planung, Konstruktion und im Betrieb eigener Prüfstände und Prüfzentren sowie in der Realisierung zahlreicher Kundenprojekte. Daraus resultierend bietet FEV eine effektive Methodik zur Lastenhefterstellung, zum Konzeptlayout und zur Planung sämtlicher Prüfeinrichtungen im Bereich der E-Mobilität. Diese umfasst die Hardware (Prüfausrüstung, technische Infrastruktur, Gebäude), die Software (Datenmanagement, Automatisierung, Simulation) sowie die Logistik und den Betrieb.
Der nachhaltige Erfolg beim Bau neuer Prüfzellen und -zentren hängt entscheidend von der Qualität und der Vollständigkeit der Spezifikationen und der Planung ab. Eine präzise Anforderungsanalyse, die Erstellung vollständiger Spezifikationen und eine gut durchdachte Konzeptentwicklung sind die Schlüsselfaktoren für eine erfolgreiche Realisierung hochkomplexer Projekte im Bereich der E-Mobilitätsprüfung. Dank des umfangreichen Erfahrungsschatzes von FEV können die beschriebenen Projektphasen in enger Zusammenarbeit mit den zukünftigen Anwendern/Kunden aktiv organisiert und geleitet werden, um die Entwicklung nachhaltiger und kosteneffektiver Lösungen sicherzustellen, die die zukünftigen Anforderungen in höchstem Maße erfüllen. Dazu wenden die Experten von FEV innovative Projektmanagement-Methodiken sowie in zahlreichen, weltweiten Projekten erprobte Berechnungs- und Simulationsinstrumente an, um unterschiedliche Szenarien bereits im Vorfeld zu simulieren. Abschließendes Ziel ist es, eine technische Lösung zu entwickeln, die Aspekte der Gebäudekonstruktion, Konzepte für die Prüfzellen und Prüfstände, die Labore, Werkstätten und die technische Infrastruktur einschließlich Versorgungsmedien und Energieversorgung sowie betriebliche und logistische Fragen abdeckt.
Optimierung der Leistung des Prüfzentrums
In modernen Prüfzentren lassen sich die sichtbaren Teile wie Gebäude, Gebäudeinfrastruktur und die Prüfstände selbst nicht mehr von den unsichtbaren Teilen – dem umfassenden Informationssystem mit einem hohen Grad an Automation – getrennt betrachten. Dieses Informationssystem steuert sämtliche Arbeitsabläufe und die Anwendungsfälle des Batterieprüfzentrums. Beim Eingang von Batteriepack, Batteriemodul oder -zelle und der zugehörigen (Teil-)Komponenten wird zunächst ein Barcode erstellt, der den Prüfling (engl. Unit Under Test oder kurz UUT) durch den gesamten Workflow identifiziert. Der Prüfling wird einem sicheren Lagerraum entnommen und anschließend in einem Vorbereitungsbereich mit Sensoren und Messinstrumenten ausgestattet. Der Verfügbarkeits- und Instandhaltungsstatus der Ressourcen (Ausrüstung, Prüfstände, Bediener) wird in einer Datenbank dokumentiert, um eine effiziente und effektive Planung und Zuweisung von Prüflingen und Ressourcen zu gewährleisten. Nach der Montage des Prüflings auf dem Prüfstand wird das Prüfprogramm ausgeführt. Anschließend erfolgt die Nachbearbeitung der Messdaten, die über das Automatisierungssystem und weitere Messvorrichtungen erfasst wurden. Die Messdaten werden auf Plausibilität geprüft und schließlich in standardisierten Prüfberichten dokumentiert. Mithilfe des Informationssystems können die Daten zum Prüfling, zu den zugewiesenen Ressourcen, zum Prüfprogramm und zu den gemessenen Ergebnissen über den gesamten Prüfablauf logisch miteinander verknüpft werden.
Das oben beschriebene Informationssystem basiert auf der Software-Suite FEVFLEX™. Diese modulare, ebenenbasierte Software-Suite beinhaltet jeweils eigene Module für die Steuerung der wichtigsten Arbeitsabläufe in einem Prüfzentrum – von den Prüfanforderungen bis hin zur abschließenden Berichterstellung.
- Enterprise-Funktionalität auf der Ebene des gesamten Prüfzentrums:
FEVFLEX™ ermöglicht Versuche auf dem Gebiet der Simulation oder des Benchmarkings für Komponenten- und Systemprüfstände bis hin zur Prüfung ganzer Fahrzeugflotten. Auch Kombinationen aus diesen Bausteinen sind möglich. Auf dieser Ebene werden Daten aus den ERP- und MES-Systemen (z.B. Kunden- und Projektdaten, Kostenstellen) mit Informationen zum Prüfling, zum Prüfprogramm sowie zur Verfügbarkeit und zum Status der Ressourcen (Ausrüstung, Prüfstände, Bediener) kombiniert und daraus Arbeitsaufträge erstellt. Die einzelnen Aufgaben werden geplant und anschließend den Prüfständen und Ressourcen zugewiesen. Darüber hinaus ist es Mithilfe der FEVFLEX™-Software möglich, den Prüfling samt seiner (Teil-)Komponenten in einer Stückliste, die aus dem Benchmarking-Kontext bekannt ist, zu definieren und dadurch die Steuerung des Prüflingslebenszyklus zu erleichtern. In der letzten Phase des Workflows verarbeitet FEVFLEX™ die Prüfergebnisse aus der jeweiligen Quelle (Benchmarking- oder Simulationsdaten und die vom Automatisierungssystem und den Messinstrumenten erfassten Messdaten), welche anschließend zeitlich synchronisiert und an Tools zur Datenauswertung weitergeleitet werden.
- Host-System-Funktionalität als Bindeglied zwischen Prüfzentrum und Prüfständen:
FLEX Lab™ übernimmt die allgemeine Datenverarbeitung und Parametrisierung des Automatisierungssystems MORPHEE® auf der Ebene von Komponenten- und Systemprüfständen. Auf dieser Ebene werden die FEVFLEX™-Arbeitsaufträge in die Vorbereitung des Automatisierungssystems umgesetzt, um eine Basisparametrisierung zu erhalten (einschließlich z.B. Messplan, Kanalgrenzen, Log-Listen, Integration der Messinstrumente, Prüfprogramm). Darüber hinaus unterstützt FLEX Lab™ die Verwaltung der MORPHEE®-Konfigurationen einschließlich Back-up und Versionierung. Der Start der Ausführung der Prüfprogramme am Prüfstand wird durch die Kommunikation zwischen dem Host-System FLEX Lab™ und dem Automatisierungssystem MORPHEE® sichergestellt. Abschließend leitet FLEX Lab™ die mithilfe des Automatisierungssystems erfassten Messdaten an Datenauswertungs-Tools wie beispielsweise UniPlot weiter.
Und schließlich wird der Workflow in FEVFLEX™ durch SCADA-Fernüberwachung und Runtime-Statistik unterstützt:
- Die Fernüberwachung ermöglicht sofortige Warnsignale und Eingriffe bei Zwischenfällen.
- Die Runtime-Statistik unterstützt die Betriebsleiter bei der nachhaltigen Behebung von Schwachstellen im Arbeitsablauf.
Dank dieses umfassenden Informationssystems auf Basis von FEVFLEX™ wurde eine effektive Prüfstandauslastung von 95 Prozent in dem Batterie-Dauerlaufprüfzentrum von FEV erzielt.


E-Mobilität
Elektrifizierung – Software- und Testlösungen
Elektrifizierung – Software- und Testlösungen
Es wird prognostiziert, dass vollelektrische und Hybrid-Fahrzeuge innerhalb der nächsten zehn Jahre einen Marktanteil von 90 Prozent erreichen werden. Diese Entwicklung spiegelt sich auch in der Zahl an Prüfständen für E-Mobilität und Batterien wider, die aktuell gebaut werden. Im Folgenden soll erläutert werden, welche Aspekte bei dieser neuen Art von Prüfständen zu beachten sind und welches Vorgehen beim Prüfprozess zu empfehlen ist.
Ein wesentlicher Aspekt ist die Batterieprüfung. Die heutigen Lithium-Ionen-Batterien erreichen eine Energiedichte, die um das 20- bis 30-fache unter der von Benzin liegt. Um eine Kostenparität zu Benzinfahrzeugen zu erzielen, müssen die Kosten für die Batterien entsprechend um das Vierfache gesenkt werden. Kurzfristig ist dies kaum umsetzbar und so gilt es, die Kalibrierung des Batteriemanagementsystems (BMS) umgehend zu optimieren, wozu präzise Mittel auf dem Prüfstand notwendig sind. Für die Batterieprüfstände wird ein hochautomatisierter und personalsparender Prozess benötigt, der alle Prüfstände in Echtzeit überwacht und entsprechend schnelle Reaktionen ermöglicht – die Dateiformate müssen identisch sein, egal aus welcher Quelle sie stammen. In manchen Prüfzentren hat jedes Gerät ein eigenes Dateiformat, was sich auf die Produktivität des Prüfzentrums auswirkt. Zudem ist die Sicherheit im Hinblick auf Batterien ein Thema von besonderer Bedeutung: Extreme Umgebungsbedingungen, in denen die Chemie innerhalb der Batterie außer Kontrolle geraten könnte, müssen unbedingt im Auge behalten werden. Strenge Batterieprüfungen einschließlich Brandversuchen, Überspannungstests, Crash-Tests und Tiefentladungstests sind erforderlich. Doch auch, wenn die Batterie das empfindlichste Element ist, das es zu prüfen gilt, so wirft die Prüfung der Elektromotoren ebenfalls technologische Herausforderungen auf. Neu entwickelte Motoren können bis zu 25.000 U/min erreichen und in manchen Phasen kommt es dabei zu einem plötzlichen Temperaturanstieg, der sich nachteilig auf die Lebensdauer des Motors auswirkt. Auch in diesem Fall ermöglicht eine Optimierung des globalen Energiemanagementsystems (EMS) die Beherrschung kritischer Fälle und erhöht die Lebensdauer des E-Motors.
FEV bringt die wichtigsten Aspekte eines E-Mobility-Prüfzentrums und der Systementwicklung in drei Schritten auf den Punkt: Zunächst geht es um das automatisierte Management und die umfassende Überwachung der Prozesse und der Prüfstände mithilfe der Software-Suiten FEVFLEX™ und MORPHEE®. Zweitens muss eine Standardisierung der Prüfstandlösungen beziehungsweise der Prüfzellen erfolgen. Und schließlich bedarf es einer Kalibrierung der Steuergeräte und einer Optimierung des Energiemanagements, wofür eine erweiterte Anwendung der Simulation erforderlich ist. Diese Vision ist das Ergebnis der mehr als zehnjährigen Erfahrung im Betrieb zweier Prüfzentren in München und in Saint Quentinen-Yvelines (Frankreich), die mit 22 Prüfständen zur Prüfung von Batterien sowie zahlreichen E-Motor- und E-Achsprüfzellen ausgestattet sind.

Vollautomatisierter Prozess
Ein vollautomatisierter Prozess ist ein entscheidender Faktor in jedem modernen Prüfzentrum, aber besonders wichtig ist die vollständige Automatisierung in einem Batterieprüfzentrum. Dies wird durch den Einsatz von Software wie z.B. FEVFLEX™ und MORPHEE® gewährleistet. FEVFLEX™ ist eine modulare Software-Suite für das Management und die Überwachung des gesamten Prüffelds (nähere Informationen zum Einsatz von FEVFLEX™ in einem Prüfzentrum für E-Mobilität und Batterien finden Sie im Artikel „Know-how und Kapazität für E-Prüfprojekte“ auf Seite 40).
Sämtliche an FEVFLEX™ gesendeten Daten werden von MORPHEE®, dem Automatisierungssystem von FEV, erzeugt. Doch die elektrische Revolution steht gerade erst am Anfang. Batterien, Elektromotoren und die allgemeine Fahrzeugarchitektur werden sich noch weiterentwickeln. In dieser Hinsicht sind die Upgrade-Fähigkeit und Modularität von FEVFLEX™ und MORPHEE® wichtige Merkmale, die für die Software sprechen. Die offenen Software-Lösungen können vom Anwender einfach und vor allem ohne zusätzliche Entwicklungskosten konfiguriert werden. MORPHEE® kann über dieselbe Programmierschnittstelle an alle Arten von Geräten angeschlossen werden. Die Software erzeugt und synchronisiert Ergebnisdateien in einem identischen Format, egal von welchem Gerät sie stammen.

Prüfzellen: Standardlösungen
2019 ist für FEV Software and Testing Solutions ein besonderes Jahr, in dem neue Prüfzellen und Standardlösungen für Prüfstände eingeführt werden. Im Laufe der Jahre hat FEV viele Prüfstände gebaut, sowohl an eigenen Standorten als auch an Kundenstandorten in Europa, Asien und Amerika. Die Erfahrungen reichen von kompletten Engineering-Projekten bis hin zur einfachen Automation. Auf der Grundlage dieses Know-hows hat FEV Standardlösungen für Prüfstände und Prüfzellen entwickelt, bei denen eigene Produkte von FEV sowie Produkte von genehmigten Lieferanten zum Einsatz kommen. Dank dieser Standardisierung kann FEV die Kosten besser kontrollieren und kürzere Einführungszyklen anbieten. Das Angebot deckt dabei alle erforderlichen Dimensionen auf dem Gebiet der Elektrofahrzeuge und insbesondere die sicherheitsbezogenen Aspekte ab.
FEV bietet Batterieprüfstände an, die für jeden Testfall gerüstet sind: Zellenprüfstände mit bis zu 24 Zellen je Klimakammer, Modulprüfstände mit bis zu sechs Modulen und integrierte Batteriepack-Prüfstände, entweder in begehbaren Kammern oder in besonders großen Klimakammern. Das Angebotsspektrum wird zudem durch Standardprüfstände für E-Motoren erweitert, die zur Charakterisierung von Elektromotoren eingesetzt werden. Der wichtigste Aspekt bei dieser Art von Prüfstand ist die Fähigkeit, bei sehr hohen Drehzahlen und in einem hochdynamischen Prozess unter Berücksichtigung von Vibrationen prüfen zu können. FEV stellt daher modernste E-Motoren-Prüfstände einschließlich perfekt abgestimmter Dynamometer her. Die Prüfstandlösungen für E-Motoren ermöglichen Drehzahlen bis 25.000 U/min. Die MORPHEE®-Softwarelösung für den Prüfstand ersetzt die Prüfstandsteuerung und bietet einfache Konnektivität zu den Rechnern. Der E-Antriebsstrang wird optimiert, indem verschiedene Anwendungsfälle (Autobahn, städtische oder ländliche Straßen) und unterschiedliche Faktoren (unter anderem Spannungs- und Stromsignale, Frequenz vs. Winkelposition und Drehzahl, Management von Drehmomentspitzen) berücksichtigt werden. In diesem Fall wird das OSIRIS® Powermeter von FEV verwendet, um die Effizienz des E-Antriebsstrangs zu analysieren. Hierbei wird die Leistung vor und hinter dem Inverter sowie vor und hinter dem Elektromotor gemessen.
FEV bietet einzigartige Lösungen, die nicht nur die Optimierung, sondern auch die Validierung des kompletten Antriebsstrangs erleichtern. Dauerlaufprüfungen, die mechanische Zyklen (Vibrationen, Begrenzer, Differenzial) und plötzliche Temperaturwechsel (Abkühlung, Rotor-Thermomanagement) simulieren, müssen ebenfalls durchgeführt werden. Bei dieser Konfiguration ist es wichtig, nicht nur den E-Motor, sondern den kompletten Antriebsstrang zu prüfen. Auf dem E-Achsprüfstand ist es möglich, das gesamte System in den nachgeordneten Schritten des Entwicklungsprozesses zu prüfen. Dabei kommen sowohl MORPHEE® als auch OSIRIS® sowie Dynamometer von FEV und Kühlwasserkonditionierungsanlagen wie das sogenannte eCoolCon™ zum Einsatz.

Optimierung des Energiemanagementsystems
Der letzte wichtige Erfolgsfaktor für ein E-Mobilitäts-Prüfzentrum ist die Fähigkeit, die Kalibrierung der verschiedenen Rechner und des Energiemanagementsystems (EMS) des Antriebsstrangs zu optimieren. Diese Fähigkeit war bereits auf dem Gebiet der konventionellen Motoren eine Stärke von FEV und gilt ebenso für Elektro- oder Hybridmotoren. FEV hat dies durch die Entwicklung von Software mit zwei charakteristischen Merkmalen erreicht: ein sehr hohes Leistungsniveau sowie vollständige Kompatibilität unter den einzelnen Komponenten. In den ersten Entwicklungsphasen wird mithilfe von xMOD™, einer virtuellen Versuchs- und Co-Simulationsplattform, durch Co-Simulation verschiedener Modelle (zum Beispiel E-Motor, Batterie, Fahrer und komplettes Fahrzeug) ein komplexes System erzeugt. In der Folge können virtuelle Versuche auf derselben Plattform durchgeführt werden, um die Steuerungsregeln im Vorfeld zu validieren. Im nächsten Schritt werden mithilfe des über MORPHEE® gesteuerten Prüfstands – in diesem Fall der Batterie- und BMS-Prüfstand oder der Prüfstand für den E-Antriebsstrang – die zuvor validierten Modelle integriert. Dafür wird das Batterie- oder E-Motor-Modell durch das physische Teil ersetzt. Alle anderen Komponenten werden beibehalten, um eine möglichst genaue Repräsentation des Antriebsstrangs in seiner Umgebung zu erhalten. Da xMOD™ und MORPHEE auf der gleichen Entwicklungsplattform basieren, folgen die Schnittstellen, Tests und Modelle allesamt dem gleichen Prozess vom Beginn bis zum Ende. FEV bezeichnet dies als Collaborative Framework. Es gilt zu beachten, dass die außergewöhnliche Simulationsleistung dieser Tools, die um das 10- bis 40-fache schneller sein können als andere Lösungen auf dem Markt, die Prüfung von hochkomplexen Modellen auf dem Prüfstand in Echtzeit ermöglicht.



Mobilität der Zukunft
Die Balance zwischen komplexen Prüfaufgaben und Entwicklungseffizienz im Prüffeld
Die Balance zwischen komplexen Prüfaufgaben und Entwicklungseffizienz im Prüffeld
Die Veränderungen im Bereich Mobilität und Transport sind aktuell einem stark beschleunigten Veränderungsprozess unterworfen. Klassische globale Megatrends umfassen stark differenzierte nutzer- und kundenspezifische Anforderungen, unterschiedliche Gesetzgebungen, weiter verschärfte Umweltauflagen, beschränkte Ressourcen sowie die Elektrifizierung von Antriebssystemen. Zudem gewinnen Themen wie autonomes Fahren und individuelle, bedarfsgerechte Mobilitätslösungen zunehmend an Bedeutung. Die Realisierung von Lösungen und Produkten erfordert neben den etablierten, beständig weiterzuentwickelnden Technologien auch völlig neuartige Ansätze. Hierzu zählen beispielsweise Maßnahmen aus Digitalisierung, Informationstechnologie und Vernetzung. Die zunehmende Komplexität und Differenzierung stellt weiter steigende Anforderungen, die mit den etablierten Methoden und Prozessen in einem akzeptablen Zeit- und Kostenrahmen nicht mehr zu bearbeiten sind. Neue individuelle und spezifisch zugeschnittene Lösungen und Produkte müssen entwickelt werden, um diesen Herausforderungen gerecht zu werden. In den vergangenen Jahren haben sich fortschrittliche und leistungsfähige Simulationsverfahren als eine wesentliche Säule im Portfolio der Fahrzeug- und Antriebssystementwicklung etabliert. Zahlreiche klassische Prüf- und Erprobungsmethoden wurden durch die Simulation ganz oder teilweise substituiert. Die zunehmende Systemkomplexität sowie Validierungsanforderungen erfordern jedoch heute und in Zukunft anforderungsspezifisch zugeschnittene Prüf- und Testlösungen zur Absicherung von Funktionssicherheit, Qualität etc.. Die Bereitstellung entsprechend leistungsfähiger Prüf- und Testkapazitäten in einem modernen Entwicklungsumfeld beschränkt sich schon heute nicht mehr auf die rein-logistischen und technologischen Lösungen wie Prüfstände und Messsysteme. Für hocheffiziente Entwicklungsleistungen müssen vielmehr alle Prozessbeteiligten in geeigneter Weise in die Gesamtentwicklungsprozesse eingebunden sein. Hierzu zählen neben Prüffeldstruktur und -Ausrüstung auch wichtige Themen wie z.B. Personalstruktur und -kompetenzen, Methoden, operative Organisation, hocheffiziente Logistik und Informationsvernetzung. Die Konzeption zukünftiger Prüffelder muss sich grundsätzlich an der mittel- und langfristigen strategischen Produktentwicklungsplanung und den sich daraus ableitenden Testanforderungen orientieren. Neben den rein-technischen, operativen und logistischen Anforderungen liegen Schwerpunkte insbesondere auf einem wirtschaftlichen Betrieb, einer ausgewogene Balance zwischen Bereitstellung von Kapazitäten und personellen Ressourcen und deren möglichst hoher Auslastung sowie einer zweckmäßigen Verteilung zwischen Eigenabdeckung und Fremdvergaben. Organisation und Prozesse moderner Prüffelder haben sich in den zurückliegenden Jahren grundsätzlich verändert. Früher waren die Mitarbeiter aus den Entwicklungsbereichen vielfach sehr weitgehend in den Prüffeldbetrieb eingebunden und haben diesen teilweise sogar selbst operativ mitgestaltet. Das Prüffeldpersonal stellte im Wesentlichen die Kapazitäten, die Werkstattressourcen sowie das Bedienpersonal. Die Prüfprogrammdefinition und Auswertungen lagen im Verantwortungsbereich des Engineerings. In den vergangenen Jahren haben sich diverse Aufgabengebiete aus dem Verantwortungsbereich Engineering in die Prüffeldverantwortung verlagert. Heute ist die Prüffeldmannschaft vielfach für die gesamte Prüfergebniserzeugung weitgehend eigenständig verantwortlich. Diesen zusätzlichen Aufgaben muss durch entsprechende Personal- und Engineering-Kapazitäten Rechnung getragen werden. Dazu gehört auch, dass sämtliche Prozesse, aber auch die Konzeption sowie die mittel- und langfristige strukturelle Ausrichtung und Investitionsplanung im Prüffeldverantwortungsbereich liegen. Die zunehmende Verlagerung zahlreicher Aufgabenstellungen aus dem Engineering in den Verantwortungsbereich Prüffeld bedingt, dass heutige Personalstrukturen und Kompetenzumfänge einen erheblich höheren Engineering-Anteil in der Personalstruktur erfordern. Während früher der weitaus größte Anteil einer Prüffeldmannschaft aus Mechanikern sowie einigen Elektrikern und Meistern und sehr wenigen Ingenieuren gestellt wurde, hat sich der Anteil von Technikern und Ingenieuren sehr stark erhöht. Zusätzlich hinzugekommen sind IT-Spezialisten für die Betreuung von komplexen Prüfstandautomatisierungssystemen, Messsystemen sowie weitere Spezialisten diverser Disziplinen für Implementierung und Anwendung moderner Methoden und Tools. Die effiziente und wirtschaftliche Organisation eines modernen Prüffeldbetriebs erfordert die Implementierung durchstrukturierter, effizienter und flexibler Prozesse, die auf wechselnde Anforderungen adaptiert werden können. Dazu zählen das Informationsmanagement, d.h. Handling und Kanalisierung aller eingehenden, intern zirkulierenden sowie aller ausgehenden Informationen, das Versuchs- und Messdatenmanagement, Materialflüsse und Logistik, das Qualitätsmanagement und vieles mehr. Alle Haupt- und Unterstützungsprozesse müssen nahtlos ineinander verzahnt sein und bedürfen der kontinuierlichen Prüfung, Anpassung und Optimierung.
Zukünftige Prüffeldstrategien
Prüffeldorganisation, Prüffeldprozesse
Prüffeldpersonal: Struktur und Kompetenzen
Prüffeldlogistik, Informations-, Material- und Datenfluss
Prüffeld-Arbeits- und Test-Methoden
In einem modernen Prüffeld werden bereits heute in einem hohen Maße IT-basierte Methoden und Tools zur Prozessorganisation und Arbeitsabwicklung eingesetzt. Dazu zählen beispielsweise die datenbankgestützte Erstellung von projektspezifischen Prüfstandaufbau- und Prüfprogrammplänen, weitgehend standardisierte Prüfstand- und Messsysteme, eine hochautomatisierte Prüfprogrammabwicklung, die Integration von Simulationswerkzeugen, die automatisierte Auswertung von Versuchsläufen sowie die datenbankgestützte Ablage von Prüfergebnissen.
Mit der Informationsmanagementsoftware FEVFLEX bietet FEV eine leistungsfähige Lösung, die Aufgaben und Abläufe, Geräte und Medien, Testobjekte und Prüfstände, Messdaten und Testprojekte verwaltet und somit nachhaltig zur Effizienz eines Prüffeldes beiträgt. Zudem kann FEV MORPHEE die Anzahl notweniger Softwareanwendungen auf Prüfständen signifikant reduzieren. Egal ob ECU (HIL), Bauteil, Motor, Antriebsstrang, Fahrzeug oder andere: MORPHEE passt sich an jede Art von Testumgebung an.
Weitere Zeit- und Kostenreduktionen im Entwicklungsprozess lassen sich mit Online- und Offline-DoE-Werkzeugen für die virtuelle Kalibrierung erzielen. FEV xCAL kombiniert Best-in-Class-Modellierungsalgorithmen mit einer intuitiven, workflow-basierten Bedienerführung und ermöglicht so die virtuelle und effiziente Kalibrierung verschiedenster Antriebsstränge und anderer Anwendungen.
Prüffeld: Struktur, Ausrüstung, Ausstattung
Ein modernes Prüffeld stellt heute neben den klassischen Kapazitäten wie Prüfstände für Motoren, Getriebe, Fahrzeuge und Systemkomponenten, Messtechnik usw. auch Umweltsimulationsanlagen bereit. Zukünftig werden sich dazu weitere neue Prüfeinrichtungen zur Darstellung aller erforderlichen Testverfahren im Umfeld des Themas „Autonomes Fahren“ gesellen. In den zurückliegenden Jahren haben leistungsfähige Simulationswerkzeuge diverse klassische Test-Methoden substituiert und neue Methoden und Prüfverfahren sind entstanden. Ein Beispiel hierfür ist die echtzeitbasierte Vernetzung verschiedener Teilsystemprüfstände mit eingebundener Simulation von Systemkomponenten eines Gesamt-Antriebsstrangs, die nicht als Hardware verfügbar sind.
So haben FEV und VKA die „virtuelle Welle“ als wichtiges Werkzeug entwickelt. Die Testumgebung besteht aus räumlich getrennten Prüfständen, die über eine EtherCAT-Verbindung echtzeitgekoppelt sind. Durch die „virtuelle Welle“ werden z.B. die Lastmaschinen von gekoppelten Komponenten-Prüfständen so angesteuert, dass das Systemverhalten einer realen mechanischen Welle entspricht. So lässt sich eine Interaktion – beispielsweise zwischen Motor und Getriebe – erzielen. Dies ist bereits im Prototypenstatus möglich, also bevor beide Komponenten physisch adaptierbar sind. Wertvolle Entwicklungszeit kann so eingespart werden. Weitere Vorteile liegen vor allem in der geschützten Testumgebung und den intensiven Überwachungsmöglichkeiten für das einzelne Testobjekt. So werden Schäden an Prototypen wirkungsvoll vermieden. Weiterhin lassen sich durch die virtuelle Verbindung auch Kombinationen eines Hybridantriebs testen, welche mechanisch noch nicht kompatibel sind und erst umfangreich adaptiert werden müssten.


FEV AIRRATE
Berührungslose Messung der Ansaugluft auf Motorenprüfständen
Berührungslose Messung der Ansaugluft auf Motorenprüfständen
Deutlich gestiegene Anforderungen an die Umweltverträglichkeit von Verbrennungsmotoren machen genauere Maßnahmen zur Verbrauchs- und Emissionsminderung erforderlich. Jede Änderung am Motor muss im Prüfstand auf ihre Auswirkungen u.a. auf Emissionen und Kraftstoffverbrauch untersucht werden. Hierbei spielt die genaue Messung der Ansaugluftmenge im Motoransaugtrakt eine wichtige Rolle. Zu diesem Zweck hat FEV das FEV-AirRate entwickelt, das nun in einer optimierten und vollständig überarbeiteten Version erhältlich ist. Das AirRate dient zur berührungslosen Messung von Volumenstrom, Druck, Feuchte und Temperatur der Ansaugluft auf Motorenprüfständen. Aus diesen Parametern wird der Luftmassenstrom in kg/h berechnet und ausgegeben.
Hohe Messgenauigkeit
Das Ultraschall-Laufzeitdifferenzverfahren mit 8 Ultraschallsensoren in vier Messpfaden ermöglicht eine sehr hohe Messgenauigkeit über den gesamten Messbereich. Die extrem schnelle Ansprechzeit des Systems sichert auch bei hochdynamischen Vorgängen im Ansaugtrakt eine reproduzierbare Luftmengenmessung. Durch den sehr niedrigen Druckverlust in der Messstrecke des AirRates wird das Motorverhalten nicht beeinflusst. Aufgrund der großen Messbereichsspreizung der Messsysteme AirRate 100 und AirRate 150 kann der komplette Bereich von Einzylindermotoren bis hin zu Nutzfahrzeugmotoren mit nur zwei Gerätegrößen erfasst werden.
Kompaktes Design in nur einem Gehäuse
Das AirRate hat einen sehr geringen Platzbedarf; aufgrund des kompakten Designs ist die gesamte Messtechnik in nur einem Gehäuse untergebracht. Eine separate Verdrahtung von Messeinheit und Ausgabeeinheit entfällt.
Durch den im Gerät integrierten Strömungsgleichrichter werden Verwirbelungen der Ansaugluft wirksam reduziert und das System kann dadurch ohne Verlängerung der Einlaufstrecke beispielsweise unmittelbar hinter einem Rohrbogen eingebaut werden. Eine Integration in Prüfstände, mit oder ohne Ansaugluftkonditionierung, ist dadurch sehr leicht möglich; ebenso eine kurzfristige Umrüstung für den Betrieb mit oder ohne AirRate.
Übersichtliche Bedienung
Besonderes Augenmerk wurde bei der Neuentwicklung auf eine Erhöhung der Messfrequenz sowie eine einfache und übersichtliche Bedienung gelegt.
Im Vergleich zum Vorgängergerät wurde die Messfrequenz mehr als verdoppelt; zusätzlich zur Druck und Temperaturmessung ist jetzt zur Massenbestimmung eine Feuchtemessung im Gerät integriert. Das Vier-Pfad-Design mit insgesamt acht Titan-Ultraschallsensoren gewährleistet eine sehr hohe Messgenauigkeit auch bei schwierigen Strömungsverhältnissen. Zusätzlich erfolgt ein Plausibilitätscheck zwischen den Pfaden, sodass der Drift eines Pfades detektiert und gemeldet werden kann. Aufgrund der Pfadkompensations-Funktionalität kann der Ausfall eines kompletten Pfades – ohne Einschränkung der Messgenauigkeit – vom Gerät kompensiert werden.
Die Bedienung des AirRates erfolgt über das 7“-Touchdisplay mit gut ablesbaren Grafikelementen, über den Webbrowser oder über das WiFi-Interface. Insbesondre letzteres ermöglicht eine sehr leichte Bedienung und Einstellung selbst bei schwierigen und unzugänglichen Einbauverhältnissen – beispielsweise mithilfe eines Smartphones.
Alle Einstellungen sind passwortgeschützt; ein unberechtigtes oder versehentliches Verstellen der Parameter ist dadurch ausgeschlossen. Die Bedienoberfläche sowie die Webmenüs sind mehrsprachig verfügbar und durch den Betreiber erweiterbar.
Geringer Wartungs- und Kalibrierungsaufwand
Neben dem Stromausgang (4 bis 20 mA) steht jetzt auch ein Spannungsausgang (0 bis 10 V) zur Verfügung. Die serielle Schnittstelle mit AK-Protokoll ist voll kompatibel zur bisherigen Version. Ein einfacher Austausch ist somit möglich, da auch die mechanischen Anschluss-Maße beibehalten wurden. Neben der seriellen Schnittstelle ist das AK-Protokoll ebenso über TCP/IP verfügbar.
Die eingesetzten Druck-, Temperatur- und Feuchtesensoren kommunizieren alle über ein digitales Busprotokoll. Hierdurch können sie im Fehlerfall leicht gegen die werksseitig kalibrierten Ersatzteile ausgetauscht werden, eine Neukalibration des Gerätes ist in diesem Fall nicht notwendig.
Das Kalibrierintervall des AirRates liegt bei zwei Jahren und ist somit signifikant besser als bei vergleichbaren Heißfilmmessgeräten mit nur sechs Monaten Kalibrierintervall. Auf Wunsch ist eine DAkkS-Kalibrierung des AirRates möglich.


Validierung vernetzter Fahrzeuge 2.0
FEV-TST: Frühzeitige Validierung von vernetzten Fahrzeugsystemen und Cybersicherheit
FEV-TST: Frühzeitige Validierung von vernetzten Fahrzeugsystemen und Cybersicherheit
Fahrzeug-Apps, Smartphone-Verbindungen, GPS, Bluetooth, WiFi, 4G/LTE und bald auch 5G sind nur einige der Vernetzungsfunktionen in modernen Fahrzeugen: Das „Vernetzte Fahrzeug“ ist nicht länger eine Vision, sondern eine Realität und damit gehen auch beträchtliche Komplexität und Herausforderungen (z. B. Cybersicherheit) für die Integration all dieser Funktionen in das Smart Vehicle-Ökosystem einher. Als führender Entwicklungsdienstleister begleitet FEV diese Technologien bereits seit ihren ersten Tagen und verfügt so über einzigartiges Know-how von der Entwicklung, Implementierung, Integration bis hin zur Validierung. FEV hat zur Unterstützung dieser unterschiedlichen Programmentwicklungszyklen bzw. -stufen den sogenannten „Telematics System Tester“ (FEV-TST) entwickelt, der selbst in den ganz frühen Entwicklungsphasen zu einem wichtigen Werkzeug für die Integration und Validierung zunehmend komplexer, vernetzter Fahrzeugkomponenten und -systeme geworden ist. Das Testsystem ermöglicht es, alle relevanten Komponenten, Anwendungen, Signale und Daten von vernetzten Fahrzeugen in einer kontrollierten Umgebung zu simulieren und auch aufgezeichnete Szenarien zu reproduzieren. Nach dem erfolgreichen Abschluss von mehreren Serienfertigungsprojekten zur Entwicklung, Integration und Validierung mit vernetzten Fahrzeugen zeigen die Projektergebnisse: Der FEV-TST reduziert Zeit und Aufwand um bis zu 30 Prozent, was gerade vor dem Hintergrund zunehmend kürzerer Innovationszyklen wichtig ist. Des Weiteren werden mithilfe dieser Testsystemplattform enorme Vorteile bei Dauer- und Regressionsprüfungen für u. a. Cybersicherheit erzielt.
„Im Fahrzeug von heute und ganz sicher im Smart Vehicle von morgen ist die Vernetzung ein absolutes Muss, auf das nicht nur die Telematik- und Infotainmentsysteme zurückgreifen, sondern auch die kommenden Funktionen zum autonomen Fahren. Die Vernetzung wird Smart Vehicles möglich machen und dank ihrer Zuverlässigkeit können OEMs eine breite Palette zusätzlicher Anwendungen für den Fahrer und die Gesellschaft als Ganzes anbieten“, erklärt Stephan Tarnutzer, Vice President Electronics und Leiter des globalen Center of Excellence „Smart Vehicle“ bei FEV. „Das Fahrzeug der Zukunft wird Teil des Internet der Dinge sein, Terrabytes von Daten beitragen und beim Fahren große Datenmengen aus unterschiedlichen Quellen erhalten oder verarbeiten – sowohl von innerhalb und ganz sicher auch von außerhalb des Fahrzeugs.“ Aus diesem Grund müssen Systeme vernetzter Fahrzeuge in einem „End-to-End“-Kontext mit einem vernetzten Systemdenken und einer entsprechenden Methodik validiert werden. Das Fahrzeug ist nur ein Teil dieses Systems. Neben den „standardmäßigen bzw. traditionellen“ Fahrzeugfunktionen müssen alle anderen Dienste und Kommunikationsstrukturen sowie alle Komponenten außerhalb des Fahrzeugs (Cloud, Backend, Apps usw.) bei der Validierung berücksichtigt werden. Eine der Herausforderungen im Zusammenhang mit dem vernetzten Fahrzeug ist die Cybersicherheit, für die täglich neue Bedrohungen thematisiert und validiert werden müssen. „Eine Systemvalidierung, die allen diesen Gesichtspunkten gerecht wird, kann nur durch den Einsatz automatisierter Testsysteme erfolgreich gemeistert werden. Ansonsten wäre die Aufgabe überwältigend und es gäbe nicht genügend Personal, um diese Arbeit manuell, zuverlässig und konsistent auszuführen“, resümiert Tarnutzer.
>> MODERNE SMART VEHICLES SIND MIT BIS ZU 100 STEUERGERÄTEN AUSGESTATTET, DEREN SOFTWARE ZUSAMMENGENOMMEN MEHR ALS 100 MILLIONEN CODEZEILEN UMFASST UND DIE NAHEZU EIN TERABYTE DATEN GENERIEREN
Komplexe vernetzte Fahrzeugsysteme
Mit der FEV-TST-Plattform ist es möglich, die relevanten Signale und Daten in einer kontrollierten Umgebung zu simulieren oder aufgezeichnete Szenarien zu reproduzieren. Hierzu zählen die Fahrzeug-Kommunikationsbusse, das Mobilfunknetz, GPS, Bluetooth und WiFi genauso wie die Nachbildung von Smartphone-Apps, die Verbindung zum Internet für Backend-Dienste, die zur Entwicklung der erforderlichen Anwendungsfälle für das vernetzte Fahrzeugsystem notwendig sind und für die End-to-End-Prüfung verwendet werden. Der FEV-TST kann außerdem unterschiedliche Szenarien für Mobilfunknetz- und GPS-Signale simulieren. So können beispielsweise der Einfluss schwacher Satellitensignale oder Übergabeszenarien für zelluläre Signale von Mast zu Mast bereits im Labor beurteilt werden. „Mit FEV-TST kann das zu testende vernetzte System einfach und in kürzester Zeit mit hunderten unterschiedlicher Szenarien in einer kontrollierten Umgebung validiert und bewertet werden“, so Tarnutzer. „Eine zusätzliche Back-Office-Anwendung bildet eine simulierte Informationskette ab, z. B. den Datenfluss eines Türöffnen-Befehls vom Smartphone über das Backend bis zur Telematikeinheit und den CAN-Bus des Fahrzeugs.“
Die neueste Ergänzung der FEV-TST-Plattform ist auf die Automatisierung verschiedener Prüfungen im Zusammenhang mit der Cybersicherheit ausgerichtet und umfasst mehrere, dem Branchenstandard entsprechende Werkzeuge gegen Cyberangriffe durch die zahlreichen, im Fahrzeugen vorhandenen Angriffsvektoren (d. h. Bluetooth, WLAN, CAN usw.), die auf dem TST simuliert werden. Das FEV-System ermöglicht die Automatisierung der Prüfungen und Validierung im Zusammenhang mit der Cybersicherheit, was während der Entwicklung sowie der Regressionsprüfung äußerst hilfreich ist. Der TST reduziert nachweislich den manuellen Prüfaufwand im Zusammenhang mit derartigen Aktivitäten um über 50 Prozent und ermöglicht so den Einsatz von Ressourcen für andere Prüfarten.
Frühzeitige Entwicklung
Allein die Connectivity-Systeme moderner Fahrzeuge bestehen in der Regel aus über fünf verschiedenen Komponenten unterschiedlicher Zulieferer. Häufig sind nicht alle dieser Komponenten zum gleichen Zeitpunkt in der Entwicklungsphase für Integrations- und Validierungsprüfungen verfügbar. Der FEV-TST kann zur Unterstützung der Entwicklungsbemühungen sowie zur Prüfung und Validierung von Prozessbeginn an eingesetzt werden. Er kann so konfiguriert werden, dass er das echte System realitätsnah abbildet und schnell Anforderungen für jede dieser Komponenten verifiziert. Der TST kann bei den Aufgaben bezüglich Cybersicherheit in einem Entwicklungsprogramm ebenfalls von Anfang an unterstützend wirken und Implementierungslücken bezüglich Cybersicherheit in Komponenten frühzeitig identifizieren.


FEV macht Software-Qualität messbar
Metrikbasierte Strategien für die Qualitätssicherung von eingebetteter Fahrzeug-Software
Metrikbasierte Strategien für die Qualitätssicherung von eingebetteter Fahrzeug-Software
Die Digitalisierung und der hohe innovative Anspruch treiben wichtige zukünftige Technologien in der Automobilbranche voran. Mit zunehmender Komplexität von Software gehen strengere Qualitäts- und Sicherheitsstandards einher. Ressourceneinschränkungen bei Projekten limitieren jedoch die für Qualitätssicherung (QS) aufgebrachte Zeit. Aus diesem Grund hat FEV eine maßgeschneiderte, optimierte QS-Strategie entwickelt, um die Effizienz und Qualität in Softwareprojekten nachweislich zu verbessern. Die Auswirkung strategischer Entscheidungen auf die Qualität der resultierenden Software wurde anhand von Daten aus 13 Kundenprojekten untersucht. Das Ergebnis: ein besseres Verständnis, wie hohe Qualität erreicht und sinnvoll quantifiziert werden kann.
>> ES WURDEN DATEN AUS 13 PROJEKTEN ZU FAHRZEUGSOFTWARE ANALYSIERT
Der Schwerpunkt der FEV-Forschung liegt auf zwei Hauptthemen: Erstes Ziel ist es, die Qualität eines Softwareprodukts mithilfe geeigneter Metriken zu analysieren, zu formalisieren und zu erfassen. Das zweite Ziel liegt darin, die Einflüsse bestimmter Eigenschaften der Qualitätssicherungsstrategie auf die Ergebnisse eines Projekts zu identifizieren.
Ein pragmatischer Ansatz zur Definition der Qualität eines Softwareprodukts ist dessen Aufteilung in intrinsische und extrinsische Aspekte. Die extrinsische Qualität wird oftmals anhand der Kundenzufriedenheit beurteilt, während intrinsische Qualität am besten mithilfe etablierter Produktqualitätsmodelle, wie dem in der ISO 25010 definierten Modell, quantifiziert werden kann.
Schwerpunkt der Studie
Für die erste Studie schränkte FEV den Untersuchungsumfang auf bestimmte, von der ISO 25010 vorgeschlagene Eigenschaften ein. Dann wurden mithilfe einer Reihe von Metriken bestimmte Qualitätseigenschaften quantifiziert. Dabei wurden vor allem die Anforderungskonformität und das Restfehler-Verhältnis berücksichtigt.
Zur Validierung der Korrelation zwischen Metrik und tatsächlicher Produktqualität und zur Identifizierung von Beziehungen zu bestimmten QS-Strategien wurden Daten von 13 Projekten zu Fahrzeugsoftware erfasst und analysiert. Bei der Analyse wurden statistische Modelle, wie Korrelationskoeffizienten und ANOVA (Analysis of Variance, Varianzanalyse), berücksichtigt.
Ergebnisse
Die Studie hat gezeigt, dass die Kundenzufriedenheit stark mit sowohl der Anforderungskonformität (positive Korrelation) als auch dem Restfehler-Verhältnis (negative Korrelation) korreliert, was auf eine signifikante lineare Beziehung zwischen diesen Metriken hinweist.
Wir treffen die realistische Annahme, dass intrinsische und extrinsische Produktqualität ebenfalls stark miteinander korrelieren. Dann sind beide Metriken – Anforderungskonformität und Restfehler-Verhältnis – geeignete Indikatoren für die intrinsische Produktqualität, da die Kundenzufriedenheit in der Literatur als das Hauptmerkmal für extrinsische Qualität betrachtet wird.
Ausblick
Zuletzt wurden die Auswirkungen verschiedener Qualitätssicherungsstrategien auf die Projektergebnisse analysiert, indem zunächst die angewendeten Prüfmethoden begutachtet und dann die Beziehung zwischen diesen Eigenschaften und den identifizierten Qualitätsindikatoren untersucht wurden. Die ersten Ergebnisse in diesem Bereich sind vielversprechend und FEV ist zuversichtlich, dass in kommenden Projekten auf dieser Basis eine effektive und effiziente QS-Strategie abgeleitet werden kann.


Fokus auf Wiederverwendbarkeit
Verbesserung der agilen Entwicklung von Fahrzeug-Software-Produktlinien mittels Ähnlichkeitsanalyse
Verbesserung der agilen Entwicklung von Fahrzeug-Software-Produktlinien mittels Ähnlichkeitsanalyse
In der Automobilindustrie wachsen die Komplexität der Softwarefunktionen und die geforderten Qualitätsnormen, wie z. B. CMMI und ISO 26262, weiterhin. Gleichzeitig werden immer kürzere Release-Zyklen erwartet. Zudem wandelt sich das Fahrzeug immer mehr zu einem intelligenten Gerät, das in der Lage ist, mit seiner Umgebung zu interagieren und autonom zu reagieren. Folglich erhalten weitere Aspekte, wie Sicherheit oder Datenschutz, eine höhere Priorität. Dieses aktuelle Szenario ist ein gutes Beispiel für die häufig wechselnden und kaum vorhersehbaren Anforderungen der heutigen Automobilindustrie. PERSIST (Powertrain Control Architecture Enabling Reusable Software Development For Intelligent System Tailoring / wiederverwendbare Antriebsstrang-Steuerarchitektur-Software-Entwicklung zur Gestaltung intelligenter Systeme) von FEV wurde gegründet, um vorläufige Antworten auf diese Fragen zu geben. Dieser Ansatz stellt agile Methoden bereit, die flexible Reaktionen auf Änderungen bei den Anforderungen ermöglichen. So lassen sich die Dauer eines Entwicklungszyklus reduzieren und die Qualitätsrisiken prognostizieren, die mit kontinuierlicher Integration verbunden sind. Die Etablierung und die Pflege einer Software-Produktlinie (SPL) gehen im Arbeitsalltag eines Lieferanten mit mehreren gleichzeitig ablaufenden Projekten einher. Daher ist ein Ansatz erforderlich, der es den Projektteams erlaubt, sich auf die Implementierung des benötigten Produkts zu konzentrieren. Gleichzeitig müssen die Etablierung und die Pflege einer Software-Produktlinie mit minimalem Aufwand erfolgen. Durch gezielte Zusammenarbeit zwischen der agilen Softwareentwicklung (Agile Software Development, ASD) und dem Software-Produktlinien-Engineering (Software Product Line Engineering, SPLE) entsteht das leistungsfähige, agile Software-Produktlinien-Engineering (Agile Software Product Line Engineering, APLE). FEV hat eine SPL-Entwicklungsmethode entwickelt, die während der täglichen Projektarbeit wichtiges Feedback für die SPL zur Verfügung stellt und gleichzeitig die zusätzliche Projektarbeit auf ein Minimum reduziert. Die Methode erfordert keine langfristigen Entscheidungen, hält die SPL auf dem neuesten Stand und identifiziert neues Potenzial für wiederverwendbare Komponenten, falls erforderlich. Die wichtigsten, in diesem Verfahren verwendeten, Entwicklungsartefakte sind die Referenzarchitektur, Projektarchitektur, Komponentenspezifikation, Testfälle und die Komponentenimplementierung. Die vorgeschlagene Methode folgt einem komponentenbasierten Project-First-Ansatz: Dies bedeutet, dass das wichtigste Element in der Software-Architektur eine Komponente ist, und dass alle Spezifikationen für eine Komponente zuerst während der Projektentwicklung definiert werden. Eine Komponente gilt nur als in allgemeinerer Weise neu entwickelt, wenn nachgewiesen werden kann, dass eine entsprechende Nachfrage vorhanden ist und eine allgemein genutzte Komponente eine realistische Möglichkeit in mehreren Projekten ist. AE (Application Engineering, Anwendungstechnik) wird den größten Nutzen aus einer bereits etablierten Produktlinie ziehen, und aus Komponenten, die gegenwärtig in verschiedenen Projekten entwickelt werden, ohne eine Verlangsamung durch die Abhängigkeit von allgemein genutzten Komponenten.
>> DIE METHODE FOLGT EINEM KOMPONENTENBASIERTEN PROJECT-FIRST-ANSATZ
Software-Produktlinien-Entwicklung mit Fokus auf die Anwendungstechnik
Schrittweiser Prozess
1 Im ersten Schritt wird eine neue Komponente mittels eines ersten Entwurfs der Schnittstelle mit der damit verbundenen funktionalen Beschreibung definiert.
2 Ihre Position in der Software-Architektur wird unter Berücksichtigung der SPL-Referenzarchitektur beurteilt. Komponenten sind bei PERSIST hierarchisch in einer Reihe von Anordnungen gruppiert. Wenn eine geeignete Komponente identifiziert werden kann, die der angegebenen Komponente scheinbar ähnlich oder mit dieser identisch ist, werden der Name und die Position der Komponente an die Referenzarchitektur angepasst. Dies ist der erste Schritt, in dem die SPL die Projektentwicklung unterstützt. Komplexe Architektur-Entscheidungen können oft durch frühere Erfahrungen unterstützt werden, die in der Referenzarchitektur gespeichert sind.
3 Wenn die Komponente nicht zugeordnet werden kann, muss eine spezifische Position in der Software-Architektur des Projekts definiert werden.
4 In diesem Schritt wird die Entscheidung aus Schritt 3 durch das SPL-Team neu bewertet, um falsch-negative Ergebnisse zu vermeiden.
5 Wenn die Komponente nicht zugeordnet werden kann, wird die vollständige Implementierung von Grund auf durchgeführt. Die neue Komponente wird der Referenzarchitektur hinzugefügt, nachdem ihre Position festgelegt wurde. Wenn die im Rahmen des Projektes spezifizierte Komponente einer Komponente zugeordnet werden kann, wird eine extrinsische Gleichheit in Bezug auf die Referenzarchitektur etabliert.
6 Diese Verbindung kann nicht nur verwendet werden, um die in der Entwicklung befindliche Komponente mit allgemein genutzten Komponenten der SPL zu vergleichen, sondern auch, um sie mit anderen einzelnen, extrinsisch gleichen Komponenten aus verschiedenen Projekten zu vergleichen.
Darüber hinaus können weitere Analysen hinsichtlich Struktur (Schnittstellen) und Semantik (Testfälle, Funktionsmodelle) durchgeführt werden.
7 Wird ein Kandidat mit einer Ähnlichkeit von weniger als 100 Prozent identifiziert, kann das Projektteam diesen zur Finalisierung der eigenen Spezifikationen verwenden, und die Implementierung kann auf den zur Verfügung gestellten Entwicklungsartefakten basieren.
Das Projektteam unternimmt keine zusätzlichen Anstrengungen zur Implementierung einer wiederverwendbaren Komponente, die in der Lage ist, die Anforderungen von beiden oder weiteren ähnlichen Komponenten zu erfüllen. Die identifizierten Ähnlichkeiten dienen nur zur Beschleunigung der Projektentwicklung.
8 In einem parallelen Schritt bewertet das SPL-Team, ob die identifizierten Ähnlichkeiten ausreichend Potential für eine allgemein genutzte, wiederverwendbare Komponente bieten. Basierend auf der Anzahl der ähnlichen Komponenten und dem Grad der Ähnlichkeit auf struktureller und semantischer Ebene muss eine Entscheidung darüber getroffen werden, ob die Komponente auf Grundlage einer ähnliche Komponente [7] zu implementieren ist oder ob mit Schritt [9] fortgefahren werden soll: Wenn das Potenzial hoch genug ist, wird das SPL-Team eine allgemein genutzte Komponente implementieren, die dann in weiteren Projekten wiederverwendet werden kann.
9 Die vorgeschlagenen Schritte gewährleisten, dass die Projektteams nur solche Komponenten spezifizieren, die so nahe wie möglich an der bereits etablierten Referenzarchitektur sowie an den verfügbaren Komponenten liegen. Im besten Fall können allgemein genutzte Komponenten direkt wiederverwendet werden. Darüber hinaus können alle Ableitungen von der Referenzarchitektur automatisch erkannt und der Grad der Variation bewertet werden. Somit können die potenzielle Degeneration einer etablierten Produktlinie kontinuierlich beobachtet und die Synchronisation zwischen Produkt und Produktlinie iterativ durchgeführt werden.
Bewertung
Die Aktivitäten 1 bis 5 sind bereits gut etabliert, die notwendige Automatisierung für die Aktivitäten 6 bis 8 befindet sich derzeit in der Finalisierungsphase. Allgemein genutzte Komponenten, die in mehreren Projekten verwendet werden, wurden zwar bereits etabliert, basieren jedoch immer auf intensiven manuellen Prüfungen oder einem proaktiven Ansatz. Die Möglichkeit, eine beliebige Referenzarchitektur während der Spezifikation einer neuen Komponente zu untersuchen, wird nicht als zusätzlicher Aufwand betrachtet. Vielmehr bietet die Referenzarchitektur hilfreiche Informationen für Architektur-Entscheidungen.
Gemäß dem aktuellen Status besteht die Referenzarchitektur aus 219 Komponenten, wobei 125 Komponenten (57 Prozent) kein extrinsisch gleiches Gegenstück haben. 94 Komponenten (43 Prozent) der Referenzarchitektur gehören zu mehr als einem Projekt und 61 dieser Komponenten (28 Prozent) sind ebenfalls Teil von mindestens drei Projekten.

Methode für agile Software-Produktlinien-Entwicklung: Die farbig hervorgehobenen Aktivitäten werden vom SPL-Team durchgeführt; die Aktivitäten ohne Hintergrund werden im Verlauf der Projekte durchgeführt
>> DIE POTENZIELLE DEGENERATION EINER ETABLIERTEN PRODUKTLINIE KANN KONTINUIERLICH BEOBACHTET WERDEN, UND DIE SYNCHRONISATION ZWISCHEN PRODUKT UND PRODUKTLINIE KANN ITERATIV DURCHGEFÜHRT WERDEN
Schlussfolgerung
Der vorgeschlagene Ansatz ermöglicht es, die projektorientierte Implementierungsarbeit direkt im Projekt zu realisieren, ohne dabei auf die Vorteile einer entsprechenden SPL zu verzichten. Jedes Projektteam kann von der etablierten Referenzarchitektur profitieren und seine Architektur-Entscheidungen somit beschleunigen, während die Ähnlichkeitsanalyse zusätzliche Grundlagen für die tatsächliche Implementierung bieten kann.
>> DER ANSATZ ERMÖGLICHT ES, DIE PROJEKTORIENTIERTE IMPLEMENTIERUNGSARBEIT DIREKT IM PROJEKT ZU REALISIEREN, OHNE DABEI AUF DIE VORTEILE EINER ENTSPRECHENDEN SPL ZU VERZICHTEN


FEV xMOD in der Praxis
Echtzeitsimulation für Hybrid-Antriebsstränge
Echtzeitsimulation für Hybrid-Antriebsstränge
Die Entwicklung der komplexen Hybrid-Antriebsstränge der Zukunft in einem zeitlich angemessenen Rahmen erfordert fortschrittliche Tools und Methoden, die Optimierung deren Effizienz sowie die Verbesserung der frühzeitigen Prognose des Fahrzeugverhaltens. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, entschied sich FEV für die Fusion realer und virtueller Welten in einer sogenannten Hybrid-Toolchain. Diese Toolchain für die Entwicklung von Hybridantrieben ist das Ergebnis der langjährigen nachgewiesenen Erfahrung des Unternehmens mit Prüftätigkeiten, ihrer ausgeprägten Kompetenz für die Entwicklung und Bereitstellung wettbewerbsfähiger Prüfsysteme wie MORPHEE sowie dem anerkannten Know-how beim Einsatz von Simulationstools zur Entwicklung fortschrittlicher und innovativer Lösungen. Die drei Schritte umfassende Hybrid-Toolchain ist eine praktische Lösung von der Model-in-the-Loop Frontloading-Phase bis zu den X-in-the-Loop Validierungsphasen (wobei „X“ beispielsweise den Verbrennungsmotor, die Batterie oder den Elektromotor darstellt). FEV schlägt die Verwendung eines dedizierten HiL-Schritts vor, der den nahtlosen Übergang zwischen den MiL- und EiL-Phasen ermöglicht. Die auf diese Weise gebildete Hybrid-Toolchain sorgt für die Optimierung der Entwicklung des hybriden Antriebsstrangs und des Energiemanagementsystems (EMS) und erlaubt die Nutzung der Vorteile von simulationsbasierten Methoden. Diese Hybrid-Toolchain basiert auf xMOD, der fortschrittlichen Co-Simulationsplattform von FEV. Die xMOD-Plattform kombiniert eine Integrationsumgebung für verschiedene heterogene Modelle mit einem virtuellen Prüflabor und bietet eine Reihe unterschiedlicher Funktionalitäten wie Integration von heterogenen Modellen, Schutz der Modellinhalte während des Importvorgangs, virtuelle Instrumente und Automatisierung von Prüfverfahren. Darüber hinaus verfügt xMOD über Simulationsfunktionen in verschiedenen Simulationsmodellen: Echtzeit, verlängerte Zeitdauer oder sobald wie möglich. Diese Funktionen haben sich in MiL-, HiL- und EiL-Umgebungen als sehr nützlich erwiesen. Beim ersten Schritt der Hybrid-Toolchain besteht das Ziel in der Erstellung eines Vollhybrid-Fahrzeugmodells der Zielanwendung und der Integration des Modells in die xMOD-Umgebung. Zu diesem Zweck verwendet FEV herkömmliche, auf dem Markt verfügbare Simulationstools und Software. Das modellierte Fahrzeug ist ein Parallel-Hybrid mit einem automatisierten Schaltgetriebe. Die Simulationen werden mit einem innovativen Ansatz unter Verwendung eines 1D-Modells für die Komponenten des Fahrzeugs und Antriebsstrangs durchgeführt. Fahrzyklus-Sollwerte werden an ein Fahrermodell in Simulink gesendet. Basierend auf diesen Sollwerten erzeugt der Fahrer bestimmte Beschleunigungs- und Bremszielwerte für das Fahrzeugüberwachungssystem sowie Getriebezielwerte für das Schaltgetriebe und die Kupplung. Das Fahrzeugüberwachungssystem interpretiert die Beschleunigungs- und Bremszielwerte und steuert das Energiemanagement der Batterie, die Aufteilung des Drehmoments zwischen Verbrennungs- und Elektromotor sowie die Umschaltung des Antriebsstrangmodus zwischen Elektrofahrzeug (EV) und Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV). Das Energiemanagementsystem (EMS) ist Teil des Fahrzeugüberwachungsmodells. Das EMS schätzt zunächst die zum Antrieb des Fahrzeugs erforderliche Leistung und die zur Einhaltung der Ladezustandsstrategie der Batterie erforderliche Energie. Basierend auf diesem Energiebedarf entscheidet das EMS, ob das Fahrzeug entsprechend den vom Anwender wählbaren Leistungsniveaus im EV-Modus oder im HEV-Modus betrieben werden muss. Im EV-Modus wird das gesamte Drehmoment vom Elektromotor erzeugt. Dementsprechend leitet das Fahrzeugüberwachungssystem die gesamten vom Fahrer angeforderten Drehmomentzielwerte an den Elektromotor. Im HEV-Modus wird das angeforderte Drehmoment zwischen dem Elektro- und Verbrennungsmotor aufgeteilt, um die Effizienz des Systems zu optimieren. Das im HEV-Modus angeforderte Drehmoment umfasst nicht nur das vom Fahrer zum Antrieb des Fahrzeugs verwendete Drehmoment, sondern auch das geschätzte Drehmoment, das zur Einhaltung des Ladezustandsziels der Batterie erforderlich ist. Die Integration in xMOD umfasst drei Hauptschritte. Zunächst wird das Hybridfahrzeugmodell in einer Co-Simulationsumgebung mit festgelegten Schritten geprüft, um das Anwendungsverhalten der Plattform zu validieren und zum Abschluss die Echtzeitfähigkeit sicherzustellen. Danach wird das Hybridfahrzeugmodell in mehrere Blöcke aufgeteilt, die unterschiedliche Teile der Virtual Test Bed- und Engine-in-the-Loop-Konfigurationen darstellen: Diese drei „Blöcke“ werden schließlich mit dem xMOD-Ziel zusammengeführt und dann in xMOD integriert. Bei diesem Schritt wird außerdem ein Mensch-Maschine-Interface, auch als Dashboard bezeichnet, erstellt, um die maßgeblichen Variablen anzeigen zu können und Zugriff auf die relevanten Systemparameter zu erhalten. Nach der Erstellung dieser Plattform werden die Fähigkeit des Hybridfahrzeugmodells zur Befolgung des Fahrzyklus sowie das Verhalten des Energiemanagementsystems validiert. Diese drei „Blöcke“ werden schließlich mit dem xMOD-Ziel zusammengeführt und dann in xMOD integriert. Bei diesem Schritt wird außerdem ein Mensch-Maschine-Interface, auch als Dashboard bezeichnet, erstellt, um die maßgeblichen Variablen anzeigen zu können und Zugriff auf die relevanten Systemparameter zu erhalten. Nach der Erstellung dieser Plattform werden die Fähigkeit des Hybridfahrzeugmodells zur Befolgung des Fahrzyklus sowie das Verhalten des Energiemanagementsystems validiert.
Möglichkeiten von xMOD:
Die Hybrid-Toolchain von FEV
Die Hybrid-Toolchain in der Praxis
Energiemanagementsystem
Integration in die xMOD-Plattform
Set-up des virtuellen Prüfstands
Nachdem die erste xMOD-Simulationsplattform des Hybridfahrzeugs erstellt wurde, wird der 2. Schritt, der als Virtual Test Bed (VTB) bezeichnet wird, relevant. Dieser Schritt umfasst die Verbindung der xMOD-Simulationsplattform mit einem Prüfstand-Computer sowie die Vorbereitungen und die Validierung des Kommunikationsprotokolls. Eines der Ziele des VTB besteht darin, den Prüfingenieuren und -technikern die Vorbereitung ihrer Prüfverfahren zu ermöglichen. Das VTB muss daher in der Lage sein, die primären Verhaltensweisen des Motorprüfstands in einer virtuellen Umgebung darzustellen.
Aufgrund der im 1. Schritt durchgeführten Arbeiten lassen sich die folgenden Schritte schnell ausführen:
- Integration des Vollhybrid-Fahrzeugmodells und des EMS im zweiten Computer.
- Extraktion des Verbrennungsmotormodells mit den Modellen der Prüfstandsumgebung und deren Integration im dritten Computer.
Ein weiterer Vorteil des Virtual Test Beds besteht in der Möglichkeit, spezifische Prüfverfahren zu entwickeln und zu validieren, bevor mit dem tatsächlichen Motorprüfstand fortgefahren wird. Beispielsweise wurde mithilfe dieses HiL-Schritts eine spezifische Komponente zum Anlassen und Abstellen des Motors entwickelt, geprüft und validiert. Schließlich ermöglicht diese „Konfiguration mit drei Computern“ dem VTB die Validierung des gesamten Kommunikationsprotokolls und der Verfahren auf dem Motorprüfstand zum Zweck der Schulung des Motorprüfstand-Personals. Zudem kann die Übereinstimmung der Simulationsergebnisse mit den in Echtzeitprüfungen gewonnenen Ergebnissen verglichen werden.
Einrichtung der endgültigen EiL-Umgebung
Aufgrund der im 1. und 2. Schritt durchgeführten Arbeiten lässt sich dieser letzte Schritt relativ schnell ausführen und erfordert im Vergleich zur herkömmlichen Kalibrierungstestphase kein zusätzliches Personal. Zunächst wird das standardmäßige Prüfstandverfahren für den zuvor vorbereiteten Motor durchgeführt. Dann wird das Motorinstallations-Validierungsprotokoll ausgeführt, um die Sicherheit des Personals und den Schutz des Motors zu gewährleisten. Anschließend können der Motor gestartet und die ordnungsgemäße Funktion des Prüfstand-Automatisierungssystems überprüft werden, beispielsweise durch Kontrollschleifen und Plausibilitätsprüfungen der Messungen. Abhängig vom „Neuheitsstatus“ des Motors (oder nicht) kann eine Einfahrphase durchgeführt werden. Für den Motor in dieser Studie war dies nicht notwendig.
Zum Abschluss kann der Simulationscomputer vom VTB getrennt und (über ein S-Link-Kommunikationsprotokoll) direkt an das Prüfstand-Automatisierungssystem angeschlossen werden. Das Prüfstandverfahren kann vom MORPHEE-Computer des VTB direkt über das Netzwerk heruntergeladen und auf den Prüfstand-Computer hochgeladen werden.
Sobald alle Vorrichtungen angeschlossen sind, hat der Bediener des Prüfstands Zugang zu einer Bibliothek mit verschiedenen Fahrzyklen. Während des Prüfzyklus sendet MORPHEE die für die Fahrbedingungen relevanten Parameter – insbesondere die Fahrgeschwindigkeit – an xMOD und empfängt dann den gewünschten Betriebspunkt des Motors (Motordrehzahl/-drehmoment) vom Fahrzeug und dessen Fahrermodellen. Anschließend regelt MORPHEE die Motordrehzahl direkt durch Ansteuerung des Rollenprüfstands und die Motorlast über eine Simulation der Pedalsignale.
Während des automatisierten Prüfzyklus ist kein Eingriff durch den Bediener des Prüfstands erforderlich. Der Motor kann automatisch gestartet und abgestellt werden und alle Daten (Prüfstandssensoren, ESG-Daten, von xMOD simulierte Variablen und Parameter) werden in der gleichen Datendatei gesammelt.
Der Bediener kann sich daher dank der xMOD-Dashboards auf die Kalibrierung des EMS konzentrieren oder beispielsweise die Parameter des Hybridfahrzeugs (z. B. Masse, Getriebeübersetzungen oder Batteriekapazität) modifizieren.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung dieser Hybrid-Toolchain – und von xMOD – ist die Möglichkeit, ein Motormodell beim EiL-Schritt im xMOD-Computer zu belassen. Auf diese Weise kann xMOD die simulierten Motorvariablen an MORPHEE senden, und diese Werte können mit den Messwerten verglichen werden. Dadurch wird es möglich, den Motor und das Erfassungssystem zuverlässig zu überwachen, um Fehlfunktionen durch Vergleich der physischen Daten mit den Outputs des Motormodells zu erkennen oder vorherzusehen. Dies ermöglicht wiederum Zeit- und Geldeinsparungen, da das Prüfverfahren gestoppt werden kann, sobald eine Anomalie festgestellt wird.
Ausblick
Die Hybrid-Toolchain ist ein äußerst effizientes Werkzeug in der Entwicklung von hybriden Antriebssträngen. Sie bietet zahlreiche Zusatzfunktionen, die beispielsweise zur Entwicklung und Validierung von Fahrerassistenzsystemen erforderlich sind. Darüber hinaus ermöglicht die vielseitige und offene Co-Simulationsplattform xMOD die Integration zusätzlicher Modelle wie Umwelt- oder Verkehrsmodelle.


Die Zukunft des Testens hat schon lange begonnen
FEV-Experten im Gespräch über Lösungen für einen effizienten Prüfbetrieb
FEV-Experten im Gespräch über Lösungen für einen effizienten Prüfbetrieb
Planer und Betreiber von Prüffeldern, aber auch Hersteller von fortschrittlichen Lösungen für das Prüfequipment sind derzeit nicht zu beneiden. Zu unterschiedlich sind die Anforderungen, die an sie gestellt werden: neue Fahrzeugkonzepte lassen die Fülle der Entwicklungsaufgaben steigen, Prüfergebnisse müssen immer genauer und in immer kürzerer Zeit generiert werden, gleichzeitig müssen die Kosten sinken. Eine sprichwörtliche Quadratur des Kreises ist notwendig, bei der alles auf den Kernfaktor Effizienz hinausläuft. Mit SPECTRUM sprechen Dr. Stefan Trampert, Group Vice President Operations der FEV, und Dr. Jürgen Dohmen, Vice-President Software & Testing der FEV Europe GmbH, über die Herausforderungen und Lösungen eines effizienten Prüfbetriebs sowie über die Zukunft des Testings. Herr Dr. Trampert, FEV betreibt weltweit fast 200 Prüfstände. Inwieweit merken Sie hier die Auswirkungen neuer Fahrzeugkonzepte auf den Trampert: Wir merken vor allem die steigende Nachfrage nach System- und Komponentenprüfständen für die E-Mobilität. Hierzu gehören einerseits Batterie-Testkapazitäten, aber auch Testsysteme für E-Motoren, E-Antriebsmodule und hybride Antriebsstränge. Daher bauen wir derzeit weltweit unsere bereits vorhandenen Kapazitäten in all diesen Bereichen aus: Unser Entwicklungszentrum in China, das erst im vergangenen Jahr eingeweiht wurde, stößt heute bereits an seine Grenzen. Hier werden wir aufrüsten und die geplante zweite Ausbaustufe bereits jetzt angehen, die binnen Jahresfrist vor allem weitere E-Achsprüfstände und Ressourcen zur Batterieentwicklung umfasst. Die Klimakammer der Batterieprüfstände bietet selbst für großformatige Unterflurbatterien mit deutlich mehr als 100 kWh ausreichend Platz. Auch an unserem Standort nahe Paris entstehen zusätzliche, hochmoderne Prüfstände für E-Antriebsmodule und Batterien. Am Firmenhauptsitz in Aachen errichten wir darüber hinaus neue E-Mobilitäts-Prüfstände und auch der Bau weiterer Rollenprüfstände für die Fahrzeugerprobung ist derzeit in Vorbereitung. Bei steigender Nachfrage werden vor allem die Effizienz der unterschiedlichen Testeinrichtungen sowie die Test- und Entwicklungsgeschwindigkeit zum Schlüsselfaktor. Wie ist FEV hier aufgestellt? Trampert: Das ist richtig, die Effizienz im Prüfbetrieb ist der Dreh- und Angelpunkt für ein erfolgreiches Entwicklungsprojekt. Aus diesem Grund haben wir Anfang 2017 auch an unseren Entwicklungsprüfständen in Aachen den vollkontinuierlichen Schichtbetrieb eingeführt. Diese Maßnahme in Kombination mit einer immer weiter um sich greifenden Automatisierung der unterschiedlichen Prüfstände steigert die Effizienz, Verfügbarkeit und den verwertbaren Output der Prüfstände nachhaltig. So können wir Entwicklungsprojekte unserer Kunden noch schneller durchführen. Darüber hinaus haben wir in der FEV Gruppe ein Programm aufgelegt, mit dem wir die Effizienz in unseren Prüfbetrieben weltweit erhöhen. Dieses umfangreiche Effizienzprogramm bieten wir in Zusammenarbeit mit unserem Consulting im Übrigen auch als Service-Leistung für unsere Kunden an. Dabei haben wir die schrittweise Optimierung eines Prüfbetriebs in einen klar strukturierten Projektansatz mit sechs Themen-Clustern übersetzt: Hierzu gehören die strategische Ausrichtung einzelner Prüffelder, die Analysen des bestehenden und zukünftigen Produktprogramms und die Bewertung der zukünftig benötigten Testkapazitäten. Des Weiteren gehören Anpassungen der Prüffeldorganisation, der benötigten Kern-Kompetenzen, der Prüfmethoden sowie der Tools und des Prüfequipments dazu. Vor allem auch die Prozesse innerhalb des Prüfbetriebs, beispielsweise die Prüffeldplanung, die Zusammensetzung und Arbeitsplanung in den Tag- und Nachtschichten, die Schichtübergaben und so weiter werden analysiert und optimiert.
täglichen Prüfbetrieb?
Herr Dr. Dohmen, wie kann die Effizienz im Prüfbetrieb von der Produktseite her optimiert werden?
Dohmen: Gerade den unterschiedlichen Software-Tools kommt eine wichtige Funktion bei der Effizienzsteigerung zu – beispielsweise dem Datenmanagement: Daten, Fakten und Ereignisse aus dem laufenden Betrieb müssen reproduzierbar aufgezeichnet und jederzeit abrufbar sein. FEVFLEX nimmt hier eine wichtige Schnittstellenfunktion am Prüfstand und im Prüfzentrum ein. In ihm laufen die Betriebsdaten aller Komponenten und Automatisierungssysteme zusammen. Diese werden automatisiert erfasst und standardisiert geloggt. Eine automatisierte Reportfunktion mit allen wichtigen Parametern von Prüfstand, Prüfling etc. garantiert absolute Transparenz für alle Kunden und Fachabteilungen.
Zudem unterstützt FEVFLEX wichtige Qualitätsprozesse mittels einer implementierten 8D-Reportfunktion. Dies stellt sicher, dass etwaige Probleme mit Prüfstandskomponenten zentral erfasst und vom globalen Device-Manager, dem Produkt-Verantwortlichen, erkannt und nachhaltig behoben werden.
Betriebsdaten sind ja nicht die einzigen Daten, die anfallen. Wie sieht das Handling der Messdaten in der Praxis aus?
Trampert: Gerade bei wechselndem Personal, weltweiten Standorten und unterschiedlichen Fachabteilungen kommt der Vernetzung der Prüffelder, dem Messdaten-Handling und -Management eine wichtige Funktion zu. FEV verwendet ein fortschrittliches und über Jahre entwickeltes Daten-Managementsystem, das unter anderem auch als Auftragsschnittstelle zwischen den Fachabteilungen und dem Prüfstandspersonal fungiert und einen automatisierten Fluss der Daten der Tests gemäß festgelegter Spezifikationen in die Automatisierung ermöglicht. Der Vorteil dieses Systems wird vor allem dann sichtbar, wenn man verschiedene, aufeinander aufbauende Testreihen an unterschiedlichen Standorten durchführen muss: Ein Testingenieur, der mit einem Versuchsfahrzeug an einem beliebigen Standort auf der Welt Versuchsreihen fährt, kann über das Managementsystem Testreihen beschreiben und beauftragen, die dann noch während seiner Abwesenheit, aber gemäß seiner Spezifikationen durchgeführt werden. Aufbauend auf diesen Testergebnissen, kann er dann vor Ort weitere Prüfreihen angehen. Weiterhin stellt das System samt seiner Schnittstellen umfangreiche Funktionen zur Prüfung, Plausibilisierung und Freigabe von Messergebnissen aus verschiedensten Messsystemen zur Verfügung – und dies quasi-online.
Hardware-in-the-Loop (HiL), Engine- in-the-Loop (EiL), Software-in-the-Loop (SiL) etc.: Der Trend geht immer mehr zu einer gleichzeitigen Entwicklung auf allen Ebenen. Welche Rolle nimmt die Simulation in der Produkt- und Testing-Welt der FEV ein?
Dohmen: Die realitätsnahe Simulation von physisch nicht verfügbaren Komponenten ist natürlich ein wichtiges Element, um Geschwindigkeit und Effizienz im Prüf- und vor allem im Entwicklungsprozess zu erhöhen. Und ja, der Trend zu mehr und mehr XiL-Lösungen ist hier maßgeblich. Von der Produkt-Seite her begegnen wir diesen Herausforderungen vor allem mithilfe unseres kollaborativen Entwicklungs- und Validierungs-Frameworks, das auf der MORPHEE-Automatisierung beruht. Dieses ermöglicht es, selbst komplexe Modelle in „harter“ Echtzeit auf dem Prüfstand auszuführen. Aber auch die physische Simulation von Bauteilen nimmt eine wichtige Rolle ein. Hierzu haben wir bereits eine sogenannte ETPS-Lösung erarbeitet, bei der der Verbrennungsmotor in der Hybrid-Antriebsprüfung durch einen E-Motor simuliert wird. ETPS steht für Engine Torque Pulse Simulation. Das Verhalten des E-Motors wird dabei an das eines Verbrenners angepasst – inklusive Schaltstrategien, wechselnden Drehzahlniveaus und vor allem auch Vibrationen und Drehschwingungen. So können unterschiedliche Zylinderzahlen und auslegungsrelevante Hochdynamik-Parameter simuliert werden. Der Vorteil einer solchen Lösung liegt im einfacheren Betrieb des Prüfstands. Schlüsseltechnologie für eine derartige Simulation ist neben der Elektromechanik vor allem eine hochdynamische Regelung des Prüfstands. Hierbei kommt unser bewährter AC/PM-Dyno-Regler FEV-TOM in Kombination mit einem Echtzeitnetzwerk und unserer Automatisierung zur Anwendung.
Trampert: Die echtzeitfähige Simulation am realen Prüfstand hat noch einen weiteren Vorteil: Sie ermöglicht es, ganze Real Driving-Fahrzyklen am Motorenprüfstand zu simulieren. Mittels Engine-in-the-Loop wird der Motor mit den virtuellen Antriebs- und Fahrzeugkomponenten sowie einem Strecken- und Fahrerprofil kombiniert. Straßenfahrten mit unterschiedlichen Schaltstrategien, Drehzahlniveaus und Lastzuständen sowie mit unterschiedlichem Fahrerverhalten können dann mithilfe der echtzeitvernetzten hochdynamischen Prüfstandsregelung realisiert werden. So können wir in einer frühen Entwicklungsphase gleichzeitig verlässliche und reproduzierbare Ergebnisse einfahren und eine Entwicklungsplattform für sehr schnelle Parameter- oder Komponentenänderungen bieten.
Perspektivisch ist damit sogar denkbar, dass wir die heute übliche Methodik des Online-Design-of-Experiments (DoE) am Prüfstand zu einer Gesamtfahrzeug-Online-Kalibrierung am Engine-in-the-Loop-Prüfstand erweitern. Das heißt: Wir nutzen nicht nur die erweiterte Automatisierungsfähigkeit unserer Motorenprüfstände um Motorkalibrierungen zu erfahren. Zusätzlich wird eine automatisierte virtuelle Kalibrierung in Verbindung mit erweitertem Online-DoE genutzt, um Schaltstrategien oder Übersetzungsverhältnisse für Automatikgetriebe zu entwickeln, Schaltpunkte zu setzen und eine Vielzahl anderer Fahrzeug- oder Hybridantriebs-Parameter auf Basis physikalischer Modellkomponenten automatisiert zu optimieren.
Dohmen: Eine Schlüsselfunktion hierbei nimmt unser leistungsfähiges Online- und Offline-DoE-Tool xCal ein. Dieses nutzt globale state-of-the-art-Modellierungstechniken, die mit hervorragender Visualisierung und intuitiver Bedienerführung kombiniert werden.
Wagen wir noch einen weiteren Blick in die nahe Zukunft: In wieweit werden automatisierte Fahrfunktionen und Fahrerassistenzsysteme die Testlandschaft verändern?
Dohmen: Der Test- und Validierungsaufwand für automatisierte Fahrzeuge wird noch einmal exponentiell ansteigen. Dadurch werden vollständig neue Release-Strategien notwendig und der Bedarf für automatisierte und simulative Lösung wächst immer weiter.
Trampert: Schon alleine aufgrund der Vielzahl der Testfälle werden virtuelle Entwicklungsumgebungen wie die eines SiL oder HiL eine tragende Rolle einnehmen müssen. Dabei muss jedes denkbare Szenario kreiert und validiert werden. Besonders herausfordernd wird dabei auch die Ausklammerung von „false-positives“ und „false-negatives“: Stellen Sie sich vor, vor Ihnen fährt ein Traktor mit Tempo-25-Schild am Anhänger, den Sie überholen wollen. Die sensorische Erfassung eines Schildes ist relativ einfach zu testen und zu erzielen. Die Transferleistung in eine Fahrstrategie und Entscheidung ist jedoch alles andere als trivial: Das Tempo-25-Schild ist nun eine bauartbedinge Höchstgeschwindigkeit und keine allgemeine Geschwindigkeitsbeschränkung auf der Fahrstrecke. Der Traktor kann und soll vom Fahrzeug überholt werden.
Der Schwerpunkt der Entwicklung und Validierung von ADAS-Funktionen auf einer ortsfesten Testeinrichtung, also weder im Gesamtfahrzeug auf der Teststrecke noch im MiL- / HiL-Labor, liegt auf der Wahrnehmung des Passagiers und Fahrers sowie manchmal auch unerwarteten Eingriff ins automatisiert fahrende System. Hierzu bieten sich gängige Fahrsimulatoren mit einer angepassten Mensch-Maschine-Schnittstelle und einem erweiterten Funktionsumfang durch virtuelle Komponenten oder sogar durch Hardware an. Eine bidirektionale Echtzeit-Koppelung des Fahrsimulators mit einem Motor- oder Antriebstrang-Prüfstand bietet dem Tester dann realistische Reaktionen seines autonom fahrenden Fahrzeuges.
Ist die Vielfalt der verwendeten Sensorik zur Erfassung der Umgebung einzubeziehen, so sind Gesamtfahrzeugtests unabkömmlich. FEV verfügt bereits heute über eine Teststrecke mit diversen Straßensituationen und baut diese kontinuierlich weiter aus.
Herr Dr. Trampert, Herr Dr. Dohmen, vielen Dank für das Gespräch.
