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Die Komplexität und Variantenvielfalt bei der Fahrzeugentwicklung steigt kontinuierlich an. Neue Antriebstechnologien, Leichtbau und Verbrauchsanforderungen, die Einführung weiterer Assistenzsysteme sowie gehobene Komfortansprüche sind nur einige Beispiele, welche sich drastisch auf die Entwicklungsprozesse und somit auch auf die Mess- und Automatisierungssysteme auswirken. Parallel zu dem eigentlichen Messen müssen Abläufe automatisiert und Modelle simuliert werden. Zeitgleich steigen die Kanalanzahlen, Erfassungsraten und die damit verbundenen Qualitätsansprüche. Um auch dem Aspekt der Wirtschaftlichkeit gerecht zu werden, muss die Systematik im Ganzen betrachtet werden und es stellt sich die Frage „Wie kann mit einer Systematik und der dazugehörigen Infrastruktur ein Großteil dieser Anforderungen abgedeckt werden?“

Kooperation mit Porsche

Porsche analysierte und bewertete diese Anforderungen und Zusammenhänge aufwändig. Das eindeutige Ergebnis veranlasste Porsche, eine langfristige strategische Partnerschaft mit Softing einzugehen. Die bisherige, durch Porsche entwickelte und hauseigene Systematik, entwickelt Softing nun kontinuierlich weiter und produziert sie auch.

Darüber hinaus wird Softing die neue SMT (Softing MessTechnik) bei weiteren Kunden im internationalen Markt platzieren. Dies erhöht die Anzahl der Kunden sowie der Anwendungen und führt zu positiven Effekten bei Funktionalität und Vielfalt. Ein wesentlicher Faktor sind hierbei die sehr hohen Qualitätsstandards, die in diesem Premium-Segment eine Voraussetzung sind.

SMT

Bei der SMT-Systematik legte Porsche sämtliche Erfahrungen seiner 30-jährigen Messtechnikentwicklung in die Waagschale. Um einerseits eine Investitions- und Zukunftssicherheit sicherzustellen und andererseits eine damit verbundene Unabhängigkeit von Lieferanten und Technologien zu erreichen, wurde ein serieller Hochgeschwindigkeits-Bus entwickelt, der auf Basistechnologien umgesetzt wurde. Dieser Bus, genannt „Bitster“, arbeitet bei 1,25 GHz, woraus sich ein Systemtakt von 1 MHz ergibt. Als Bus-Bandbreite stehen bis zu 120 MByte/s zur Verfügung.

Bild 1: Beispielhafter Aufbau der SMT

Bild 1: Beispielhafter Aufbau der SMT

Es können bis zu 100 Messmodule zum Einsatz kommen, die nach dem Prinzip der geographischen Adressierung angesprochen werden. Die „Online-Datenrate“ liegt bei 50 kHz über den Bus. Diese Daten lassen sich ebenfalls online mit bis zu 10 kHz in der Erfassungseinheit verarbeiten. Das Ein-/Ausschalten des Systems kann neben dem klassischen Taster auch über Weck- beziehungsweise Ausschaltquellen erfolgen. Typisch hierbei ist das automatische Einschalten und Hochfahren über die Klemme 15 („Zündung an“) oder über ein frei parametrierbares CAN-Signal des Versuchsträgers. Das automatische Abschalten erfolgt dann über dieselben Mechanismen oder weitere wie Timer oder externe Signale.

Spezielle Gehäusemechanik

Bild 2: Individueller Modulaufbau.

Bild 2: Individueller Modulaufbau.

Die bekannten Nachteile einer Architektur auf Basis von Racks umgeht SMT mit einer speziell ausgelegten Gehäusemechanik. Im Gegensatz zu 19-Zoll-Geräteträgern lässt sich die SMT immer genau so groß aufbauen, wie es für den gewünschten Aufbau beziehungsweise den benötigten Einsatzzweck erforderlich ist (Bild 2). Für den stationären Einsatz am Prüfstand entstanden verschiedene Mechanikkonzepte, welche die Vorteile eines Rack-Aufbaus ebenfalls sicherstellen. Dabei besteht hierbei die Möglichkeit, die SMT-Module einzeln auszutauschen, ohne dabei die angesteckten Kabel der anderen Module anzufassen oder auszubauen. Das gesamte System lässt sich über oder auch neben dem Prüfling in vertikaler oder senkrechter Orientierung verbauen. Es gibt generell keine Unterscheidung zwischen mobilen und stationären Messmodulen, so dass diese beliebig in Fahrzeugen und in Prüfständen zum Einsatz kommen können.

Kühlung integriert

Für die Kühlung des Systems entwickelten die Ingenieure ein im Gehäuse integriertes Verfahren, das nach dem Gegenstromprinzip arbeitet und sich besonders für den robusten Fahrzeugeinsatz eignet. Sämtliche, bisher bekannten, Anforderungen in punkto Temperatur und mechanische Belastung (Schock, Vibration etc.) wurden hierbei berücksichtigt.

Da sämtliche Anschlüsse sich an der Vorderseite der SMT-Module befinden, ergeben sich Vorteile bei der Handhabbarkeit des Messsystems. Somit kommt die SMT mit einem minimalen Platzangebot am Einbauort zurecht und setzt somit Maßstäbe im mobilen wie auch im stationären Einsatzbereich.

Auch bei der Auslegung der Elektronik-Plattform berücksichtigten die Ingenieure alle bisher bekannten Anforderungen und Randbedingungen wie beispielsweise unterschiedliche und parametrierbare Software-Filter sowie galvanische Trennungen für die Messsignale.

FPGA als Herzstück

Das Herzstück aller intelligenten SMT-Komponenten besteht aus einem FPGA (Field Programmable Gate Array). Somit lassen sich die meisten funktionalen Anpassungen und Erweiterungen schnell und komfortabel mittels Software umsetzen. Das „Flashen“ einer modifizierten Firmware kann über die Systemsoftware PEA direkt und individuell, bei Bedarf auch durch den Kunden, erfolgen.

Für das eigentliche Erfassen von physikalischen Größen steht eine große Palette von Messmodulen zur Verfügung. Ebenso für die jeweiligen Fahrzeugbusse und sonstige Größen wie GPS-Positionsdaten. Ähnlich verhält es sich bei den Ausgabemodulen. Bei bestimmten Modulen wie CAN oder Digital I/O ermöglicht ein Modul sowohl das Erfassen als auch die Ausgabe von Größen.

In allen relevanten Module ist die Erkennung und Verarbeitung von TEDS (Transducer Electronic Data Sheet) umgesetzt, was die Benutzung der SMT erheblich erleichtert. Darüber hinaus können bei der Temperaturerfassung Sensoren mit einer sogenannten Thermo-ID zum Einsatz kommen. Hierbei wird beim Rüsten eines Fahrzeugs in jedem Thermoelement eine eindeutige ID hinterlegt, wobei diese IDs über eine entsprechende Systematik den jeweiligen Messstellenparametern zugeordnet sind. Somit lassen sich diese Temperaturkanäle im Messsystem beliebig stecken. Anschließend ordnet das System die Sensoren automatisch richtig zu.

Software des SMT

Bild 3: Architektur der Fundation Class.

Bild 3: Architektur der Fundation Class.

Besonders sind auch die Auslegung und die Software-Architektur (Bild 3) der Erfassungseinheiten. Ein sogenannter RGC (Realtime Gateway Controller) bildet die Schnittstelle zwischen den Mess- und Steuerkomponenten sowie dem PC. Dieser wird als integraler Bestandteil (RGC-PC) oder abgesetzt (Laptop über USB/LAN) betrieben.

Auf dem RGC-PC kommen aktuell drei unterschiedliche Betriebssystemvarianten zum Einsatz. Für einige Aufgaben ist Windows XP ausreichend. Mit der Realtime-Erweiterung RTX lassen sich sämtliche Berechnungen, Überwachungen und Steuerungsaufgaben bis zu 10 kHz abwickeln. Bei unbemannten Einsätzen kommt typischerweise das robuste und bewährte Echtzeitbetriebssystem QNX zum Einsatz. Unabhängig vom verwendeten Betriebssystem nutzt SMT eine einheitliche Quellcodebasis. Neben Windows 7 ist in Zukunft auch ein Einsatz unter Linux oder Mac-OS vorgesehen.

Systemsoftware

Die zentrale Systemsoftware PEA vereint sämtliche Funktionen zur Systemsteuerung. Neben der Konfigurationsermittlung und Parametrierung erfolgt darüber hinaus die komplette Ablaufsteuerung sämtlicher Erfassungs- und Automatisierungskomponenten. Über ein PlugIn-Interface besteht die Möglichkeit, Fremdsysteme zu integrieren; so zum Beispiel Matlab/Simulink-Modelle, die dann zeitäquidistant zur Erfassung ablaufen. Gerade im Bereich der Restbus-Simulation, der immer mehr an Bedeutung gewinnt, kommt dieses Instrument häufig zum Einsatz. Mit realen Modellen lassen sich hierbei die physikalisch vorhandenen Komponenten (zum Beispiel ein Motor auf dem Prüfstand) und notwendige Größen nicht vorhandener Komponenten (beispielsweise ein Getriebe) vorgeben.

Bild 4: Beispiel Parametrierung PID-Regler.

Bild 4: Beispiel Parametrierung PID-Regler.

Für komplexe Anwendungen bietet die Software die Möglichkeit, sogenannte Scripte zu erstellen, mit denen auch beliebige Abläufe automatisiert werden können. Dem Anwender steht hierzu die relativ einfach zu programmierende Scriptsprache Lua zur Verfügung. Mit diesem Instrument kann in das gesamte Systemgeschehen eingegriffen werden, ohne dass dabei der eigentliche System-Code modifiziert werden muss. Somit besteht beispielsweise die Möglichkeit, Komponentenprüfstände mit der SMT-Systematik komplett zu automatisieren. Parallel hierzu lassen sich beliebige stationäre und/oder dynamische Messungen durchführen. Selbst standardisierte Abgaszyklen können über das integrierte Fahrerleitsystem auf der Teststrecke abgefahren werden.

Darüber hinaus verfügt die Systemsoftware PEA über eine umfangreiche Arithmetik- und Triggersystematik sowie über verschiedene Regelungs- und Klassier-Verfahren. Für die Visualisierung (Bild 4)  stehen alle bekannten Grafikelemente zur Verfügung, welche die Anwender auf beliebig vielen Darstellungs-Fenstern individuell parametrieren können.