"Fahrzeuge der Oberklasse verfügen heute über mehr als 60 Steuergeräte"

Vor dem Hintergrund einer wachsenden Variantenvielfalt einzelner Fahrzeugmodelle und der immer größer werdenden Komplexität der Mechatronik werden moderne Entwicklungsmethoden wie Hardware in the Loop (HIL) immer wichtiger. all4engineers sprach mit Dr. Alexander Schmidt, geschäftsführender Gesellschafter der IPG Automotive GmbH, unter anderem über die Möglichkeiten der Diagnose von Steuergeräten am HIL-Simulator und die Rolle des virtuellen Fahrversuchs in der Automobilentwicklung heute.

Herr Dr. Schmidt, was hat sich hinsichtlich der Eigenschaften und Anzahl von Steuergeräten in motorgetriebenen Straßenfahrzeugen seit der Firmengründung von IPG vor etwa 19 Jahren im Wesentlichen verändert?
Damals waren einige wenige Steuergeräte wie Motorsteuerung, Getriebesteuerung und ABS im Fahrzeug zu finden. Heute verfügen moderne Fahrzeuge der Oberklasse über mehr als 60 Steuergeräte, die zudem noch untereinander vernetzt sind. Inzwischen kommen 90 Prozent der echten Innovationen (im Unterschied zu Detailverbesserungen) am Fahrzeug aus dem Bereich der Elektronik. Das Auto lässt sich nur noch durch mehr Hightech sicherer und umweltverträglicher machen. Die Herausforderung heutzutage ist es, die enorm gestiegene Komplexität der Mechatronik im Fahrzeug beherrschbar zu machen – im Hinblick auf Qualität, Sicherheit und Zuverlässigkeit. Parallel dazu ist bei allen Herstellern die Zahl der Baureihen und Varianten gestiegen, was natürlich den Entwicklungsaufwand noch mal erhöht. Komplexität und Variantenvielfalt sind heute nur noch mit Hilfe moderner Entwicklungsmethoden wie Hardware in the Loop (HIL) zu beherrschen.

Welchen Stellenwert haben die "Hardware in the Loop"-Lösungen im Vergleich zur reinen Erprobung im realen Fahrversuch angesichts der wachsenden Vielfalt der Steuergeräte in modernen Pkw?
Die reine Erprobung hat nach wie vor einen sehr hohen Stellenwert in der Automobilentwicklung. Angesichts der aktuellen Herausforderung – die Komplexität und Variantenvielfalt beherrschbar zu machen – wächst jedoch die Bedeutung von Hardware in the Loop zusehends. Einige unserer Kunden haben Hardware in the Loop inzwischen als festen Bestandteil in ihrer Produktentwicklung verankert. Von den beispielsweise 20 Varianten einer Baureihe werden die sechs wichtigsten Fahrzeuge noch im realen Fahrversuch abgesichert, die Derivate werden weitgehend über "Hardware in the Loop"-Tests freigegeben. Hardware in the Loop ist dort fest in den Entwicklungsprozess integriert.

Was zählen Sie zu den herausragenden Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten der dritten Generation der "CarMaker"-Produktfamilie von IPG und was hat sich hauptsächlich gegenüber dem Vorgänger verändert?
CarMaker ist mittlerweile zum Synonym für den virtuellen Fahrversuch im gesamten Entwicklungsprozess geworden. Herausragende Eigenschaft der CarMaker-Produktfamilie ist die einzigartige Funktionalität der Modelle. Beispielhaft möchte ich nur unser Fahrermodell IPG-DRIVER nennen, das inzwischen bei über 500 Kunden weltweit eingesetzt wird und als Standard in seinem Marktsegment bezeichnet werden kann. Weiteres Highlight ist die spezielle graphische Bedienoberfläche, die in enger Zusammenarbeit mit Versuchsingenieuren unserer Kunden entwickelt wurde und sich demzufolge an den Abläufen im Fahrversuch orientiert.
Neben zahlreichen funktionalen Erweiterungen der Modelle stand insbesondere der Aspekt der Testautomatisierung im Fokus der Weiterentwicklungen. Eine wichtige Komponente hierfür ist der FailSafeTester, eine vollständig Software-programmierbare Hardware mit der elektrische Fehler generiert werden können. Vollautomatisch und 100 Prozent reproduzierbar werden aus der Testautomatisierung Fehler, zum Beispiel Kabelbruch, Wackelkontakt, Korrosion, Kurzschluss und Nebenschluss, erzeugt. Damit können das komplette Fehlerverhalten und die Diagnose von Steuergeräten am HIL-Simulator getestet werden.

In einer Unternehmensbroschüre verspricht IPG "Hightech komplett aus einer Hand!". Was bedeutet das konkret für Ihre Kunden?
Wir sind die einzige Firma weltweit, die das komplette Know-how auch für komplexere HIL-Anwendungen in sich vereint. Wir kennen die Gesamtfahrzeugsimulation, wir kennen die Steuergeräte und wir kennen die Hardware, das heißt wir bauen komplette HIL-Simulatoren und Laborautos auf. Das finden sie beim Wettbewerb nicht. Der Vorteil für den Kunden ist, dass er nur einen Lieferanten mit einer durchgängigen Hard- und Softwarelösung hat, die von Anfang an und auf Jahre hinaus außerordentlich stabil läuft.

Wie flexibel sind die HIL-Lösungen in Bezug auf kundenspezifische Forderungen und wie sehen konkrete Wünsche Ihrer Kunden aus? Wie gestaltet sich die Kooperation mit den Anwendern?
Unsere HIL-Simulatoren sind nicht nur schlüsselfertig – das heißt der Kunde kann von der ersten Woche an produktiv arbeiten – sie sind auch gleichzeitig sehr flexibel und modular – das heißt der Kunde kann selbstständig eigene funktionale Modelle hinzufügen oder zusätzliche Steuergeräte integrieren. Einer unserer Kunden hat das einmal als "schlüsselfertigen Baukasten" bezeichnet. Und das ist genau die Lösung, die unsere Kunden brauchen. Ein bewährtes und validiertes Tool, mit dem sie ihren eigentlichen Job, nämlich Fahrzeuge mit immer komplexer werdender Mechatronik serienreif zu machen, erledigen können - und das ihnen trotzdem alle Freiheiten für anwendungsspezifische Modifikationen lässt.
Zur Kooperation kann ich sagen, dass wir unsere Anwender so weit unterstützen, wie sie es wollen. Unsere Applikationsingenieure machen Schulung beim Kunden, unterstützen bei der Integration von Steuergeräten und helfen auch bei Modellerweiterungen. Bei einigen Kunden haben wir auch so genannte Resident Engineers, die über längere Zeiträume vor Ort verfügbar sind.

Welche Voraussetzungen oder Vorkenntnisse muss ein Anwender für die Handhabung der HIL-Simulatoren und Offline-Simulationstools für Fahrdynamiksimulationen mitbringen?
Die Bedienoberfläche ist so intuitiv, dass sich jeder Ingenieur nach sehr kurzer Zeit zurecht findet. Anstelle der im Fahrversuch gemessenen Ergebnisse analysiert er die auf dem HIL-Simulator berechneten und gemessenen Signale - oftmals sogar mit den gleichen Werkzeugen zur Datenanalyse, die er auch im Fahrversuch nutzt. Wir haben die Erfahrung gemacht, dass man nach zwei Stunden mit den wichtigsten Funktionen zurecht kommt, empfehlen aber allen die zwei Tage Basic Training, weil wir hier auch sehr viel Konzept und Hintergrundinformation weitergeben.

Aus welchem Grund beschränken Sie sich in Simulation und Versuch ausschließlich auf motorgetriebene Straßenfahrzeuge?
Ganz einfach: Das war von Anfang an unser Spezialgebiet! Der Markt ist groß genug und die Fahrzeuge – Pkw, Nfz und Motorräder - und die Simulationsmodelle dazu sind schon komplex genug, da muss man sich nicht auch noch zum Beispiel mit Schienenfahrzeugen beschäftigen - fast hätte ich verzetteln gesagt.

Die Möglichkeit, eine Fahrdynamiksimulation in Abwesenheit von Personal über mehrere Tage hinweg kontinuierlich durchführen zu können, stellt hohe Anforderungen an die Systemstabilität. Sagen Sie uns bitte in diesem Zusammenhang ein paar Worte zu der von IPG verwendeten Hardware.
Bei HIL-Simulatoren verwenden wir ausschließlich Standardkomponenten. Wichtig ist es uns und unseren Kunden hierbei, dass es mehrere Lieferanten für die gleichen Komponenten gibt. Die gleiche Strategie fahren ja auch alle Automobilhersteller mit ihren Zulieferern, hier hat man immer mehr als nur einen Lieferanten.
Wir verwenden Standard-PCs unter Windows und Linux, VMEbus Echtzeit-CPUs und I/O-Systeme und das Echtzeitbetriebssystem LynxOS. Die Komponenten auf der Echtzeitseite werden zumeist auch in anderen so genannten "harten Echtzeitanwendungen" wie Verkehrsleitsystemen oder Flugsicherheitssystemen eingesetzt. Sie werden in entsprechend hohen Stückzahlen gefertigt und sie sind außerordentlich robust. Das führt zu einer hohen Stabilität des Gesamtsystems. Außerdem sind sie viel kostengünstiger als spezielle nur für HIL zugeschnittene Systeme. Die HIL-Simulatoren fahren bei unseren Kunden tage-, wochen- oder monatelange Dauerversuche – sie sind schlichtweg zuverlässig.

Wie wird ein Datenpool beispielsweise von der kompletten Nordschleife generiert?
Die Nürburgring Nordschleife ist sehr interessant für unsere Kunden, da sie dort auch Fahrversuche durchführen. Die Strecke wurde mit einem Fahrzeug, das mit Fahrdynamikmesstechnik und zusätzlich Differential-GPS sowie einigen Zusatzsensoren ausgerüstet wurde, vermessen. Für die Aufbereitung stellen wir in CarMaker entsprechende Tools zur Verfügung, die auf Knopfdruck die Daten konvertieren und einen Reihe von Graphiken zur Überprüfung der Messungen erzeugen. Wir arbeiten hier mit einer Partnerfirma zusammen, die über die entsprechenden Messausrüstung verfügt.

An welchen aktuellen Entwicklungen waren Sie in der jüngsten Vergangenheit beteiligt?
Wir haben in den letzten Jahren an vielen interessanten Entwicklungen mitgearbeitet. Die Aktivlenkung von BMW ist hier ein aktuelles Beispiel. Schon vor über vier Jahren hatten wir den ersten Kontakt zu den Entwicklern. Damals war das noch sehr vertraulich und man hat uns nicht gesagt, um welches System es sich handelt. Aus den Fragen, die gestellt wurden, hatten wir eine ungefähre Ahnung, worum es geht. Vor über zwei Jahren ging es dann los mit der Konzeption und dem Aufbau eines kompletten Prüfstandes, für den wir die HIL-Erweiterung geliefert haben, und der seit Ende letzten Jahres validiert ist. Parallel dazu wurde eine Offline-Umgebung – ohne Hardware in the Loop – aufgebaut, in der die gesamte Funktion mit Software in the Loop (SIL) entwickelt werden kann. Dieses Projekt lief beim 5er parallel zur Erprobung im Fahrversuch. Die Technologie wurde aufgebaut und der Prüfstand validiert. Inzwischen ist die Akzeptanz bei BMW sehr groß.

Ein erfolgreiches Hightech-Unternehmen muss ständig den Blick in die Zukunft richten. Worin sehen Sie die größten Herausforderungen für Ihr Unternehmen in den kommenden fünf bis zehn Jahren?
An Ideen für die Weiterentwicklung unserer Produkte mangelt es uns wahrlich nicht – die Roadmap für die nächsten Jahre ist gut gefüllt. Wichtig wird es sein, die Komplexität unseres Produkts weiterhin so gut im Griff zu haben wie heute. Auch bei uns kommen ständig neue Funktionen hinzu, die den CarMaker komplexer machen. Da wir über exzellente Mitarbeiter verfügen, ist mir davor aber nicht bange.
Gleichzeitig gilt es, die internen Abläufe und die Organisationsstrukturen dem zunehmenden Wachstum anzupassen und dabei die vertrieblichen Aspekte stärker zu wichten als in der Vergangenheit. Auch hier sind wir auf einem guten Weg. Wir werden ihn weiter gehen.

Vielen Dank, Herr Dr. Schmidt, für das Gespräch.

Zur Person:
Studium Maschinenbau an der Universität Karlsruhe von 1974 bis 1980.
Promotion am Institut für Maschinenkonstruktionslehre und Kraftfahrzeugbau der Universität Karlsruhe von 1980 bis 1984 über die Entwicklung und Anwendung von Simulationsmodellen für Lenkungsunruhe.
1984 Gründung der Ingenieurgemeinschaft Prof. Dr.-Ing. R. Gnadler GmbH – heute IPG Automotive GmbH –zusammen mit Prof. Dr.-Ing. Rolf Gnadler und Dr.-Ing. Andreas Riedel.
Seit dieser Zeit geschäftsführender Gesellschafter – heute verantwortlich für Technik und Vertrieb.

Autor(en): Thomas Jungmann

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