UTP 9065 Run-in Screening Anlage für E-Call-Notrufsysteme

Dipl.-Ing. Markus Solbach, NOFFZ ComputerTechnik GmbH

"Der hohe Grad der Modularisierung und Optimierung bei der Softwareentwicklung sowie das standardisierte Variantenmanagement mit der Oberfläche NOFFZ UTP TEF (Test Execution Frontend) ermöglichen eine einfache und effiziente Anpassung der Testabläufe an neue Varianten sowie eine gute Integrierung des VSTs in das bestehende Testerkonzept."

- Dipl.-Ing. Markus Solbach, NOFFZ ComputerTechnik GmbH

Die Aufgabe:

Ein Multi-DUT-Tester mit vollem Umfang eines Run-In Screening und Funktionstests sollte entwickelt werden, um neuartige eCall-Produkte zu testen. Nach geltenden Richtlinien werden die Notruf-produkte Standard in jedem PKW und müssen so im gesamten Temperaturbereich nach Automotive-Spezifikation geprüft werden. Hierbei ist es entscheidend, aufgrund der hohen Stückzahl und des Kostendrucks geringste Prüfzeiten zu realisieren.

Die Lösung:

Durch die Verwendung eines Noffz-UTP-Tester und NI-TestStand-Batch-Prozessmodells konnte ein hoher Parallelisierungsgrad erreicht werden. Konkret konnten 28 DUTs im Klimaschrank getestet werden. Neben der Ruhestrommessung wurden die sicherheitskritischen Funktionen über Non-Signalling-Test auf Basis des NI Vektorsignal-Transceivers getestet. Die Testzeiten wurden so von knapp 7 Minuten auf ca. 1 Minute pro DUT reduziert.

Autor(en):
Dipl.-Ing. Markus Solbach - NOFFZ ComputerTechnik GmbH
Marc Abels - NOFFZ ComputerTechnik GmbH
Dipl.-Ing. Sergej Dirks - NOFFZ ComputerTechnik GmbH
Enrique Gutierrez - Peiker Acustic GmbH & Co.KG

 

Kurzfassung

Ab dem Jahr 2014 wird von der Europäischen Union gefordert, dass alle ausgelieferten Neufahrzeuge mit einem E-Call-Notrufsystem ausgestattet werden, welches bei einem Unfall einen automatisierten Notruf an die europäische Notrufnummer 112 ausführt und gleichzeitig seine GPS-Standort-Informationen übermittelt, um Rettungsmaßnahmen schneller und effizienter als bisher einleiten und durchführen zu können. Die peiker acustic GmbH & Co. KG in Friedrichsdorf stellt bereits seit vielen Jahren erfolgreich Mikrofone, Freisprecheinrichtungen, Multimediasysteme und Telefonmodule für die Automobilindustrie her, sodass sie durch ihre umfassenden Erfahrungen im Bereich der mobilen Kommunikationstechnik mit der Herstellung von eCall-Modulen in großen Stückzahlen beauftragt worden ist. Aus diesem Grund benötigte peiker einen Run-In-Screening-Tester, der in der Lage ist, bis zu 28 eCall-Module parallel in einem Klimaschrank zu testen und gleichzeitig ein umfassendes Variantenmanagement bietet, da die Module in Abhängigkeit vom Fahrzeughersteller mit unterschiedlichen Kontaktierungen und Platinen-Layouts ausgestattet sind.

 

Die Anlage, die außerdem in der Lage sein sollte, einen vollständigen Funktionstest der DUTs durchzuführen, sollte auf Basis des NOFFZ UTP-9065-Testsystems konzipiert und implementiert werden. Alle zur Anschaltung der DUTs sowie zur ihrer Prüfung und Bewertung erforderlichen Messgeräte, Datenerfassungskarten, Netzteile usw. sollten in Form von NI-Hardwarekomponenten in den Tester integriert werden und soweit wie möglich als NI-PXI-Variante in einem entsprechenden Chassis zum Einsatz kommen. Neben der optimalen Kommunikation zwischen dem Prüfling und dem Tester sollte das UTP 9065 auch eine vollständige Anbindung an die Kundendatenbank und das iTAC-Traceability-System von peiker erhalten, um Seriennummern verwalten und Prüfergebnisse hinterlegen zu können.

 

Aufgabenstellung

Für den Run-In- und Screening-Test von eCall-Modulen in hohen Stückzahlen wurde ein robustes Klimaschrank-Testsystem benötigt, das im Temperaturbereich zwischen -40 °C und +85 °C einen parallelen Screeningtest von 28 Prüflingen durchführen kann. Neben der Anbindung an die Kundendatenbank und das iTAC-System sollte der Tester ein umfassendes Variantenmanagement erlauben, das sowohl die individuelle Kontaktierung und Messung der Prüflinge ermöglicht, als auch das Hinterlegen von prüflingsspezifischen Temperaturkurven für den Klimaschrank beinhaltet. Um die Durchlaufzeiten so gering wie möglich zu halten, sollte der Tester möglichst viele Messungen parallel an allen 28 Prüflingen durchführen. Unter anderem soll das System Arbeits- und Prüfschritte wie Ruhestrommessung, Aufwecken per USB und DIAG CAN, Aktivierung des Testmode, Abfragen von Hardware- und Software-Stand, Überspannungs- und Niedrigspannungsbetrieb durchführen können. Im Rahmen des Projekts sollen in NI LabVIEW bzw. TestStand separate Code-Module für den CAN-Bus, die Ansteuerung der digitalen IOs und des Klimaschranks sowie für die parallele Strommessung und für die Umsetzung der weiteren Testanforderungen entwickelt werden.

 

Basis für die Implementierung des Testablaufs in NI TestStand, ist das NOFFZ UTP TEF (Test Execution Frontend), welches bereits für Batch Processing von DUTs standardisiert worden ist. Das hiermit verbundene Prozessmodell wird individuell an die Anforderungen des Tests der eCall-Module angepasst, um einen optimalen und parallelen Ablauf mit minimalen Durchlaufzeiten gewährleisten zu können.

 

Bedingt durch den temperaturabhängigen Screeningtest im Klimaschrank ergeben sich durch die Aufwärm- und Abkühlphasen lange Testzeiten, die durch die Messungen am Prüfling keiner weiteren Vergrößerung unterliegen sollen. Für den prinzipiellen zeitlichen Ablauf der Tests gilt: Die Prüfung soll bei ca. 20 °C Umgebungstemperatur starten und mit einer 25-minütigen Abkühlphase auf -40 °C beginnen. Bei dieser Temperatur sollen die Prüflinge 30 Minuten verbleiben und getestet werden, bevor die 40-minütige Aufheizphase auf +85 °C beginnt. Nach Erreichen dieser Temperatur sollen die Prüflinge 60 Minuten betrieben und getestet werden, bevor sie innerhalb von 30 Minuten auf 20 °C abgekühlt werden, um ohne Kondenswasserbildung aus dem Klimaschrank entnommen werden zu können. Somit ergibt sich aus der Temperaturkuve bereits eine Durchlaufzeit von 185 Minuten. Während des Prüfvorgangs wird dem DUT seine durch das iTAC-System vorbestimmte Seriennummer zugewiesen. Nach dem Abschluss der Prüfung werden die Testergebnisse unmittelbar in die iTAC-Datenbank geschrieben.

 

Herausforderung und Lösung

Bei der Realisierung dieses Testsystems stellten sich gleichzeitig mehrere Herausforderungen, die zunächst in der erforderlichen großen Anzahl an Prüflingen und dem daraus resultierenden hohen Grad der Parallelisierung begründet sind. Hiermit unmittelbar verknüpft ist die geforderte Optimierung der Durchlaufzeiten, die trotz der insgesamt langen Zykluszeit durch die Aufwärm- und Abkühlphasen erreicht werden sollte. Auch die einwandfreie Kommunikation mit der Kundendatenbank und dem MES-System, einschließlich des Varianten- und Seriennummern-Managements, war eine Herausforderung, da die Anbindung an bestehende Softwarestrukturen von peiker erfolgen und die bestehenden Softwaremodule von HPVee in das NI-LabVIEW/NI-TestStand-Framework-Konzept überführt werden sollten. Die große Anzahl an Prüflingen konnte durch den Einsatz von leistungsfähigen NI-PXI-Karten bewältigt werden, die beispielsweise bis zu 32 serielle Schnittstellen und bis zu 96 IO-Kanäle zur Verfügung stellen. Zahlreiche Testschritte, wie das Anschalten der Prüflinge, der Aufbau der Kommunikation, die Ruhestrommessung usw., können mit ihrer Hilfe vollständig parallel ausgeführt werden. Lediglich die Überprüfung der GSM-Last-Funktionalität wurde sequentiell für alle Prüflinge ausgeführt. Das NOFFZ NI TestStand-TEF für Batch Processing wurde ebenfalls für die Anzeige der Statusmeldungen aller 28 gleichzeitig durchgeführten Tests optimiert und erweitert. Durch eine optimale Umsetzung der Parallelität durch leistungsfähige Hardware und konsequente Modularisierung auf der Software-Seite konnte gleichzeitig die Forderung nach möglichst geringen Durchlaufzeiten erfüllt werden (Bild 1).

 

 

Basierend auf den iTAC-Libraries des Kunden konnte auch die Anbindung an die Datenbank des Traceability-Systems effizient umgesetzt werden, sodass Seriennummern verwaltet und zugewiesen werden können und die Test-Reports direkt an die Datenbank übermittelt werden.

 

Eingesetzte Soft- und Hardware

Der parallele Prüfablauf des Batch-Prozesses einschließlich des Variantenmanagements wurde vollständig in NI TestStand implementiert. Die einzelnen Testschritte wurden modular mithilfe von NI LabVIEW umgesetzt und anschließend in NI TestStand integriert und variantenabhängig ausgeführt. Im Tester werden die folgenden Messgeräte, Netzgeräte und sonstigen Hardwarekomponenten verwendet (Bild 2):

  • NI PXI-1045, 18-Slot 3U Chassis mit Universal AC PSU zur Aufnahme aller Mess- und Schaltkarten, Ansteuerung über einen IPC mit MXI-Interface 
  • 40-145-201 100 × SPST Elektromechanische Relais Schaltkarte zur parallelen Anschaltung der USB-Versorgungspannung der 28 Nester NI PXI-6225 DAQ 16 bit, 250 kS/s, 80 Analogeingänge für die parallele differenzielle Erfassung der Ruheströme
  • NI PXI-4065 DMM mit 6 ½ Stellen für die Messung der CAN-Bus Pegel und den USB-Schirmwiderstand
  • NI PXI-8513/2 NI-XNET-CAN-Schnittstellenkarte mit 2 Ports zur Steuerung von CAN-EPT und CAN-DIAG
  • NI PXI-2576 Multiplexer mit 128 Kanälen (Dual 32x1 2-wire) zur Aufschaltung von CAN-EPT bzw. CAN-DIAG auf jeweils einen Prüfling
  • NI PXI-8430/16 RS-232-Schnittstelle für NI PXI mit 16 Ports zur parallelen Steuerung der Debugging-Schnittstelle
  • NI PXI-2547 8x1-Multiplexer, 2,7 GHz, 50R zur Aufschaltung eines Prüflings an eine 100 k Last
  • NI PCI-GPIB zur Steuerung der Netzteile
  • NI PXI-6509 Digital-IO mit 96 Kanälen und 5 V TTL/CMOS zur System- bzw. Adaptersteuerung
  • NI PXI-PCI-8360 MXI-Express Kit zur Steuerung des NI-PXI-Chassis über einen IPC
  • N5747A DC System Power Supply, 60 V, 12,5 A, 750 W für die parallele Versorgung von 28 Prüflingen
  • N5745A DC System Power Supply, 30 V, 25 A, 750 W für die parallele USB-Versorgung von 28 Prüflingen, temperaturfeste Leitungen für einen Bereich von -40 °C bis +85 °C

 

 

Zusammenfassung und Ausblick

Nachdem auf Basis des NOFFZ-UTP-9065-Konzepts ein robustes und flexibles Run-In- und Screening-System für eCall-Module entwickelt werden konnte, welches ein umfassendes Variantenmanagement sowie die Anbindung an die Kundendatenbank und das iTAC-System ermöglicht, sollen in naher Zukunft weitere Nachbauten des Testsystem durchgeführt werden (Bild 3).

 

Neben der Verwendbarkeit dieser Systeme für weitere Varianten sollen die Systeme zusätzlich über einen NI VST verfügen, der zeiteffizient Non-Signalling-Tests von Rufaufbauten ermöglicht und somit die Durchlaufzeiten der Prüflinge weiter reduzieren kann.

 

Der hohe Grad der Modularisierung und Optimierung bei der Softwareentwicklung sowie das standardisierte Variantenmanagement mit der Oberfläche NOFFZ UTP TEF (Test Execution Frontend) ermöglichen eine einfache und effiziente Anpassung der Testabbläufe an neue Varianten sowie eine gute Integrierung des VSTs in das bestehende Testerkonzept.

 

 

 

 

 

Informationen zum Autor

Dipl.-Ing. Markus Solbach
NOFFZ ComputerTechnik GmbH
Tempelsweg 24a
Tönisvorst 47918
Germany
Tel: +49 (0)2151 99878-80
Fax: +49 (0)2151 99878-88
markus.solbach@noffz.com

Bild 1: Flexible NOFFZ TEF für Parallelprüfung mit NI TestStand
Bild 2: Auszug aus dem NI-PXI-System
Bild 3: UTP-9065-Run-In/Screening-Tester mit Klimaschrank