Datenlogger als Datenspion - HANSER automotive

© Carl Hanser Verlag GmbH & Co.KG, München, www.hanser-automotive.de; Nicht zur Verfügung in Intranet- u.Internet-Angeboten oder elektron. Verteilern
40lA UTOMOTIVE 5-6.2010l MESSEN UND TESTEN
WERKZEUG FÜR FEHLERSUCHE
UND FEHLERANALYSE
Datenlogger
als Datenspion
Der blue PiraT Datenlogger von Telemotive
wurde entwickelt, um vor allem bei hartnäckigen
sporadischen Fehlern in Feldtests die zur Fehleranalyse nötigen
Daten bereitzustellen. Dabei wurde den speziellen Anforderungen
im automobilen Umfeld ein hoher Stellenwert zugemessen.
Die wachsende Komplexität der Steuergeräte und
ihrer Vernetzung sowie die Zunahme an verschiedenen
Bussystemen stellen in der Automobilindustrie
nicht nur eine Herausforderung an
Design, Entwicklung und Produktion dar – Fehlersuche
und Fehleranalyse rücken immer stärker in den Mittelpunkt
und verlangen nach leistungsfähigeren Werkzeugen.
Die zunehmende Leistungsfähigkeit der Fahrerassistenzsysteme
und fortschreitende Integration von Multimediaund
Kommunikationsanwendungen lässt sich nur durch
höhere Komplexität und verstärkte Vernetzung der Steuergeräte
im Fahrzeug erreichen. Dies führt automatisch zu
einer höheren Fehlerrate und hohen Kosten in der Testdurchführung
und Fehleranalyse. Dabei sind Labortests
nicht ausreichend, da nur kundennahe Feldtests die Rahmenbedingungen
nachbilden, mit denen das System nach
der Auslieferung an den Kunden konfrontiert sein wird.
Während solcher Feldtests prüfen die Testfahrer alle
Aspekte eines Systems und berichten über eventuelles
Fehlverhalten. Da die Testfahrer oft keinen tieferen Einblick
in das System haben und nicht in der Lage sind die Fehler
vor Ort zu analysieren, muss die Analyse nach der Testfahrt
durchgeführt werden.
Im Fehlerfall gibt eine Aufzeichnung der Kommunikation
der Steuergeräte auf den Bussen Aufschluss, von welchem
Steuergerät ein Fehler verursacht wurde. Dabei
reicht es häufig nicht aus, nur einen Bustyp aufzuzeichnen,
da die Kommunikation über eine Kette von Steuergeräten
stattfindet. Die verschiedenen Bussysteme im Fahrzeug
können sowohl als elektrischer Bus (z. B. CAN, LIN, Flex-
Ray) oder optischer Ring (z. B. MOST) ausgeführt sein. Da
die Ursache eines Fehlers oft lange vor dem eigentlichen
Effekt liegt, ist es zudem sinnvoll eine längere Vorgeschichte
der Daten zur Verfügung zu haben.
Zusätzlich zum Kommunikationsverkehr zwischen den
Steuergeräten sind interne Informationen der Steuergeräte
wichtig. Als „Debugschnittstelle“ wird oft die altbewährte
serielle Schnittstelle verwendet (z. B. RS232), aber
auch USB oder Ethernet werden eingesetzt.
Datenlogger blue PiraT
Der blue PiraT Datenlogger der Telemotive AG übernimmt
die Aufgabe, die oben genannten Daten aufzuzeichnen und
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Bild 2: Schnittstellen und Übertragung.
Bild 3: Kommunikation zwischen den Steuergeräten.
MESSEN UND TESTENl AUTOMOTIVE
© automotive
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zur Verfügung zu stellen. Mit Schwerpunkt auf Infotainmentsystemen
besitzt er je nach Variante bis zu zehn
Schnittstellen zu CAN, vier Schnittstellen zu LIN, zwei
Schnittstellen zu FlexRay und eine MOST-Schnittstelle
(25/150). Für die internen Debugdaten der Steuergeräte
sind vier serielle Schnittstellen (Typ RS232/RS422) und bis
zu vier Ethernetschnittstellen vorhanden. Die aufgezeichneten
Interfaces werden im Datenlogger gespeichert und
später zu einem Laptop via Ethernet übertragen.
Während die Aufgabe der Aufzeichnung von Daten
zunächst einfach erscheint, erweisen sich die essentiellen
Qualitätsmerkmale als anspruchsvoll. Eines dieser Merkmale
ist die Synchronität der Daten, ohne die die Aufzeichnungen
der verschiedenen Busse nicht zeitlich verglichen
werden können. Dazu befindet sich im blue PiraT
eine zentrale Echtzeituhr mit 100 μs Genauigkeit. Die Aufzeichnung
der Busse ist auf diese zentrale Uhr aufsynchronisiert,
so dass alle aufgezeichneten Daten mit synchronen
Zeitstempeln versehen werden.
Eine weitere Notwendigkeit ist eine möglichst geringe
Beeinflussung des Netzwerks der Steuergeräte durch den
Datenlogger. Für CAN und die seriellen Schnittstellen ist
dies einfach umzusetzen, da der entsprechende Transceiver
die elektrischen Signale einfach abgreift und nicht maßgeblich
beeinflusst, solange keine Daten gesendet werden.
Auf dem optischen MOST-Bus wickeln die verfügbaren
Controllerbausteine allerdings automatisch ein Busprotokoll
ab, d. h. sie treten als
Netzwerkknoten auf und
beeinflussen so das Busverhalten.
Es gibt zwar
eine Möglichkeit, den Controller
in eine Art „Lauschmodus“,
auch „Spymodus“
genannt, zu versetzen,
diese Möglichkeit
ist aber nicht dokumentiert.
Daher geht der blue
PiraT einen anderen Weg –
die eingehenden MOST-
Signale werden direkt
abgegriffen und von einer
programmierbaren Logik
auf der Transportschicht
dekodiert. Dadurch stehen
die kompletten MOST-Frames
zur Verfügung, aus
denen alle gewünschten
Daten extrahiert werden
können.
Entwickelt für
den Betrieb im
Fahrzeug
Um einen Datenlogger für
Tests im Fahrzeug zu verwenden,
reicht es nicht,
© automotive
ihn einfach ins Fahrzeug
einzubauen und anzuschließen.
Vielmehr muss schon beim Design eines Loggers
das spätere Umfeld in Betracht gezogen werden.
Daher wurde der blue PiraT speziell mit Blick auf die Anforderungen
in der Automobilindustrie entwickelt. Hierzu zählen
neben dem Temperaturbereich, der aufgrund der
Beschränkungen der Festplatte zwischen -20 °C und +70
°C liegt, die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), die
Vibrationsresistenz und eine stabile Bauweise.
Neben den Umweltbedingungen muss ein Datenlogger
auch mit einer eingeschränkten Stromversorgung auskommen.
Beim durchgehenden Betrieb an der Autobatterie
würde diese nach wenigen Tagen aufgebraucht sein.
Daher steuert ein automatisches Power Management die
Stromaufnahme des blue PiraT. Sobald über einen konfigurierbaren
Zeitraum keine Daten mehr empfangen werden,
schaltet der Datenlogger in den Standby-Zustand um.
In diesem Zustand fällt die Stromaufnahme unter 1 mA, so
dass die Autobatterie auch nach längerer Zeit nicht entleert
wird. Sobald wieder Daten gesendet werden aktiviert das
Gerät den Aufzeichnungsmodus. Dank optimierter Software
ist dieser schon nach weniger als 15 ms verfügbar,
wodurch Fehler, die z. B. schon beim Öffnen des Fahrzeugs
mit der Funkfernbedienung passieren, dem blue PiraT nicht
entgehen. Als angenehmen Nebeneffekt muss sich der
Testfahrer nicht um den Betriebszustand des Datenloggers
kümmern, also nicht manuell die Datenaufnahme starten
und stoppen.

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42lA UTOMOTIVE 5-6.2010l MESSEN UND TESTEN
Bild 4: Als Zubehör ergänzt und
erweitert die Remote Control den
blue PiraT Datenlogger.
Eine weitere Schwierigkeit stellen kurzfristige
Einbrüche der Stromversorgung dar, z. B. beim Anlassen
des Motors mit schwacher Autobatterie. Gerade solche
Fälle können Fehlverhalten der Steuergeräte auslösen,
bei denen Daten zur Analyse notwendig sind. Um die lükkenlose
Aufzeichnung der Daten sicherzustellen, wurde für
den blue PiraT eine spezielle Technologie zur Überbrückun
kurzer Stromunterbrechungen verwendet. Diese ermöglicht
die volle Funktion des Datenloggers bei kompletten
Stromausfällen von bis zu 2 Sekunden.
Der Betrieb im Fahrzeug bedeutet auch, dass der Datenlogger
auf längeren Fahrten im Einsatz sein kann. Daraus
ergibt sich eine enorme Datenmenge, die der Datenlogger
verarbeiten muss. Aus diesem Grund wurde für den blue
PiraT eine 40GByte große Festplatte als Datenspeicher verwendet.
Sollte dieser Speicherplatz nicht ausreichen, gibt
es den sogenannten Ringpuffermodus. Im Ringpuffermodus
werden die ältesten Daten überschrieben, um neuen
Platz zu schaffen. Dadurch sind stets die neuesten Daten
verfügbar und der Benutzer muss nicht darauf achten, die
Daten rechtzeitig zu löschen. Über eine Zusatzfunktion
kann der Benutzer per Tastendruck wichtige Daten markieren,
die dann vom Ringpuffer ausgenommen werden,
d.h. nicht mehr überschrieben werden.
Einfache Bedienung
Da die Tester nicht immer die technischen Hintergründe
des Systems kennen, ist ein problemloses Zusammenspiel
zwischen Benutzer und Datenlogger wichtig. Die oben
beschriebenen Fähigkeiten des Powermanagements bilden
die Grundlage einer einfachen Bedienung. Der blue
PiraT ist dadurch stets bereit und zeichnet Daten auf – es
ist nicht nötig den Logger manuell zu starten oder anzuhalten.
Die einzige Aufgabe ist die Zuordnung der Fehlermeldungen
zu den aufgezeichneten Daten – hierbei unterstützt
der blue PiraT durch die Möglichkeit, sogenannte Marker
zu setzen. Diese sind eine entscheidende Orientierungshilfe
beim Herunterladen der Daten nach der Testfahrt.
Durch Druck auf eine Taste am Datenlogger oder ferngesteuert
durch Auswertung von CAN-Nachrichten (z.B. ausgelöst
durch das Multifunktionslenkrad) kann der Tester so
spezielle Zeitpunkte markieren. Marker können auch über
die Remote Control gesetzt werden. Durch ihre kompakten
Abmessungen lässt sich die Remote Control
in Reichweite des Fahrers platzieren.
Neben dem Setzen von Markern erlaubt
das Gerät die Anzeige der Busaktivität,
so dass der Datenlogger
selbst z.B. im Kofferraum verbaut
werden kann. Neben dem dimmbaren
LCD-Display enthält die
Remote Control eine Folientastatur
mit Menüfunktionen und zehn Funktionstasten,
über die Funktionserweiterungen ausgelöst
werden können, wie z. B. das Senden oder die Anzeige von
CAN-Nachrichten. Die Remote Control Voice unterstützt
zusätzlich die Aufzeichnung von Sprachaufzeichnungen,
wie z. B. Fehlerbeschreibungen.
Zum Download der Daten verbindet der Tester seinen Laptop
über ein Ethernetkabel mit dem Datenlogger und startet
das Datenübertragungsprogramm. Über einen Mausklick
wird eine Datenübersicht angezeigt, die die Zeitbereiche,
in denen der Datenlogger aktiv war, zusammen mit
den gesetzten Markern anzeigt und ein selektives herunterladen
der Daten ermöglicht. Bei der Auswahl eines
Markers lädt der blue PiraT einen einstellbaren Ausschnitt
in der Nähe des Markers herunter. Die Daten werden auf
dem Datenlogger in einem platzsparenden binären Format
aufgezeichnet. Erst beim Übertragen der Daten auf den
Laptop werden sie von diesem in die gewünschten Datenformate
konvertiert. Dabei stehen sowohl Datenformate
von Standard-Analysewerkzeugen (z. B. CANoe, Optolyzer)
zur Verfügung, wie auch proprietäre Formate der Telemotive
AG.
Fazit
Der blue PiraT Datenlogger der Telemotive AG trägt zur
Kostensenkung im Validierungsprozeß der Steuergeräteentwicklung
bei, da die Zeit zur Fehleranalyse wesentlich
verkürzt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der Datenlogger
dem Entwickler komplette Datensätze einer Vielzahl
von Bussen und Schnittstellen der Steuergeräte synchron
aufzeichnet und der Fehleranalyse zur Verfügung stellt.
Speziell für den Einsatz im Automobilumfeld entwickelt,
operiert der Datenlogger unbemerkt im Hintergrund ohne
aufwendige Bedienung durch den Testfahrer. So entlastet
können sich die Testfahrer auf ihre eigentliche Aufgabe
konzentrieren. Durch die Markierung der Fehlerzeitpunkte
und die selektive Datenübertragung kann die Datenmenge
auf die zur Analyse wesentlichen Abschnitte reduziert werden.
(oe)
Telemotive stellt auf der Testing Expo in Stuttgart aus.
Halle 1, Stand 1158
Bearbeitet nach Unterlagen der Firma Telemotive AG.
Telemotive
@ www.telemotive.de