Rapid Prototyping

Rapid Prototyping

Mit Hilfe des Rapid Control Prototypings stehen Ihnen Mechanismen zur Verfügung um Regler-Algorithmen schnell und effizient zu testen, ohne die gesamte Software des Steuergerätes austauschen zu müssen. Das gilt nicht nur für den Einsatz realer Steuergeräte, sondern auch bei virtuellen ECUs.

Nachfolgend erhalten Sie grundlegende Infos zum Rapid Prototyping sowie Details zur:

Grundlagen

Bypassing bedeutet, dass Teile des Regel-Algorithmus nicht im Steuergerät, sondern auf einer zusätzlichen Echtzeit-Hardware gerechnet werden. Als Echtzeit-Hardware kommt dabei die VN8900 Familie zum Einsatz.

Im Steuergerät ist ein blauer Funktionsblock abgebildet, in dem der Algorithmus A abläuft. Damit nun die überarbeitete Version A‘ des Algorithmus zum Einsatz kommen kann, werden die Daten, die als Eingangsgröße in den Algorithmus A hineingelangen, per XCP (DAQ) aus dem Steuergerät herausgemessen. Der Bypassing-Koordinator übernimmt in Schritt 1 die Daten und übergibt sie im Schritt 2 dem Algorithmus A‘. A‘ wird auf der Bypassing-Hardware berechnet und das Ergebnis wird im Schritt 3 wieder dem Bypassing-Koordinator übergeben und in Schritt 4 per XCP (STIM) an das Steuergerät übertragen. Diese Methode basiert auf dem Standardprotokoll XCP und erlaubt die Kombination des schnellen Austauschs der Algorithmen auf der Bypassing-Hardware mit der Nutzung der I/Os und der Basissoftware des Steuergerätes. Wichtige Voraussetzung dazu ist eine leistungsfähige physikalische Verbindung zum Steuergerät, wie sie über die VX1000 Mess- und Kalibrier-Hardware erreicht wird.

Die Überprüfung und Adaption der Modell- und der Applikations-Algorithmen, erfolgt mit Hilfe von XCP.

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Beim Fullpassing wird der gesamte Steuergeräte-Code aus der ECU herausgelöst und auf einer separaten Hardware gerechnet. Diese Situation ergibt sich häufig dann, wenn die dafür notwendige Steuergeräte-Hardware noch nicht zur Verfügung steht. Je nach Anforderungen, z.B. an die Echtzeit und die Rechenleistung, können unterschiedliche Plattformen eingesetzt werden. Vom PC mit virtuellen Steuergeräten, bis zur Realtime-Plattform basierend auf der VN8900 Familie. Auch hier hilft die Integration mit XCP eine herstellerunabhängige Werkzeugkette aufzubauen.

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Die Verbindung zwischen Berechnungs-Hardware und Steuergerät muss in beide Richtungen ausreichend performant sein, um die Daten zu erfassen, zu berechnen und die Werte wieder in das Steuergerät zurückzuschreiben. Die maximale Datenrate wird nicht über Bus-Interfaces, wie CAN oder FlexRay, sondern über Mikrocontroller-spezifische Datenschnittstellen (JTAG, DAP, Nexus und Aurora) erreicht.

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Reglerentwicklung

Die Entwicklung der Regler-Algorithmen in den Steuergeräten erfolgt entweder durch handgeschriebenen Code oder durch einen modellbasierten Ansatz. Die beiden Möglichkeiten unterscheiden sich also in der Entwicklungsumgebung und der damit verbundenen Herangehensweise.

Entwicklungsumgebung

In Simulink entwickeln Sie Ihren Algorithmus in einer grafischen Modellierungssprache, z.B. mit Funktionsblöcken von MathWorks oder dSpace. Über den Simulink Coder von MathWorks generieren Sie Code für eine vordefinierte Plattform. Mit dem "Vector MATLAB/Simulink MC Add-on" können Sie im Simulink Coder "CANape" als Zielplattform auswählen. Mit der Auswahl wird im Generierungsschritt bereits ein XCP-Treiber in den Code integriert. Nach dem Kompilieren und Linken steht Ihnen eine DLL zur Verfügung, die Sie direkt in CANape als Gerät integrieren und per XCP messen und verstellen können.

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Wenn Sie Ihre Anwendung direkt in Visual Studio entwickeln, lässt sich der Algorithmus ebenfalls direkt in CANape als DLL integrieren. Dazu steht Ihnen ein Visual-Studio-Projekt zur Verfügung, in das der Algorithmus eingebettet wird. Nach dem Kompilieren und Linken steht eine DLL zur Verfügung, die direkt in CANape als Gerät eingebunden werden kann und ebenfalls über einen XCP-Zugang verfügt.

 

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Einsatzort

Abhängig von der Entwicklungsphase erfolgt die Nutzung eines Regel-Algorithmus in unterschiedlichen Umgebungen, beispielsweise in der virtuellen Welt, im Labor, am Arbeitsplatz oder im Fahrzeug.

Vector Lösungen basieren auf den Einsatz von Standards wie XCP, A2L, CDF2.0 und MDF. Damit können Sie – über alle Entwicklungsphasen hinweg – auf die gleichen Tool-Konfigurationen zugreifen. Die Messdaten liegen immer im gleichen Format vor und die Parametersatzdateien sind beliebig austauschbar. Somit ist der Einarbeitungsaufwand äußerst kurz, Informationen und Daten lassen sich beliebig austauschen.

Ausführungs-Plattformen

Prototyping virtueller Steuergeräte auf dem PC

Prototyping-Lösungen kommen schon zum Einsatz, wenn es noch keine Steuergeräte-Hardware gibt. Dabei kann der Algorithmus noch als Modell in Simulink oder als ausführbarer Code (DLL) in CANape gerechnet werden.

Über XCP on Ethernet wird eine Verbindung von CANape zum Modell in Simulink realisiert. Dazu ist die CANape Option Simulink XCP Server notwendig. Der in das Modell integrierte XCP-Server erzeugt eine A2L-Datei des Modells, erstellt ein CANape Projekt und startet CANape.
Somit stehen dem Anwender alle Mess- und Verstell-Möglichkeiten von CANape zur Verfügung, ohne dass es einer weiteren Instrumentierung des Modells bedarf. Vom Messen von Signalen, Kennlinien und -feldern, über das Verstellen einzelner Parameter und das Laden kompletter Parametersätze in den MATLAB Workspace.

Integrierte S-Functions können dabei genauso per XCP gemessen und verstellt werden. Sie müssen diese lediglich über die dazugehörende A2L in den Simulink XCP Server einbinden. Damit greifen Sie auf Funktionen zu, die bspw. von einem Zulieferer erstellt wurden und nicht als Modell zur Verfügung stehen.

Als Eingangsgrößen in das Model greift CANape auf vorhandene Signale aus Messdateien zu und übergibt sie dem Modell, so dass keine Modellanpassung für das Einlesen von Eingangsvektoren durchzuführen ist. CANape passt sich vollständig an das Zeitverhalten des Modells an. Unabhängig davon, ob das Modell wesentlich schneller als Echtzeit läuft oder Sie das Modell Schritt für Schritt berechnen lassen.

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Sowohl aus handgeschriebenem Code als auch aus Simulink-Modellen können über den Compiler DLLs erzeugt werden, die nahtlos in CANape integrierbar sind. Als Besonderheit verfügen die DLLs über XCP-Schnittstellen, um direkt Daten aus der DLL zu messen bzw. Parameter zu verstellen. Bei der Einbindung und Nutzung der DLL, unterscheidet sie sich nicht von einem Steuergerät mit XCP on Ethernet Zugang.

Die benötigten Eingangsdaten für die DLL liefert CANape aus angeschlossenen Datenquellen wie Busse und Steuergeräte oder aus vorhandenen Messdateien.

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Die Vector Tool Plattform ist eine Systemerweiterung für PC-basierte Vector Netzwerk-Interfaces.
Mit dieser Komponente verbessert sich Latenz und Determinismus von CANoe und CANape. Um dies zu erreichen, werden die PC-basierten Netzwerk-Interfaces der VN8900 Familie logisch in zwei Bereiche aufgeteilt. In einem Bereich arbeitet das Interface wie gewohnt. In einem anderen Bereich steht „Extended Real Time“ (ERT) bereit, in der vordefinierte Funktionen unter Echtzeitbedingungen ausgeführt werden.

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Diese Produkte unterstützen Sie

Ablaufumgebung für Algorithmen, die mit Hilfe unterschiedlicher Entwicklungsumgebungen erstellt wurden.
CANape
CANape verbindet sich mit Hilfe der Option Simulink XCP Server mit dem Modell in Simulink. Über die Verbindung können Parameter im Modell verändert, reale Daten als Stimulation in den Algorithmus eingespeist und beliebige Messgrößen aus dem Modell erfasst werden.
Für verwendete MATLAB/Simulink-Modelle in CANape kann ein VN8900 Netzwerk-Interface als Ausführungsplattform herangezogen werden um ein deutlich besseres Echtzeitverhalten zu erreichen. Mit der Vector Tool Platform werden die für die Ausführung von Modellen wichtigen Eigenschaften wie Latenz und Determinismus verbessert.
VN8900 und Vector Tool Platform

Stimulation

Entwickler von Steuergeräten mit Sensoren werden mit zwei Problemen konfrontiert:

  1. Sinnvolle, realitätsnahe Daten aus einem Sensor stehen oft nur im Fahrzeug zur Verfügung, im Labor fehlt die dafür notwendige Umgebung.
  2. Die Reproduzierbarkeit von Sensordaten im Fahrzeug ist mit hohem Aufwand verbunden.

Aus diesen Gründen ist die Stimulation der Steuergeräte – egal ob es sich um ein reales oder ein virtuelles Steuergerät handelt – mit vorher aufgezeichneten Sensordaten ein wesentlicher Bestandteil der Entwicklung. Die Daten können entweder unter Umgehung der Eingänge per XCP direkt in den Speicher des Steuergerätes geschrieben werden. Eine weitere Möglichkeit ist, die Daten über die Sensoreingänge in das Steuergerät zu transportieren.
 

Diese Produkte unterstützen Sie

Nutzt die XCP-Schnittstelle zum Modell auf die gleiche Art und Weise wie zu einem Steuergerät. CANape passt sich vollständig dem zeitlichen Ablauf des Simulink-Modells an.
Stellt das XCP-Interface zwischen CANape und dem Modell zur Verfügung. Darüber hinaus generiert es die A2L des Modells und ein CANape Projekt auf Knopfdruck.

Datenfusion

Zur Verbesserung der Detektionsqualität von Objekten in der Fahrzeugumgebung kommen unterschiedliche Sensortypen parallel zum Einsatz. Die erfassten Daten werden miteinander fusioniert um die Schwächen des einen Sensors durch die Stärken eines anderen Sensors auszugleichen und so ein möglichst vollständiges Bild der Umgebung zu gewinnen.
 

Diese Produkte unterstützen Sie

Durchgängige Lösung von der Multisensor-Datenaufzeichnung, über die Algorithmen-Entwicklung, bis zur Stimulation und schnellen Visualisierung der Ergebnisse
Prototypen-Software-Framework für die schnelle Entwicklung von komplexen Datenfusions-Algorithmen. Inklusive der Unterstützung von 360° Lösungen für autonome Fahrzeuge (Level 1 bis 5).

Simulation

Restbussimulation

Eine wichtige Aufgabe beim Entwickeln von Steuergeräten kommt der Restbussimulation zu. Sie sorgt dafür, dass dem Steuergerät eine funktionsfähige Umgebung zur Verfügung steht, ohne die sich umfassende Tests kaum realisieren lassen. Die Herausforderung für Entwickler besteht darin, unter Berücksichtigung gegebener Randbedingungen zügig eine realitätsnahe Restbussimulation zu generieren.


Umgebungssimulation

Auch die Umgebungssimulation spielt eine wichtige Rolle bei der Steuergeräte-Entwicklung. Sie sorgt dafür, dass dem Steuergerät zusätzlich zu den Kommunikations-Netzwerken auch die I/O-Schnittstellen beschaltet werden. Mit dem VT System können Ein- und Ausgänge eines Steuergerätes sehr einfach angesteuert werden.

Ausführungsplattform CANoe

Eine CANoe Simulation kann auf verschiedenen Plattformen ausgeführt werden, um unterschiedliche Anforderungen bezüglich Performance, Latenz und Durchsatz abzudecken:

Im klassischen Modus wird die CANoe Simulation zusammen mit der Netzwerk-Interface-Hardware auf einem Rechner ausgeführt. Es bestehen keine besonderen Anforderung hinsichtlich Performance, Latenz oder Durchsatz.

 

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Im RT Modus läuft die CANoe Simulation auf getrennten Rechnern. Der GUI-Teil kann hierbei auf dem normalen Arbeitsplatzrechner ausgeführt werden. Der Simulationsteil wird auf einem dedizierten Echtzeitsystem ausgeführt. Für diesen Echtzeitteil stehen folgende Plattformen zur Verfügung:
 

VN8900

Das VN8900 Netzwerk-Interface ist eine modular aufgebaute Interface-Hardware mit vielfältig möglichen Kanalkombinationen für CAN, LIN, FlexRay, J1708 und K-Line. Die Simulation auf einer VN8900 Hardware kann auch standalone, d.h. ohne Bedien-PC ausgeführt werden.

VT System

Mit dem VT System bauen Sie Testsysteme für den Funktionstest von Steuergeräten und Fahrzeugnetzwerken auf. CANoe ist die dazugehörige Testautomatisierungs-Software. Durch den modularen Aufbau erhalten Sie mit dem VT System Lösungen, die von einfachen Testhilfsmitteln bis zu komplexen Testsystemen reichen.

CANoe RT Rack

Das CANoe RT Rack ist ein Industrie-PC mit einem optimierten Echtzeitbetriebssystem. Damit wird die Gesamtleistung des Systems bei Bedarf einfach vergrößert und es sind kürzere Latenzzeiten und genauere Timer möglich.

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Um CANoe in ein heterogenes Umfeld, das aus spezialisierten Werkzeugen unterschiedlicher Hersteller zu integrieren, sind verschiedene Schnittstellen verfügbar.

Beispiele:

  • MATLAB/Simulink
  • FMI/FMU
  • FDX
  • LabVIEW
  • XiLAPI

Mehr Infos dazu auf Anfrage.

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Bypassing

Bypassing ist eine Sonderform des Rapid Prototypings: Daten aus dem Steuergerät werden dabei erfasst, außerhalb des Steuergeräts verarbeitet und das Ergebnis wieder in das Steuergerät geschrieben. Zum Einsatz kommen dabei Mechanismen des Protokolls XCP (DAQ zum Messen der Daten aus der ECU und STIM zur Stimulation der Daten in die ECU).

Um die niedrigste Latenzzeit zu erhalten, läuft der Algorithmus in der Echtzeitumgebung auf dem VN8900. Die performanteste XCP-Verbindung zwischen der Bypassing-Hardware VN8900 und dem Steuergerät erfolgt über die VX1000 Mess- und Kalibrierhardware.
 

Diese Produkte unterstützen Sie

Mit den XCP-Mechanismen DAQ/STIM und CANape realisieren Sie ein PC-basiertes Bypassing.
CANape
Bypassing-Berechnung mit deterministischem Zeitverhalten. In CANape erfolgen die Konfiguration der Gesamtlösung sowie die Visualisierung der Signale und Parameter. Als Ablaufumgebung dient ein Produkt der VN8900 Familie.
Für kurze Roundtrip-Zeiten erfolgt die Berechnung des Bypasses auf dem Vector Netzwerk-Interface mit integriertem Echtzeitrechner VN8900 und der Mess- und Stimulationszugang über die VX1000 Hardware.
Skalierbare Mess- und Kalibrierhardware für kürzeste Roundtrip-Zeiten zwischen Bypassing-Algorithmus und Steuergerät.