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9-2018

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Fachzeitschrift für Industrielle Automation, Mess-, Steuer- und Regeltechnik

Messtechnik Höherer

Messtechnik Höherer Automatisierungsgrad beim Test von Steuergeräten Modernste Fehlersimulationstests ermöglichen mehr Tests in kürzerer Zeit Bild 1: Das Blockschaltbild zeigt die Verbindungen des Schaltsystems mit dem HIL-Simulator, der ECU (TCCM) und dem Verteilergetriebe. Autor Keith Moore, MD Pickering Interfaces www.pickeringtest.com Der Test sicherheitsrelevanter elektronischer Steuergeräte (ECUs) betrifft Hard- und Software gleichermaßen. Gesteigerte Intelligenz in elektronischen Steuergeräten, die Bremsen regeln, Überschläge verhindern und dafür sorgen, dass die Leistung korrekt auf die Räder verteilt wird, ist unabdingbar. Tier-1- Automobilzulieferer Kurz gefasst teilen diese Ansicht. Verteilergetriebe für Fahrzeuge mit Vierrad- bzw. Allradantrieben sind elektromechanische Geräte, die den Schlupf der Räder überwachen und sicherstellen, dass die Energie nur auf die Räder verteilt wird, die keinen Schlupf aufweisen. Ein Steuergerät für Verteilergetriebe verbindet Sensoren und Aktuatoren sowie Schnittstellen mit dem Netzwerk des Fahrzeugs. Wenn der Fahrer einen Gang einlegt, überprüft die ECU, ob das Schalten in diesen Gang möglich ist. Nach Beendigung des Schaltvorgangs gibt sie eine entsprechende Meldung an das Netzwerk ab. Im Betrieb können verschiedene Fehler auftreten. So können z. B. ein Kabelbruch vorliegen, benachbarte Die immer komplexer werdende Hard- und Software muss auch bei Steuergeräten ausgiebig gestestet werden. Das Erstellen manueller Tests ist zeitaufwändig, mühsam und nicht unbedingt reproduzierbar. Der Trend geht eindeutig zur Testautomatisierung. Leiter einen Kurzschluss haben oder Verbindungen zu hohe Widerstände aufweisen. Um sicherzustellen, dass Verteilergetriebe im Fehlerfall sichere Betriebszustände einnehmen, simulieren die Hersteller diese Fehler. Fehlerzustände herbeiführen In einigen Fällen entwickeln Lieferanten von Antriebsstrang-Systemen Testadapter, die es ermöglichen, während der Prüfung des Verteilergetriebes Fehlerzustände herbeizuführen. Dieses manuelle Herbeiführen von Fehlern ist zeitaufwändig und limitiert die Anzahl der Tests, die durchgeführt werden können. Darüber hinaus ist diese Vorgehensweise fehleranfällig. „Da ECUs im Automotive-Bereich immer komplexer und intelligenter werden, fragen uns unsere Kunden immer häufiger nach neuen Schaltszenarien für die Fehlersimulation“, berichtet Paul Bovingdon, Produktmanager für Simulationsprodukte bei Pickering Interfaces, einem Anbieter modularer Signalschalt- und Simulationslösungen für elektronische Tests und Verifizierungen mit Hauptsitz in England. „Offenbar, gibt es einen Trend hin zu mehr Testautomatisierung, um ECUs detaillierter und in kürzerer Zeit testen zu können.“ Unterstützung durch Simulation In Entwicklung befindliche ECUs werden typischerweise mittels Hardware-In-the-Loop (HIL) Simulation angesteuert. Dabei handelt es sich um ein Testsystem, das die Geräte simuliert, die die ECU ansteuert. So wird beispielsweise ein Stimulus-Instrument angeschlossen, das das Verhalten des Motors simuliert. Gesteuert wird es entweder manuell oder durch einen mit Messinstrumenten ausgestatteten Computer, der die analogen und digitalen Antworten des Steuergeräts erfasst. Wenn es erforderlich war, Fehlerzustände herbeizu- 26 PC & Industrie 9/2018

Messtechnik Bild 2: Pickerings 30 A PXI-Fehlersimulations-Schaltmodul führen, wurde dafür meist ein Rangierverteiler benutzt. Derartige Lösungen haben systembedingte Nachteile, wie z. B. fehlende Wiederholbarkeit, Größe, fortwährende Wartung, die Notwendigkeit profunder Kenntnisse des Bedieners über das System, mögliche menschliche Fehler sowie die Arbeitskosten für die Durchführung und Protokollierung der Tests. Fehlersimulations-Einheiten Der richtige Weg bei der Verbesserung der HIL-Simulation ist der Einsatz von Fehlersimulations-Einheiten (Fault Insertion Units FIU)). Das sind Module die elektrische Fehler einschleifen und so Probleme wie Korrosion, Kurzschlüsse/ Unterbrechungen und andere elektrische Fehler nachbilden. Die Prüfung unter Einbeziehung von FIUs ist laut Bovingdon wiederholbarer und umfassender und findet Probleme schneller. Zunächst jedoch zurück zum realen Test des Steuergeräts des Verteilergetriebes. Der Testadapter wurde zwischen dem Verteilergetriebe und seiner ECU eingeschleift. Ein Techniker schaltete die Fehler manuell ein und aus. Das limitierte die Anzahl an Testdurchläufen, die wegen der längeren Testzeiten durchgeführt werden konnten. Außerdem bestand die Gefahr von Bedienfehlern. Es gab Probleme mit dem Testadapter - die Testingenieure konnten keine resistiven Fehler nachbilden und der Test eines einzigen Prüflings dauerte bis zu acht Minuten. Da der Hersteller des Antriebsstrangs tausende von Tests durchzuführen hatte, war es schnell klar, dass eine Lösung mit geringeren Testzeiten gefunden werden musste. Automatisieren der Fehlersimulation Nach der Evaluierung mehrerer Schaltsysteme entschied sich der Hersteller der Antriebsstrang- Systeme für Pickering und beschaffte ein PXI-Chassis, das mit etlichen Fehlersimulations-Schaltmodulen 40-191 bestückt ist, um Kurzschlüsse und Unterbrechungen zu simulieren. Das 40-191-Modul verwendet Halbleiter-Schaltelemente und kann bis zu 40 A auf einem einzelnen Kanal schalten. Das Modul kann über jeden Kanal Signale zum Prüfling senden oder die Verbindung unterbrechen. Die Fehlersimulations-Busse erlauben es, jeden Kanal mit jedem anderen Kanal kurzzuschließen. Sie ermöglichen es auch, jeden Kanal mit externen Signalen wie Spannungsversorgung, Zündung oder Masse zu verbinden, um Fehlerzustände zu simulieren. Bild 1 zeigt die Verbindungen des Schaltsystems mit dem HIL-Simulator, der ECU (TCCM) und dem Verteilergetriebe. TCCM -Transfer Case Control Module Das programmierbare Widerstands-Modul 40-297 von Pickering wurde ausgewählt, um resistive Fehler nachzubilden. Um einen Unterbrechungsfehler zu simulieren, muss nur ein Kanal geöffnet werden. Um zwei Leitungen kurzzuschließen, werden beide Leitungen an einen der Fehlerbusse des Moduls angeschlossen. Um einen Kurzschluss mit der Versorgungsspannung oder mit Masse zu simulieren, wird die Signalleitung mit einem der Fehlerbusse verbunden, der dann an Masse oder eine externe Spannung angeschlossen wird. Um einen simulierten resistiven Fehler in einer der Signalleitungen zwischen dem Verteilergetriebe und seinem elektronischen Steuergerät nachzubilden, schaltet der Computer einen variablen Widerstand des 40-297-Moduls zu und variiert dessen Widerstandswert in einzelnen Schritten solange, bis das System eine Unterbrechung erkennt. Sobald ein Fehler eingefügt worden ist, werden ein oder mehrere Fahrszenarien durchgespielt und die Testdaten erfasst. Durch die Automatisierung der Fehlersimulation wurde die Zeit für die Durchführung eines Einzeltests von etwa acht Minuten auf etwa vier Minuten gesenkt. Wenn man berücksichtigt, dass ein typischer Testlauf bis zu 20.000 Einzeltests umfassen kann und länger als einen Monat dauert, um vollständig abzulaufen, werden die Einsparungen offensichtlich. Analyse der Testergebnisse Das erste wofür sich die Testingenieure interessierten, waren Hinweise darauf dass der Test irgendwelche Schäden an der ECU verursacht hatte. Wenn keine Schäden aufgetreten waren, wurde damit begonnen die Testdaten zu analysieren. Besonders interessant sind die CAN-Signale und das Gesamtverhalten des Systems. Wonach die Testingenieure vor allem suchen, sind Daten, die auf ungewollte Änderungen hinweisen, nebst den entsprechenden Diagnose-Codes. Das Technik-Team des Lieferanten war äußerst zufrieden damit, wie Pickerings Schaltsystem die Tests automatisierte. Ermutigt durch den Erfolg dieses ersten Schritts arbeiten sie jetzt an einem universellen Testsystem für ihre Verteilergetriebe. Und sie sind sicher, dass ihnen dies mithilfe eines automatisierten Schaltsystems auch gelingen wird. ◄ Mobile Analysenmessgeräte jetzt auch in 2-Kanal-Ausführung Mit den mobilen Lösungen von Knick können Sensoren bei Fehlermeldungen direkt im Prozess überprüft werden. Auf der Achema 2018 präsentierte Knick die Spitzenmodelle Portavo 907 Multi und Portavo 908 Multi jetzt als 2-Kanal-Varianten zur gleichzeitigen Messung mit zwei Sensoren. Die Sensoren sind frei kombinierbar, unabhängig davon, ob es sich um Memosens-, digitale oder analoge Sensoren handelt. Im 2-Kanal-Modus werden die Messwerte beider Sensoren angezeigt. Die tragbaren Geräte zur Vor- Ort-Messung von pH, Leitfähigkeit, Gelöstsauerstoff und Temperatur verfügen über ein extrem robustes Gehäuse mit IP66/67 sowie kratzfeste und chemikalienbeständige Farbgrafik-Displays aus Mineralglas. Mitgeführte Sensoren sind im integrierten Köcher gegen Austrocknung und Beschädigung geschützt. Die GLP-konformen Messgeräte eigen sich auch zum Einsatz in der pharmazeutischen und biotechnologischen Industrie. Durch ihre Kalibrierprozedur Cal SOP setzen die Geräte beim Einsatz im Pharmabereich neue Maßstäbe: Messgeräte GmbH & Co. KG • Knick Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG info@knick.de www.knick.de PC & Industrie 9/2018 27

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