Hardware-in-the-Loop

Hardware-in-the-Loop-Prüfstand für Schweinwerfer Prototypen

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Mit Hilfe der Hardware-in-the-Loop-Technologie können virtuelle Situationen inszeniert werden, die real nur mit enormem Aufwand arrangiert werden können Bild: Hella
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Ob holpriges Schlagloch oder blendendes Gegenlicht: Scheinwerfer-Prototypen bestehen künftige Abenteuer erst einmal auf dem Prüfstand, bevor sie in die Serienproduktion gehen. Das spart Zeit und Kosten in der Entwicklung. Um sein Engineering mit simulationsbasierten Tests noch effizienter zu gestalten, baut Hella mit dem Fraunhofer IEM derzeit einen Hardware-in-the-Loop-Prüfstand auf.

Kirsten Harting, Kommunikation Produktentstehung, Fraunhofer IEM, Paderborn

Moderne Scheinwerfer leuchten schon lange nicht mehr nur den Weg aus. Sie interagieren mit dem Fahrzeug oder passen sich wechselnden Umwelteinflüssen an. Scheinwerfer sind heute multifunktional und hochkomplex. Entwickler setzen deshalb vermehrt auf ganzheitliche modellbasierte Engineering-Ansätze, die das System Scheinwerfer in seinen vielfältigen Abhängigkeiten betrachten. Beispiel Lichtfunktionen: Arbeitet das blendfreie Fernlicht auch beim Holpern durch Schlaglöchern? Und wie zuverlässig ist der Fernlichtassistent bei Nebel oder Regen? Oft können Entwickler diese Fragen erst bei realen Testfahrten klären, die aber aufwendig und kostenintensiv sind.

Gesucht: Richtiges Maß zwischen Realität und Simulation

Technisch möglich ist es bereits: Werden Scheinwerfer also künftig ausschließlich im Modell getestet? Reicht es aus, spätere Einflüsse wie die holprige Landstraße, die blendende Sonne oder den feuchten Nebel über eine reine Simulationen abzubilden? „Nein“, sagt Christian Schmidt, Leiter der Vorentwicklung Lichttechnik bei Hella. „Erstens ist ein Modell immer nur ein Abbild der Realität. Für gewisse Fragestellungen sind wir aber auf reale Daten angewiesen. Zweitens wäre der Aufwand, sämtliche Einflussfaktoren zu modellieren, enorm hoch. Es lohnt sich nicht.“

Für den optimalen Entwicklungsprozess gilt es also, die richtige Kombination zwischen realen und simulationsbasierten Tests zu finden. Dieser Aufgabe widmet sich Hella in einem Forschungsprojekt mit dem Fraunhofer IEM und der TU Dortmund. Aktuell bereitet das Projektteam die verschiedenen Möglichkeiten simulationsbasierter Tests strukturiert auf. „Dabei achten wir darauf, die unterschiedlichen Technologien bedarfsgerecht in die Entwicklung von Hella zu integrieren. Am Ende geht es darum, den Entwicklungsprozess effizient zu gestalten und nicht unnötig aufzublähen“, erläutert Christopher Lankeit, Gruppenleiter am Fraunhofer IEM.

HiL: Scheinwerfer im simulierten Abenteuer

Da sowohl reale Testfahrten als auch rein modellbasierte Simulationen sehr aufwendig sind, erprobt Hella die Technologie Hardware-in-the-Loop (HiL), die eine Kombination aus beidem ist: HiL verbindet reale Systeme mit einer virtuellen Umgebung und ermöglicht so umfangreiche Tests nah an der Realität. Derzeit baut der Automobilzulieferer aus Lippstadt gemeinsam mit dem Fraunhofer IEM einen eigenen Hardware-in-the-Loop-Prüfstand auf.

Dafür montieren die Wissenschaftler einen realen Prototyp des Scheinwerfers auf einen sogenannten Hexapoden. Der Roboter simuliert die Fahrzeugbewegungen mit sechs Antriebselementen – scharfe Linkskurve, Vollbremsung – alles kein Problem. Ist der Prüfstand in einem Lichtkanal aufgebaut, so ist zusätzlich die Simulation von Lichtverhältnissen möglich. Weitere Potenziale könnten Tests in einer Klimakammer bieten, die zum Beispiel Luftfeuchtigkeit abbilden kann. Ob sonniger Morgen auf holpriger Landstraße oder verregneter Nachmittag mit viel Gegenverkehr – dem realen Scheinwerfer-Prototyp wird seine Umgebung ohne viel Aufwand realitätsnah simuliert.

Potenziale über den gesamten Produktlebenszyklus

Hella verspricht sich, vom Einsatz der HiL-Technologie einen deutlich effizienteren Entwicklungsprozess zu ermöglichen. „Wir inszenieren virtuelle Situationen, die real nur mit enormem Aufwand arrangiert werden können. Auf einer einsamen Landstraße kann es beispielsweise lange dauern, bis der Testfahrer ein Auto zum Überholen findet“, so Christian Schmidt. Das Entwicklungsteam kann die HiL-Simulationen hingegen beliebig oft wiederholen und erhält somit eine hohe Vergleichbarkeit seiner Tests. Ändern sich während des Entwicklungsprozesses Anforderungen, kann zudem auch der Prüfstand flexibel angepasst werden.

Die Möglichkeiten der HiL-Technologie gehen weit über die Simulation hinaus: Die Testdaten fließen in die Entwicklung zurück und helfen dabei, das Produkt zu optimieren. Auch nach dem Produktrelease ist der Einsatz eines HiL-Prüfstands sinnvoll. Meldet ein Kunde einen Fehler, können die Entwickler ihn auf dem Prüfstand systematisch analysieren. Auch die Suche nach Lösungen und ihre Simulation ist möglich. HiL gilt als eine Schlüsseltechnologie für die Entwicklung künftiger technische Systeme – auch für Hella. Das Unternehmen wird den Ansatz auch über das Forschungsprojekt hinaus vorantreiben.

Forschungsprojekt Smart Headlamp Technology

Im Forschungsprojekt „Smart Headlamp Technology – Ressourceneffizienter und vernetzter Entwicklungsprozess für dynamische Scheinwerfersysteme“ werden Hella, die TU Dortmund und das Fraunhofer IEM vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung NRW (EFRE.NRW) gefördert. Weitere Aspekte des Projekts sind Virtuelle Testfahrten im Fahrsimulator sowie Ansätze des Condition-Monitoring und Self-Healing. eve

www.hella.de

www.iem.fraunhofer.de

Näheres zur Forschung des Fraunhofer IEM rund um X-in-the-Loop-Technologien hier:

hier.pro/TM2tC


PLUS

Ziele des Forschungsprojekts

Wegen der voranschreitenden Komplexität und Multifunktionalität moderner Kraftfahrzeugscheinwerfersysteme stellt sich der konventionelle Entwicklungsprozess, basierend auf physikalischen Prototypen, aus ökonomischer Sicht zunehmend als nicht mehr tragbar dar. Daher entsteht im Projekt „Smart Headlamp Technology“ erstmals ein ganzheitlicher optimierter Entwicklungsprozess, dessen Kernelement simulationsbasierte Testverfahren bilden, mit folgenden Zielen:

  • Ganzheitliche Umsetzung eines optimierten, ressourceneffizienten und vernetzten Entwicklungsprozess für dynamische Scheinwerfersysteme
  • Hochdynamische Prüfstände erlauben mittels Hardware-in-the-Loop und einem Fahrsimulator die subjektive und objektive Bewertung von Lichtverteilungen, Lichtfunktionen und Fehlern in den ersten Stadien der Entwicklung
  • Überwachung der Lichttechnik auf Modellebene zur Laufzeit (Condition Monitoring) zur Fehlerfrüherkennung und Einleitung von Gegenmaßnahmen
  • Vernetztes Datenmodell zur Akquisition und Kommunikation von Testdaten zwischen den einzelnen Evaluierungswerkzeugen
  • Aufbau eines Versuchsfahrzeugs zur Evaluierung neuartiger Scheinwerferfunktionen bei realen Straßenfahrten zur proaktiven Vermeidung von Fehlern und Erhöhung der Systemlebensdauer

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Video aktuell

Basierend auf dem brandneuen Standard Wireless-IO-Link zeigt Timo Mauderer, Leiter Vorentwicklung bei der Zimmer Group den intelligenten Roboterflansch, der kabelgebundene mechatronische Greifer mit wireless-IO-Link verknüpft und somit eine externe Roboterverkabelung in vielen Fällen überflüssig macht.

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