Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO Entwicklung eines...
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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
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
Agenda Wer ist IRS? Herausforderungen Lösungen Hardware
- Anlagenkonzept- Lastbox- MesSy (Mess-System)- Selbsttest + Kalibrierung
Software- SW-Konzept- Bedienoberfläche- MesSy
Speziallösungen
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
Einführung – Lebensdauersimulation mit IRS
•Qualifikation von Baugruppen Dauerlauf Umwelterprobung Temperatur- und Klimatest Vibrationstest Spritzwasser-, Salznebeltest
•Unter Simulation realer elektrischer Betriebsbedingungen
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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.
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
Einführung - Anwendungsgebiet
•Automotive Steuergeräte- Body controller, incl. Funktest- Motorsteuerung, - Getriebesteuerung- Speziallösungen
o Infotainmento Hybrid- / Elektrofahrzeug Leistungselektroniko Sensoren
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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)
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
Lösung von IRS - Weiterentwicklung
•Technologie Plattform für die Messtechnik NI Single-board-RIO Echtzeitverhalten über LabView-RT. Kontinuierliche Aufgaben in LabView-FPGA
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
Hardware – Anlage
Lastbox
Mess-System
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
Hardware – Lastbox
Eingangsstimulation Kommunikation Spannungsmessung
Lastnachbildungen
Prüfling
prüflingsspezifischWiederverwendbar
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
Hardware – Lastbox
Prüflingslasten
Mess-System
Zusatzelektronik
Prüflingsanschluss
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
Hardware – MesSy: Re-use
•Kostenreduktion durch Wiederverwendbarkeit
Prüflingsspezifische Lastbox
Mess-System einfach wechselbar
Re-use-Effekt
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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
Optional:Standard C-Series Module
Optional:Standard C-Series Module
Analog Input 64x:
- 32x Single Ended (Ref1)
- 16x Single Ended (Ref2)
- 16x differential
Analog Input 64x:
- 32x Single Ended (Ref1)
- 16x Single Ended (Ref2)
- 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
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
Software – Gesamtkonzept
- Trennungo Bedienoberflächeo Prüfablaufo Mess-System
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
Software – MesSy: Schichten
• TestStand
• LabView
• LabView RT
• LabView FPGA
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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)
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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)
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
Speziallösungen
- Integration von Originallasteno Pumpen mit Wasserkreislaufo Fensterhebero Schließermotoren, etc.
- Lebensdauersimulation für Infotainmentsystemeo Prüfung sowohl elektrisch als auch mechanischo Integration von Pneumatikelementen
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
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
Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit NI Single-Board RIO
Weiterführende Informationen IRS Kontakt:
IRS Systementwicklung GmbHPfaffenthanner Weg 5D-93179 Brennberg
• Tel: +49 (0) 9484 / 9500 – 0• Fax: +49 (0) 9484 / 9500 – 25
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