Moderne Automotive-Systeme sind auf verteilte ECUs angewiesen, die Daten über Netzwerke wie CAN, LIN und Automotive Ethernet austauschen, wodurch das Kommunikationsverhalten entscheidend für die gesamte Systemfunktion ist. Während der Entwicklung sind jedoch selten vollständige Fahrzeugsysteme verfügbar, was die Fähigkeit der Ingenieure einschränkt, Interaktionen zwischen ECUs zu validieren. Diese Situation führt oft zu verzögerter Integration, reduzierter Testabdeckung und erhöhtem Risiko von Problemen in der späten Phase.
Die Restbus-Simulation adressiert diese Herausforderung, indem sie das Kommunikationsverhalten fehlender Netzwerkknoten reproduziert und realistische und wiederholbare Testumgebungen ermöglicht. Mit zunehmender Komplexität von Fahrzeugnetzwerken und AUTOSAR-basierter Kommunikation wird die Notwendigkeit skalierbarer, datenbankgesteuerter Ansätze unerlässlich, um eine genaue und zuverlässige ECU-Validierung zu gewährleisten. NI VCOM erfüllt diesen Bedarf, indem es signalbasierte Restbussimulationen direkt von Fahrzeugdatenbanken aus durchführt und so eine konsistente, wartbare Grundlage für die ECU-Validierung in CAN-, LIN- und Automotive-Ethernet-Umgebungen bietet.
Die Genauigkeit der VCOM-Restbussimulation hängt direkt von der Qualität der Kommunikationsdaten ab. Anstatt manuell entwickelte Kommunikationsmodelle erforderlich zu machen, führt VCOM das Verhalten direkt von Fahrzeugkommunikationsdatenbanken aus – wodurch die Datenbank zur Grundlage der gesamten Testumgebung wird.
Die Restbussimulation in VCOM wird vollständig von Kommunikationsdatenbanken gesteuert, die Netzwerke, Knoten, Protokolldateneinheiten (PDUs), Frames, Signale, Timing und Schutzregeln definieren. VCOM unterstützt DBC-, LDF- und AUTOSAR-ARXML-Formate.
In modernen Fahrzeugprogrammen ist AUTOSAR ARXML die primäre Quelle für die Restbussimulation, da es Kommunikationsbeziehungen über das Fahrzeugnetzwerk beschreibt. Für eine genaue Simulation benötigt VCOM einen Auszug auf Systemebene, der alle relevanten Kommunikationsteilnehmer enthält. ECU-Extrakte allein reichen in der Regel nicht aus, da das Verhalten des Ruhebusses sowohl von der Sende- als auch von der Empfangsbeziehung abhängt.
In der Praxis müssen ARXML-Dateien oft vor der Verwendung überprüft und bereinigt werden. VCOM bietet das Framework, um diese Datenbankdefinitionen in ausführbare Restbus-Funktionen umzuwandeln und so die Ausrichtung zwischen der Testumgebung und der beabsichtigten Fahrzeugkommunikationsarchitektur beizubehalten.
Moderne ECUs arbeiten selten isoliert. Während HIL- und Prüfstandstests müssen Ingenieure das Verhalten des Fahrzeugnetzwerks reproduzieren, um die ECU-Funktion unter realistischen Bedingungen zu validieren.
VCOM ist eine Software-Suite zur signalbasierten Restbussimulation für HIL- und Prüfstandssysteme. Aufbauend auf der NI-XNET Treiberschicht führt es die Kommunikation direkt von Fahrzeugdatenbanken aus. Dadurch wird das Verhalten fehlender Netzwerkknoten nachgebildet, so dass Ingenieure ECU-Funktionen validieren können, bevor vollständige Fahrzeugsysteme verfügbar sind. Durch die Verarbeitung protokollspezifischer Details wie Timing, Nachrichtenpaketierung und Schutzmechanismen ermöglicht VCOM Ingenieuren, sich auf die ECU-Validierung statt auf die Implementierung der Kommunikation zu konzentrieren.
VCOM wird auf Microsoft-Windows-PCs und NI-Linux-Real-Time-Zielsystemen mit NI-XNET-Schnittstellen für CAN, LIN und Automotive Ethernet ausgeführt, wodurch es sowohl in Entwicklungsumgebungen als auch in Rack-basierten HIL-Umgebungen eingesetzt werden kann. Optionale Diagnose- (UDS) und Mess- und Kalibrier-Toolkits (CCP/XCP) erweitern die Testautomatisierungsfunktionen.
Anstatt sich auf benutzerdefinierte Kommunikationslogik zu verlassen, leitet VCOM das gesamte Sende- und Empfangsverhalten direkt aus der importierten Datenbank ab. Jeder simulierte Netzwerkknoten funktioniert genau wie definiert – mit den konfigurierten Netzwerken, Timing-Parametern und Schutzregeln –, ohne dass Ingenieure das Protokollverhalten manuell implementieren müssen.
Bei CAN werden ausgehende Frames durch Kodierung von Signalwerten entsprechend Skalierung, Offset, Bit-Layout, Endianness und der damit verbundenen Prüfsumme, Zähler oder AUTOSAR-End-to-End-Schutz erzeugt. Eingehende Frames werden in Signale dekodiert und für Testlogik, Skripte oder Beobachter verfügbar gemacht. Das Nachrichten-Timing ist explizit, einschließlich der zyklischen Übertragung mit definierten Perioden und Offsets sowie der ereignisgesteuerten Übertragung, die durch Zustandsänderungen oder externe Anfragen ausgelöst wird.
Unter LIN steuert der Frame-Schedule, welche Frames in welchen Slots mit welcher Rate angezeigt werden. Im Automotive Ethernet führt VCOM die im ARXML definierte SOME/IP-Kommunikation aus, einschließlich Service Discovery, Ereignisübertragung und Aufrufmethode (sofern zutreffend). In allen Fällen führt VCOM Kommunikationsspezifikationen aus, implementiert aber kein ECU-internes Verhalten.
Nehmen wir einen zu testenden Motor-Controller, der Motordrehzahl vom Restbus verbraucht und Drehmomentanforderungs- und Drosselklappenstellungsmeldungen gemäß der Kommunikationsspezifikation überträgt.
Auf der Bank wird Motor_Speed durch die Restbussimulation vom Leerlauf in die Redline gefahren, während ein externes Lufttemperaturmodell vom Kaltstart in den Normalbetrieb übergeht. VCOM verschlüsselt und überträgt die gesamte Restbuskommunikation genau wie in der Datenbank definiert, einschließlich Timing, Skalierung, Zähler und Schutz.
Zur Bewertung der Robustheit führt der Test eine kontrollierte Störung ein, bei der fünf Prozent der Motor_Speed-Nachrichten für eine Sekunde fallen gelassen werden. Erfolgskriterien sind auf Kommunikationsebene strikt einhaltbar. Die Motorsteuerung muss innerhalb von 100 ms nach dem Fehler in eine definierte sichere Strategie eintreten und innerhalb von 200 ms nach Wiederaufnahme des gültigen Verkehrs in den Normalbetrieb zurückkehren. Nach der Wiederherstellung sollte kein Diagnosefehlercode aktiv bleiben.
Dieses Szenario veranschaulicht einen typischen Restbus-Anwendungsfall. VCOM stellt den Kommunikationskontext und die Fehlerinjektionspunkte bereit, während ECU-Verhalten und physikalische Modelle außerhalb der Restbussimulation bleiben.
VCOM unterstützt die Protokolle, die häufig in aktuellen und neu entstehenden Fahrzeugprogrammen verwendet werden. Diese Abdeckung ermöglicht es einer einzelnen Restbusumgebung, das für die zu testende ECU relevante Netzwerkverhalten zu reproduzieren, ohne dass für jedes Protokoll separate Tools erforderlich sind.
Unterstützte Protokolle sind CAN, LIN und Automotive Ethernet. Für Automotive Ethernet wird SOME/IP-Kommunikation gemäß den im ARXML bereitgestellten Servicedefinitionen unterstützt, einschließlich der erforderlichen Service Discovery-Mechanismen. J1939 ist mit Unterstützung für einfache Multiplex- und Netzwerkverwaltung in Hochleistungsanwendungen erhältlich.
Das Sendeverhalten wird automatisch abgeleitet von den Datenbankdefinitionen, einschließlich zyklischer, ereignisgesteuerter und spontaner Nachrichten. VCOM führt Multiplex-PDUs, Container-PDUs und AUTOSAR-Kommunikationskonstrukte nativ aus, wodurch komplexe Systemdefinitionen ohne manuelle Protokollierung ausgeführt werden können. Zählersignale, CRCs und AUTOSAR-End-to-End-Schutzprofile werden automatisch während der Ausführung erzeugt und ausgewertet. Dadurch wird eine deterministische, leistungsstarke Ausführung erzielt, die die üblicherweise durch benutzerdefinierten Benutzercode verursachte Latenz, CPU-Last und Wartungsaufwand vermeidet.
Signalwerte können über APIs geschrieben oder überschrieben werden, um Testszenarien zu steuern, während Schutzmechanismen weiterhin einheitlich vom System angewendet werden.
Fahrzeugprogramme erfordern zunehmend Kommunikationsintegritätsmechanismen, die während der ECU-Validierung vorhanden und funktionsfähig sind, nicht nur in der Produktion. VCOM behandelt diese Anforderungen als Teil der normalen Restbusausführung und nicht als separate technische Aufgaben.
VCOM implementiert Secure Onboard Communication (SecOC)-Profile, die für mehrere OEMs integriert sind, mit zusätzlichen Profilen auf Anfrage. Prüfsummen, Zähler und AUTOSAR-End-to-End-Schutzprofile werden automatisch basierend auf den Kommunikationsspezifikationen jeder PDU berechnet.
Für Automotive-Ethernet-Setups, die Link-Level-Sicherheit erfordern, können unterstützte NI-XNET-Ethernet-Schnittstellen MACsec aktivieren. In diesen Konfigurationen arbeitet VCOM weiterhin auf Anwendungs- und PDU-Ebene, während Verschlüsselung und Verbindungsschutz transparent von Treiber und Hardware gehandhabt werden.
Damit eine zu testende ECU ordnungsgemäß funktioniert, muss das umgebende Netzwerk realistische Zustandsübergänge widerspiegeln. Eine Ruhebusumgebung, die Übergänge in den Modus "Sleep", "Wake" und "Network" nicht berücksichtigt, kann Testbedingungen erzeugen, die in einem realen Fahrzeug nicht existieren, was zu irreführenden Ergebnissen führt.
VCOM führt das in der Datenbank definierte AUTOSAR-Netzwerkmanagement für CAN und Automotive Ethernet aus, um sicherzustellen, dass die zu testende ECU eine einheitliche Systemumgebung als Knotenübergang zwischen Zuständen wahrnimmt.
Physische Sleep-and-Wake-Mechanismen in Automotive Ethernet wie TC10 werden vom NI-XNET-Treiber und unterstützter Hardware verwaltet. VCOM arbeitet oberhalb dieser Schicht und reagiert auf die resultierenden Netzwerkzustandsänderungen, anstatt das physische Wake-Verhalten direkt zu steuern.
VCOM wurde entwickelt, um sich in bestehende HIL- und Bankumgebungen zu integrieren, anstatt sie zu ersetzen. In einem typischen HIL-Setup wird VCOM zusammen mit System-Tools wie NI VeriStand oder NI LabVIEW eingesetzt. Diese Umgebungen steuern die Testausführung und interagieren mit der laufenden Restbussimulation über VCOM-APIs. Dazu gehören das Starten und Stoppen der Simulation, das Lesen und Schreiben von Signalwerten sowie das Reagieren auf Netzwerkereignisse.
VCOM bietet die Restbus-Simulationsschicht sowie optionale Diagnose- und Kalibrierfunktionen. NI-XNET stellt die physikalischen CAN-, LIN- und Automotive-Ethernet-Schnittstellen bereit, mit denen der Prüfling wie in einem Fahrzeug verbunden ist. Die WebUI unterstützt Datenbankinspektion und Live-Traffic-Überwachung, was das Einrichten und Beheben von Problemen vereinfacht.
Mit zunehmender Komplexität von Fahrzeugkommunikationsnetzwerken wird der Aufwand für die Entwicklung und Wartung von Restbussimulationen oft zu einem Engpass. In vielen Testumgebungen wird das Kommunikationsverhalten durch benutzerdefinierte Skripte oder anwendungsspezifische Logik implementiert. Während dieser Ansatz für einzelne Prüfstände effektiv sein kann, wird die Einhaltung von Konsistenz über mehrere Testsysteme hinweg mit der Weiterentwicklung von Kommunikationsdefinitionen immer schwieriger.
VCOM adressiert diese Herausforderung durch einen datenbankgesteuerten Ansatz. Das Kommunikationsverhalten wird direkt von DBC-, LDF- und AUTOSAR-ARXML-Definitionen ausgeführt, einschließlich Signalkodierung, Timing, Multiplexen, Zählern, CRCs und AUTOSAR-Schutzmechanismen. Wenn sich die Kommunikationsanforderungen ändern, aktualisieren Ingenieure die Datenbankdefinition, anstatt die Kommunikationslogik über mehrere Prüfstände hinweg zu ändern.
Dieser Ansatz ist besonders nützlich bei der Skalierung von Validierungsaktivitäten. Eine auf einer Entwicklungsbank validierte Restbuskonfiguration kann mit Hilfe derselben Kommunikationsdefinitionen und Funktionsweise auf zusätzliche HIL-Systeme übertragen werden. Da die Kommunikationsausführung weiterhin an die Datenbank gebunden ist, arbeiten alle Bänke von einer gemeinsamen Wahrheitsquelle, wodurch das Risiko von Inkonsistenzen durch unabhängig verwaltete Skripte oder Konfigurationen reduziert wird.
VCOM-Projekte werden sowohl auf Windows- als auch auf NI-Linux-RT-Zielsystemen ausgeführt und können über gängige APIs in LabVIEW und VeriStand integriert werden. Dies ermöglicht die Wiederverwendung von Kommunikationskonfigurationen in Desktop-, Rack-basierten und automatisierten Testumgebungen bei gleichbleibendem Netzwerkverhalten.
Mit zunehmender Testkapazität resultiert nicht nur ein höherer Durchsatz, sondern auch eine verbesserte Wiederholbarkeit und Rückverfolgbarkeit. Der technische Aufwand kann sich weiterhin auf die ECU-Validierung und die Testabdeckung konzentrieren, anstatt die Kommunikationsinfrastruktur über mehrere Prüfstände hinweg aufrechtzuerhalten.
Das Übertragen von VCOM auf einen neuen Prüfstand erfordert eine Reihe vorhersehbarer Verifizierungsschritte. Die folgenden Hinweise spiegeln gängige Bring-Up-Muster wider und helfen Teams, effizient von der Anfangskonfiguration zu validiertem Kommunikationsverhalten überzugehen.
Die akkurate, konsistente Restbussimulation in einem Fahrzeugprogramm ist eine fortlaufende technische Herausforderung, die mit der Weiterentwicklung von Kommunikationsdefinitionen, der Vervielfachung von Prüfständen und der zunehmenden Protokollkomplexität wächst.
Die Herausforderung sind selten die Kommunikationsprotokolle selbst. Häufiger wird der technische Aufwand durch die Wartung der Simulationslogik, die Synchronisation von Prüfständen, die Bearbeitung von Datenbankrevisionen und die Implementierung von Protokolldetails wie Signalkodierung, Zähler, CRCs, Netzwerkmanagement und Schutzmechanismen in allen Projekten beansprucht.
VCOM begegnet diesen Herausforderungen durch eine datenbankgesteuerte Kommunikationsarchitektur. Durch die Ausführung des Kommunikationsverhaltens direkt von DBC-, LDF- und AUTOSAR-ARXML-Definitionen bietet VCOM ein einheitliches Framework für CAN-, LIN-, Automotive-Ethernet-, SOME/IP- und J1939-Kommunikation und verwaltet automatisch protokollspezifische Verhaltensweisen wie Timing, Multiplexing, Zähler, CRCs, AUTOSAR End-to-End Protection und unterstützte SecOC-Profile. Anstatt benutzerdefinierte Kommunikationsimplementierungen zu entwickeln und zu warten, können Ingenieurteams auf einer einzigen Kommunikationsbasis standardisieren, die an sich entwickelnden Fahrzeugnetzwerkdefinitionen ausgerichtet bleibt.
Diese Architektur wird immer wertvoller, wenn sich die Validierungsaktivitäten über mehrere Teams, Projekte und Testumgebungen erstrecken. Dieselben Kommunikationskonfigurationen, APIs und Automatisierungsworkflows können auf Desktop-Entwicklungssysteme, HIL-Bänke und automatisierte Testinfrastrukturen übertragen werden, wodurch Doppelungen reduziert und gleichzeitig die Konsistenz während des Validierungsprozesses gewährleistet wird.
In der Praxis ermöglicht dies:
Der Wert geht über die Simulation des Netzwerkverkehrs hinaus. VCOM bietet eine skalierbare und wartbare Kommunikationsbasis, die den technischen Aufwand reduziert, die Konsistenz zwischen Validierungsumgebungen verbessert und es Teams ermöglicht, sich auf die Überprüfung der ECU-Funktionalität zu konzentrieren, anstatt die Kommunikationsinfrastruktur zu verwalten.