Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO Entwicklung eines...

Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO

Entwicklung eines Simulationskonzepts im Rahmen der weltweiten Standardisierung eines Automobilzulieferers, basierend auf bewährten Technologien, LabView und NI Single-Board RIO


Agenda Wer ist IRS? Herausforderungen Lösungen Hardware

- Anlagenkonzept- Lastbox- MesSy (Mess-System)- Selbsttest + Kalibrierung

Software- SW-Konzept- Bedienoberfläche- MesSy

Speziallösungen


Wer ist IRS?

•Gründung: 1991• Firmensitz: Brennberg,

25km nordöstlich von Regensburg

• Mitarbeiter: 45mehr als die Hälfte sind Entwicklungsingenieure für Hard- u. Softwareeigene Elektronikabteilung für Fertigung und Aufbau

• Lösungen: Mess- und Prüfsysteme, Fertigungstester, Lebensdauersimulationsanlagen, Modulentwicklung


Einführung – Lebensdauersimulation mit IRS

•Qualifikation von Baugruppen Dauerlauf Umwelterprobung Temperatur- und Klimatest Vibrationstest Spritzwasser-, Salznebeltest

•Unter Simulation realer elektrischer Betriebsbedingungen


Einführung – Simulation der elektr. Umgebung

Lastbox

Klima-, Vibrations-, Salznebel-, … Kammer

Lebensdauer-simulationsanlage

(z.B. mit 3x Lastbox)

Eingangsstimulation Kommunikation Messung

Lastnachbildungen

DUTDUTDUTTyp. 6…24 Prüflinge im Parallelbetrieb

Prüflingskabel

Temperatur-, Vibrations-, Feuchtigkeitsbeständig


Einführung - Herausforderungen

•Anforderungen an den elektrischen Betrieb der Steuergeräte: Simulation der realen Lastbedingungen kontinuierliche Überwachung aller Prüflingssignale Überwachung der Ruhestromaufnahme Paralleler, unabhängiger Betrieb der Prüflinge Diagnose CAN, LIN, optional FlexRay.

•Und: Kosten für eine Lebensdauersimulation möglichst gering halten.


Einführung - Anwendungsgebiet

•Automotive Steuergeräte- Body controller, incl. Funktest- Motorsteuerung, - Getriebesteuerung- Speziallösungen

o Infotainmento Hybrid- / Elektrofahrzeug Leistungselektroniko Sensoren


Lösung von IRS – Bewährte Konzepte

•Bewährte Konzepte Seit 10 Jahren erfolgreich im Bereich Lebensdauersimulation IRS-Standardsoftware für Konfiguration und Protokollierung Paralleler unabhängiger Betrieb mehrerer Steuergeräte Prüfabläufe mit NI TestStand kontinuierliche Überwachung statischer Signale CAN, LIN Kommunikation

•Technologie: Microcontroller-basierte Lösungen (eigenentwickelte PCI-Karten)


Lösung von IRS – neue Herausforderungen

•Neue Kundenwünsche

- Standardisierung für alle Standorte weltweit

- Softwareerstellung durch Kunden vor Ort möglich

- Bevorzugter Einsatz von NI-Standardkomponenten

- Kostenreduktion durch hohe Wiederverwendbarkeit

•Konzept von IRS gewann Wettbewerb von 5 Herstellern


Lösung von IRS – Aufbau auf Bewährtem

•Nutze das Bewährte

IRS-Standard-SW incl. Driftanalyse NI TestStand paralleler Betrieb Lastkonzept

•Ersetze Eigenentwicklung durch NI Komponenten und LabView


Lösung von IRS - Weiterentwicklung

•Technologie Plattform für die Messtechnik NI Single-board-RIO Echtzeitverhalten über LabView-RT. Kontinuierliche Aufgaben in LabView-FPGA


Hardware – Anlage

Lastbox

Mess-System


Hardware – Lastbox

Eingangsstimulation Kommunikation Spannungsmessung

Lastnachbildungen

Prüfling

prüflingsspezifischWiederverwendbar


Hardware – Lastbox

Prüflingslasten

Mess-System

Zusatzelektronik

Prüflingsanschluss


Hardware – MesSy: Re-use

•Kostenreduktion durch Wiederverwendbarkeit

Prüflingsspezifische Lastbox

Mess-System einfach wechselbar

Re-use-Effekt


Hardware – MesSy: AufbauMeasurement System

sB RIO

RT

Co

ntro

ller

FP

GA

J9 C

-Ser

ies

P3

(7,8

,9)

P5

(3,4

,7)

27

27

P4

(0,1

,2)

27

P2

(2,5

,6)

27

J10

C-S

erie

sJ1

1 C

-Ser

ies

PC

Eth

erne

t

Digital output 88x:

48x Relay NO16x Relay NO/NC24x open Drain

Optional:Standard C-Series Module



Analog Input 64x:

- 32x Single Ended (Ref1)


- 16x differential

Analog Input 64x:



- 16x differential

Misc:- 4x CAN - 2x Highspeed - 2x external Transceiver- 10x serial - LIN, K-Line, - with external Transceivers- Interface for - Current Measurement module - Trigger Outputs - LED status outputs - general digital IO

Eth

erne

t

Analog

Digital

Kommunikation

Reserve


Hardware – MesSy: Ressourcen• 128x analog input

96x single ended - 0…32V- 3kS/s and 6kS/s parallel sampling / 1,2MS/s single channel

32x differential- -48…48V- 150kS/s parallel sampling / 1,2MS/s single channel

• 120x digital IO 64x Relais, 24x Halbleiterschalter (incl. PWM, Pattern generation, Anpassung für analog output) 32x digital IO

• Kommunikation 4x CAN 10x seriell

• 3x freier C-series Steckplatz(FlexRay -Modul geplant)

• 6x externe Strommessung


Hardware – MesSy: ZusatzhardwareLoadbox

Measurement System

Analog InDigital OutCAN serial

Optional cRIO

Module

SPI, Digital

IO

sbR

IO F

PG

A-

Tar

get

cRIO

Analog Out conditioning:- PWM+low pass, - SPI

Mea

sure

men

t S

yste

m H

ardw

are

Measurement System Software

Opt

iona

l ext

erna

l Har

dwar

e

Digitial conditioning- current driver,- optocoupler,- ...

supply current measurement

CMM

Micro-Controller

Misc

Analog conditioning- I/U converter,- Voltage divider,- ...

External transceiver

External transceiver

Connectt

DUT

DU

T s

pec

ific DUT loads

LVDS


Hardware – CMM: Ruhestrommessung

- Automatische Bereichswahl (<1µs)

- Auflösung 125nA min.

- Schnittstellen: Analog, Digital, Seriell, CAN

- Geringer Spannungsabfall (≈370mV @ 125A)

- 100A Versiono 100A Dauerstrom / 125A max.o 7 Bereiche für 7 Dekaden

- 25A Versiono 25A Dauerstromo 6 Bereiche für 6 Dekaden


Hardware – MesSy: Selbsttestadapter

- Automatisierte Funktionsprüfung

o Relais

o Analogeingänge

o Kommunikationsleitungen

- Werkskalibrierung

o Ermittlung von Korrekturfaktoren

o Speicherung im EEPROM

0 5 10 15 20 25 30 35

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

Input Voltage [V]

Rel

ativ

e M

easu

rmen

t Err

or {%

], re

lativ

e to

mea

sure

d va

lue

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50-1

-0.8-0.6-0.4-0.2

00.20.40.60.8

1

Input Voltage [V]

Rel

ativ

e M

easu

rmen

t Err

or {%

], re

lativ

e to

mea

sure

d va

lue


Software – Gesamtkonzept

- Trennungo Bedienoberflächeo Prüfablaufo Mess-System


Software – Bedienung und Report

Bedienoberfläche- Prüflingskonfiguration (Prüflingsnummer, Auftragsnummer, …)- Testkonfiguration (Laufzeit, Rahmenparameter, …)- Logging

o Fehlero Ereignisseo Messwerte (zyklisch)

Statistische Auswertung - Von zyklischen Stichprobenmessungen- Graphische Darstellung, Excel-Export


Software – MesSy: Schichten

• TestStand

• LabView

• LabView RT

• LabView FPGA


Software – MesSy: Funktionalität + Timing- TestStand

o Erstellung eines Prüfablaufs für einen Prüflingo Automatischer Start paralleler Executions

- LabViewo Funktionsbibliothek für Zugriff auf MesSy

- LabView RTo Datentransfer zwischen PC und FPGAo Echtzeitausführung für Teilsequenzen

- LabView FPGAo Analogwerterfassungo Kontinuierliche analoge Signalüberwachung ohne PC-Auslastungo Datentransfer für Kommunikationo PWM + Pattern generation

≈ 0,1…1 Sek.

≈ 0,01 … 0,5 Sek.

= 10 ms

= µs

z.B. digital IO z.B. CAN z.B. get Timestamp


Software – MesSy: Testschritte

PC

RT

FPGA

Execute

Comm

and

Resp

onse

Set

Get

Execute

Comm

and

Resp

onse

Execute

Comm

and

Resp

onse

Get

Execute

Data

Data

Testschritt im Prüfablauf

Bibliotheksfunktion

(z.B. CAN-Kommunikation)


Software – MesSy: Echtzeitausführung

PC

RT

FPGA

Execute

Comm

and

Resp

onse

Set

Get

Execute

Comm

and

Resp

onse

Execute

Comm

and

Resp

onse

Get

Execute

Data

Data

Load commands Execute Get results


Software – MesSy: Analogauswertung

- Kurvenformauswertungo Auswertung von Einzelaufnahmen im Zeitbereicho FFT

- Kontinuierliche Analogwertüberwachungo Statische Signale

» Min, Max, Avg, Nr. Samples, Nr. Errors» Einstellbare Fehlergrenze

o Periodische Signale» Triggerfunktionalität» Min, Max, Flanken, Mittelwert innerhalb des Fensters


Software – MesSy: FPGA Ressourcen

Device Utilization---------------------------Total Slices: 33.6% (13760 out of 40960)Flip Flops: 27.2% (11161 out of 40960)Total LUTs: 106.7% (21844 out of 20480)Block RAMs: 62.5% (25 out of 40)

Timing---------------------------MiteClk (Used by non-diagram components): 33.04 MHz (56.41 MHz maximum)40 MHz Onboard Clock: 40.41 MHz (40.88 MHz maximum)80MHz: 80.00 MHz (81.96 MHz maximum)CMM_Clk: 2.50 MHz (28.11 MHz maximum)

Device Utilization---------------------------Total Slices: 67.2% (13760 out of 20480)Flip Flops: 27.2% (11161 out of 40960)Total LUTs: 53.4% (21844 out of 40960)Block RAMs: 62.5% (25 out of 40)

Timing---------------------------MiteClk (Used by non-diagram components): 33.04 MHz (56.41 MHz maximum)40 MHz Onboard Clock: 40.41 MHz (40.88 MHz maximum)80MHz: 80.00 MHz (81.96 MHz maximum)CMM_Clk: 2.50 MHz (28.11 MHz maximum)


Speziallösungen

- Integration von Originallasteno Pumpen mit Wasserkreislaufo Fensterhebero Schließermotoren, etc.

- Lebensdauersimulation für Infotainmentsystemeo Prüfung sowohl elektrisch als auch mechanischo Integration von Pneumatikelementen


Speziallösungen – Hybrid- / ElektrofahrzeugeLifetime tester Device under test

Control SW+HWCAN

Pro

fibus

DC

AC

DC

DCM M HEV

ECU

Supply

Energy flow(ECU retarding)

1 2

3 4

5

6

- Kopplung elektrischer Maschinen o 100kW Leistungo Simulation von Fahrzykleno Zirkulation der Energie

- IRS als Generalunternehmer füro Messtechnik mit NI Compact-RIOo Wasser/Glykol-Temperierung -40 … +105°Co Maschinen und HV-Batteriesimulation 450V / 400A


Ausblick

•Einsatz des Mess-Systems Aktuell in Lebensdauersimulation

- 2 Anlagen (18 Prüfplätze) werden seit Q2/2011für Qualifikation eingesetzt- 2 Anlagen (12 Prüfplätze) werden in Q4/2011 geliefert- 2 Anlagen (8 Prüfplätze) für China sind im Aufbau- 2 Anlagen (16 Prüfplätze) für Mexiko sind angeboten- …

Reparaturplätze Rückwarenanalyse Entwicklungstestplätze


Weiterführende Informationen IRS Kontakt:

IRS Systementwicklung GmbHPfaffenthanner Weg 5D-93179 Brennberg

• Tel: +49 (0) 9484 / 9500 – 0• Fax: +49 (0) 9484 / 9500 – 25

• [email protected]

• www.irs-systeme.de

VIELEN DANK!

mailto:[email protected]

http://www.irs-systeme.de/

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