DE102004041428A1

DE102004041428A1 - Systemintegrationsprüfstand für vernetzte mechatronische Gesamtsysteme

Info

Publication number: DE102004041428A1
Application number: DE102004041428A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Bardelang; Hans-Jürgen Dipl.-Ing. Gutmayer; Gerhard Dipl.-Ing. Pfeiffer; Marco Dipl.-Ing. Rooney
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Gutmayer Hans-Juergen Dipl-Ing De
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-02
Also published as: US20060048015A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Systemintegrationsprüfstand für vernetzte mechatronische Gesamtsysteme mit mechanischen und/oder elektronischen Komponenten (10 bis 50), welche als mathematisches Modell und/oder als reale Baugruppen realisiert sind. Erfindungsgemäß sind die mechanischen und/oder elektronischen Komponenten (10 bis 50) als Module mit eigener Energieversorgung ausgeführt, welche räumlich verteilt betreibbar sind und über eine echtzeitfähige Kommunikationsverbindung, vorzugsweise eine Ethernetverbindung, miteinander kommunizieren oder auch eigenständig funktionieren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Systemintegrationsprüfstand für vernetzte mechatronische Gesamtsysteme nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei der Entwicklung von vernetzten mechatronischen Gesamtsystemen, wie Fahrzeugen, Flugzeugen usw. finden viele Test- und Systemintegrationsschritte statt. Für jeden Integrationsschritt werden in der Regel individuelle Prüfstände entwickelt, um die Anforderungen für Testaufgaben hinreichend zu lösen. Dabei können sehr viele Insellösungen entstehen, die sehr teuer, unflexibel und inkompatibel untereinander sind.
Ferner sind Systemintegrationsprüfstände bekannt, die eine Simulationsform durchführen, die auch als HiL-(Hardware-in-the-Loop) Simulation bezeichnet wird. Ein solcher Systemintegrationsprüfstand umfasst in der Regel die gesamte Elektronikarchitektur eines mechatronischen Gesamtsystems. Die elektronischen und/oder mechanischen Komponenten können als echtzeitfähige mathematische Modelle nachgebildet oder als reale Baugruppen verbaut sein. Das Modell wird mit den Steuergeräteeingängen und Steuergeräteausgängen mittels einer echtzeitfähigen Rechnerperipherie einschließlich I/O-Verarbeitung verbunden. Das Gesamtsystem kann nun wie im realen mechatronischen Gesamtsystem betrieben werden.

In der DE 42 12 890 C2 wird eine Anordnung zum Testen des Ausgangsverhaltens von Steuergeräten beschrieben, welche zur Ansteuerung induktiver oder kapazitiver Lasten vorgesehen sind. Der Test des Steuergerätes erfolgt in der Betriebsart, welcher der normalerweise angeschlossenen Betriebslast entspricht.

In der DE 43 30 312 C2 wird ein Verfahren zur Überprüfung von Anordnungen vernetzter Steuergeräte in der Entwicklungsphase von Kraftfahrzeugen mit einer Prüfanordnung beschrieben. Die Prüfanordnung der Steuergeräte wird gebildet und anschließend wird das Verhalten der Steuergeräte in der Prüfanordnung untersucht, wobei die Prüfanordnung der späteren Anordnung insoweit entspricht, dass die elektrischen Verbindungen der Steuergeräte äquivalent zu der im Fahrzeug vorgesehenen Verbindungen der Steuergeräte sind. Die Steuergrößen, die im Fahrzeug von Sensoren erfasst und an Eingabeschnittstellen der Steuergeräte übertragen werden, werden in der Prüfanordnung von einem Echtzeitrechner berechnet und an die Eingabeschnittstellen übermittelt. Dazu werden dem Echtzeitrechner die Stellsignale, die in den Steuergeräten erzeugt und über die Ausgabeschnittstelle ausgegeben werden übermittelt. Aufgrund der Stellsignale und eines Fahrzeugmodells werden vom Echtzeitrechner die Steuergrößen ermittelt. Dabei müssen den Steuergeräten auch Steuergrößen zugeführt werden, die im Fahrzeug willkürlich vom Fahrer beeinflussbar sind.

In der DE 100 01 484 C1 wird eine Vorrichtung zur Nachbildung elektrischer Komponenten beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung umfasst ein Ansteuermodul, das ein Modell der nachzubildenden Komponenten vorsieht und das Schnittstellensigna le entsprechend den Signalen der nachzubildenden realen Komponenten erzeugt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Systemintegrationsprüfstand für vernetzte mechatronische Gesamtsysteme zur Verfügung zu stellen, der flexibel ausgeführt und optimal an anfallende Testaufgaben anpassbar ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung eines Systemintegrationsprüfstands für vernetzte mechatronische Gesamtsysteme mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Modul für einen Systemintegrationsprüfstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß sind mechanische und/oder elektronische Komponenten eines Systemintegrationsprüfstand für vernetzte mechatronische Gesamtsysteme als Module mit einer eigenen Energieversorgung ausgeführt, welche räumlich verteilt betreibbar sind und über eine echtzeitfähige Kommunikationsverbindung, vorzugsweise eine Ethernetverbindung, miteinander kommunizieren.

Durch den modularen Aufbau des Systemintegrationsprüfstandes lässt sich eine vollständige Elektronikarchitektur eines mechatronischen Gesamtsystems, wie z.B. ein Fahrzeug, ein Flugzeug o.ä. abbilden, wobei die Module in vorteilhafter Weise räumlich verteilt sein können. Durch die modulare Ausführung und die Kopplung der Module über die echtzeitfähige Kommunikationsverbindung, wie beispielsweise Ethernet o.ä., weist der Systemintegrationsprüfstand eine hohe Flexibilität auf und kann schnell an geänderte Testaufgaben angepasst werden.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systemintegrationsprüfstands können die Module über mehrere Entwicklungsstandorte verteilt angeordnet sein und über das Internet mit echtzeitfähigen Protokollen miteinander kommunizieren.

Dadurch ergibt sich eine homogene Struktur der Prüfmittellandschaft in einem Unternehmen und Testergebnisse werden auch an verschiedenen Standorten reproduzierbar und eindeutig interpretiert. Zudem ergibt sich eine hohe Kostenersparnis durch einmaliges Aufwenden der Entwicklungskosten des Systemintegrationsprüfstandes und inkompatible Systemintegrationsprüfstände für vernetzte mechatronische Gesamtsysteme an unterschiedlichen Standorten werden vermieden.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systemintegrationsprüfstands ist mindestens ein Modul aus dem Systemintegrationsprüfstand herauslösbar und als Einzelprüfstand und/oder als Teilprüfstand unabhängig betreibbar.

Dadurch können die einzelnen Module in vorteilhafter Weise als Individualprüfstand für ein einzelnes mechatronisches Teilsystem, wie z.B. Motorsteuerung, Getriebesteuerung, Gasturbinensteuerung usw. eingesetzt werden. Werden mehrere Module aus dem Gesamtprüfstand herausgelöst, können komplexere Teilsysteme, wie beispielsweise ein Triebstrang, welcher die Motorsteuerung und die Getriebesteuerung umfasst, getestet und überprüft werden. Zudem kann der verbliebene Systemintegrationsprüfstand weiter zum Überprüfen von anderen Teilsystemen verwendet werden. Bei einem Extrembeispiel umfasst der Systemintegrationsprüfstand beispielsweise zehn Module, die an zehn Standorten angeordnet sind und zur Überprüfung von zehn Teilsystemen eingesetzt werden können. Zusätzlich können die zehn Module zum Testen von komplexeren Teilsystemen über die echtzeitfähige Kommunikationsverbindung beliebig miteinander kombiniert werden.

In weiterer Ausgestaltung des Systemintegrationsprüfstands ist mindestens ein Bedienrechner vorhanden, der beispielsweise den Systemintegrationsprüfstand und/oder den Einzelprüfstands und/oder den Teilprüfstands bedient.

Die Module des Systemintegrationsprüfstandes sind beispielsweise als Motormodul und/oder Getriebemodul und/oder Instrumentenmodul und/oder Fenstermodul ausgeführt.

In weiterer Ausgestaltung des Systemintegrationsprüfstands ist ein standardisiertes Rack zur Aufnahme der Einzelmodule vorhanden.

Ein erfindungsgemäßes Modul für einen Systemintegrationsprüfstand umfasst einen Elektronikbereich mit Aktor- und/oder Sensorfunktionalität zur Erzeugung von entsprechenden Aktorsignalen und/oder Sensorsignalen, einen Schnittstellenbereich mit einem Echtzeitrechnersystem zur Simulationssteuerung und einem Signalaufbereitungsbereich, und ein Standardnetzteil zur Energieversorgung des Moduls.

In Ausgestaltung umfasst das Modul eine Schnittstelle über welchen Steuergerätsignalleitungen unmittelbar geführt sind. Die Schnittstelle ist vorteilhaft als Einschub gestaltet, der Module aufnimmt. Bei den Modulen handelt es sich um Signalverteiler, Messetrennklemmblöcke oder elektronische Vorrich tungen zur automatischen Einleitung von Kurzschlüssen und/oder Unterbrechungen an den Steuergerät-Signalleitungen

In weiterer Ausgestaltung umfasst das Modul mindestens ein Standardkoppelmodul mit Anschlüssen zum Anschließen von Wartungsgeräten und/oder Diagnosegeräten und/oder Steuergeräten.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Dabei zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Systemintegrationsprüfstandes,
2 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines verteilten Systemintegrationsprüfstandes,
3 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines verteilten Systemintegrationsprüfstandes, und
4 ein Blockschaltbild eines Moduls für den Systemintegrationsprüfstand aus 1 bis 3.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst ein Systemintegrationsprüfstand 100 für ein vernetztes mechatronisches Gesamtsystem, wie ein Fahrzeug, ein Flugzeug o.ä, mechanische und/oder elektronische Komponenten 10 bis 50, die als Module mit eigener Energieversorgung 6 ausgeführt sind. Die Module 10 bis 50 umfassen mathematisches Modelle und/oder reale Komponenten wie Aktoren und Sensoren. Das Modul 10 bis 50 bzw. das Modell im Modul 10 bis 50 wird mit Steuergeräteeingängen und Steuergeräteausgängen mittels einer echtzeitfähigen Rechnerperipherie einschließlich Eingabe-/Ausgabedatenverarbeitung verbunden. Das entsprechende Modul 10 bis 50 kann nun wie im realen mechatronischen Gesamtsystem betrieben werden. Zusätzlich ist ein Bedienrechner 50 zur Bedienung des Systemintegrationsprüfstands 100 vorhanden. Die Module 10 bis sind 50 sind beispielsweise als Motormodul 10 und/oder Getriebemodul 20 und/oder Instrumentenmodul 30 und/oder Fenstermodul 40 ausgeführt. Durch die drei Punkte soll angedeutet werden, dass der Systemintegrationsprüfstand 100 noch mehr Module umfassen kann, beispielsweise Module für Systeme zur aktiv beeinflussbarer Achskinematik, geregelte Federungs- und Dämpfungssysteme, Bremssysteme, Klimasteuergeräte, Navigationsgeräte usw.
Die Besonderheit des modularen Systemintegrationsprüfstandes 100 gegenüber herkömmlichen Systemen besteht in der Modularität einzelner Prüfstandskomponenten 10 bis 50. D.h. ein einzelnes Modul 10 bis 50 repräsentiert ein mechatronisches Teilsystem bzw. Steuergerät und kann aus dem Gesamtverbund des Prüfstands 100 herausgelöst und unabhängig betrieben werden. Dabei ist der „Rest" des Prüfstandes 100 weiter betriebsbereit. Es können ebenso weitere Module 10 bis 50 herausgelöst werden. Die herausgelösten Prüfstandsmodule 10 bis 50 können auch bei einer räumlichem Distanz durch eine echtzeitfähige Kommunikationsverbindung 80 als Gesamtsystem 100 betrieben werden.
2 zeigt den Systemintegrationsprüfstand 100 aus dem das Getriebemodul 20 herausgelöst und mit einem eigenen Bedienrechner 60 verbunden ist. Dies kann jedem beliebigen Modul der Module 10 bis 50 durchgeführt werden. Das verbleibende Restsystem 110 und das neu entstandene Teilsystem 120 kann über die gestrichelt dargestellte echtzeitfähige Kommunikationsverbindung 80 auch als strichpunktiert dargestelltes Gesamtsystem 100 betrieben werden. Mit dem Teilsystem 120 kön nen beispielsweise unabhängig Getriebetests durchgeführt werden. Mit dem Restsystem 110 können beispielsweise Motorentests usw. durchgeführt werden.
3 zeigt einen auf vier Teilsysteme 120, 130, 140 und 150 verteilten Systemintegrationsprüfstand 100. Die einzelnen Teilsysteme 120, 130, 140 und 150 können über die echtzeitfähige Kommunikationsverbindung 80 als strichpunktiert dargestelltes Gesamtsystem 100 betrieben werden. Die Teilsysteme 120 und 150 sind als Einzelprüfstande ausgeführt, d.h. sie umfassen jeweils nur ein aus dem Gesamtsystem heraus gelöstes Modul. Die Teilsysteme 130 und 140 sind als Teilprüfstände ausgeführt, d.h. sie umfassen jeweils mehrere Module.
Die Module 10 bis 50 aus 3 sind auf verschiedene Entwicklungsstandorte verteilt, so befindet sich das Teilsystem 120 beispielsweise in Stuttgart, das Teilsystem 130 in Sindelfingen, das Teilsystem 140 in Detroit und das Teilsystem 150 in Berlin. Trotz der großen räumlichen Distanz können die Module 10 bis 50 wieder zusammengefügt und als Gesamtsystem 100 betrieben werden, solange die echtzeitfähige Kommunikationsverbindung 80 zur Verfügung steht. Die Einzelmodule 10 bis 50, der Gesamtprüfstand 100 oder Teilprüfstande 110 bis 150 sind unabhängig voneinander betreibbar. Dies wird durch eine intelligente Modellstruktur des mechatronischen Gesamtmodells sichergestellt. Dabei können einzelne Modellmodule und Restbussimulationen hinzu- bzw. weggeschaltet werden.
Die Einzelmodule 10 bis 50 können beispielsweise in einem standardisierten Rack zusammengesteckt werden.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 4 der Aufbau der Einzelmodule 10 bis 50 beschrieben, wobei der Aufbau der Einzelmodule 10 bis 50 standardisiert ist.
Wie aus 4 ersichtlich ist umfasst ein Modul 10 bis 50 für einen Systemintegrationsprüfstand 100 einen Elektronikbereich 1 mit Aktor- und/oder Sensorfunktionalität zur Erzeugung von entsprechenden Aktorsignalen und/oder Sensorsignalen, einen Schnittstellenbereich 2 mit einem Echtzeitrechnersystem zur Simulationssteuerung und einem Signalaufbereitungsbereich, ein Standardnetzteil 6 zur Energieversorgung des Moduls 10 bis 50, einen Messertrennklemmen umfassenden Verteilerbereich 3, über den Signale führbar sind und der automatisiert Kurzschlüsse und/oder Unterbrechungen herstellt, mindestens ein Standardkoppelmodul 4 mit Anschlüssen zum Anschließen von Wartungsgeräten und/oder Diagnosegeräten und/oder Steuergeräten und ein Fahrzeugmodul 5 mit Anschlüssen wie Klemmen Kl15, Kl30, Kl31.
Jedes der Einzelmodule 10 bis 50 stellt in sich einen kleinen Prüfstand dar. Der Elektronikbereich 1. simuliert je nach Ausführung des Moduls 10 bis 50 die Aktoren und Sensoren bzw. bildet die Aktoren und Sensoren nach.
Der Schnittstellenbereich 2 umfasst Elektronikeinschübe, die beispielsweise den Echtzeitrechner, welcher die Simulationssteuerung und das Modell rechnet, Eingabe-/Ausgabesteckkarten und/oder CAN-Steckkarten umfassen, die zur Aufbereitung der Signale verwendet werden.
Der Verteilerbereich 3, der aus als Patchmodulbereich bezeichnet wird, besteht aus Messertrennklemmen über den die Signale geführt sind. Diese Patchfeldblöcke können durch Ein schübe realisiert werden. Bei Bedarf können die Patchfeldblöcke durch Kurzschluss- und/oder Unterbrechungsmodule ersetzt werden, die automatisiert Kurzschlüsse und Unterbrechungen herstellen können.
Das mindestens eine Standardkoppelmodul 4 dient zu Entwicklungs-, Wartungs-, und Diagnosezwecken des Moduls 10 bis 50 selbst. Dort sind die internen Anschlüsse und Signale der Eingabe-/Ausgabekarten und des Echtzeitrechners herausgeführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite des Moduls 10 bis 50 ein solches Standardkoppelmodul 4 verfügbar. Weiter sind dort die Anschlüsse für den Steuerrechner vorhanden.
Auf dem Fahrzeugmodul 5 sind Anschlüsse wie Kl15, Kl30, Kl31 und CAN herausgeführt. Sie dienen im Wesentlichen zum Anschluss externer Messgeräte für den Singlebetrieb des Moduls 10 bis 50.
Über das Standardnetzteil 6 wird jedes Modul 10 bis 50 mit elektrischer Energie versorgt.
Die Abmessungen der Einzelmodule 10 bis 50 können so ausgeführt sein, dass die Breite des Prüfstands 100 vorzugsweise 19 Zoll betragen kann. Die Höhe der Module 10 bis 50 kann je nach Platzbedarf zwischen 3 und 9 Höheneinheiten betragen.

Claims

Systemintegrationsprüfstand für vernetzte mechatronische Gesamtsysteme mit mechanischen und/oder elektronischen Komponenten (10 bis 50), welche als mathematisches Modell und/oder als reale Baugruppen realisiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen und/oder elektronischen Komponenten (10 bis 50) als Module mit eigener Energieversorgung ausgeführt sind, welche räumlich verteilt betreibbar sind und über eine echtzeitfähige Kommunikationsverbindung (80) über das Internet, ein Unternehmens-Netzwerk oder das Ethernet miteinander kommunizieren.
Systemintegrationsprüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (10 bis 50) über mehrere Entwicklungsstandorte (120, 130, 140, 150) verteilt sind und über das Internet (80) mit echtzeitfähigen Protokollen miteinander kommunizieren.
Systemintegrationsprüfstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Modul (10, 20, 30, 40, 50) aus dem Systemintegrationsprüfstand (100) herauslösbar und als Einzelprüfstand (120, 150) und/oder als Teilprüfstand (110, 130, 140) unabhängig betreibbar ist.
Systemintegrationsprüfstand nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch, einen Bedienrechner (50) zur Bedienung des Systemintegrationsprüfstand (100) und/oder des Einzelprüfstand (120, 150) und/oder des Teilprüfstands (110, 130, 140).
Systemintegrationsprüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Module als Motormodul (10) und/oder Getriebemodul (20) und/oder Instrumentenmodul (30) und/oder Fenstermodul (50) ausgeführt sind.
Systemintegrationsprüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein standardisiertes Rack zur Aufnahme der Einzelmodule (10 bis 50).
Modul für einen Systemintegrationsprüfstand (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch, – einen Elektronikbereich (1) mit Aktor- und/oder Sensorfunktionalität zur Erzeugung von entsprechenden Aktorsignalen und/oder Sensorsignalen, – einem Schnittstellenbereich (2) mit einem Echtzeitrechnersystem zur Simulationssteuerung und einem Signalaufbereitungsbereich, und – einem Standardnetzteil (6) zur Energieversorgung des Moduls (10 bis 50).
Modul nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Verteilerbereich (3) an welchem Steuergerätsignalleitungen unmittelbar anliegen und in welchem Messertrennklemmen, Signalverteiler oder Vorrichtungen für das automatische Einleiten von Signalunterbrechungen und/oder Kurzschlüssen fest untergebracht sind oder angeschlossen werden können.
Modul nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch mindestens ein Standardkoppelmodul (4) mit Anschlüssen zum Anschließen von Wartungsgeräten und/oder Diagnosegeräten und/oder Steuergeräten.