Testen der ECUs eines Fahrzeugs mit NI TestStand, NI LabVIEW und PXI

Ein weltweit tätiger Anbieter von Land-, Bau- und Forstbaugeräten arbeitet weiterhin daran, seine Gesamteffizienz und Effizienz zu verbessern. Um dies zu erreichen, war ein Testsystem erforderlich, das Ingenieure bei der Validierung und Verifizierung neuer und vorhandener Produkte unterstützt. Das neue System musste dazu in der Lage sein, eine Reihe von Anforderungen zu testen und die Flexibilität aufweisen, um sich an Hardwareänderungen und zukünftige Systeme anzupassen. DISTek Integration Inc. hatte die Aufgabe, ein fortschrittliches Testsystem zu entwerfen und anschließend Prototypen zu erstellen und bereitzustellen, die diese Anforderungen erfüllen.

Systembausteine

Die Software NI TestStand und die PXI-Hardware von National Instruments wurden ausgewählt, um eine Lösung für zahlreiche Technologien zu entwickeln, die effektiv mit den ECUs interagieren. In einem vollständigen System kommunizieren die ECUs über einen CAN-Bus (Controller Area Network) mit Hilfe des SAE-J1939-Protokolls. Das Testsystem simuliert diese Buskommunikation mit dem NI-PXI-CAN-DeviceNet-Modul und einer benutzerdefinierten LabVIEW-Anwendung. Diese LabVIEW-Anwendung dient als J1939-CAN-Engine für den Empfang und die Simulation von Nachrichten von anderen ECUs.

Die Vielfalt der ECU-I/O wird durch eine Kombination aus mehreren Datenerfassungskarten des Typs NI PXI-659, Modulen des Typs NI PXI-6527, Modulen der R-Serie mit FPGA sowie Modulen des Typs NI cRIO-9474 und NI cRio-9477 gesteuert. Mit der Datenerfassungshardware werden verschiedene Ausgänge des Systems gemessen. Die FPGA-Hardware von NI wird zur harten Erzeugung von frequenzbasierten Signalen in Echtzeit verwendet, z. B. von Hall-Effekt-Sensoren. Des Weiteren ist ein Universalrelais-Schaltmodul NI PXI-2569 zur Simulation der Schaltmatrizen für Bediensteuerung enthalten.

Neben der Erfüllung der I/O-Anforderungen der Prüflinge verwaltet NI TestStand auch die Stromversorgung des Systems, der ECUs und der I/O-Kanäle mithilfe einer Kombination aus Datenerfassungsgeräten, GPIB und einem softwaregesteuerten Fehlerbus. Durch die Anpassung der Gesamtsystemleistung wird die von den integrierten Batterien bereitgestellte variable Spannung simuliert. Die Schaltleistung auf ECU-Ebene bewirkt, dass jede beliebige Kombination von Einheiten gleichzeitig aktiv sein kann, während das Umschalten auf I/O-Ebene einen kontrollierten Fehler an den Kanälen ermöglicht.

Eine anpassbare Lösung

Mit dem erweiterbaren und anpassbaren Testsystem kann die Hardware bei der Entwicklung neuer Produkte neu konfiguriert und aufgebaut werden. Das Testsystem ist in funktionale Chassis für jeden der ECU-Prüfstände aufgeteilt. Jedes Chassis enthält zahlreiche Ersatzanschlüsse, I/O für die Systemrekonfiguration und offene externe Steckverbinder. Mit der Leistung der FPGAs, die die diskreten Ausgänge des Systems steuern, können Kanäle auch für komplexere Zwecke wie die Simulation von Encodern, PWM-Signalen (Pulse-Width Modulation) oder andere digitale Geräte, die eine Verbindung mit einer ECU herstellen können. Wenn sich der Kanalname des Prüflings ändert, können Skalierungen und Anschlüsse problemlos geändert werden, wenn ein Bediener die Dokumentation in Microsoft Excel-Tabellen aktualisiert. Die Daten werden dann mit Hilfe einer LabVIEW-Anwendung analysiert, auf die über die Systembenutzeroberfläche zugegriffen wird.

Eine benutzerfreundliche Umgebung dank LabVIEW

Benutzerdefinierte Schritttypen, die in LabVIEW erstellt und zum NI TestStand Sequence Editor hinzugefügt wurden, erleichtern das Schreiben von Tests für das System. Diese High-Level-Schrittweiten ermöglichen dem Bediener die Interaktion mit dem Testsystem auf einer vereinfachten, benutzerfreundlichen Ebene. Die aktualisierte Anordnung der Entwicklungsmenüs versetzt diese neuen benutzerdefinierten Schritte in einer höheren Position, ohne die komplexeren nativen Operationen in NI TestStand zu entfernen. Dadurch wird die Zeit begrenzt, die für das Navigieren in Fenstern benötigt wird, wodurch die schnellere Erstellung von Tests ermöglicht wird.

Mit einer vereinfachten Benutzeroberfläche, die in LabVIEW entwickelt wurde, können Benutzer eine Reihe von Tests organisieren, die Liste für die spätere Verwendung speichern und die Liste ausführen, während sie das System überwacht und Berichte erzeugt. Die Überwachung von Analogeingängen und CAN-Nachrichten kann jederzeit während der Testausführung mit benutzerdefinierbaren Anzeigeelementen durchgeführt werden. Protokolle werden je nach Status (bestanden oder fehlerhaft) für die spätere Verwendung eingereicht und organisiert.

Ersparnisse und Vorteile bei Nutzung der NI-Plattform

Als eigenständige Testvorrichtung, mit der ein gesamtes System von ECUs getestet werden kann, kann das System als Begleiter für Feldtests dienen. Nicht nur wiederholte Tests mit dem automatisierten Testsystem sind zuverlässiger als mit einem manuellen Testsystem, sondern auch sicherer, da sie das Testen von Sicherheitsverriegelungen ermöglicht, bei denen das Testen für einen Bediener schwierig oder gefährlich sein kann.

Die allgemeine Flexibilität des Testsystems bietet Benutzern ein anpassbares und benutzerfreundliches System zum Erstellen und Ausführen von Tests. NI TestStand bot eine sofort einsatzbereite Lösung, mit der die Entwicklungszeit durch die Bereitstellung einer Reihe von Schlüsselfunktionen reduziert wurde, während LabVIEW die nativen Funktionen zur Steuerung der erforderlichen Testsystemhardware enthielt.

Informationen zum Autor:

Dillon Glissmann
DISTek Integration, Inc.