Moderne Fahrzeuge werden komfortabler, sicherer und effizienter wie nie zuvor. Um dies zu erreichen, unterliegen sie aufgrund zunehmender Bedeutung von Elektromobilität und Automatisierung einem Systemwandel. Infolgedessen nehmen ihre Komplexität und die damit verbundenen Anforderungen stark zu, was den Entwicklungsaufwand erheblich erhöht. Darüber hinaus wird die Forderung nach kürzer werdenden Durchlaufzeiten immer größer. Daher bedarf es neuartiger Entwicklungsumgebungen, die die Entwicklung solcher Systeme effizienter gestalten. Zwar existieren bereits eine Reihe an Werkzeugen zur Spezifikation des Systementwurfs, jedoch gibt es kein einheitliches Verständnis, keine standardisierten Taxonomien und kein methodisches Vorgehen bei der Systemsynthese. Die wissenschaftliche Arbeit greift dies auf und liefert einen modularen Lösungsansatz zur modellbasierten Entwicklung von Fahrzeugsystemen. Insbesondere spielt die Funktionsabsicherung mit dem sogenannten X-in-the-Loop-Ansatz eine große Rolle, mit dem eine schlanke, robuste und durchgängige Entwicklung möglich werden soll. Hierbei liefert die Arbeit eine einheitliche Schnittstellen-Architektur, mit der das monolithische Vorgehen in der Entwicklung aufgelöst wird. Dabei dienen Simulationswerkzeuge als wichtige Integratoren, mit denen heterogene Prüfumgebungen unabhängig von Werkzeugen, Domänen und Organisationen flexibel miteinander gekoppelt werden können. Die entwickelte Methodologie dient als Rahmen und verringert den Konfigurationsaufwand der Werkzeuge zur Umsetzung von X-in-the-Loop. Damit können die Prozesse zum Systementwurf, zur Systemsynthese und zur Validierung schon frühzeitig in der Entwicklung realisiert werden. Ein weiterer Beitrag der Dissertation ist die Umsetzung einer lokal und global verteilten X-in-the-Loop-Umgebung, die auf ihre Echtzeitfähigkeit, Robustheit und Allgemeingültigkeit überprüft wurde. Dazu wurde eine Beobachter-Distributor-Struktur genutzt, um die verteilten Simulationswerkzeuge und Prüfstände in Echtzeit zu synchronisieren. Als Fallstudie wurde ein elektrohydraulisches Bremssystem betrachtet, da seine Systemarchitektur aufgrund steigender Automatisierung und Elektrifizierung von Fahrzeugsystemen einem systemischen 'Wandel ausgesetzt ist. Zur Demonstration der Methode werden die domänenspezifischen Verfahren wie Model-in-the-Loop, Test-Rig-in-the-Loop, Hardware-in-the-Loop und ein gesamtheitliches X-in-the-Loop-Verfahren, das alle Domänen integriert, entwickelt und anhand des elektrohydraulischen Bremssystem miteinander verglichen.
Driven by the increasing needs for automation and e-mobility, the design of cars has had to change in order that they become more comfortable, safer, and more efficient. As a result, the complexity and requirements have increased significantly, which leads to a large increase in the required development effort. As well, the demand for shorter lead times is increasing. Therefore, new development environments are needed to make the implementation of such systems more efficient. Although, a number of tools for the specification of system design already exist, there is no common understanding, no standardised taxonomies, or approaches for system integration.
Thus, this thesis contributes a modular solution for the model-based development of vehilce systems. In particular, functional validation using the X-in-the-loop approach plays a major role to allow lean, robust, integrated development. In this context, the thesis provides a generic interface architecture to resolve the monolithic approaches in development. Simulation tools serve as important integrators, with which heterogeneous testing environments can be flexibly coupled regardless of tools, domains, and organisations. The proposed methodology provides a framework that reduces the required configuration effort of tools for X-in-the-loop implementation. Thus, the processes for system design, system integration, and validation can be realised at an early development stage.
A further contribution of the thesis is that a locally and globally distributed X-in-the-loop environment was implemented and verified for its real-time capability, robustness, and validity. An observer-distributor structure was used to synchronise the distributed simulation tools and test benches in real time. An electrohydraulic braking system was considered as the case study. Its system architecture is exposed to systemic change due to the increasing automation of vehicle systems and the electrification of the propulsion unit. To demonstrate the method, domain-specific approaches, such as model-in-the-loop, test-rig-in-the-loop, hardware-in-the-loop and a holistic X-in-the-loop approach integrating all domains, were implemented and compared.
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