Berlin, 26. August 2026

Wie testet man sechs Inverter gleichzeitig?

Wenn moderne elektrische Antriebe entwickelt werden, genügt es längst nicht mehr, einzelne Komponenten isoliert zu prüfen. Inverter und Steuergeräte müssen sich unter realistischen Bedingungen bewähren, auf simulierte Fahrzeugzustände reagieren und gleichzeitig Mess-, Diagnose- und Kalibrierdaten liefern. Dafür betreibt ATESTEO spezialisierte Prüfstände zur Entwicklung und Validierung moderner Antriebsstränge. Das Unternehmen zählt zu den führenden deutschen Anbietern im Bereich Drive-Train-Testing.

Im Mittelpunkt steht das von ATESTEO entwickelte Auto­mati­sierungs­system PDES. Die Software führt Prüfprogramme aus, bindet Mess- und Aktuatortechnik ein und kommuniziert mit den Prüflingen. Eine konkrete Anwendung zeigt, welche Anforderungen dabei entstehen: Sechs Inverter werden gleichzeitig in einem Klimaschrank getestet. Jeder von ihnen ist über CAN FD mit dem Auto­mati­sierungs­system verbunden. Zusätzlich werden über XCP on CAN FD Mess-, Diagnose- und Kalibrierdaten mit den Steuergeräten ausgetauscht.

Damit ist es jedoch nicht getan. Auch Batteriesimulator, Wasserkühlung, Konditioniergeräte, Sensoren und Aktuatoren müssen zuverlässig in das Prüfprogramm eingebunden werden. Je nach Aufgabe erfolgt dies über CAN, EtherCAT sowie analoge oder digitale Schnittstellen. Während der Prüfung erwarten die Inverter zyklische CAN-FD-Nachrichten, reagieren auf die simulierte Systemumgebung und liefern parallel ihre Mess- und Diagnosedaten zurück.

Eine Fahrzeugumgebung aus Software

Moderne Prüfstände für elektrische Antriebe bilden nicht nur einzelne Signale nach. Sie müssen den Prüflingen eine Umgebung bereitstellen, die sich möglichst genau wie das spätere Gesamtsystem verhält. Die Inverter erhalten deshalb nicht nur einzelne Steuerbefehle, sondern fortlaufend jene Nachrichten, die sie auch im Fahrzeug von anderen Steuergeräten und Komponenten erwarten würden.

Diese sogenannte Restbussimulation bildet die nicht real vorhandenen Teilnehmer des Kommunikationsnetzes nach. Das Automatisierungssystem erzeugt die benötigten CAN-FD-Nachrichten, verändert Betriebszustände und reagiert auf die Antworten der Prüflinge. So lassen sich unterschiedliche Fahrsituationen, Lastzustände und Fehlerfälle reproduzierbar in das Prüfprogramm einbinden, ohne dass dafür ein vollständiges Fahrzeug vorhanden sein muss.

Parallel dazu werden über XCP on CAN FD interne Messgrößen aus den Steuergeräten gelesen sowie Diagnose- und Kalibrierdaten übertragen. Die CAN-Schnittstelle übernimmt somit mehrere Aufgaben gleichzeitig: Sie stellt die simulierte Kommunikationsumgebung bereit, überträgt Steuerbefehle und ermöglicht den Zugriff auf Daten, die für die Auswertung des Prüflaufs benötigt werden.

Hinzu kommen weitere Komponenten des Prüfstands. Ein Batteriesimulator stellt die für den jeweiligen Test erforderlichen elektrischen Bedingungen her. Die Wasserkühlung und zusätzliche Konditioniergeräte sorgen für definierte thermische Zustände, während Sensoren und Aktuatoren weitere Messwerte und Einwirkgrößen bereitstellen. Alle diese Systeme müssen innerhalb eines gemeinsamen Prüfablaufs koordiniert werden.

Die Herausforderung liegt damit nicht allein in der Zahl der angeschlossenen Geräte. Entscheidend ist das zeitlich abgestimmte Zusammenspiel aller Teilnehmer. Nachrichten müssen zu festgelegten Zeitpunkten gesendet, Messwerte rechtzeitig verarbeitet und Reaktionen der Prüflinge innerhalb der vorgesehenen Zyklen erfasst werden. Nur so bleiben Versuchsbedingungen und Ergebnisse reproduzierbar.

Die zeitlichen Anforderungen sind entsprechend hoch. Die CAN-basierte Echtzeitkommunikation muss typische Zyklusfrequenzen von 100 Hertz und in vielen Anwendungen sogar 1 Kilohertz einhalten. Das entspricht Verarbeitungszyklen von zehn beziehungsweise einer Millisekunde. Bedienvorgänge, Visualisierung, Netzwerkzugriffe oder andere Windows-Prozesse dürfen diese Abläufe nicht verzögern.

Echtzeit trotz Windows

ATESTEO trennt das PDES-System deshalb in zwei Computer. Die PDES SIU übernimmt als Windows-Frontend die Bedienung, Visualisierung und Konfiguration. Hier werden Prüfabläufe vorbereitet, Parameter eingestellt und die während des Tests erfassten Informationen dargestellt.

Die PDES RTU bildet hingegen die abgeschottete Echtzeiteinheit. Auf ihr werden die Prüfprogramme ausgeführt und die zeitkritischen Kommunikations- und Steuerungsaufgaben bearbeitet. Beide Systeme kommunizieren über ein Peer-to-Peer-Netzwerk. Die SIU kann mit dem Unternehmensnetzwerk verbunden sein, während die RTU als isolierte Arbeitsmaschine betrieben wird.

Diese Aufgabenteilung verhindert, dass Benutzerinteraktionen, Fernzugriffe oder unerwünschte Windows-Prozesse Einfluss auf den zeitlichen Ablauf eines Tests nehmen. Während sich die SIU um Konfiguration und Darstellung kümmert, kann sich die RTU vollständig auf die deterministische Ausführung des Prüfprogramms konzentrieren.

Auf der RTU nutzt ATESTEO Kithara RealTime Suite. Damit lassen sich zeitkritische Routinen unter Windows in Echtzeit ausführen, Daten über EtherCAT austauschen und die CAN-FD-Kommunikation direkt aus der Echtzeitumgebung heraus durchführen. Das Automatisierungssystem kann dadurch weiterhin auf einer Windows-basierten PC-Plattform betrieben werden, ohne bei den entscheidenden Abläufen von der normalen Zeitplanung des Betriebssystems abhängig zu sein.

Für den Prüfstand lassen sich damit CAN-FD-Nachrichten direkt in die Echtzeitverarbeitung einbinden. Die Kommunikationszyklen laufen gemeinsam mit dem Prüfprogramm und den weiteren Ein- und Ausgaben ab. Zustandsänderungen, Messwerte und Reaktionen der Prüflinge lassen sich so innerhalb der vorgesehenen Zeitfenster verarbeiten.

Auch EtherCAT ist Teil dieser Architektur. Über das Echtzeitnetzwerk können zusätzliche Mess- und Aktuatorkomponenten angebunden werden, während CAN FD vor allem für die Kommunikation mit den Invertern und ihren Steuergeräten genutzt wird. Analoge und digitale Schnittstellen ergänzen das System dort, wo Geräte oder Signale nicht über einen Feldbus eingebunden sind.

Die verschiedenen Kommunikationswege bleiben dabei Bestandteil eines gemeinsamen automatisierten Prüfablaufs. Das ist besonders wichtig, wenn eine Änderung an einer Stelle unmittelbar eine Reaktion an anderer Stelle auslösen soll. Ein veränderter Zustand des Batteriesimulators kann beispielsweise neue CAN-Nachrichten erforderlich machen, während gleichzeitig Messwerte erfasst und Kühlungs- oder Aktuatorkomponenten angesteuert werden.

Viele Busse auf engem Raum

Für die Verbindung mit den Invertern kommen vierkanalige PCAN-PCI Express FD-Karten von PEAK zum Einsatz. In typischen Prüfständen verwendet ATESTEO bis zu vier dieser Karten und stellt damit bis zu 16 CAN-Knoten bereit. Für den beschriebenen Aufbau sind drei Gruppen mit jeweils vier CAN-FD-Knoten vorgesehen.

Die mehrkanalige Ausführung ermöglicht es, mehrere voneinander getrennte CAN-Netze kompakt in einer Echtzeiteinheit zusammenzuführen. Jeder Inverter kann über seine eigene Busverbindung angesprochen werden, während die Kommunikation zentral innerhalb der PDES RTU verarbeitet wird. Über diese Verbindungen laufen die zyklischen CAN-FD-Nachrichten, die Restbus- und Umgebungssimulation sowie die XCP-basierte Datenübertragung.

Die Hardware unterstützt sowohl CAN FD als auch klassisches CAN. Dadurch lassen sich bestehende und neue Steuergerätegenerationen innerhalb derselben Automatisierungsarchitektur betreiben. Bei CAN FD können bis zu 64 Datenbytes innerhalb eines Frames übertragen werden. Das schafft zusätzlichen Spielraum für Anwendungen, in denen neben den zyklischen Steuerinformationen auch umfangreichere Mess- oder Diagnosedaten ausgetauscht werden müssen.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die galvanische Trennung zwischen der PC- und der CAN-Seite. Prüfstände mit Invertern und weiterer Leistungselektronik stellen elektrisch anspruchsvolle Umgebungen dar. Die Trennung erhöht deshalb die Robustheit der Kommunikation und schützt die PC-seitige Schnittstelle vor unerwünschten elektrischen Einflüssen aus dem Prüfaufbau.

Für Kithara ist insbesondere die direkte hardwarenahe Anbindung der CAN-Schnittstelle entscheidend. Nur wenn die verwendete Karte zuverlässig auf niedriger Ebene angesprochen werden kann, lässt sich die Kommunikation vollständig in die Kithara-Echtzeitumgebung integrieren. Die PEAK-Karten bilden damit die physische Verbindung zu den Prüflingen, während Kithara RealTime Suite die deterministische Verarbeitung innerhalb des Automatisierungssystems ermöglicht.

ATESTEO setzt bereits seit vielen Jahren auf das Echtzeitsystem von Kithara und die CAN-Lösungen von PEAK. Horst Frantzen, Bereichsleiter Software-Produkte bei ATESTEO, beschreibt das Zusammenspiel beider Technologien so: „Die Echtzeiterweiterung von Kithara bildet das Fundament unseres Automatisierungssystems und schafft mit harter Echtzeit die Basis für eine offene Architektur, in der sich selbst komplexe Prüfabläufe zuverlässig realisieren lassen. Dabei ergänzt sie sich ideal mit den CAN-Lösungen von PEAK, auf die wir seit Jahrzehnten vertrauen und die sich durch Zuverlässigkeit, stabile Performance und einfache Integration in unsere Prüfstandssysteme bewährt haben. Mit Kithara als verlässlichem Technologiepartner und den neuesten CAN-XL-Lösungen von PEAK sind wir bestens auf die Anforderungen zukünftiger Kommunikationsstandards im Prüfstandsumfeld vorbereitet.“

Der nächste Schritt heißt CAN XL

Die aktuelle Anwendung zeigt, was mit CAN FD bereits heute produktiv umgesetzt wird: Mehrere Inverter kommunizieren parallel mit dem Automatisierungssystem, Prüfprogramme werden deterministisch abgearbeitet und Mess-, Diagnose- und Kalibrierdaten über XCP ausgetauscht. Gleichzeitig sind Batteriesimulator, Kühlung, Sensorik, Aktuatorik und weitere Prüfstandskomponenten in den Ablauf eingebunden. Die Anforderungen kommender Steuergerätegenerationen steigen jedoch weiter. Höhere Datenraten, größere Nutzdaten und leistungsfähigere Kommunikationsstrukturen werden insbesondere dann wichtig, wenn immer mehr Messwerte, Zustandsinformationen und Steuerdaten gleichzeitig übertragen werden sollen.

Deshalb arbeiten ATESTEO, PEAK und Kithara bereits an der Integration von CAN XL. ATESTEO will den neuen Standard in PDES einbinden, um kommende Steuergerätegenerationen unter realistischen Prüfstandsbedingungen testen zu können. Kithara erweitert sein Echtzeitsystem um neue CAN-Standards wie CAN XL und CAN FD Light. PEAK stellt dafür die Hardwarebasis, Low-Level-Dokumentation und Schnittstellentechnologie bereit.

Marcel Haß, Technischer Leiter bei Kithara, beschreibt die Entwicklung so: „CAN XL ist für uns der konsequente nächste Schritt in der automobilen Echtzeitkommunikation. Deshalb integrieren wir den Standard frühzeitig in Kithara RealTime Suite und gestalten gemeinsam mit PEAK und ATESTEO die technologische Basis für kommende Prüfstands- und Steuergerätegenerationen.“

Die Zusammenarbeit der drei Unternehmen verbindet unterschiedliche Aufgaben zu einem Gesamtsystem: ATESTEO bringt seine Erfahrung in der Entwicklung und Automatisierung von Antriebsprüfständen ein. PEAK stellt die CAN-Schnittstellen für die Verbindung mit den Prüflingen bereit. Kithara sorgt dafür, dass die zeitkritischen Kommunikations- und Steuerungsabläufe unter Windows deterministisch ausgeführt werden können.

So lassen sich sechs Inverter gleichzeitig prüfen, realistische Betriebszustände simulieren und die dafür benötigten Daten innerhalb festgelegter Zeitzyklen verarbeiten. Die zugrunde liegende Architektur ist zugleich offen für weitere Prüfstandskomponenten und kommende Generationen der automobilen Kommunikation.

Bildnachweise: Fotos © ATESTEO/Kithara, Grafiken © PEAK by HMS Networks