Modellbasierter Testprozess der akustischen Mensch-Maschine-Schnittstelle eines Infotainmentsystems im Kraftfahrzeug

Abstract

Die softwarebasierte Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) wurde in den vergangenen Jahren zu einem zentralen Bedienelemente im Kraftfahrzeug. Immer komplexere Infotainmentsysteme mit hoher Funktionsdichte erfordern eine stetige Erweiterung und Verbesserung der MMS hinsichtlich des Bedien-komforts und der Bediensicherheit. In diesem Kontext ist die akustische MMS zur Sprachbedienung der Infotainmentsysteme zunehmend in den Vorder-grund gerückt. Durch die sich verkürzenden Entwicklungszyklen, steigenden Kostendruck und die hohe Funktionsdichte neuer Systeme ist die funktionale Qualität der akustischen MMS mit den bisher angewandten Prozessen und Methoden schon heute nur schwer zu gewährleisten. Zur Lösung dieser Herausforderung ist eine These formuliert, nach welcher es möglich ist, die akustische MMS eines Infotainmentsystems im Kfz modell-basiert und automatisiert zu testen. Hierbei soll die MMS selbst als Test-schnittstelle Verwendung finden, wodurch ein „virtueller Tester“ entsteht. Für die Beweisführung stehen zunächst die Eigenschaften und Anforderungen des Modellbasierten Tests (MBT) im Vordergrund. Durch ein modellbasiertes Vorgehen können Testaktivitäten zu einem früheren Zeitpunkt beginnen und mögliche Fehler bereits in einer frühen Projektphase identifiziert werden. Die Gegenüberstellung der Prozesse zum manuellen-, automatischen- und MBT zeigt, dass eine Weiterentwicklung zum MBT auf nahezu alle Testaktivitäten Einfluss hat und das Verständnis zum Test ganzheitlich verändern kann. Um diese Veränderung zielorientiert umzusetzen, findet das Prozessmodell des „Test Process Improvement“ (TPI) Verwendung. Die vorhandenen Test-prozesse werden auf ihre Reife hin beurteilt und notwendige Verbesserungs-maßnahmen definiert. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die reale Prozessreife vorhandener Testprozesse auf einem zufriedenstellenden Niveau bewegt. Durch die Umsetzung der abgeleiteten, konkreten Verbesserungsvorschläge können vorhandene Defizite im Prozess abgestellt werden. Nach einer Analyse bestehender Möglichkeiten zur Modellierung, werden Anforderungen an das Modell formuliert. Auf deren Basis wird eine Model-lierungssyntax entwickelt, welche die formale Modellierung der akustischen MMS eines Infotainmentsystems ermöglicht. In der praktischen Anwendung des entwickelten Formalismus werden sowohl Herausforderungen in der Modellierung erkannt und gelöst, als auch Potenziale der Modellierung identi-fiziert. Es kann bewiesen werden, dass die Modellierung der akustischen MMS im Kraftfahrzeug als formales Zustandsdiagramm möglich ist. Damit ist die Basis geschaffen, um den MBT-Prozess einzuführen und den virtuellen Tester zu realisieren. Ergänzend wird geprüft, ob die entwickelte Modellierungs-syntax auf die haptische MMS übertragen werden kann. Im nächsten Schritt sind auf Basis des entwickelten Modells der akustischen MMS Testfälle zu generieren. Mit diesem Ziel werden verschiedene Werk-zeuge zur Testfallgenerierung evaluiert. Nach der Bestimmung relevanter Anforderungen werden die Werkzeuge einem Praxistests unterzogen. Daten-basis sind die bereits erstellten Testmodelle. Das Werkzeug „MBTsuite“ wird schließlich als jenes mit der höchsten Anforderungsüberdeckung identifiziert. In der Folge werden verschiedene Generierungsstrategien bewertet und Wege einer effizienten Vorgehensweise ausgearbeitet. Es kann bewiesen werden, dass durch Anpassungen der „MBTsuite“ neben der testmodellorien-tierten Vorgehensweise auch die Testfallgenerierung aus dem vorhandenen Systemmodell der akustischen MMS umgesetzt werden kann. Die zentralen Elemente des MBT sind damit realisiert. Die entwickelte Vorgehensweise zur Testfallgenerierung wird auch auf die haptische MMS übertragen. Individuelle Modellcharakteristika erfordern hier abweichende Teststrategien. Um die Effizienz der Testdurchführung zu steigern, wird schließlich eine Testumgebung zur automatischen Ausführung der generierten Testfälle umgesetzt. In diesem Kontext rückt die Verwendung einer expliziten Test-schnittstelle zur Ansteuerung des Infotainmentsystems in den Fokus. Vor- und Nachteile der Schnittstelle werden erörtert, wobei die Risiken in deren Verwendung schließlich überwiegen. Aus diesem Grund wird zunächst ein „einfacher“ Funktionstest des Sprachdialogsystems (SDS) in eine neue Test-umgebung transferiert und so ein automatischer Test ohne die Verwendung einer expliziten Testschnittstelle realisiert. Auf Basis der hierdurch erlangten Erkenntnisse wird schließlich der zum Ziel gesetzte automatische Dialogtest des SDS entwickelt. Hierfür wird die vorhandene Testumgebung um die Möglichkeit der akustischen Systemeingabe und der Erkennung von akustischen Systemausgaben erweitert. Abschließend findet eine Bewertung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der entwickelten Methodik statt. Es kann gezeigt werden, dass die Effizienz des Prozesses zum Test der akustischen MMS durch die entwickelte, modell-basierte Vorgehensweise gesteigert wird.

During the last years, the software based Human-Machine-Interface (HMI) became more and more important in operating the functions of an automobile. Complex Infotainmentsystems, packed with different applications require expanded and improved HMI concepts to improve ease of use as well as safety. Due to this trend, the acoustic HMI came to the fore. Rapid development, increasing cost pressure and various functions, implemented in new generations of Infotainmentsystems are the reason for current issues. Traditional processes and methods in testing are hardly capable to verify the functional quality in this environment. To solve this challenge, a basic thesis is formulated. The thesis says it is possible to test the acoustic HMI of an automotive Infotainmentsystem using model-based and automated testing. At this, the HMI itself should be used as test-interface, creating a "virtual tester". The implementation of these new processes, methods and tools should improve the efficiency and quality of the test process. Using a model-based approach, it is possible to start testing activities more early. Through this, there is a chance to identify errors at an early stage of a project. The comparison of the manual, auto-mated and model-based testing processes leads to the perception, that an implementation of MBT will have an effect on almost all testing activities and may change the understanding of testing in total. To realize the model-based approach in a target-oriented way, a process model, called "Test Process Improvement" (TPI) will be used. The existing test processes got assessed for their maturity to define necessary activities for development. Overall, the results show a satisfying maturity level. After an analysis of existing options for modeling, requirements concerning the model are elaborated. Based on these requirements a specific syntax is developed, which allows formal modeling of the acoustic HMI of an Infotainmentsystem. In modeling practice several challenges are identified and solved as well as potentials in using the developed formalism. It can be proved that the acoustic HMI can be modeled, using a formal state diagram. Thereby, the basis to launch the MBT process and to realize the “virtual tester” is created In addition; it is analyzed whether the developed modeling syntax can be also used for the haptic HMI. The next step is to generate Test cases on the basis of the developed HMI model. With this objective, different tools for test case generation are evaluated. After the definition of relevant requirements, the tools are evaluated in practice, using the data of the already created test models. The tool "MBTsuite" is finally identified as the one with the highest coverage of requirements. Afterwards, various strategies for test case generation are evaluated to elaborate the path of the most efficient approach. By adapting the "MBTsuite", it can be proved; that there is not only the test model-driven approach, but also the possibility to use the existing specification of the acoustic HMI for test case generation. With this, the essential elements of the model based testing approach are realized. Finally a test environment is going to be implemented, which enables an automated execution of generated test cases to improve the efficiency in test execution. In this context, the use of an explicit test interface, for triggering the infotainment system, is in focus. Pros and cons of the explicit test interface are discussed, but the risks and difficulties in use prevail. To realize the automatic test execution without using an explicit test interface, a "simple" functional test case of the speech dialogue system (SDS) is trans-ferred into a new test environment. Based on the results and experiences of this transfer, it is finally possible to develop the environment for an automated test execution of the SDS. For this, the existing test environment is extended for the ability of an acoustic system input and the recognition of the acoustic system outputs. By doing this, the automated test execution for SDS is realized, using only the HMI of the infotainment system. The “virtual tester” is created. As a final point, the operating efficiency of the developed system is evaluated. An improved efficiency in testing, using the developed and implemented model-based approach can be shown. The basic thesis could be proved and the current challenges in development and verifying the acoustic HMI within time and cost limits can be faced.