Das Hardware-in-the-Loop (HIL)-Testsystem für Motorsteuergeräte ist eine Verifizierungsplattform der nächsten Generation, die für FADEC-Systeme (Full Authority Digital Engine Control) entwickelt wurde. Durch die Integration einer realitätsgetreuen Echtzeitsimulation mit physischer Steuerungshardware bietet es eine vollständige Testumgebung für elektronische Motorsteuergeräte (EEC) und Engine Health Management Units (EMU). Als unverzichtbarer Schritt in der FADEC-Entwicklung ermöglicht das System eine eingehende Validierung von Steuerstrategien, Fehlertoleranzmechanismen, Diagnosealgorithmen und Schnittstellenschaltungen und unterstützt gleichzeitig Closed-Loop-Simulationen des Motorbetriebs und automatisierte Testverfahren. Dies gewährleistet die Zuverlässigkeit und Sicherheit zukünftiger Flugzeugantriebe.

Innerhalb des HIL-Rahmens werden reale Steuergeräte wie EEC oder EMU in einer Testschleife platziert, während die gesteuerten Objekte - z. B. Motoren, Sensoren oder Kraftstoffsysteme - auf einem Echtzeit-Simulationsrechner modelliert werden. Durch die Einbindung physikalischer E/A-Schnittstellen verwandelt die Plattform digitale Modelle in realitätsnahe Simulationsumgebungen. Dieser Ansatz ermöglicht es Ingenieuren, die Dynamik des Kraftstoffsystems, Sensorsignale, Aktuatorreaktionen und vollständige Flugszenarien nachzubilden, was eine genaue Validierung des geschlossenen Regelkreises unter nahezu realistischen Bedingungen ermöglicht.

Die Hauptaufgabe des Systems ist die umfassende Überprüfung von FADEC-Technologien. Es validiert die Korrektheit der Steuergesetze und der Logik, die Robustheit der integrierten Tests (BIT) und der Fehlerbehebungsstrategien sowie die Zuverlässigkeit der Schnittstellenschaltungen. Mit dieser Fähigkeit können Entwickler schnell eine Konzeptvalidierung und Systembewertung in den frühen Phasen des Entwurfs durchführen, was sowohl die Risiken als auch die Kosten im Entwicklungszyklus reduziert.

Technisch gesehen weist das System erhebliche Vorteile auf. Es basiert auf der SIVB Integrated Verification Platform und nutzt die Multicore-Echtzeitsimulationstechnologie, um semi-physikalische Simulationen komplexer nichtlinearer dynamischer Systeme mit hoher Genauigkeit durchzuführen. Sie unterstützt eine breite Palette von Signaltypen, darunter LVDT, RVDT, Thermoelemente, Geschwindigkeit, Durchfluss, Flüssigkeitsstand, diskrete Signale und analoge Signale, die das Verhalten von Sensoren und Aktoren in der realen Welt genau nachbilden. Darüber hinaus unterstützt die Plattform ARINC429, RS422, ARINC664 und Ethernet-Busprotokolle und deckt damit alle modernen Kommunikationsstandards der Avionik ab.

Funktional bietet die Lösung eine vollständige End-to-End-Architektur. Die Host-Plattform bietet Ressourcenmanagement, Parameterkonfiguration, Zustandsüberwachung, Datenaufzeichnung, Wiedergabe und automatische Codegenerierung. Das Echtzeit-Simulationssystem übernimmt die mathematische Modellierung und Skriptausführung für Motoren, Sensoren und Kraftstoffsysteme und verwaltet alle E/A-Steuerkanäle. Das Signalkonditionierungsmodul gewährleistet eine präzise elektrische Anpassung zwischen der Simulationsplattform und dem Steuergerät. Ein spezielles Fehlerinjektionssystem ermöglicht die Simulation von Sensorausfällen, Aktuatorfehlfunktionen, Bus-Kommunikationsfehlern und Stromversorgungsanomalien und validiert das fehlertolerante Design der EEC/EMU-Hardware und -Software. Darüber hinaus stellt die Stromversorgungssimulationseinheit die Stromversorgungsbedingungen des Flugzeugs sowohl im Normalbetrieb als auch im Fehlerfall nach und überprüft so die Stabilität und Belastbarkeit des Controllers.

Die Plattform verfügt außerdem über ein System zur Mensch-Maschine-Interaktion, das die Bedienung des Gashebels und die intuitive Visualisierung der Testdaten unterstützt, so dass die Ingenieure die Tests effektiver durchführen und die Ergebnisse klarer interpretieren können. Dies verbessert nicht nur die Sicherheit und Effizienz von Experimenten, sondern schließt auch die Lücke zwischen Laborbedingungen und realen Flugumgebungen.

Die HIL-Verifikationslösung für Triebwerke wurde bereits erfolgreich bei der Entwicklung und Prüfung von CXX-1000- und CXX-2000-Triebwerksreglern eingesetzt und hat ihre technische Anpassungsfähigkeit und Skalierbarkeit bewiesen. Als Eckpfeiler der Infrastruktur für die künftige FADEC-Forschung wird diese Lösung weiterhin Durchbrüche in der Triebwerkssteuerungstechnologie vorantreiben und den Fortschritt in Richtung fortschrittlicher und autonomer Flugzeugantriebssysteme beschleunigen.