Die Aufzeichnung von - HANSER automotive

60lA UTOMOTIVE 3-4.2006l MESSEN UND TESTEN
© 2006 Carl Hanser Verlag, München www.hanser-automotive.de Nicht zur Verwendung in Intranet- und Internet-Angeboten sowie elektronischen Verteilern
MOBILE DATENAUFZEICHNUNG
UND DIAGNOSE
Die Aufzeichnung von
Daten im Fahrversuch
Der Analyse von Auffälligkeiten elektronischer Komponenten im Kfz basieren
auf Daten, die von Datenrekordern über die bestehenden Schnittstellen
der Kfz-Elektronik aufgezeichnet werden. Dabei wird meist zwischen
zwei verschiedenen Arten von Datenloggern unterschieden: Geräte für
den spezifischen lokalen Einsatz, wobei ganz klassische Daten aufgezeichnet
werden und mobile Notebooks für jüngere Bussysteme wie CAN, LIN,
K-Line etc. Doch wäre es nicht sinnvoll, einen Datenlogger für beide Einsatzgebiete
anwenden zu können? Wie sieht es im Speziellen mit der
Datenaufzeichnung im Fahrversuch aus?
Aufgrund der zusehends steigenden Vielfalt der
Fahrzeugvarianten und immer kürzeren Entwicklungszeiten
entstehen ständig neue Aufgaben
und Einsatzzwecke für die heutige Prüftechnik.
Herkömmliche lokal eingesetzte Messgeräte und Stimulisysteme
wie Oszilloskope, Logikanalysatoren und
Funktionsgeneratoren werden diesen Anforderungen
nur bedingt gerecht. Hier ist der Einsatz von innovativer
Prüftechnik notwendig, welche sowohl direkte Messungen
an den Sensoren als auch die Überwachung der
von den Steuergeräten über die Feldbusse versendeten
Daten ermöglicht. Die Simulation fehlender ‚Teilnehmer’
in den Netzwerken – als Restbussimulation
bezeichnet – ist eine der wichtigen Aufgaben für den
Test von Teilsystemen. Da die Daten auf den Feldbussen
durch Protokolle übertragen werden, muss Messtechnik
mit Eigenintelligenz zum Codieren und Decodieren
der Nachrichten verwendet werden. Insbesondere
bei großem Datenaufkommen von vielen verschiedenen
Sensoren und Aktoren müssen alle Daten
zeitsynchron erfasst und für die spätere Offline-Analyse
aufgezeichnet werden. Dieser Zustand erfordert ein
kompaktes intelligentes Testsystem, welches speziell
für den Einsatz im Fahrversuch geeignet ist.
Dabei möchten Prüfingenieure aber nicht nur wissen, ob
Kfz-elektronische Komponenten einwandfrei funktionieren,
sondern welche eventuellen Fehler an welcher Stelle
des realen Einsatzes auftreten. Dabei steht die Thematik
des Fahrversuchs an vorderster Stelle. Die Tests in diesem
Teil der Fahrzeugentwicklung nehmen einen hohen Stellenwert
ein, denn sie geben beispielsweise Aufschluss darüber,
warum Fahrzeuge nach der Montage ausfallen und
warum elektronische Komponenten nicht einwandfrei
funktionieren.
Der Fahrversuch – was genau ist das?
Zwischen der Entwicklung eines Fahrzeuges und dessen
Markteinführung steht der Prototyp, dessen Einsatzfähigkeit
beim Fahrversuch getestet wird. Dabei wird dieser Fahrversuch
in verschiedene Kategorien oder Phasen unterteilt:

MESSEN UND TESTENl AUTOMOTIVE
3-4.2006l61
© 2006 Carl Hanser Verlag, München www.hanser-automotive.de Nicht zur Verwendung in Intranet- und Internet-Angeboten sowie elektronischen Verteilern
Frühe Phase
Es handelt sich hierbei um die Funktionsüberprüfung unter
realen Bedingungen. Der Test findet entweder auf dem
Werksgelände oder dafür vorgesehenen Teststrecken
statt. Dabei werden entweder ausgewählte Komponenten
bis hin zum gesamten Fahrzeug getestet. Meist wird an
dieser Stelle per Funk oder WLAN eine Online-Bedienung
und -auswertung vorgenommen.
Abschließende Phase
In dieser Phase werden Kfz-Funktionen unter allen Bedingungen
überprüft. Die Tests finden größtenteils in klimatisch
extremen Gebieten (z.B. Skandinavien, Nevada) statt.
Ziel dieser Tests ist die Optimierung des Fahrzeugs, auch
als Kalibrierung bezeichnet. Eine Online-Auswertung findet
hierbei nur zum Teil statt. Wichtiger sind die Offline-Daten,
die später im Werk ausgewertet werden.
0-Serie, Flottenversuch
Bild 1: Grundstruktur eines Datenloggers und Prüfsystems.
Dies sind Langzeittests, die der Qualitätsoptimierung und
-sicherung dienen sollen. Prüfgeräte werden an dieser Stelle
zur reinen Aufzeichnung der Daten verwendet, die auch
nicht sofort angezeigt, sondern erst später analysiert werden.
Dazu ist eine externe Steuerung notwendig.
Kundenfahrzeug (Serie)
Wenn ein Kfz in den Verkauf gegangen ist, werden auch
später noch sporadisch Fehler gesucht. Da es nun keine
externen Eingriffs- und Zugriffsmöglichkeiten mehr gibt,
können Funktionsüberprüfungen und Diagnose nur nach
Fehlern vorgenommen werden, was im schlimmsten Fall
zu Rückrufaktionen führen kann. Dabei werden reine
Datenaufzeichnungen, eventuell zusätzliche
Datenreduktionen, vorgenommen.
Die Analyse des Fahrzeugs
beinhaltet an dieser Stelle Diagnose
und Flashen.
Systemanforderungen
Die Anforderungen an ein Testsystem
beinhalten verschiedenste Komponenten,
welche im Einzelnen mehr
oder weniger wichtig sind. Für das
Gesamtkonzept eines Prüfgerätes
spielt die Anzahl dieser Komponenten
aber eine entscheidende Rolle.
Bei den relevanten Einzel-Parametern
handelt es sich derzeit um
■ Datenmenge und Raten
■ Stimuli
■ Test von Temperatur und Schock
■ Definition der User-Interfaces
■ Anzahl der Messkanäle
■ Busunterstützung
■ Möglichkeit der Diagnose
■ Restbussimulation
Anhand der Informationen zu Fahrversuch und Systemanforderung
kann man schließen, dass es
1) DEN Fahrversuch nicht gibt
2) Fahrversuche ein sehr breites Spektrum aufweisen
3) Die Systemanforderungen je nach Sachlage entsprechend
vielfältig und unterschiedlich sind
Lösungsansatz für mobile Datenlogger
Die Firma Göpel electronic GmbH hat aufgrund dieser
Schlussfolgerung ein transportables und kompaktes
System zur Erfassung, Aufzeichnung und Visualisierung
von Messdaten unter der Bezeichnung CARLOS (Car Logging
System) entwickelt. Es handelt sich
dabei nicht um ein Gerät ausschließlich
für den Fahrversuch, sondern um ein
Messdatenerfassungssystem, welches
speziell für den Einsatz in der Automobilindustrie
aber auch in der Automatisierungstechnik
geeignet ist.
© automotive CARLOS ist ein offenes System mit
modularer Hard- und Softwarestruktur,
um sich den jeweiligen Prüfanforderungen und -aufgaben
anzupassen. Dabei eignen sich alle Systemkomponenten
für den mobilen Einsatz.
Systemkonzeption
Ausgangspunkt der Entwicklung war das CompactRIO
Embedded System der Firma National Instruments (Bild 2).
Hierbei handelt es sich um ein kompaktes, rekonfigurierbares
System für Aufgaben der industriellen Steuerung
und Datenerfassung. Das CompactRIO vereinigt einen
Echtzeitprozessor, ein frei programmierbares Field Programmable
Gate Array (FPGA) und bis zu acht ,hot-swap’-
fähige Hardwaremodule in einem System.
Bild 2: Systemkonzeption CARLOS mit CompactRIO Modul
© automotive

62lA UTOMOTIVE 3-4.2006l MESSEN UND TESTEN
© 2006 Carl Hanser Verlag, München www.hanser-automotive.de Nicht zur Verwendung in Intranet- und Internet-Angeboten sowie elektronischen Verteilern
Im Systemverbund des mobilen Datenloggers CARLOS ist
CompactRIO eine Komponente, die als Mess- und Stimulikomplex
genutzt wird. Der wesentliche Bestandteil der
Konfiguration ist der MMI-Panel PC, welcher als Bedienund
Anzeigegerät sowie für Diagnoseschnittstellen verwendet
wird. CompactRIO und Panel-PC sind über eine
100-Mbit-Ethernet-Leitung miteinander verbunden. Weitere
Komponenten sind dezentrale Sensoren (z.B. Caetec),
die über den CAN-Bus mit dem Panel-PC verbunden sind.
Softwarekonzept
Zwei wesentliche Elemente bilden das Softwarekonstrukt:
die Rahmenapplikation und die dynamisch eingebundenen
CARLOS-Module. CARLOS-Module können Quellen (z.B.
CAN- oder LIN-Monitor (Bild 3)) oder Senken virtueller
Kanäle (z.B. Datenaufzeichnung) sein. Die Rahmenapplikation
stellt Funktionen für die einheitliche Anzeige, Bedienung
und Steuerung der CARLOS-Module bereit. Sie dient
dabei als Benutzungsschnittstelle für die Konfiguration der
exportierten Steuerelemente. Durch diese Integration von
Rahmenapplikation und CARLOS-Modulen entsteht ein auf
den jeweiligen Anwendungsfall zugeschnittenes Gesamtsystem,
welches durch den Benutzer als Einheit wahrgenommen
werden kann.
Einsatzmöglichkeiten
Zur Unterstützung der am weitesten
genutzten Bus-Systeme
CAN, LIN und K-Line wurde
der Multi-Bus-Controller PXI/PCI
3080 (Bild 4) von Göpel electronic
in CARLOS integriert. Damit
ist die parallele Diagnose und
Überwachung (Tracing) der entsprechenden
Bussysteme und
deren Kommunikation möglich.
Dadurch ist CARLOS nicht nur
als reiner Datenlogger, sondern
zusätzlich als Diagnosesystem
und zum Flashen und Manipulieren
von Steuergeräten ein-
Bild 4: PXI 3080 von
GÖPEL electronic. setzbar. Es handelt sich demnach
um einen autonomen
Datenrekorder für Testfahrten (Datentransfers, Sensoren);
mehr noch ein Testsystem, das aus Datenrekorder und Stimulations-Unit
für fehlende Teile oder Restbus besteht.
CARLOS kann für Stress-Tests und Langzeittests auch in
Klimakammern und Windkanälen eingesetzt werden.
Bedienkonzept
Ein enorm wichtiges Element bei Datenloggern ist deren
einfache Bedienbarkeit, denn was nützt die höchstentwickelte
Technologie, wenn man einen Workshop besuchen
muss, um sie anwenden zu können? Außerdem muss der
Anwender gerade bei Testfahrten unter schwierigen Bedingungen
auf ein einfach zu bedienendes Gerät zurückgreifen
können.
Das mobile Datenaufzeichnungssystem CARLOS verfügt
über nur acht Bedienelemente. Damit sind beispielsweise
Bild 3: CAN-Monitor
© automotive
im harten Feldeinsatz außer dem Einschalten und Start
kaum Bedienereingriffe erforderlich.
CARLOS lässt sich über folgende Elemente auf einfache
Art und Weise bedienen:
■ ON/OFF zum Ein- und Ausschalten
■ Softkeys: die Belegung der vier Softkeys hängt vom
jeweiligen Bedienkontext ab
■ MAIN: im normalen Betrieb gelangt man mit diesem
Taster die oberste Menü-Ebene
■ Drehknopf: Multifunktions-Bedienelement, durch dessen
Betätigung der Anwender je nach aktueller Menüebene
Verzeichnisse, Software-Module, Modul-Parameter
oder deren Werte auswählen kann.
All diese Bedienelemente ermöglichen eine Einhandbedienung
ähnlich einem Navigationssystem. Somit kann sich
der Anwender auf die Datenaufzeichnung, -analyse und -
auswertung konzentrieren.
Ausblick
Natürlich ist der derzeitige Stand der Technik für mobile
Datenrekorder nur ein Zwischenstand. Gerade im Hinblick
auf zukünftige Visualisierungen der Testergebnisse wird es
weitere Entwicklungen und Trends geben, z.B. die Videoaufzeichnung
und deren Auswertungsmöglichkeiten.
Aber auch im Hinblick auf flexibles Projektmanagement
wird es noch eine Menge Weiterentwicklungen geben. So
werden in Zukunft verschiedene Personen auf unterschiedliche
Projekte Zugriff haben.
Dipl.-Ing. Rainer Lindner studierte bis 1993
Informationstechnik an der TU Chemnitz. Von
1993 bis 1998 arbeitete er bei GÖPEL electronic
als Hardwareentwickler in der Abteilung Boundary
Scan. Er sammelte danach Auslandserfahrung
bei Bustec Production Ltd. in Irland. Seit
2001 ist Rainer Lindner als Entwicklungsingenieur
Hardware für Automotive Test Solutions
wieder bei Göpel electronic tätig.
Göpel electronic GmbH
@ www.goepel.com