6 Arten von HIL Tests

Wichtigste Erkenntnisse

• Die wichtigsten Arten von Tests eher anhand des Rückkopplungspfads, der Schnittstellenebene und des Leistungsflusses definiert als anhand einer festgelegten Projektphase.
• Open-Loop, Closed-Loop, Signalebene, Leistungsebene, Fehlerinjektion und verteilte HIL beantworten jeweils eine andere Validierungsfrage.
• Ein guter HIL-Prüfstand ist auf den Fehlermodus abgestimmt, den Sie aufdecken müssen, bevor Sie hardware, die Modelle und I/O dimensionieren.

Die Wahl der richtigen Kategorie den HIL-Test verkürzt die Prüfzeit und deckt die wirklich relevanten Fehler auf.

Teams verlieren wertvolle Zeit, wenn sie alle hardware als ein und dieselbe Übung behandeln. Ein Regler-Prüfstand, der lediglich I/O überprüft, liefert nicht dieselben Erkenntnisse wie ein Prüfstand, der echten Strom durch einen Umrichter leitet. Es ist ratsam, die Tests nach Rückkopplungspfad, Schnittstellenebene und Fehlerabsicht zu klassifizieren, bevor Sie die Dimensionierung des Prüfstands vornehmen. Durch diesen einfachen Filter stellen Sie sicher, dass Ihr HIL-Prüfstand genau auf das Problem ausgerichtet ist, das Sie tatsächlich lösen müssen.

Die HIL-Testarten spiegeln wider, wie hardware der Simulation hardware

Die verschiedenen HIL-Testarten lassen sich besser verstehen, wenn man die Grenze zwischen hardware physischen hardware der simulierten Anlage betrachtet. Diese Grenze legt den Regelkreis, das Signal-Timing, den Leistungsfluss und die sicheren Betriebsgrenzen fest. Ein an Sensor-und Datenfusion virtuellen Sensor-und Datenfusion angeschlossener Bremsregler Sensor-und Datenfusion eine bestimmte Konfiguration. Ein an einen Netzsimulator angeschlossener Laderegler benötigt eine andere.

Ein nützliches hardware beginnt mit einer klaren Trennung. Sie könnten den Regler, I/O und hardware dem Prüfstand belassen, während der Motor, die Batterie, die Flugzeugoberfläche oder das Netz im Simulator verbleiben. Diese Trennung zeigt Ihnen, was der Prüfstand nachweisen kann und was nicht. Sobald Sie diese Grenze definiert haben, werden die sechs Testarten zu praktischen Optionen für die Gestaltung und den Testumfang des Prüfstands.

6 HIL Tests , die die meisten Validierungsfälle abdecken

„Der richtige HIL-Prüfstand beginnt mit dem Fehler, den Sie aufdecken möchten.“

Die meisten HIL-Anwendungen lassen sich sechs Kategorien zuordnen, die jeweils mit einer bestimmten Validierungsfrage verbunden sind. Bei einigen Konfigurationen werden die Ausgangssignale ohne Rückkopplung überprüft, bei anderen wird der Regelkreis um die Dynamik des Regelobjekts geschlossen, und bei wieder anderen findet ein Austausch von tatsächlicher Leistung statt. Andere konzentrieren sich auf simulierte Störungen oder miteinander verbundene Simulatoren. Sie erzielen bessere Ergebnisse, wenn Sie jede Kategorie Werkzeug für einen eng gefassten Zweck betrachten.

1. HIL im offenen Regelkreis überprüft die Ausgänge, wenn keine Rückkopplung erforderlich ist

Open-Loop-HIL ist die richtige Wahl, wenn Sie lediglich hardware anhand fester oder skriptgesteuerter Eingaben überprüfen müssen. Das zu testende Gerät erhält feste oder skriptgesteuerte Eingaben, woraufhin der Prüfstand die Ausgänge wie PWM-Tastverhältnis, Relaisbefehle oder das Timing von Meldungen misst. Ein gängiges Beispiel hardware ist ein Motorsteuergerät, das während einer geplanten Temperatursequenz den korrekten Lüfterbefehl ausgeben muss, während kein simulierter Kühlmittelkreislauf in die Logik zurückgeführt wird. Dieser Aufbau ist schnell, sicher und einfach zu debuggen, da sich jeweils nur eine Variable ändert. Instabile Regelverhalten, Timing-Abweichungen innerhalb einer Rückkopplungsschleife oder fehlerhafte Zustandsschätzungen werden dabei nicht aufgedeckt. Setzen Sie diese Methode frühzeitig ein, wenn Pin-Zuordnung, Firmware-Logik und Ausgangsbereiche wichtiger sind als die Leistung im geschlossenen Regelkreis.

2. HIL im geschlossenen Regelkreis überprüft das Reglerverhalten unter Echtzeit-Rückkopplung

HIL im geschlossenen Regelkreis ist dann von Bedeutung, wenn die hardware in Echtzeit auf ein simuliertes System reagieren hardware . Der Simulator sendet Sensorwerte an den Regler, der Regler reagiert darauf, und diese Reaktion verändert den nächsten Zustand des Systems. Ein Regler für einen elektrischen Antrieb, der mit einem Motor- und Umrichtermodell verbunden ist, ist ein anschauliches Beispiel dafür, da sich Drehmomentbefehl, Drehzahl, Strom und Busspannung in jedem Zeitschritt gegenseitig beeinflussen. Diese Kategorie Ihnen Schwingungen, Sättigung, Integrator-Windup und Zeitempfindlichkeit Kategorie , die bei Tests im offenen Regelkreis übersehen werden. Außerdem werden die Modellqualität und die Latenz stärker beansprucht, da ein schlechter Solver-Schritt oder verzögerte I/O die Reaktion I/O . Tests im geschlossenen Regelkreis Tests in der Regel die Standardwahl, sobald der Code stabil genug für eine dynamische Validierung ist.

3. HIL auf Signalebene eignet sich für Schnittstellen mit geringem Stromverbrauch und engen Zeitspezifikationen

HIL auf Signalebene konzentriert sich auf elektrische Schnittstellen mit geringer Energie, wie beispielsweise analoge Sensorspannungen, digitale Eingänge, Impulsfolgen, serielle Verbindungen und Fahrzeugnetzwerke. Das Ziel besteht darin, die Signale zu reproduzieren, die Ihr Steuergerät erwartet, ohne nennenswerte Strom- oder Spannungswerte durch den Lastpfad zu leiten. Ein gutes Beispiel ist eine Batteriemanagementeinheit, die Zellspannungen, Temperaturen, den Schützstatus und CAN-Nachrichten ausliest, da der Prüfstand all diese Eingänge zeitlich präzise emulieren kann, während das Hochleistungsbatteriepaket außerhalb des Stromkreises bleibt. Diese Kategorie eignet sich hervorragend für Protokollprüfungen, die Plausibilitätsprüfung von Sensordaten und fehlerbehaftete Messungen. Sie gibt jedoch keinen Aufschluss darüber, wie hardware die hardware , wenn Leistungsbauelemente heiß werden oder wenn ein Umrichter einen tatsächlichen Energiefluss registriert. Entscheiden Sie sich für HIL auf Signalebene, wenn Timing und Schnittstellengenauigkeit wichtiger sind als die elektrische Belastung.

4. HIL-Tests auf Leistungsniveau prüfen Wandler durch tatsächlichen Energieaustausch

HIL auf Leistungsniveau fügt einen physikalischen Strompfad hinzu, sodass das zu testende Gerät unter kontrollierten Bedingungen Spannung, Strom oder beides erfährt. Man setzt es für Wandler, Ladegeräte, Wechselrichter, Motorantriebe oder Schutzvorrichtungen ein, die auf echte elektrische Lasten reagieren müssen. Ein Prüfstand für netzgekoppelte Wechselrichter ist ein typisches Beispiel, da der Simulator das Netzmodell berechnet, während ein Verstärker die elektrischen Bedingungen nachbildet, denen der Wechselrichter standhalten muss. Dieser Aufbau deckt Probleme bei Schutzschwellen, der Strombegrenzung und Schaltübergängen auf, die durch eine reine Signalemulation allein nicht erkannt werden. Zudem steigen die Anforderungen an Stabilität und Sicherheit, da nun die Regelkreisverzögerung und die Verstärkerdynamik für das Verhalten des Prüfstands von Bedeutung sind. Teams, die mit OPAL-RT arbeiten, nutzen diesen Ansatz häufig, wenn ein standardmäßiger Regelkreis-Aufbau die Fragestellungen der Leistungselektronik nicht mehr allein beantworten kann. 

5. Die Fehlerinjektion im HIL deckt Schutzlücken auf, bevor es zu Schäden am Prüfstand kommt

HIL mit Fehlerinjektion wurde entwickelt, um eine Frage zu beantworten: Wie hardware die hardware , wenn Eingaben fehlerhaft sind oder Bedingungen die normalen Grenzen überschreiten? Der Prüfstand kann Sensorausfälle, feststehende Bits, Busfehler, kurze Impulse, veraltete Zeitstempel, Überstromereignisse oder fehlerhafte Zustandsschätzungen simulieren. Ein nützliches Beispiel ist ein Bremssteuergerät, das während einer schnellen Verzögerungssequenz kein Raddrehzahlsignal empfängt, da man so die Fallback-Logik beobachten kann, ohne ein Fahrzeug oder einen Teststand zu gefährden. Diese Kategorie vor allem für Schutzsysteme, Überwachungslogik und Sicherheitsnachweise Kategorie . Sie lässt sich zudem auf Teststände mit offenem und geschlossenem Regelkreis sowie auf Signal- und Leistungsniveau anwenden, wodurch es sich eher um einen fokussierten Tests als um eine separate Lebenszyklusphase handelt.

6. Verteiltes HIL verbindet mehrere Simulatoren zur Validierung auf Systemebene

Verteiltes HIL verbindet mehrere Simulatoren, Racks oder Steuerungen miteinander, wenn ein einzelner Prüfstand nicht ausreicht, um das gesamte System mit ausreichender Genauigkeit abzubilden. Dies kommt beispielsweise bei Fahrzeugplattformen, Mikronetzen, Flugzeugsystemen und Ladenetzwerken zum Einsatz, bei denen verschiedene Teams für unterschiedliche Teilsysteme verantwortlich sind. Ein praktisches Beispiel ist ein Laderegler, der auf einem Rig läuft, während ein Batteriepack-Emulator, ein Netzmodell und ein Standort-Energieregler auf verbundenen Knoten mit gemeinsamen Zeitschritten laufen. Diese Konfiguration ermöglicht es Ihnen, das Timing der Schnittstellen und das systemübergreifende Verhalten zu validieren, ohne jedes Modell auf ein einziges Zielsystem zwingen zu müssen. Der Nachteil ist die Komplexität, da Taktabgleich, Netzwerkverzögerung und Partitionsstrategie das Ergebnis beeinflussen. Verteiltes HIL ist der richtige Ansatz, wenn Systeminteraktionen wichtiger sind als die lokale Regelschleife eines einzelnen Reglers.

„Sobald man diese Grenze festgelegt hat, bieten sich die sechs Testarten als praktische Optionen für die Gestaltung des Teststands und die Testabdeckung an.“

So wählen Sie den richtigen HIL-Prüfstand aus

Die Wahl des richtigen HIL-Prüfstands beginnt mit dem Fehler, den Sie aufdecken möchten. Passen Sie den Prüfstand hinsichtlich Regelkreisabschluss, Schnittstellenpegel, Belastbarkeit und Fehlerabdeckung an, bevor Sie die Größe des Simulators festlegen. Dieser Ansatz sorgt für einen klar abgegrenzten Untersuchungsumfang. Außerdem lassen sich die Ergebnisse so leichter als zuverlässig einstufen, wenn die Testzeit begrenzt ist.

• Wählen Sie den offenen Regelkreis, wenn die Ausgangslogik das einzige Ziel ist.
• Wählen Sie den geschlossenen Regelkreis, wenn die Rückkopplung der Anlage das Regelverhalten beeinflusst.
• Wählen Sie die Signalebene, wenn eine präzise Emulation von Sensor-und Datenfusion von Bussen erforderlich ist.
• Wählen Sie die Leistungsstufe, wenn die elektrische Belastung physikalisch begrenzt bleiben muss.
• Entscheiden Sie sich für verteilten HIL, wenn ein Prüfstand das gesamte System nicht abbilden kann.

Ein kleiner Prüfstand ist oft die bessere Wahl, wenn er die Fragestellung klar und eindeutig beantwortet. Ein Signalpegel-Aufbau ist für das Protokoll-Timing einem Leistungsprüfstand überlegen, und ein System mit geschlossenem Regelkreis ist für die Regelungsoptimierung besser geeignet als Prüfungen im offenen Regelkreis. Teams, die OPAL-RT einsetzen, profitieren in der Regel am meisten, wenn sie Latenzgrenzen, I/O und Fehlerfälle festlegen, bevor sie die Plattform dimensionieren. Wenn Sie diesen Schritt überspringen, geben Sie Geld für hardware aus, hardware eher Störsignale erzeugt als Erkenntnisse liefert.