Überprüfungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Überprüfungsvorrichtung zum Testen mindestens eines ersten elektronischen Regelungsgerätes.

Häufig umfassen derartige Vorrichtungen zumindest eine erste Recheneinheit und eine räumlich von der ersten Recheneinheit getrennte zweite Recheneinheit, wobei die erste Recheneinheit einen ersten ausführbaren Modellcode zur Berechnung eines ersten Teilmodells des Regelstreckenmodells aufweist und die zweite Recheneinheit einen zweiten ausführbaren Modellcode zur Berechnung eines zweiten Teilmodells des Regel- Streckenmodells aufweist.

Aus einem veröffentlichten Produktkatalog„Catalog 2015 / Embedded Success dSPACE", der als gedruckter Katalog erhältlich ist, im weiteren Text unter Angabe der Referenznummer„P1 " zitiert wird, und im Internet zu finden ist unter

www.dspace.com/de/gmb/home/medien/product_info/catalog_co ntents.cfm

sind Vorrichtungen zum Testen von Regelungsgeräten bekannt. Insbesondere in P1 auf den Seiten 296 bis 331 sowie auf den Seiten 496 bis 515 werden

Vorrichtungen und deren Bestandteile für den genannten Anwendungszweck beschrieben. Die Vernetzung der Vorrichtungen ist beispielsweise mittels Ethernet- Schnittstellenkarten, wie bspw. in o.g. Produktkatalog auf den Seiten 472 und 473 realisierbar. Derartige Vorrichtungen können als sogenannte„HIL-Simulatoren" ausgestaltet sein, wobei die Abkürzung„HIL" (engl.:„hardware in the loop") auf einen geschlossenen Regelkreis hinweist. Die eingangs genannten Regelungsgeräte werden oft als Steuergerät bezeichnet, obwohl deren Funktionsumfang im systemtheoretischen Sinne meist über die„reine" Steuerungsfunktion hinausgeht und Regelungsfunktionen umfasst.

Die erste Recheneinheit der Überprüfungsvorrichtung, die zumindest einen ersten Mik- roprozessor aufweist, ist vorgesehen und eingerichtet, um einen ersten Modellcode, der zumindest einen Teil der Regelstreckensimulation realisiert, mittels des Mikroprozessors auszuführen. Der Modellcode bildet zusammen mit der Hardware der Überprüfungsvorrichtung die technische Umgebung eines elektronischen Gerätes oder eines komplexeren technischen Systems zumindest teilweise nach. Mittels des Modellcodes stellt die Überprüfungsvorrichtung beispielsweise simulierte Sensorsignale für das Regelungsgerät bereit. Des Weiteren kann die Überprüfungsvorrichtung beispielsweise als eine ge- steuerte Stromsenke für die Ableitung eines von dem Regelungsgerät bereitgestellten Aktor-Stroms dienen.

Die sogenannte HIL-Simulation ist ein internationaler, insbesondere auch im deutschen Sprachraum verwendeter, Fachbegriff für eine Testmethode, bei der ein„eingebettetes System", beispielsweise ein Regelungsgerät oder ein

mechatronisches Modul über seine Eingänge und Ausgänge an ein angepasstes Gegenstück, beispielsweise eine als HIL-Simulator ausbildete Überprüfungsvorrichtung, die zur Nachbildung der realen Umgebung des eingebetteten Systems dient, angeschlos- sen ist. Während des Tests des eingebetteten Systems werden also zumindest ein Teil der Eingangssignale für das eingebettete System von dem HIL-Simulator bereitgestellt und zumindest ein Teil der Ausgangssignale des eingebetteten Systems an den HIL- Simulator gesendet. Beispielsweise kann mittels eines Modellcodes eines Regelstreckenmodells, der auf der einem HIL-Simulator ausgeführt wird, das zeitliche Verhalten der Umgebung des zu testenden Systems nachgebildet werden. Soll z.B. ein HIL-Simulator ein eingebettetes System, insbesondere ein Regelungsgerät (oft als ECU abgekürzt, engl.:„electronic control unit), testen, dann ist der HIL-Simulator als zumindest teilweise Nachbildung der realen Umgebung des Regelungsgerätes ausgestaltet. Der HIL-Simulator kann also in diesem Fall über seine die Ein- und Ausgänge bzw. bidirektionale Kommunikationskanäle mit dem Steuergerät kommunizieren und somit als angepasstes Gegenstück des Regelungsgerätes fungieren. Die HIL-Simulation muss meist in Echtzeit ablaufen. Bei der Simulation der technischrelevanten Umgebung des Regelungsgerätes, wobei die simulierte Umgebung die die simulierte Regelstrecke umfasst, können insbesondere solche Interaktionen des Regelungsgerätes, die in einer späteren realen Umgebung des Regelungsgerätes wiederkehren können, automatisiert und/oder in vordefinierter Reihenfolge nachgebildet werden. Dies hat den Vorteil, dass eine neue Entwicklungsversion einer Steuerungs- oder Regelungssoftware unter den gleichen Kriterien getestet werden kann, wie die Vorgängerversion. Somit kann detailliert nachgewiesen werden, ob ein Fehler beseitigt wurde oder nicht (Fehlernachtest, engl, re-testing). Die Tests an realen Systemen (bspw. an einem Bremssystem oder einem Anti- schlupfsystem eines Kraftfahrtzeugs) lassen sich mittels der Tests am HIL-Simulator stark verringern und zusätzlich lassen sich Systemgrenzen bzw. Grenzen der Be- herrschbarkeit des Regelungsgeräts und/oder der Regelstrecke ermitteln, ohne das reale System und dessen Nutzer (z. B. Automobil und Fahrer) zu gefährden.

Die HI L-Simulation ist immer nur eine Vereinfachung der Realität und kann den später meist folgenden Test am realen System, beispielsweise den Test der I nteraktion des Regelungsgerätes mit der„echten" Regelstrecke eines geregelten Prototypen und/oder den Test der Interaktion des Regelungsgerätes mit einem geregelten Serienprodukt, üblicherweise nicht vollständig ersetzen.

Es ist bekannt, eine räumlich verteilte Überprüfungsvorrichtung zum Testen zumindest eines elektronischen Regelungsgerätes zu verwenden, wobei die Überprüfungsvorrichtung zumindest zwei getrennte Recheneinheiten - beispielsweise zumindest zwei beab- standete und vernetzte Simulatoren - umfasst. Bereits in dem im Jahr 2002 veröffentlichten - nachfolgend mit P2 referenzierten - Dokument "A Hardware-in-the-Loop Test Bench for the Validation of Complex ECU Networks", J. Gehring, H. Schütte, dSPACE GmbH, Seite 3, Figur 3 des 2002er Dokuments, Veröffentlichungshinweis„SAE 2002 Word Congress Detroit, Michigan March 4-7, 2002", ist eine als verteilter HI L-Simulator ausgestaltete Überprüfungsvorrichtung dargestellt, die mehrere Recheneinheiten aufweist, die hier beispielsweise als Zentraleinheit also„Central Unit", Motoreinheit also „Engine", Kraftübertragungseinheit also„Transmission" und kombinierte ESP- Federungseinheit also„ESP Suspension" ausgestaltet sind. Die Recheneinheiten sind über ein optisches Verbindungsmittel also ein„High-speed optical link" miteinander vernetzt. Auf Seite 7, rechts, Abschnitt„Conclusion", zweiter Aufzählungspunkt desselben Dokuments wird erwähnt, dass Anforderungen für eine Interprozessor-Kommunikation eine Zeitstempelung und eine automatische Prozess-Synchronisierung erfordern können.

Aus dem - nachfolgend mit P3 referenzierten - Dokument„Hardware-in-the-Loop Technology Enabling Flexible Testing Processes", Andreas Himmler, dSPACE GmbH, Seite 3, Absatz B., Veröffentlichungshinweis "51 st AIAA Aerospace Sciences Meeting, 2013, Grapevine, TX, USA" ist bekannt, für HI L-Simulatoren ein auf der physikalischen Schicht des Gigibit-Ethernet aufbauendes serielles Netzwerk namens IOCNET® bereitzustellen, mit dessen Hilfe die für die Eingabe und Ausgabe von Signalen und Daten vorgesehenen Interface-Karten, abgekürzt als I/O-Karten, sowohl untereinander als auch mit der/den Mikroprozessorkarte/n in Echtzeit Daten austauschen können. Für den Datenaustausch zwischen den beispielsweise bis zu 100 Meter entfernten I/O-Karten und/oder Prozessorkarten können sogenannte Gigalink-Module zum Einsatz kommen, wie sie beispielsweise im o.g. Dokument P1 auf den Seiten 355 und 361 gezeigt werden. Als Datenübertragungsmedien zwischen den beispielsweise 100 Meter entfernten l/O- Karten und/oder Prozessorkarte/n werden in P3, Seite 3, Absatz B und in P1 , Seite 349 eine Glasfaserkabelverbindung, hier als„optical media" oder„fiber-optic cable" bezeichnet, vorgeschlagen. Das bereits genannte Netzwerk IOCNET stellt ein Protokoll bereit, das eine Zeitsynchronisation, insbesondere für das Einlesen von Eingangssignalen an den Schnittstellen der verwendeten I/O-Karten unterstützt; siehe ggf. hierzu Dokument P1 , Seite 299 zusammen mit der Abbildung auf derselben Seite.

Die oben genannte Vernetzungs-Lösungen mittels IOCNET® zur Zeitsynchronisierung innerhalb einer Überprüfungsvorrichtung - insbesondere eines HIL-Simulators - zum Testen eines Regelungsgerätes ist allerdings nur vorgesehen für einen Abstand zwischen den Recheneinheiten, der 100 Meter nur unwesentlich überschreitet.

Die Entwicklung von Regelungsgeräten und der darin implementierten Regelungssoftware erfolgt zunehmend in räumlich verteilten Arbeitsgruppen. Hierbei sind häufig mehrere Unternehmen an verschiedenen Standorten beteiligt. Die beteiligten Software- und Hardware-Entwickler benötigen zum Test der Regelungsgeräte in den fortschreitenden Entwicklungsphasen daher häufig angepasste, insbesondere vor Ort anpassbare Überprüfungsvorrichtungen zum Testen.

Es kann somit zukünftig eine Nachfrage nach einer Überprüfungsvorrichtung zum Testen entstehen, die beispielsweise Netzwerk aus zwei oder mehr Recheneinheiten - beispielsweise HIL-Simulatoren - umfasst, wobei sich diese Recheneinheiten bzw. HIL- Simulatoren an unterschiedlichen Standorten befinden, wobei die Standorte einen Abstand von deutlich mehr als 100 Metern aufweisen könnten.

Regelungsgeräte sind in der praktischen Anwendung sehr häufig mit weiteren Regelungsgeräten vernetzt. Beispielsweise sind Kraftfahrzeuge mit mehr als 40 Regelungs- geräten keine Seltenheit, wobei einige der Regelungsgeräte je nach Anwendungsfall nur vernetzt den jeweils zugeordneten Funktionsumfang sicherstellen können, was am Beispiel der Vernetzung eines Automatikgetriebe-Regelungsgerätes mit einem Motor- Regelungsgerät unmittelbar einleuchtend ist. Sollte ein Bedarf entstehen, Regelungsgeräte an verschiedenen Standorten mit einer verteilten Überprüfungsvorrichtung zum Testen, insbesondere mit einer aus mehreren HIL-Simulatoren bestehenden Überprüfungsvorrichtung, zu verbinden, die beispielswei- se mehrere hundert Meter oder mehrere Kilometer voneinander entfernt sind, sich gegebenenfalls sogar auf unterschiedlichen Kontinenten befinden könnten, dann würden bisherige Lösungen einer Vernetzung und Synchronisation der Recheneinheiten der verteilten Überprüfungsvorrichtung unter Umständen - je nach Entfernung der Rechenein- heiten der Überprüfungsvorrichtung - versagen, oder es müssten mit den bisherigen Lösungen der Vernetzung und Synchronisation massive Nachteile, insbesondere bezüglich der Genauigkeit der zeitlichen Zuordnung von Interaktionen zwischen den Regelungsgeräten und deren Überprüfungsvorrichtung zum Testen, hingenommen werden. Ein weiteres Problem bekannter Überprüfungsvorrichtungen ist, das deren elektronische Uhrenschaltungen, meist als„Uhren" abgekürzt, die zur Bereitstellung eines Uhrensignals an weitere Komponenten der Überprüfungsvorrichtung vorgesehen sind, eine Zeitdrift aufweisen. Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Überprüfungsvorrichtung anzugeben, die den Stand der Technik weiterbildet.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eingangs genannte Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise ausgeräumt werden. Die Aufgabe wird sowohl durch eine Überprüfungsvorrichtung zum Testen eines Regelungsgerätes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.

Erfindungsgemäß wird eine Überprüfungsvorrichtung 10 zum Testen mindestens eines ersten Regelungsgerätes vorgeschlagen, wobei die Überprüfungsvorrichtung 10 zumindest umfasst: eine erste Recheneinheit Cn 1 zur Ausführung eines Modellcodes, wobei mittels des Modellcodes ein simuliertes Regelstreckensignal zur Stimulierung des

Regelungsgerätes bereitstellbar ist und ein Aktorsignal des Regelungsgerätes bearbeitbar sind, und eine erste Zeitsignalwandlereinheit 300 aufweisend zumindest

(i) eine erste Zeitsignalschnittstelle G1 zur Aufnahme eines ersten Zeitsignals Ts1 einer globalen Zeitsignalquelle, und (ii) eine Umschaltsignalsendeeinheit 310 , die einge- richtet ist, um ein erstes Umschaltsignal Tri zur Weitergabe an einen ersten Multiple- xer 164 bereitzustellen, und (iii) eine erste Taktsendeeinheit 312 , die eingerichtet ist, um aus dem ersten Zeitsignal Ts1 ein erstes periodisches Taktsignal Tp1 zu erzeu- gen und das erste periodische Taktsignal Tp1 an eine erste PLL 191 auszugeben, und wobei die Überprüfungseinrichtung 10 des Weiteren umfasst:

(a) einen ersten Oszillator 161 , der eingerichtet ist, um ein zweites periodisches Taktsignals Tp2 zu erzeugen und das zweite periodische Taktsignal Tp2 an eine zweite PLL 192 auszugeben, und

(b) eine erste Uhr 166 , die einerseits mittels einer Taktsignalleitung mit dem ersten Mul-tiplexer 164 verbunden ist und andererseits eingerichtet ist, um ein erstes Uhrensignal Tel an eine erste Eingabe-Ausgabe-Einheit 171 und/oder die erste Recheneinheit Cn1 weiterzuleiten,

wobei ein erster Multiplexer-Eingang des ersten Multiplexers 164 mit einem ersten PLL-Ausgang der ersten PLL 191 zur Übertragung eines ersten frequenzstabilisierten Takt-signals Tp1 1 in Richtung des ersten Multiplexer 164 verbunden ist, und wobei ein zweiter Multiplexer-Eingang des ersten Multiplexers 164 mit einem zweiten PLL-Ausgang der zweiten PLL 192 zur Übertragung eines zweiten frequenzstabilisier- ten Taktsignals Tp22 in Richtung des ersten Multiplexers 164 verbunden ist, und wobei das erste Umschaltsignal Tri vorgesehen ist, um damit den ersten Multiplexer 164 derart zu steuern, dass abhängig von einem Zustand des Umschaltsignals Tri mittels des ersten Multiplexers 164 entweder das erste frequenzstabilisierte Taktsignals Tp1 1 oder das zweite frequenzstabilisierten Taktsignals Tp22 an die erste Uhr 166 weiterleitbar ist, und wobei die erste Uhr 166 eingerichtet ist, um abhängig vom Zustand des Umschaltsignals Tri entweder das erste frequenzstabilisierte Taktsignals Tp1 1 oder das zweite frequenzstabilisierte Taktsignals Tp22 zur Erzeugung des ersten Uhrensignals Tel zu verarbeiten. Einer der Vorteile der erfindungsgemäßen Überprüfungsvorrichtung ist es, dass damit die erste Recheneinheit und eine zweite Recheneinheit trotz eines zwischen den Recheneinheiten bestehenden Abstandes von ggf. einigen hundert Metern oder sogar vielen Kilometern auf vergleichsweise einfache Weise zu synchronisieren sind. Ungewollte Sprünge des sich„normalerweise" in vordefinierten Zeitschritten ändernden ersten Uhrensignals sind mittels der Erfindung reduzierbar oder sogar gänzlich vermeidbar.

Soweit im Rahmen dieses Dokuments der Begriff„Synchronisierung" verwendet wird, ist stets eine zeitliche Synchronisierung gemeint. Eine sogenannte Winkelsynchronisierung baut häufig auf einer zeitlichen Synchronisierung auf. Die Winkelsynchronisierung ist allerdings nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile bzw. Signale mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert.

Die Abbildung der Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überprüfungsvorrichtung 10 zum Testen eines Regelungsgerätes, wobei das Regelungsgerät in der Figur 1 nicht dargestellt ist, sondern Eingabe-Ausgabe-Schnittstellen 173, die mit entsprechenden Schnittstellen des Rege- lungsgerätes während dessen Überprüfung verbunden sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Überprüfungsvorrichtung 10 sind die erste Recheneinheit Cn1 und/oder die erste Eingabe-Ausgabe-Einheit 171 eingerichtet, um das erste Uhrensignal Tel mit berechneten Daten der ersten Rechen- einheit Cn1 und/oder mit Daten, die via der Eingabe-Ausgabe-Schnittstellen 173 der ersten Eingabe-Ausgabe-Einheit 171 empfangen wurden, zu verknüpfen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Überprüfungsvorrichtung sind die erste Umschaltsignalsendeeinheit 310 und eine Zeitbotschaftssendeeinheit 314 eingerichtet, um bei einem Vorliegen eines vordefinierten und durch eine Zeitbotschaftssendeeinheit 314 bereitgestellten Absolutzeitwertes einen Zustands-wechsel des ersten Umschaltsignals Tri vorzunehmen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die glo- bale Zeitquelle eine Zeitsignalquelle eines globalen Navigationssatellitensystems.

Dabei ist es bevorzugt, wenn das globale Navigationssatellitensystem dem Globalen Positionsbestimmungs-System (GPS) oder dem GLONASS- oder dem GALLILEO- oder dem BEIDOU- oder dem GAGAN- oder dem IRNSS- oder dem QZSS- Navigationssatellitensystem entspricht.

Die globale Zeitquelle umfasst bevorzugt mehrere Satelliten.

Ergänzend sei erwähnt, dass die bekannten globalen Navigationssatellitensystem pri- mär zur Positionsbestimmung und Navigation auf der Erde und in der Luft dienen, jedoch die Zeitsignale der globalen Navigationssatellitensysteme für weitere Anwendungen verwendbar sind, wie in dem vorliegenden Dokument dargelegt. Zu den bekanntesten globalen Navigationssatellitensystemen gehören:

- GPS, also das„Global Positioning System" der Vereinigten Staaten von Amerika;

- GLONASS, also das„GLObal NAvigation Satellite System" der Russischen Föderation;

- Galileo der Europäischen Union und

- Beidou der Volksrepublik China.

Der Vollausbau von Beidou und Galileo wird in den kommenden Jahren erwartet.

Die sogenannte GPS-Zeit entstammt dem Zeitsystem der Navigationssatelliten des Global Positioning Systems. Es entspricht - bis auf eine geringe Abweichung von wenigen Sekunden - der internationalen Atomzeit, abgekürzt mit TAI. Gegenüber der Koordinierten Weltzeit, genannt UTC, weicht die GPS-Zeit ebenfalls um einige Sekunden ab.

Im Rahmen der mit GPS übertragenen Nutzdaten erfolgt in einem eigens dafür vorge- sehenen Datenfeld eine Übertragung der aktuellen Differenz der GPS-Zeit zur UTC. GPS-Empfänger können durch Subtraktion der entsprechenden Anzahl von Schaltsekunden automatisch die UTC-Uhrzeit anzeigen bzw. zur Verfügung stellen. GPS- Empfänger eignen sich somit für die Verwendung in einer Zeitsignalwandlereinheit 300, weil diese das erste Zeitsignal Ts1 der globalen GPS-Zeitsignalquelle zur weite- ren Verwendung für die Überprüfungsvorrichtung verfügbar machen.