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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung. Auch betrifft die Erfindung die Verwendung der Vorrichtung und des Verfahrens in einem HIL-Simulator. Auch betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt.
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Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zum Testen, insbesondere solche, die als HIL-Simulator ausgestaltet sind, bekannt und werden insbesondere für den Test von Steuergeräten eingesetzt. Die Abkürzung „HII,“ (abgeleitet aus der englischen Wortgruppe: „hardware in the loop“) ist ein internationaler, insbesondere auch im deutschen Sprachraum verwendeter, Fachbegriff für eine Testmethode, bei der ein „eingebettetes System“ (Abkürzung: „ES“), insbesondere ein elektronisches Steuergerät (Electronic Control Unit, ECU), oder ein mechatronisches Modul über seine Eingänge und Ausgänge an ein angepasstes Gegenstück, das oft als HIL-Simulator bezeichnet wird, und zur Nachbildung der realen Umgebung des eingebetteten Systems dient, angeschlossen ist. Während des Tests des eingebetteten Systems werden also zumindest ein Teil der Eingangssignale für das ES von dem HIL-Simulator bereitgestellt und zumindest ein Teil der Ausgangssignale des ES an den HII,-Simulator gesendet. Bei der Fehlerinjektion handelt es sich um eine Prüftechnik, die dazu beiträgt zu verstehen, wie sich ein (virtuelles oder reales) System verhält, wenn es auf ungewöhnliche Weise, durch das Schalten von verschiedenen Fehlerzuständen, beansprucht wird. Viele HIL-Prüfsysteme nutzen die Hardwarefehlersimulation, um zwischen dem elektronischen Steuergerät und dem Rest des Systems Signalfehler einzufügen und somit das Geräteverhalten unter spezifischen Bedingungen zu überprüfen. Die Fehlersimulation wird vor allem dann eingesetzt, wenn für eine ECU sowohl eine bekannte als auch eine tolerierte Antwort auf Fehlerbedingungen erforderlich ist. Hierfür eignet sich der Einsatz von Fehler-Einbringungs-Einheiten (Fault Insertion Units, FIUs) zwischen den I/O-Schnittstellen und der ECU, wodurch normale und fehlerhafte Betriebsbedingungen, wie z.B. Kurzschluss und Unterbrechung, hervorgerufen werden können.
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Eine zentrale Topologie, bietet die Möglichkeit in den zahlreichen Kanälen sehr einfache, kostengünstige, zumeist relaisbasierte Schalteinheiten einzusetzen und diese bei Bedarf über eine Sammelschiene auf eine aufwändige zentrale Baugruppe zu verbinden, welche dann in der Lage ist, halbleiterbasierte Fehlerbilder wie z.B. Prellen oder Wackelkontakte einzubringen. Der Nachteil dieses Systems ist allerdings, dass empfindliche Signale durch das Routing über die Sammelschiene oftmals inakzeptabel beeinflusst werden. Eine Sammelschiene ist im vorliegenden Kontext eine elektrisch leitfähige Schiene, bevorzugt mit speziell ausgestalteten elektrischen Eigenschaften wie z.B. einer geringen parasitären Kapazität, einem geringen Widerstand oder einer hohen elektrischen Spannungsfestigkeit. Neben der Sammelschiene können weitere Hardware-Komponenten vorgesehen sein, beispielsweise weitere Sammelschienen oder an den Sammelschienen angeschlossene Schalter-Matrizen.
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Es ist daher die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Routings über eine Sammelschiene zu minimieren.
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Diese Aufgabe wird durch technische Gegenstände nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Technisch vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.
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Gemäß einem Aspekt wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung gelöst, die Vorrichtung umfassend:
- - zumindest eine erste interne Sammelschiene,
- - zumindest einen ersten Signalpfad, wobei der erste Signalpfad von einem ersten Steuergeräteanschluss eines elektronischen Steuergeräts über einen ersten Schalter zu einer ersten Last geführt ist,
- - zumindest einen zweiten Signalpfad, wobei der zweite Signalpfad von einem zweiten Steuergeräteanschluss eines elektronischen Steuergeräts über einen zweiten Schalter zu einer zweiten Last geführt ist,
die Vorrichtung weiter umfassend: - - eine Fehlerweiterleitungseinrichtung eingerichtet, um zumindest einen der Signalpfade auszuwählen,
- - eine Fehlereinbringungseinheit eingerichtet, um unterschiedliche Fehlerzustände zu schalten, die Fehlereinbringungseinheit umfassend eine Anbindungseinheit zum Anbinden der Signalpfade an die erste interne Sammelschiene, derart eingerichtet, eine schaltbare Verbindung von dem ersten Signalpfad und dem zweiten Signalpfad zu der ersten internen Sammelschiene herzustellen, wobei die Signalpfade zu einem gemeinsamen Signalpfad geführt sind und schaltbar mit dem gemeinsamen Signalpfad verbindbar sind, wobei der gemeinsame Signalpfad einen ersten Halbleiterschalter umfasst, derart eingerichtet die Fehlerzustände zu schalten,
die Fehlerweiterleitungseinrichtung zumindest einen dritten Schalter und einen vierten Schalter umfasst, eingerichtet den ersten Signalpfad an die Anbindungseinheit anzubinden,
die Fehlerweiterleitungseinrichtung zumindest einen fünften Schalter und einen sechsten Schalter umfasst, eingerichtet den zweiten Signalpfad an die Anbindungseinheit anzubinden,
wobei der erste Halbleiterschalter schaltbar mit mindestens dem dritten Schalter oder dem fünften Schalter verbindbar ist,
die Anbindungseinheit zumindest einen siebten Schalter zum Anbinden der internen Sammelschiene an eine externe Sammelschiene umfasst.
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Die Erfindung realisiert das Schalten von sämtlichen Standardfehlerklassen über Halbleiterschalter, ohne die Nachteile eines Signalroutings über externe Sammelschienen und ohne die hohen Kosten von Halbleitern auf allen Kanälen in Kauf zu nehmen. Halbleiterschalter haben weiter den Vorteil, dass sie zeitlich präzise geschaltet werden können und nicht prellen. Mit nur einem Halbleiterschalter können somit einzelne Fehler auf unterschiedlichen ECU-Signalen mit der Präzision eines Halbleiterschalters geschaltet werden. Der siebte Schalter ist dabei vorteilhaft, um eine interne Sammelschiene beispielsweise von einer externen Sammelschiene abtrennen zu können. Dadurch kann beispielsweise unabhängig von anderen Fehlereinbringungseinheiten lokal ein Fehler geschaltet werden, um so bspw. das Schalten von Mehrfachfehler, d.h. mehreren Fehlern unabhängig voneinander, gleichzeitig zu ermöglichen. Des Weiteren kann hierdurch der Vorteil erzielt werden, dass ggf. elektrische Störungen, die über eine externe Sammelschiene in die Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen eingekoppelt werden, nicht weitergeleitet werden. Die Anbindung des Halbleiterschalters an die ECU Kanäle kann lokal und damit elektrisch optimal ausgeführt werden, wodurch sich nur sehr geringe parasitäre Einflüsse durch die Anbindung an die interne Sammelschiene oder Sammelschienen ergeben. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Einbringen des Halbleiterschalters kosteneffizient erfolgt, da lediglich ein Halbleiterschalter für eine skalierbare Anzahl an lokal platzierten Kanälen herangezogen werden muss. Auch ist vorteilhaft, dass der Halbleiterschalter für die ihm zugeordnete Gruppe an lokalen Kanälen optimiert (hinsichtlich Strom / Spannung) werden kann. Bspw. ist es mit geringem Aufwand möglich, einen ersten Halbleiterschalter mit hoher Spannungsfestigkeit, z.B. einen Halbleiterschalter mit einer Eignung zu einem Schalten von elektrischen Spannungen über 50 Volt, in den gemeinsamen Signalpfad der Fehlereinbringungseinheit FIU vorzusehen, falls der gemeinsame Signalpfad die zuletzt genannte Spannungsfestigkeit aufweisen soll.
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Die „Last“ im Kontext der vorliegenden Offenbarung ist eine elektrische Baueinheit, die vorgesehen und eingerichtet ist, um mit einem Signalanschluss bzw. mit einem von dem Steuergerät ausgehenden Signalpfad elektrisch verbunden zu werden. Einige Beispiele für eine Last sind:
- - ein elektrischer Aktor,
- - ein elektronsicher Sensor,
- - ein elektronischer Signalwandler,
- - ein elektronischer Signalgenerator,
- - eine Nachbildung (simulierte elektrische oder elektronische Baueinheit) eines der in diesem Satz genannten Beispiele,
- - eine Kombinationsbaueinheit, umfassend zumindest zwei der in diesem Satz genannten Beispiele.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen neunten Schalter, eingerichtet den gemeinsamen Signalpfad an den ersten Signalpfad anzubinden und einen zehnten Schalter, eingerichtet den gemeinsamen Signalpfad an den zweiten Signalpfad anzubinden, die Anbindungseinheit im gemeinsamen Signalpfad zwischen der Anbindung an die Signalpfade über den neunten Schalter und den zehnten Schalter und der Anbindung an die Signalpfade über den vierten Schalter und den sechsten Schalter einen zweiten Halbleiterschalter zum Schalten von Fehlerzuständen umfasst, wobei der gemeinsame Signalpfad vor der ersten internen Sammelschiene abgezweigt ist und den ersten Halbleiterschalter umfasst. Der neunte Schalter ist insbesondere bei Kreuzkurzschlüssen mit Halbleiterschaltern vorteilhaft, bei denen auch ggf. eine Last abgetrennt werden soll. Der zweite Halbleiterschalter ist vorteilhaft, um bei Kurzschlüssen auch eine entsprechende Last abtrennen zu können.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine zweite interne Sammelschiene, wobei die zweite interne Sammelschiene an den gemeinsamen Signalpfad angebunden ist, über den neunten Schalter an den ersten Signalpfad angebunden ist und über den zehnten Schalter an den zweiten Signalpfad angebunden ist, die Anbindungseinheit einen zwölften Schalter umfasst, eingerichtet, die zweite interne Sammelschiene an eine zweite externe Sammelschiene anzubinden. Zwei Sammelschienen ermöglichen beispielsweise das Einbinden von externen Zweipolen (z.B. Widerstand, Spannungsquelle, Stromsenke, Messgerät, ...).
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein erstes Anschlusspotential und ein zweites Anschlusspotential, wobei die Anbindungseinheit einen dreizehnten Schalter umfasst, eingerichtet die erste interne Sammelschiene an das zweite Anschlusspotential anzubinden und einen vierzehnten Schalter umfasst, eingerichtet die erste interne Sammelschiene an das erste Anschlusspotential anzubinden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Anschlusspotential ein Massepotential und das zweite Anschlusspotential ein Versorgungspotential. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Versorgungspotential beispielsweise eine Batteriespannung. Durch die direkte Anbindung von Anschlusspotentialen werden Kurzschlüsse gegen diese Anschlusspotentiale ohne die Einbindung externer Sammelschienen ermöglicht. Es wird keine weitere Komponente benötigt, die diese Anschlusspotentiale auf eine entsprechende Sammelschiene legen. Hierdurch werden mehr unterschiedliche Mehrfachfehler ermöglicht.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine dritte interne Sammelschiene, wobei die dritte interne Sammelschiene über einen fünfzehnten Schalter an den ersten Signalpfad und über einen sechzehnten Schalter an den zweiten Signalpfad angebunden ist, die Anbindungseinheit einen siebzehnten Schalter umfasst, eingerichtet die dritte Sammelschiene an das erste Anschlusspotential anzubinden, die Anbindungseinheit einen achtzehnten Schalter umfasst, eingerichtet das erste Anschlusspotential an die zweite interne Sammelschiene anzubinden, die Anbindungseinheit einen zwanzigsten Schalter umfasst, eingerichtet die zweite interne Sammelschiene an das zweite Anschlusspotential anzubinden und die Anbindungseinheit im gemeinsamen Signalpfad einen achten Schalter umfasst, derart eingerichtet den ersten Halbleiterschalter zu entkoppeln und wahlweise über einen elften Schalter die zweite interne Sammelschiene oder über einen neunzehnten Schalter die dritte interne Sammelschiene anzubinden. Mittels einer dritten Sammelschiene können mehr Mehrfachfehler mit unterschiedlichen Fehlerzuständen ermöglicht werden.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform sind eine Mehrzahl von Vorrichtungen zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung über zumindest eine externe Sammelschiene miteinander verbunden.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform sind die Halbleiterschalter MOSFETs. In einem Ausführungsbeispiel bestehen die Halbleiterschalter aus einer Schaltung mit einer Mehrzahl von MOSFETs. Bevorzugt sind beispielsweise zumindest 2 MOSFETs in Reihe geschaltet, um den Strom in beiden Stromrichtungen zu unterbrechen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung gelöst, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen einer Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen wie zuvor beschrieben,
- - Vorkonfigurieren der Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung in einer Vorkonfigurationsphase,
- - Simulieren von Fehlerzuständen durch Ändern der Schaltzustände der Schalter der Vorrichtung.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden die Fehlerzustände durch Schalten des ersten und/oder des zweiten Halbleiterschalters simuliert.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Schritte des Vorkonfigurierens der Vorrichtung in einer Vorkonfigurationsphase und des Simulierens von Fehlerzuständen durch Schalten der Halbleiterschalter zumindest einen der folgenden Fehlerzustände:
- - Simulieren eines Kabelbruchs mittels des ersten Halbleiterschalters über den ersten Signalpfad, wobei der Schritt des Vorkonfigurierens die folgenden Schritte umfasst:
- - Schließen des dritten Schalters, des vierten Schalters und des ersten Halbleiterschalters,
- - Öffnen des ersten Schalters,
- - Simulieren des Kabelbruchs durch Ein- und Ausschalten des ersten Halbleiterschalters oder
- - Simulieren eines Kurzschlusses zu einem Anschlusspotential mittels des ersten Halbleiterschalters über den ersten Signalpfad, wobei der Schritt des Vorkonfigurierens die folgenden Schritte umfasst:
- - Vorbelegen der ersten internen Sammelschiene mit einem Anschlusspotential,
- - Schließen des dritten Schalters und des siebten Schalters,
- - Simulieren eines Kurzschlusses durch Ein- und Ausschalten des ersten Halbleiterschalters oder
- - Simulieren eines Kreuzkurzschlusses zwischen einer ersten Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung und einer weiteren Vorrichtung zum Schalten
von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung mittels des ersten Halbleiterschalters über den ersten Signalpfad, wobei der Schritt des Vorkonfigurierens die folgenden Schritte umfasst: - - Schließen des dritten Schalters und des siebten Schalters,
- - Simulieren eines Kreuzkurzschlusses durch Ein- und Ausschalten des ersten Halbleiterschalters auf der ersten und der weiteren Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung.
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In einem Ausführungsbeispiel kann ein Kurzschluss beispielsweise zu einem positiven Batteriepotential-Anschluss (bspw. in einem Kraftfahrzeug) simuliert werden, indem an einer weiteren vordefinierten Stelle im Simulator-System zumindest ein Schalter, nämlich ein Halbleiterschalter (z.B. ein MOSFET) in den leitenden Zustand versetzt wird.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen zweiten Halbleiterschalter, wobei der zweite Halbleiterschalter initial leitend ist und der erste Halbleiterschalter initial nichtleitend ist, die Schritte des Vorkonfigurierens der Vorrichtung in einer Vorkonfigurationsphase und des Simulierens von Fehlerzuständen durch Schalten der Schalter umfassen zumindest einen der folgenden Fehlerzustände:
- - Simulieren eines Kabelbruchs mittels des zweiten Halbleiterschalters über den ersten Signalpfad, und der Schritt des Vorkonfigurierens die folgenden Schritte umfasst:
- - Schließen des neunten Schalters, des elften Schalters und des vierten Schalters,
- - Öffnen des ersten Schalters,
- - Simulieren des Kabelbruchs durch Ein- und Ausschalten des zweiten Halbleiterschalters oder
- - Simulieren eines Kurzschlusses zu einem ersten Anschlusspotential oder einem zweiten Anschlusspotential oder zu einer externen Sammelschiene mittels des ersten Halbleiterschalters und des zweiten Halbleiterschalters über den ersten Signalpfad, wobei der Schritt des Vorkonfigurierens die folgenden Schritte umfasst:
- - Vorbelegen der ersten internen Sammelschiene mit dem ersten Anschlusspotential oder dem zweiten Anschlusspotential oder mit einer externen Sammelschiene,
- - Schließen des neunten Schalters, des achten Schalters, des siebten Schalters, des elften Schalters und des vierten Schalters,
- - Öffnen des ersten Schalters,
- - Simulieren eines Kurzschlusses durch Ein- und Ausschalten des ersten Halbleiterschalters und des zweiten Halbleiterschalters oder
- - Simulieren eines Kreuzkurzschlusses zwischen einer ersten Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung und einer weiteren Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung mittels des ersten Halbleiterschalters über den ersten Signalpfad, wobei der Schritt des Vorkonfigurierens die folgenden Schritte umfasst:
- - Schließen des neunten Schalters, des achten Schalters, des siebten Schalters, des elften Schalters, des vierten Schalters jeweils in der ersten und der weiteren Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen,
- - Öffnen des ersten Schalters in der ersten und der weiteren Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen,
- - Simulieren eines Kreuzkurzschlusses durch Ein- und Ausschalten des ersten Halbleiterschalters und des zweiten Halbleiterschalters in der ersten und der weiteren Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine zweite interne Sammelschiene, wobei die zweite interne Sammelschiene an den gemeinsamen Signalpfad angebunden ist, über den neunten Schalter an den ersten Signalpfad angebunden ist, über den zehnten Schalter an den zweiten Signalpfad angebunden ist und das Verfahren umfasst die folgenden zusätzlichen Schritte:
- - Schalten zumindest eines zweiten Fehlers über die zweite interne Sammelschiene und/oder
das Verfahren umfasst den folgenden zusätzlichen Schritt: - - Einbinden einer Vorrichtung zur Widerstands-Simulation über die internen Sammelschienen.
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In einem Ausführungsbeispiel kann der Widerstand beispielsweise extern zwischen der ersten externen Sammelschiene und der zweiten externen Sammelschiene angeordnet sein. Damit lassen sich die folgenden Fehlerbilder darstellen. Einen Reihenwiderstand durch Einschleifen in den Signalpfad oder einen Ableitwiderstand wobei eine Sammelschiene auf ein Potential gelegt wird und die andere mit dem ECU-Signal verbunden wird.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein erstes Anschlusspotential und ein zweites Anschlusspotential, die Anbindungseinheit umfasst einen vierzehnten Schalter, eingerichtet, um die erste interne Sammelschiene an das erste Anschlusspotential anzubinden und einen dreizehnten Schalter umfasst, eingerichtet die erste interne Sammelschiene an das zweite Anschlusspotential anzubinden,
wobei die erste interne Sammelschiene über den siebten Schalter an eine erste externe Sammelschiene angebunden ist und die zweite interne Sammelschiene über den zwölften Schalter an eine zweite externe Sammelschiene angebunden ist, und das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte umfasst:
- - Simulieren eines Kurzschlusses zu dem ersten Anschlusspotential durch Schließen des vierzehnten Schalters und/oder
- - Simulieren eines Kurzschlusses zu dem zweiten Anschlusspotential durch Schließen des dreizehnten Schalters.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Simulieren von Fehlerzuständen über den zweiten Signalpfad und das Vorkonfigurierens der Vorrichtung in einer Vorkonfigurationsphase mittels der Schalter des zweiten Signalpfads.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform werden ein einzelner Fehlerzustand oder eine Mehrzahl von Fehlerzuständen gleichzeitig geschaltet.
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Erfindungsgemäß ist ebenfalls die Verwendung der Vorrichtung und des Verfahrens zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung in einem HIL-Simulator.
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Des Weiteren wird ein Computerprogrammprodukt angegeben, umfassend Befehle, die bewirken, dass die zuvor beschriebene Vorrichtung die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte ausführt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 4 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 5 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Unter einer Simulationsumgebung kann beispielsweise ein HIL-Simulator verstanden werden, der dazu eingerichtet ist, durch Schalten von verschiedenen Fehlerzuständen verschiedenste Hardware zu testen.
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Die in 1 gezeigte Vorrichtung umfasst hierzu zumindest eine erste interne Sammelschiene RL1, zumindest einen ersten Signalpfad ECU1, wobei der erste Signalpfad ECU1 von einem ersten Steuergeräteanschluss eines elektronischen Steuergeräts über einen ersten Schalter S 1 zu einer ersten Last LD1 geführt ist und zumindest einen zweiten Signalpfad ECUn, wobei der zweite Signalpfad von einem zweiten Steuergeräteanschluss eines elektronischen Steuergeräts über einen zweiten Schalter Sn zu einer zweiten Last LDn geführt ist. Zur Herstellung einer schaltbaren Verbindung von dem zumindest einen Steuergeräteanschluss eines Steuergerätes über die Signalpfade ECU1, ECUn zu der Sammelschiene RLlist eine Fehlerweiterleitungseinrichtung FRU vorgesehen, eingerichtet, um zumindest einen der Signalpfade ECU1, ECUn auszuwählen. Die FRU ist in 1 durch die untere gestrichelte Box gezeigt. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Fehlereinbringungseinheit FIU. Die Fehlereinbringungseinheit FIU ist in 1 durch die obere gestrichelte Box dargestellt. Die FIU dient zum Schalten von unterschiedlichen Fehlerzuständen. Die obere gestrichelte Box ist dabei zumindest einmal auf einer Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen vorhanden. Die Fehlereinbringungseinheit FIU umfasst eine Anbindungseinheit 1, die zum Anbinden der Signalpfade ECU1, ECUn an die erste interne Sammelschiene RL1 eingerichtet ist. Die Anbindungseinheit 1 ist dabei derart eingerichtet, eine schaltbare Verbindung von dem ersten Signalpfad ECU1 und dem zweiten Signalpfad ECUn zu der ersten internen Sammelschiene RL1 herzustellen. Der erste Signalpfad ECU1 ist durch einen dritten Schalter E1R1 und einen vierten Schalter L1R2 an die Anbindungseinheit 1 angebunden. Der zweite Signalpfad ECUn ist an die Anbindungseinheit 1 mittels eines fünften Schalters EnR1 und mittels eines sechsten Schalters LnR2 an die erste interne Sammelschiene RL1 angebunden. In 1 ist gezeigt, dass die Signalpfade ECU1, ECUn zu einem gemeinsamen Signalpfad 2 vereint sind. Um nun verschiedene Fehlerzustände zu schalten ist im gemeinsamen Signalpfad 2 ein erster Halbleiterschalter C2 vorgesehen. Der Halbleiterschalter C2 kann beispielsweise als MOSFETs ausgeführt sein. Halbleiterschalter haben den Vorteil, dass sie zeitlich präziser, geschaltet werden können und nicht prellen. Die weiteren Schalter in 1 können beispielsweise als Relais ausgeführt sein. Mit nur einem Halbleiterschalter C2 können somit einzelne Fehler auf unterschiedlichen ECU-Signalen mit der Präzision eines Halbleiterschalters geschaltet werden. Der siebte Schalter CR1 ist dabei vorteilhaft, um eine interne Sammelschiene RL1 von beispielsweise einer externen Sammelschiene exRL1 abtrennen zu können. Dadurch kann beispielsweise unabhängig von anderen Fehlereinbringungseinheiten lokal Fehler geschaltet werden, um so das Schalten von bestimmten Mehrfachfehler zu ermöglichen. Des Weiteren kann hierdurch der Vorteil erzielt werden, dass ggf. elektrische Störungen, die über eine externe Sammelschiene exRL1 in die Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen eingekoppelt werden, nicht weitergeleitet werden.
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Mit der in 1 gezeigten Topologie können die wichtigsten Fehlerzustände somit relaisbasiert als Einfach- oder Mehrfachfehler geschaltet werden. Zusätzlich unter Nutzung des ersten Halbleiterschalters C2 jeweils als Einzelfehler. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Lastabwurf über ein Relais geschaltet werden, was für einen Lastschutz ausreichend ist.
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Ganz allgemein besteht nun ein Verfahren zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung aus den folgenden Schritten, die mittels der zuvor beschriebenen Vorrichtung durchgeführt wird. Es wird somit eine zuvor beschriebene Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung bereitgestellt. In einem weiteren Schritt wird eine Vorkonfigurieren der Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung in einer Vorkonfigurationsphase durchgeführt. Die für das Schalten der Fehlerzustände notwendige Vorkonfiguration findet dabei ausschließlich lokal auf der entsprechenden Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen statt und kann damit, was ihre parasitären Einflüsse angeht, minimal ausgelegt werden. Dazu ist es hier möglich, den Halbleiterschalter auf die für die FIU Kanäle angedachten Randbedingungen optimal abzustimmen. Im nächsten Schritt werden die Fehlerzustände durch Schalten des Halbleiterschalters C2 simuliert.
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In weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung können beispielsweise die folgenden Fehlerzustände durch das in 1 gezeigte Schaltbild realisiert werden. Ein Kabelbruch kann beispielsweise mittels des ersten Halbleiterschalters C2 über den ersten Signalpfad ECU1 simuliert werden, wobei der Schritt des Vorkonfigurierens die folgenden Schritte umfasst. In einem ersten Schritt wird der dritte Schalter E1R1, der vierte Schalter L1R2 und der erste Halbleiterschalters C2 geschlossen. Im nächsten Schritt wird der erste Schalter S1 geöffnet. Abschließend kann ein Kabelbruch durch Ein- und Ausschalten des ersten Halbleiterschalters C2 simuliert werden.
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In 2 ist ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Vorrichtung umfasst zusätzlich zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel einen neunten Schalter E1R2, der eingerichtet ist, den gemeinsamen Signalpfad 2 an den ersten Signalpfad ECU1 anzubinden und einen zehnten Schalter EnR2, der eingerichtet den gemeinsamen Signalpfad 2 an den zweiten Signalpfad ECUn anzubinden. In dem gemeinsamen Signalpfad 2 ist ein zweiten Halbleiterschalter C4 zum Schalten von Fehlerzuständen vorgesehen. Der zweite Halbleiterschalter C4 ist bei der Vorkonfiguration initial leitend und der erste Halbleiterschalter C2 ist initial nichtleitend. Die Schritte des Vorkonfigurierens der Vorrichtung in einer Vorkonfigurationsphase und des Simulierens von Fehlerzuständen durch Schalten der Schalter zumindest einen der folgenden Fehlerzustände umfasst. Zudem wird eine in 2 nicht gezeigte simpel aufgebaute zentrale Komponente angenommen, welche in der Lage ist, verschiedene Anschlusspotentiale beispielsweise mittels eines Relais auf den einzelnen Sammelschienen exRL1, exRL2 vorzukonfigurieren. Der in 2 gezeigte achte Schalter C1 und der gezeigte elfte Schalter C3 dienen zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften der Vorrichtung, sind in diesem Ausführungsbeispiel aber nur als weitere Option gezeigt.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein Kurzschluss zu einem zweiten Anschlusspotential VBat beispielsweise einem Versorgungspotential mittels des ersten Halbleiterschalters C2 über den ersten Signalpfad ECU1 durch die folgenden Schritte simuliert werden. Zunächst wird in der Vorkonfigurationsphase die erste interne Sammelschiene RL1 mit einem Anschlusspotential vorbelegt. Anschließend werden der neunte Schalter E1R2 und der achte Schalter C1 geschlossen. Danach kann ein Kurzschluss durch Ein- und Ausschalten des ersten Halbleiterschalters C2 simuliert werden.
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Ein Kabelbruchs kann beispielsweise mittels des zweiten Halbleiterschalters C4 über den ersten Signalpfad ECU1 simuliert werden. Der Schritt des Vorkonfigurierens umfasst dabei die folgenden Schritte. Zunächst werden der neunte Schalter E1R2, der elfte Schalter C3 und der vierte Schalter L1R2 geschlossen. Anschließend der erste Schalter S1 geöffnet. Abschließen kann der Kabelbruch durch Ein- und Ausschalten des zweiten Halbleiterschalters C4 simuliert werden. Ein Kurzschluss zu einem zweiten Anschlusspotential VBat beispielsweise einem Versorgungspotential kann beispielsweise mittels des ersten Halbleiterschalters C2 und des zweiten Halbleiterschalters C4 über den ersten Signalpfad ECU1 simuliert werden. Der Schritt des Vorkonfigurierens umfasst dabei die folgenden Schritte. Zunächst wird die erste interne Sammelschiene RL1 mit dem zweiten Anschlusspotential vorbelegt. Anschließend wird der neunte Schalter E1R2, der achte Schalter C1, der siebte Schalter CR1, der elfte Schalter C3 und der vierte Schalter L1R2 geschlossen. Danach wird der erste Schalter S1 geöffnet. Abschließend kann ein Kurzschluss durch Ein- und Ausschalten des ersten Halbleiterschalters C2 und des zweiten Halbleiterschalters C4 simuliert werden.
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Durch die Hinzunahme des zweiten Halbleiterschalters C4 können nun auch Kurzschlüsse / Kreuzkurzschlüsse über eine externe Sammelschiene exRL1, exRL2 mit einem halbleiterbasierten Lastabwurf geschaltet werden. Der erste Halbleiterschalter C2 schaltet den Kurzschluss und der zweite Halbleiterschalter C4 kann die Verbindung zur Last LD1, LDn ggfs. zeitgleich unterbrechen. Zudem kann auch ein Kreuzkurzschluss lokal mit Lastabwurf (einseitig) über Halbleiter geschaltet werden (dafür bleiben E1R1 und EnR1 relevant).
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein Kreuzkurzschluss zwischen einer ersten Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung und einer weiteren Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung mittels des ersten Halbleiterschalters C2 über den ersten Signalpfad ECU1 folgendermaßen simuliert werden. Der Schritt des Vorkonfigurierens umfasst zunächst die folgenden Schritte. In einem ersten Schritt werden der neunte Schalter E1R2, der achte Schalter C1, der siebte Schalter CR1, der elfte Schalter C3 sowie der vierte Schalter L1R2 jeweils in der ersten und der weiteren Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen geschlossen. Anschließend wird der erste Schalter S 1 in der ersten und der weiteren Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen geöffnet. Ein Kreuzkurzschlusses kann dann beispielsweise durch Ein- und Ausschalten des ersten Halbleiterschalters C2 und des zweiten Halbleiterschalters C4 in der ersten und der weiteren Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen simuliert werden.
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Für die Durchführung von halbleiterbasierten Einmalfehlern ist ein erste interne Sammelschiene RL1 ausreichend. Das in 3 gezeigt Ausführungsbeispiel zeigt im Prinzip das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel, wobei in diesem Ausführungsbeispiel eine zweite interne Sammelschiene RL2 vorgesehen ist. Zwei allgemeingültige Sammelschienen RL1, RL2 ermöglichen beispielsweise das Einbinden von externen Zweipolen (z.B. Widerstand, Spannungsquelle, Stromsenke, Messgerät, ...). Die zweite interne Sammelschiene RL2 ist an den gemeinsamen Signalpfad 2 angebunden und über den neunten Schalter E1R2 an den ersten Signalpfad ECU1 angebunden und über den zehnten Schalter EnR2 an den zweiten Signalpfad ECUn angebunden. Die Sammelschiene RL2 wurde in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, um relaisbasiert auch Mehrfachfehler wie gleichzeitiges Short-to-Vbat und Short-to-GND zuzulassen. Zudem bietet die zweite Sammelschiene RL2 auch erweiterte Möglichkeiten bei der Einbindung zentraler Komponenten wie z.B. einer Vorrichtung zur Widerstands-Simulation. Damit wird zumindest ein verstellbarer elektrischer Widerstand verstanden, dessen Widerstandswert mittels einer Computer-Software konfigurierbar ist, beispielsweise zur Nachbildung einer simulierten elektrischen Komponente. Durch eine zusätzliche interne Sammelschiene (angebunden über E1R2, ..., EnR2) und einen zweiten Halbleiterschalter C4 (mit Relais C3) ist auch bei den Fehlerbildern Short-to-VBat, Short-to-GND und Kreuzkurzschlüssen ein Lastabwurf durch einen Halbleiterschalter (C4) möglich.
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In 4 ist ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Vorrichtung umfasst ein erstes Anschlusspotential GND, und ein zweites Anschlusspotential VBat. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Anschlusspotential GND ein Massepotential und das zweite Anschlusspotential VBat ein Versorgungspotential. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Versorgungspotential beispielsweise eine Batteriespannung.
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Die erste Sammelschiene RL1 ist an das erste Anschlusspotential GND mittels des dreizehnten Schalter CR4 angebunden. Außerdem umfasst die in 4 gezeigte Vorrichtung einen vierzehnten Schalter CRS, der eingerichtet die erste Sammelschiene RL1 an das zweite Anschlusspotential VBat anzubinden. Die erste interne Sammelschiene RL1 ist über den siebten Schalter CR1 an eine erste externe Sammelschiene exRL1 angebunden und die zweite interne Sammelschiene RL2 über den zwölften Schalter CR2 an eine zweite externe Sammelschiene exRL2 angebunden. Durch die Hinzunahme der Schalter CR1, CR2, CR4 und CRS wird es möglich, neben Verbindungen zu den zwei externen Sammelschienen exRL1, exRL2, direkte Kurzschlüsse zu beispielweise fest verdrahteten Anschlusspotentialen GND und VBat zu schalten. Die einzelnen Vorrichtungen zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung können so ohne zusätzliche Komponenten direkt zur Fehlersimulation verwendet werden. Zudem können die zusätzlichen Anschlusspotentiale gleichzeitig zu anderen sammelschienenbasierten Fehlern geschaltet werden, so dass sich gleichzeitig mehr Fehler unterschiedlicher Klassen schalten lassen.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Verfahren beispielsweise die folgenden Schritte. Ein Kurzschluss zu dem ersten Anschlusspotential GND kann durch Schließen des vierzehnten Schalters CR5 simuliert werden oder ein Kurzschluss zu dem zweiten Anschlusspotential VBat kann durch Schließen des dreizehnten Schalters CR4 simuliert werden.
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Es können somit weitere Kurzschlüsse zu den Anschlusspotentialen unabhängig von der Nutzung der Sammelschienen geschaltet werden, so dass z.B. auch Dreifach- oder sogar Vierfach-Kurzschlüsse zu GND, VBat und zwei weiteren Sammelschienen-Potentialen möglich werden. Durch die lokale Anbindung der GND und VBat Anschlusspotentiale vereinfacht sich letztendlich die Systemkomplexität aus Sicht des Benutzers, denn er muss nicht mehr dafür sorgen, dass die externen Sammelschienen mit dem richtigen Potential belegt werden, wenn ein Fehler geschaltet werden soll.
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In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel kann durch die Hinzunahme jeweils eines weiteren Schalters des fünfzehnten Schalters E1R3 und des sechzehnten Schalters EnR3 verbunden mit der Einführung einer dritten internen Sammelschiene RL3 mit einem siebzehnten Schalter CR3 die Flexibilität beim Schalten unterschiedlicher Fehlerzustände auf unterschiedlichen Kanälen erhöht werden. Der siebzehnte Schalter CR3 ist dabei in Reihe mit dem fünfzehnten Schalter E1R3 und dem sechzehnten Schalter EnR3 geschaltet und bindet ein erstes Anschlusspotential GND an die dritte Sammelschiene RL3 an. Mittels eines achtzehnten Schalters CR6 wird das erste Anschlusspotential GND an die zweite Sammelschiene RL2 angebunden. Ein zwanzigster Schalter CR7 dient zum Anbinden der zweiten interne Sammelschiene RL2 an das erste Anschlusspotential VBat. Die dritte interne Sammelschiene erlaubt eine erhöhte Unabhängigkeit der lokal auf einer Baugruppe geschalteten Fehler, so dass unterschiedliche Fehlerbilder sowohl lokal als auch global unabhängig voneinander geschaltet werden können. Eine lokale Intelligenz beispielsweise in der Vorrichtung zum Schalten von Fehlerzuständen in einer Simulationsumgebung kann in diesen Fällen beispielsweise selbst entscheiden den zusätzlichen Pfad im Falle von Mehrfachfehlern zu nutzen. Allgemein ist es somit möglich, die Anzahl an parallel schaltbaren Fehlerklassen durch Hinzunahme von weiteren internen Sammelschienen RL1, RL2, RL3 weiter zu erhöhen. Des Weiteren umfasst die in 5 gezeigte Schaltung einen neunzehnten Schalter C5. Wobei der neunzehnte Schalter C5 die dritte Sammelschiene RL3 an den gemeinsamen Signalpfad 2 anbindet.
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Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren, auch wenn diese zu unterschiedlichen Ausführungsformen beschrieben worden sind.
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Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Patentansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmalen nicht beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anbindungseinheit
- 2
- Gemeinsamer Signalpfad
- RL1
- erste interne Sammelschiene
- RL2
- zweite interne Sammelschiene
- RL3
- dritte interne Sammelschiene
- exRL1
- erste externe Sammelschiene
- exRL2
- zweite externe Sammelschiene
- ECU1
- erster Signalpfad
- ECUn
- zweiter Signalpfad
- FRU
- Fehlerweiterleitungseinrichtung
- FIU
- Fehlereinbringungseinheit
- LD1
- Erste Last
- LDn
- Zweite Last
- S1
- erster Schalter
- Sn
- zweiter Schalter
- E1R1
- dritter Schalter
- L1R2
- vierter Schalter
- EnR1
- fünfter Schalter
- LnR2
- sechster Schalter
- CR1
- siebter Schalter
- C1
- achter Schalter
- C2
- erster Halbleiterschalter
- E1R2
- neunter Schalter
- EnR2
- zehnter Schalter
- C3
- elfter Schalter
- C4
- zweiter Halbleiterschalter
- CR2
- zwölfter Schalter
- CR4
- dreizehnter Schalter
- CR5
- vierzehnter Schalter
- E1R3
- fünfzehnter Schalter
- EnR3
- sechzehnter Schalter
- CR3
- siebzehnter Schalter
- CR6
- achtzehnter Schalter
- C5
- neunzehnter Schalter
- CR7
- zwanzigster Schalter
- GND
- erstes Anschlusspotential
- VBat
- zweites Anschlusspotential
