Lebensdauersimulation für Steuergeräte mit

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1 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

2 Agenda Wer ist IRS? Herausforderungen Lösungen Hardware Anlagenkonzept Lastbox MesSy (Mess-System) Selbsttest + Kalibrierung Software SW-Konzept Bedienoberfläche MesSy Speziallösungen

3 Wer ist IRS? Gründung: 1991 Firmensitz: Brennberg, 25km nordöstlich von Regensburg Mitarbeiter: 45 mehr als die Hälfte sind Entwicklungsingenieure für Hard- u. Software eigene Elektronikabteilung für Fertigung und Aufbau Lösungen: Mess- und Prüfsysteme, Fertigungstester, Lebensdauersimulationsanlagen, Modulentwicklung

4 Einführung Lebensdauersimulation mit IRS Qualifikation von Baugruppen Dauerlauf Umwelterprobung Temperatur- und Klimatest Vibrationstest Spritzwasser-, Salznebeltest Unter Simulation realer elektrischer Betriebsbedingungen

5 Einführung Simulation der elektr. Umgebung Eingangsstimulation Kommunikation Messung Lastbox Lastnachbildungen Prüflingskabel Temperatur-, Vibrations-, Feuchtigkeitsbeständig Typ Prüflinge im Parallelbetrieb Klima-,Vibrations-, Salznebel-, Kammer DUT DUT DUT Lebensdauersimulationsanlage (z.b. mit 3x Lastbox)

6 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.

7 Einführung - Anwendungsgebiet Automotive Steuergeräte Body controller, incl. Funktest Motorsteuerung, Getriebesteuerung Speziallösungen o Infotainment o Hybrid- / Elektrofahrzeug Leistungselektronik o Sensoren

8 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)

9 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

10 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

11 Lösung von IRS - Weiterentwicklung Technologie Plattform für die Messtechnik NI Single-board-RIO Echtzeitverhalten über LabView-RT. Kontinuierliche Aufgaben in LabView-FPGA

12 Hardware Anlage

13 Hardware Lastbox Mess-System Eingangsstimulation Kommunikation Spannungsmessung Lastbox Lastnachbildungen Wiederverwendbar prüflingsspezifisch Prüfling

14 Hardware Lastbox Prüflingslasten Mess-System Zusatzelektronik Prüflingsanschluss

15 Hardware MesSy: Re-use Kostenreduktion durch Wiederverwendbarkeit Prüflingsspezifische Lastbox Mess-System einfach wechselbar Re-use-Effekt

16 Hardware MesSy: Aufbau Analog Digital Kommunikation Reserve 27 P4 (0,1,2) Ethernet Ethernet P5 (3,4,7) RT Controller FPGA J11 C-Series J10 C-Series J9 C-Series P2 (2,5,6) P3 (7,8,9)

17 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 V 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

18 Hardware MesSy: Zusatzhardware

19 Hardware CMM: Ruhestrommessung Automatische Bereichswahl (<1µs) Auflösung 125nA min. Schnittstellen: Analog, Digital, Seriell, CAN Geringer Spannungsabfall ( 125A) 100A Version o 100A Dauerstrom / 125A max. o 7 Bereiche für 7 Dekaden 25A Version o 25A Dauerstrom o 6 Bereiche für 6 Dekaden

20 Hardware MesSy: Selbsttestadapter Automatisierte Funktionsprüfung o Relais o Analogeingänge o Kommunikationsleitungen Werkskalibrierung o Ermittlung von Korrekturfaktoren o Speicherung im EEPROM Relative Measurment Error {%], relative to measured value Relative Measurment Error {%], relative to measured value 0,3 0,2 0,1 0-0,1-0,2-0,3-0, Input Voltage [V] 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0-0,2-0,4-0,6-0, Input Voltage [V]

21 Software Gesamtkonzept Trennung o Bedienoberfläche o Prüfablauf o Mess-System

22 Software Bedienung und Report Bedienoberfläche Prüflingskonfiguration (Prüflingsnummer, Auftragsnummer, ) Testkonfiguration (Laufzeit, Rahmenparameter, ) Logging o Fehler o Ereignisse o Messwerte (zyklisch) Statistische Auswertung Von zyklischen Stichprobenmessungen Graphische Darstellung, Excel-Export

23 Software MesSy: Schichten TestStand LabView LabView RT LabView FPGA

24 Software MesSy: Funktionalität + Timing 0,1 1 Sek. TestStand o Erstellung eines Prüfablaufs für einen Prüfling o Automatischer Start paralleler Executions 0,01 0,5 Sek. LabView o Funktionsbibliothek für Zugriff auf MesSy = 10 ms LabView RT o Datentransfer zwischen PC und FPGA o Echtzeitausführung für Teilsequenzen = µs LabView FPGA o Analogwerterfassung o Kontinuierliche analoge Signalüberwachung ohne PC-Auslastung o Datentransfer für Kommunikation o PWM + Pattern generation

25 Software MesSy: Testschritte Testschritt im Prüfablauf Bibliotheksfunktion (z.b. CAN-Kommunikation) PC z.b. digital IO z.b. CAN z.b. get Timestamp RT Execute Execute Execute FPGA Get Set Execute Get

26 Software MesSy: Echtzeitausführung Load commands Execute Get results PC RT Execute Execute Execute FPGA Get Set Execute Get

27 Software MesSy: Analogauswertung Kurvenformauswertung o Auswertung von Einzelaufnahmen im Zeitbereich o FFT Kontinuierliche Analogwertüberwachung o Statische Signale» Min, Max, Avg, Nr. Samples, Nr. Errors» Einstellbare Fehlergrenze o Periodische Signale» Triggerfunktionalität» Min, Max, Flanken, Mittelwert innerhalb des Fensters

28 Software MesSy: FPGA Ressourcen Device Utilization Total Slices: 33.6% 67.2% (13760 out of 40960) 20480) Flip Flops: 27.2% (11161 out of 40960) Total LUTs: 106.7% 53.4% (21844 out of 20480) 40960) Block RAMs: 62.5% (25 out of 40) Timing MiteClk (Used by non-diagram components): MHz (56.41 MHz maximum) 40 MHz Onboard Clock: MHz (40.88 MHz maximum) 80MHz: MHz (81.96 MHz maximum) CMM_Clk: 2.50 MHz (28.11 MHz maximum)

29 Speziallösungen Integration von Originallasten o Pumpen mit Wasserkreislauf o Fensterheber o Schließermotoren, etc. Lebensdauersimulation für Infotainmentsysteme o Prüfung sowohl elektrisch als auch mechanisch o Integration von Pneumatikelementen

30 Speziallösungen Hybrid- / Elektrofahrzeuge Lifetime tester Device under test 1 2 Energy flow (ECU retarding) DC DC DC AC M M HEV ECU 5 Supply Profibus Control SW+HW CAN Kopplung elektrischer Maschinen o 100kW Leistung o Simulation von Fahrzyklen o Zirkulation der Energie IRS als Generalunternehmer für o Messtechnik mit NI Compact-RIO o Wasser/Glykol-Temperierung C o Maschinen und HV-Batteriesimulation 450V / 400A

31 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

32 Weiterführende Informationen IRS Kontakt: IRS Systementwicklung GmbH Pfaffenthanner Weg 5 D Brennberg Tel: +49 (0) 9484 / Fax: +49 (0) 9484 / VIELEN DANK!

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