Testen elektronischer Steuereinheiten (ECUs) eines Fahrzeugs mithilfe von NI TestStand, NI LabVIEW und PXI

Dillon Glissmann, DISTek Integration, Inc.

"NI TestStand stellt eine sofort einsetzbare Lösung dar, mit der die Entwicklungszeit verkürzt werden konnte, da sie eine Reihe von Schlüsselfunktionen bietet. LabVIEW hingegen verfügt über die native Funktionalität, um die für das Prüfsystem nötige Hardware zu steuern."

- Dillon Glissmann, DISTek Integration, Inc.

Die Aufgabe:

Entwicklung einer flexiblen, automatisierten Prüfvorrichtung, um unabhängig und einheitlich ein System aus elektronischen Steuereinheiten (ECUs) eines Fahrzeugs im laufenden Betrieb zu testen

Die Lösung:

Benutzerdefiniertes Anpassen der Software NI TestStand mithilfe der grafischen Programmierumgebung NI LabVIEW, um ein modulares, PXI-basiertes Prüfsystem zu steuern

Eingesetzte Produkte: NI LabVIEW, NI TestStand, PXI-Hardware, CAN-Bus, CompactRIO-Module, FPGA-Technologie

Ein weltweiter Zulieferer von Maschinen für die Land- und Forstwirtschaft sowie das Baugewerbe möchte seine Effizienz und Leistung weiter steigern. Um dies zu erreichen, benötigte das Unternehmen ein Prüfsystem, mit dem Ingenieure neue und bereits vorhandene Produkte validieren und verifizieren können. Dieses neue System sollte über ausreichend Leistung verfügen, um bestimmte Anforderungen zu testen, sowie über die Flexibilität, sich an Änderungen an der Hardware und an andere Systeme anzupassen. DISTek Integration Inc. wurde mit der Entwicklung, Prototypenerstellung und Fertigung eines leistungsstarken Prüfsystems beauftragt, das diese Voraussetzungen erfüllte.

 

Systemkomponenten

Mit der Software NI TestStand und der PXI-Hardware von National Instruments sollte eine Lösung entwickelt werden, die zahlreiche Technologien kombiniert, um effizient mit den ECUs interagieren zu können. In einem komplett funktionsfähigen Bordnetz kommunizieren ECUs über einen CAN-Bus mithilfe des CAN-Protokolls SAE J1939. Das Prüfsystem simuliert diese Buskommunikation mit dem DeviceNet-Schnittstellenmodul NI PXI-8461 und einer benutzerspezifischen LabVIEW-Anwendung. Diese LabVIEW-Applikation dient als CAN-Engine für J1939, mit der Nachrichten von anderen ECUs empfangen oder auch simuliert werden können.

 

Die Vielfalt an ECU-I/O wird durch den Einsatz mehrerer Datenerfassungskarten vom Typ NI PXI-6259, dem Modul NI PXI-6527, dem FPGA-Modul NI PXI-7833R und den Modulen NI cRIO-9474 und NI cRIO-9477 koordiniert. Mit der Datenerfassungshardware werden verschiedene der ausgegebenen Steuersignale des Systems gemessen. Die NI-FPGA-Hardware wird für die anspruchsvolle Erzeugung von frequenzbasierten Signalen in Echtzeit genutzt, wie beispielsweise den Signalen, die von Hall-Effekt-Sensoren ausgegeben werden. Außerdem gehört zum Systemaufbau das universell einsetzbare Relais-Schaltmodul NI PXI-2569, mit dem sich eine manuelle Schaltmatrizensteuerung zur Bedienung simulieren lässt.

 

Neben den I/O-Anforderungen des Prüflings steuert und überwacht NI TestStand die Systemleistung, ECUs sowie die I/O-Kanäle und greift dabei auf die Unterstützung von Datenerfassungsgeräten, GPIB-Geräten und einem softwaregesteuerten Fehlerbus zurück. Über die Anpassung der Gesamtsystemleistung lässt sich die variable Spannung simulieren, die normalerweise von integrierten Batterien bereitgestellt wird. Wird die Schaltleistung auf die ECUs eingestellt, können alle Einheiten gleichzeitig betrieben werden, wohingegen ein Einstellen auf die I/O zu kontrollierten Kanalausfällen führt.

 

Eine anpassbare Lösung

Mit diesem erweiterbaren und anpassbaren Prüfsystem kann Hardware rekonfiguriert und somit für neue Produktentwicklungen aufgebaut werden. Das Prüfsystem ist in funktionale Chassis für jeden der ECU-Prüfstände unterteilt. Jedes dieser Chassis verfügt über eine Reihe von freien Anschlüssen, I/O für die Systemrekonfigurierung und offene externe Anschlüsse. Über die Leistung der FPGAs, die die einzelnen Ausgänge des Systems regeln, lassen sich Kanäle auch so rekonfigurieren, dass sie komplexere Aufgaben erfüllen und beispielsweise Encoder, pulsweitenmodulierte Signale oder digitale Geräte simulieren, die über eine Schnittstelle mit einer ECU verbunden sind. Wenn der Prüfling wechselt, können Kanalname, -skalierung und -anschlüsse einfach verändert werden, sobald ein Bediener die Dokumentation aktualisiert, die in Form von Microsoft-Excel-Tabellen vorliegt. Die Daten werden daraufhin mithilfe einer LabVIEW-Anwendung analysiert, auf die über die Benutzerschnittstelle zugegriffen werden kann.

 

Eine benutzerfreundliche Umgebung mit LabVIEW

Benutzerdefinierte Schritttypen, die in LabVIEW erstellt und zum NI TestStand Custom Sequence Editor hinzugefügt werden, ermöglichen das Schreiben von Tests für das System. Mit diesen High-Level-Schritttypen kann der Bediener auf einer vereinfachten, benutzerfreundlichen Ebene mit dem Prüfsystem interagieren. Die dadurch aktualisierte und erweiterte Anordnung der Entwicklungsmenüs ordnet diese neuen benutzerdefinierten Schritte prominenter an, ohne dabei die komplexeren nativen Prozesse in NI TestStand zu beeinträchtigen. So wird die Zeit, die für die Fensternavigation aufgewandt wird, verkürzt, wodurch sich Tests schneller durchführen lassen.

 

Mithilfe einer einfacheren Benutzeroberfläche, die in LabVIEW entwickelt wurde, kann der Anwender eine Reihe von Tests organisieren, diese auf einen späteren Zeitpunkt verschieben oder ausführen, auch während das System überwacht und Berichte erstellt werden. Zu jeder Zeit der Testdurchführung lassen sich über vom Benutzer austauschbare Indikatoren Analogeingänge überwachen und CAN-Nachrichten erstellen. Berichte werden für eine spätere Bezugnahme über den Pass-/Fail-Status als Datei gespeichert und organisiert.

 

Nutzen und Vorteile der NI-Plattform

Als eigenständige Prüfvorrichtung, mit der ein vollständiges ECU-System geprüft werden kann, lassen sich mit dem System Prüfungen auch vor Ort durchführen. Wiederholte Prüfungen mit automatisierten Prüfsystemen sind nicht nur zuverlässiger als mit manuellen, sondern auch sicherer, da Schutzmechanismen geprüft werden können, deren effizienter Test vor Ort andernfalls schwierig oder gefährlich für den Bediener sein kann.

 

Dank der Flexibilität des gesamten Prüfsystems erhalten Anwender ein anpassbares und einfach zu handhabendes System für das Erstellen und Durchführen von Tests. NI TestStand stellte eine sofort einsetzbare Lösung dar, mit der die Entwicklungszeit verkürzt werden konnte, da sie eine Reihe von Schlüsselfunktionen bietet. LabVIEW hingegen verfügt über die native Funktionalität, um die für das Prüfsystem nötige Hardware zu steuern.

 

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Dillon Glissmann
DISTek Integration, Inc.