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ZF TRW testet weltweit Steuergeräte mit neuem Konzept:

In Rekordzeit Ein erheblicher Teil der Entwicklungskosten eines Steuergeräts entfällt

auf die zahlreichen Tests vor jeder Serienfreigabe. Zudem ist der Auf-wand für die Konzeption von Prüfständen und Programmierung von

Testabläufen immens gewachsen. Doch mit der neuen Prüfstandsgene-ration kann der Automobilzulieferer ZF TRW Kosten und Zeit sparen.

Von Stefan Siefert-Gäde und Katja Hahmann

Vor Jahren zählten Antiblockier-systeme (ABS) zur ambitionier-ten Ausstattung von Fahrzeugen

ab der gehobenen Mittelklasse. Heute gehören komplexe erweiterte Schlupf-regelsysteme wie ESC (Electronic Stabi-lity Control), in Deutschland als ESP (elektronisches Stabilitätsprogramm) bezeichnet, zum aktuellen Stand der Technik. Am Beispiel der Evolution von ABS zu ESP lässt sich anschaulich de-monstrieren, wie die Komplexität der Automobilelektronik auf allen Gebieten kontinuierlich zunimmt. Im Gegensatz zu einem ABS-System, das nur tätig wird, wenn der Fahrer aktiv bremst, arbeitet ein ESP-System praktisch autonom.

Entsprechend ist mehr Sensorik not-wendig, um das System mit Informati-onen über Beschleunigungen, Quer- und Längskräfte oder Torsionsbewe-gungen zu versorgen. Daher müssen moderne Steuergeräte immer mehr Signale der Steuergerätesensoren oder der angeschlossenen Bussysteme ver-arbeiten.

Testaufwand erreichte Schmerzgrenze

Der Automobilzulieferer ZF TRW entwi-ckelt in seinem Werk in Koblenz unter anderem Steuergeräte für ESP-Systeme. Die zunehmende Komplexität der Ent-

wicklungen spiegelt sich nicht zuletzt im Testaufwand wider. Sowohl die Anzahl der Steuergeräte als auch deren erwei-terter Funktionsumpfang verursachen immer höhere Kosten für die Tests. In den letzten zehn Jahren hat sich die Zahl der Steuergeräte von circa 30 auf bis zu 200 in einem Oberklassefahrzeug erhöht. Der technische Aufwand, der hinter den zahlreichen Prüfszenarien steckt, um jeden Steuergerätetyp unter allen er-denklichen Betriebs- und Umgebungs-bedingungen zu testen, ist immens. Für jedes Fahrzeugmodell und jeden Her-steller ist eine spezielle Steuergeräteva-riante erforderlich. Bei ZF TRW gibt es entweder eine Steuergerätevariante als ESP-System oder eine Variante mit inte-grierter Parkbremse.

Insgesamt muss jedes Steuergerät zahlreiche elektrische, funktionale und mechanische Umwelt- und EMV-Tests vor der Freigabe absolvieren. Simulati-onen bilden dazu Umgebungseinflüsse sowie mechanische und elektromecha-nische Beanspruchungen oder Extrem-situationen nach. So setzen zyklische Temperaturwechsel-Dauerlauftests die

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Geräte und Platinen thermischen Schocks von –40 bis +120  °C aus. Die mechanischen Beanspruchungen rei-chen von Vibrationstests mit sinusför-migen Schwingungen und Rauschcha-rakteristiken bis zu Einzelschocks mit Beschleunigungen von 30 g. Des Wei-teren sind Dichtigkeitsprüfungen durch Behandlungen mit Salzsprühnebel, feinstem Sandstaub oder Wasserschwall vorzunehmen; Hochdruckreiniger simu-lieren Motorwäschen.

Virtuelle Steuergeräte-Umgebungen

Voraussetzung für diese Tests ist ein laufender Betrieb des Steuergeräts. Repräsentative Tests und eine umfas-sende Diagnose der Steuergerätefunk-tion sind jedoch nur möglich, wenn der Prüfstand die elektrische und elektro-nische Fahrzeugumgebung lückenlos nachbildet. Somit sind für alle digitalen und analogen Eingänge Signale mit realitätsnahen Spannungen und Strö-men zu generieren. Dasselbe gilt für angeschlossene Lasten und für die so-genannte Restbussimulation. Weil sich neben CAN längst weitere Bussysteme, wie FlexRay, LIN und MOST, im Automo-bil etabliert haben, kommunizieren zahlreiche Steuergeräte gleichzeitig mit mehreren Bussen. Diese Multibus-Sys-teme erhöhen die Komplexität ein weiteres Mal und sind in den Restbus-simulationen ebenfalls korrekt abzubil-den – manchmal auch der Funktions-umfang von Gateways.

Um der steigenden Komplexität der Steuergerätetests und den verfügbaren Zeitschienen auch in Zukunft gerecht werden zu können, suchten die Prüf-standsingenieure vor einiger Zeit nach einer moderneren flexibleren Prüf-standslösung. Sie sollte global und einheitlich an allen ZF-TRW-Standorten umgesetzt werden. Inzwischen hat der Automobilzulieferer insgesamt 32 der neuen Prüfstände in Deutschland, USA, Tschechien und China in Betrieb. Jeder Prüfstand besteht aus einem 19-Zoll-Schrank mit sechs Einschüben, sodass sich jeweils sechs Steuergeräte parallel prüfen lassen (links im Aufmacherbild). Über einen Scanner, einen Touch-Bild-schirm und eine Tastatur pro Schrank lassen sich Benutzereingaben vorneh-men, Ergebnisse anzeigen oder Status-meldungen ablesen (Bild 1). Die Ener-gieversorgung für die Einschübe erfolgt

über eine zentrale Stromversorgung, die für Hochstromverbraucher Ströme bis 500 A oder eine Nennspannung bis 30 V liefern kann. Die hohen Leistungen sind für die Tests der ESP-Steuergeräte notwendig, bei denen 580-W-Antriebe für den Druckaufbau der Bremshydrau-lik verantwortlich sind und hohe Anlauf-ströme entstehen. Dennoch ist es not-wendig, den Energiebedarf während paralleler Tests zu managen, damit nicht alle Einschübe die Maximalleistungen gleichzeitig abrufen.

Intelligentes Netzwerk-Interface im Mittelpunkt

Eine zentrale Rolle im Konzept der komponentenbasierten Prüfstände spielt eine spezielle Hardware vom Typ VN8900 aus dem Hause Vector Infor-matik (Bild 2). Der ZF-TRW-Prüfstand-lieferant, die Smart Testsolutions GmbH – nicht zu verwechseln mit dem Klein-wagenhersteller – hat pro Einschub jeweils ein VN8900-System in seine Lösung integriert (Bild  3). Beim VN8900-System handelt es sich um ein modulares Netz-werk-Interface für die Bussysteme FlexRay, CAN (FD), LIN, J1708 und K-Line, das mit einem eigenen x86-Echt-zeit-Rechner ausge-stattet ist. Dieser sorgt insbesondere bei Anwendungen mit vielen paralle-len Zugriffen auf mehreren Bus-Ka-nälen für hohe E/A-Leistung mit kurzen Reaktions- und Ant-wortzeiten sowie geringsten Laten-zen. Neben den va-riabel konfigurier-baren Busschnitt-stellen stellt das System Erweite-rungsmöglichkeiten für analoge und di-gitale Ein-/Ausgän-ge bereit. Dieses intelligente Inter-face ist einfach von einem PC aus über USB oder Ethernet konfigurierbar.

Weil die VN8900-Systeme auf die Vector-Simulations- und Analysewerk-zeuge CANoe und CANalyzer optimiert sind, fügen sich die neuen Prüfstände nahtlos in die Werkzeugkette bei ZF TRW ein. Aus den Entwicklungsabtei-lungen vorhandene CANoe-Restbussi-mulationen lassen sich somit prakti-scherweise mit minimalen Anpassungen in Tests direkt weiterverwenden. Diese Restbussimulationen sind bereits intern verifiziert, sodass zu diesem Zeitpunkt kein zusätzlicher Aufwand mehr für deren Qualitätssicherung anfällt. Durch diesen Ansatz schließen sich interne Bedenken damit quasi von selbst aus, was zu einer spürbaren Entlastung der Mitarbeiter und vor allem des Projekt-leiters führt. Die Rüstzeiten wurden damit drastisch reduziert: in der Grö-ßenordnung von bis zu acht Monaten zum Umrüsten eines Steuergerätetests von OEM1 auf OEM2 auf jetzt zwei bis drei Wochen. Gleichzeitig wurde die Flexibilität bei der Reaktion auf späte Kunden-Software-Änderungen kurz vor Teststart mit Anpassungszeiten unter einer Woche enorm gesteigert.

_0E5CB_mentor_EKAUTO_0809.pdf;S: 1;Format:(102.00 x 143.00 mm);13. Aug 2015 14:12:34

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Robuste Testabläufe

Eine weitere Besonderheit des VN8900-Systems ist die Möglichkeit zum auto-nomen Betrieb, ohne dass eine Verbin-dung zu einem Bedien- oder Überwa-chungs-PC notwendig ist. Von den Testingenieuren werden am normalen PC-Arbeitsplatz mit Hilfe von CANoe Restbussimulationen und Testabläufe in der Skriptsprache CAPL erstellt. An-schließend lassen sie sich einfach auf das VN8900-System laden und dort ausführen. ZF TRW profitiert hier unter anderem von einer höheren Stabilität und Robustheit bei Langlauftests. Frü-her passierte es vor allem bei bis zu sechsmonatigen Langlauftests hin und wieder, dass der PC nach einigen Mo-naten abstürzte. Das ist insofern ärger-lich, als der Rechner dann über keinerlei Kontrollmöglichkeit mehr über den laufenden Testprozess verfügt. Derarti-ge Probleme sind bei den neuen Prüf-ständen bisher nicht aufgetreten.

Heute sind Test Controlling, Visuali-sierung und Kommunikation zum Steu-ergerät streng getrennt. Das VN8900-System kommuniziert mit einem Linux-basierten Leitrechner von Smart Testso-lutions über die LAN-Schnittstelle. Dabei kommt ein spezielles, von Vector mitge-liefertes, echtzeitfähiges Ethernet/UDP-Protokoll mit der Bezeichnung FDX (Fast Data Exchange) zur Anwendung. Durch eine enge Zusammenarbeit mit Vector Informatik war ZF TRW in der Lage, das FDX-Protokoll nach eigenen Vorstellun-gen zu modifizieren, und konnte in diesem Rahmen beispielsweise einen Datenaustausch nach dem Fifo-Prinzip implementieren. Umgekehrt hat Vector bei der Weiterentwicklung des VN8900-Systems auch Ideen von ZF TRW aufge-griffen. FDX bietet nun weitreichenden Zugriff auf autonom laufende Tests und erlaubt neben dem Starten und Stoppen von Anwendungen etwa das Auslesen und Löschen von Fehler-Codes, das Lesen und Sichern von XCP-Variablen, das Beeinflussen der Restbussimulatio-nen und vieles mehr.

Budget-freundliche Lösung

Für ZF TRW war die breite Unterstützung in Hinsicht auf die benötigten Protokol-le ein wichtiges Argument, sich zuguns-ten der Vector-Lösung zu entscheiden. Der Werkzeughersteller hat aus Sicht des Zulieferers für alle am Markt gängi-

Bild 2. Das modulare VN8900-Netzwerk-Interface mit integriertem Echtzeitrechner spielt eine zen-trale Rolle für die Netzwerk-Kommunikation des Steuergerätes.

Bild 1. Anwenderfreundliches Konzept mit Touch-Bildschirm, Scanner und Tastatur erleichtert das Bedienen der Prüfstände. (Bilder: Vector Informatik)

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gen Protokolle sowie Automobilhersteller-spezifischen Netzwer-ke und Diagnosesysteme eine entsprechende Lösung parat. Diese zudem kostenlosen Lösungen sind ein Alleinstellungsmerk-mal von Vector am Markt. Der Vorteil möglicherweise günstigerer Hardware-Komponenten anderer Hersteller löst sich durch höhe-re Folgekosten auf, wenn Proto-kolle für einzelne Busse oder die für diverse OEMs fehlende XCP-Unterstützung erst nachzuent-wickeln ist.

Vor teilhaf t gelöst hat der Hersteller des VN8900-Systems auch die Lizenz-frage, weil An-wendern wie dem Automobil-zulieferer durch die sogenannte CANoe-Stand-Alone-Extended-Lizenz praktisch keine weiteren Kosten anfallen. Mit einer CANoe-Lizenz auf einem Entwicklungs-PC lassen sich beliebig viele Prüfstandsanwendun-gen erstellen. Updates der VN8900-Systeme auf aktuelle CANoe-Versionen sind dabei immer kostenlos enthalten. Selbst wenn sich der Lebenszyklus der neuen Prüfstände einmal ihrem Ende zu-neigen sollte, lassen sich die VN8900-Geräte am Arbeitsplatz sinnvoll weiterverwenden, anstatt als totes Kapital ungenutzt zu bleiben.

Die Entwicklung geht weiter

Mit seinen neuen Prüfständen, die erstmals beim Testen von ESP-Steuergeräten zum Einsatz kamen, verfügt ZF TRW über ein kom-ponentenbasiertes Testsystem, bestehend aus sechs bis sieben Bausteinen, die in verschiedenen Konstellationen kombinierbar sind. So kann das Unternehmen das Prüfstandkonzept zügig an Tests für andere Steuergerätetypen adaptieren, zum Beispiel für Airbags oder Fahrerassistenzsysteme. Beeindruckend sind die verkürzten Rüstzeiten und die Geschwindigkeit, mit der die Ver-

antwortlichen jetzt auf Anforderungsänderun-gen reagieren können. Künftige Systeme für das autonome Fahren sind bereits avisiert. Beim Testen der hierfür unverzichtbaren Ra-dar- und Kamerasyste-me wird es für das neue Prüfstandskon-zept viele Gelegenhei-ten geben, seine Leis-tungsfähigkeit und sein Rationalisierungs-potenzial weiterhin unter Beweis zu stel-len. eck

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tVN8900:- Restbus- simulation- Diagnose (UDS, XCP)

Bild 3. Blockschaltbild eines eigenständigen Subsys-tems, von dem pro Prüfstand sechs Einheiten verbaut sind.

Dipl.-Ing. (FH) Stefan Siefert-Gäde studierte Elektrotechnik an der FH Koblenz. Er trat 2006 in die TRW Automotive ein. Seit 2014 koordiniert Siefert-Gäde im Bereich Global Electronics die

globale strategische Entwicklung von Test Equipment.

Dipl.-Ing. Katja Hahmann studierte Elektrotechnik an der TU Chemnitz. Sie trat 1997 bei Vector Informatik ein und ist dort Gruppenleiterin der CA-Noe-Anwendungsentwicklung.