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Die
Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zum Testen und/oder Überprüfen
von Funktionen eines Steuergeräts und/oder einer Steuereinheit
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Im
Stand der Technik wird für jedes Steuergerät in
der Regel ein individueller Prüfstand entwickelt, um die
Anforderungen für Testaufgaben hinreichend zu lösen.
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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 inklusive
aller Komponenten des zu testenden 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.
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In
der
DE 10 2004
041 428 A1 wird ein Systemintegrationsprüfstand
für vernetzte mechatronische Gesamtsysteme mit mechanischen
und/oder elektronischen Komponenten beschrieben, welche als mathematisches
Modell und/oder als reale Baugruppen realisiert sind. Die mechanischen
und/oder elektronischen Komponenten sind als separate Module mit
eigener Energieversorgung ausgeführt, welche räumlich
verteilt betreibbar sind und über eine echtzeitfähige
Kommunikationsverbindung, vorzugsweise eine Ethernetverbindung,
miteinander kommunizieren oder auch eigenständig funktionieren.
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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.
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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 den 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.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem
Stand der Technik verbesserten Prüfvorrichtung zum Testen
und/oder Überprüfen von Funktionen eines Steuergeräts
und/oder einer Steuereinheit anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch
1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche
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Die
erfindungsgemäße Prüfvorrichtung zum Testen
und/oder Überprüfen von Funktionen eines Steuergeräts
und/oder einer Steuereinheit ist durch eine Analyseeinheit gekennzeichnet,
welche ein elektrisches Verhalten von aktiven und/oder passiven Bauteilen
und/oder Komponenten, welche in einem Fahrzeug an das Steuergerät
und/oder die Steuereinheit anschließbar sind, simuliert.
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Mittels
der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung
können beliebig viele und beliebig ausgebildete elektronische
Komponenten, wie aktive und/oder passive Bauteile und/oder Komponenten,
mittels eines rekonfigurierbaren Gerätes nachgebildet bzw.
simuliert werden. Dadurch wird vorteilhafterweise nur eine Prüfvorrichtung
benötigt und der erforderliche Platzbedarf sinkt. Zweckmäßigerweise
wird durch diese kompakte Anordnung auch ein Verkabelungsaufwand
verringert und somit Zeit und Material eingespart.
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Durch
die Rekonfiguration einer bestehenden Prüfvorrichtung zum
Testen und/oder Überprüfen eines neuen Steuergerätes
und/oder einer neuen Steuereinheit wird eine Neukonstruktion einer
Prüfvorrichtung vermieden. Hierdurch werden erhebliche Einsparungen
bei Bauzeit und Kosten erzielt.
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Durch
die kompakte Bauweise kann die Prüfvorrichtung in unmittelbarer
Nähe ihres Einsatzortes und zum anschließbaren
Steuergerät und/oder zur Steuereinheit verbaut werden.
Man benötigt keine langen Verbindungskabel. Dies verringert
die Signalwege. Neben einer Kosteneinsparung führen diese kurzen
Signalwege zu einer signifikanten Verbesserung der Signalqualität
und hohen Signalgeschwindigkeiten.
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Vorteilhafterweise
benötigt man keine reale Komponente für die Simulation
der Umgebungsbedingungen beim Test sowie zur Simulation eines realen
Steuergeräts.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher
erläutert.
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Dabei
zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Prüfvorrichtung.
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Wie
in 1 abgebildet ist, umfasst eine Prüfvorrichtung 1 zum
Testen und/oder Überprüfen von Funktionen eines
Steuergeräts 2 und/oder einer Steuereinheit elektrische
und/oder elektronische Komponenten 3 bis 6, die
in unmittelbarer räumlicher Nähe kompakt in einem
gemeinsamen Gehäuse 7 angeordnet sind. Im Gehäuse 7 sind
als elektrische und/oder elektronische Komponenten zumindest ein Mikrocontroller
oder Prozessor 3, eine Analyseeinheit 4, ein Speicher 5 und
mehrere Ein- und Ausgabeeinheiten 6.1 bis 6.x angeordnet.
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Die
Analyseeinheit 4 ist vorzugsweise als ein so genannter
FPGA, also als rekonfigurierbare Hardware, ausgebildet. Die englische
Abkürzung FPGA steht für Field Programmable Gate
Array. Ein FPGA ist ein programmierbarer Integrierter Schaltkreis
der Digitaltechnik. In FPGAs können durch spezifische Konfiguration
interner Strukturen die verschiedenartigsten elektronischen Schaltungen
gebildet werden. Diese reichen von geringer Komplexität
bis zu hochkomplexen Schaltungen.
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Die
Analyseeinheit 4 ist mit dem Mikrocontroller oder Prozessor 3 und
dem Speicher 5 verbunden. Mittels des Mikrocontrollers 3 werden
die Programmabläufe der Analyseeinheit 4 verarbeitet und/oder
ausgeführt.
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Der
Speicher 5 dient als Konfigurationsspeicher, Datenspeicher
und Programmspeicher. Der Speicher 5 ist vorzugsweise als
ein so genanntes EEPROM ausgeführt. Die englische Abkürzung
steht für Electrical Erasable Programmable Read-Only-Memory
und bedeutet elektronisch, löschbarer, programmierbarer
Nur-Lese-Speicher. Das EEPROM ist ein nichtflüchtiger,
elektronischer Speicherbaustein. Das EEPROM ist mit Hilfe spezieller
Programmiergeräte programmierbar und lässt elektronisch
löschen und danach neu programmieren.
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Der
Speicher 5 kann alternativ aus mehreren Speicherbausteinen
zusammengesetzt sein. Zudem können weitere Technologien
wie beispielsweise EEPROM, DP-RAM, SRAM und Flash zum Einsatz kommen.
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Im
Speicher 5 wird zweckmäßigerweise ein Simulationsmodell 9 hinterlegt.
Das Simulationsmodell 9 umfasst mathematische Modelle realer
Komponenten wie Aktoren und Sensoren.
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Die
Analyseeinheit 4 führt je nach Programmierung
des Simulationsmodells 9 unterschiedliche Aktoren und Sensoren
aus, welche in einem Fahrzeug an das Steuergerät 2 und/oder
die Steuereinheit anschließbar sind. Das Simulationsmodell 9 der nachzubildenden
Komponenten erzeugt und verarbeitet Schnittstellensignale entsprechend
den Signalen der nachzubildenden realen Komponenten.
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Die
Analyseeinheit 4 ist mittels eines Bussystems 12 oder
fest konfigurierter Verbindungen, beispielsweise „Peer
to peer”, mit mehreren Ein- und Ausgabeeinheiten 6.1 bis 6.x verbunden.
Durch die Verwendung des Bussystems 12 ist ein einfacher
Anschluss von mehreren Ein- und Ausgabeeinheiten 6.1 bis 6.x ermöglicht.
Die Ein- und Ausgabeeinheiten 6.1 bis 6.x sind
als Modul ausgeführt und einfach austauschbar oder in ihrer
Anzahl veränderbar.
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Jede
Ein- und Ausgabeeinheit 6.1 bis 6.x ist mit einer
entsprechenden Anzahl von Anschlüssen fest mit einer standardisierten
Schnittstelle 10 verbunden. Eine interne Verdrahtung in 1 entfällt
somit. Die Schnittstelle 10 ist am Testsystem standardisiert 1.
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Die
Prüfvorrichtung 1 wird mit den Steuergeräteeingängen
und Steuergeräteausgängen des Steuergeräts 2 mittels
des Verbindungskabels 11 über die standardisierten
Schnittstelle 10 verbunden.
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Diese
standardisierte Schnittstelle 10 ist vorzugsweise als Pfostenstecker
ausgebildet. Die Länge des Verbindungskabels 11 ist
variabel und kann einfach verändert und an die Erfordernisse
angepasst werden.
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Alternativ
kann das Steuergerät 2 über eine standardisierte
Schnittstelle verfügen. Diese kann als proprietäre
Konfektionierung oder als Äquivalent zur standardisierten
Schnittstelle 10 des Testystems ausgebildet sein.
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Das
entsprechende an die Prüfvorrichtung 1 angeschlossene
Steuergerät 2 kann somit wie im realen mechatronischen
Gesamtsystem betrieben werden.
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Mit
der Prüfvorrichtung 1 kann jedes beliebige Steuergerät 2 getestet
und/oder überprüft werden. Ein individuelles Verbindungskabel
mit einem oder mehreren entsprechenden Steckern für das
zu testende Steuergerät 2 ist die einzig notwendige
Hardware-Anpassung. Ansonsten wird nur das Simulationsmodell 9 und
die Konfiguration des konfigurierbaren integrierten Schaltkreis
(FPGA) verändert.
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Es
wird somit außer der Kontaktierung des Steuergeräts 2 mittels
Verbindungskabels 11 und Schnittstellen 10 keine
weitere Kabelverbindung zwischen der Prüfvorrichtung 1 und
dem zu testenden Steuergerät 2 benötigt.
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Bei
dem Steuergerät 2 kann es sich um jede Form von
elektrischem, elektronischem oder programmierbarem elektrischen
System handeln. Das Steuergerät 2 kann beispielsweise
als Motorsteuergerät, Getriebesteuergerät, Klimasteuergerät,
Navigationssteuergerät, Batteriesteuergerät, Bremssystemsteuergerät,
Steuergerät einer aktiven Fahrwerkskinematik und/oder Steuergerät
eines geregelten Federungs- und Dämpfungssystems ausgeführt sein.
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Zusätzlich
ist ein Bedienrechner 8 zur Bedienung der Prüfvorrichtung 1 vorhanden
und mit der Prüfvorrichtung 1 verbunden. Dieser
Bedienrechner 8 dient nur noch zur Visualisierung/Ausgabe,
Parametrisierung und/oder Teststeuerung.
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Durch
die kompakte Bauweise des Gehäuses 7 der Prüfvorrichtung 1 ist
eine Anordnung der Prüfvorrichtung 1 in unmittelbarer
Nähe des zu prüfenden Steuergeräts 2 ermöglicht.
Dadurch sind vorteilhafterweise die Signalgeschwindigkeiten sehr hoch.
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Die
Besonderheit der Prüfvorrichtung 1 gegenüber
herkömmlichen Vorrichtungen besteht darin, dass ein elektrisches
Verhalten von jedem aktiven und/oder passiven Bauteil und/oder Komponente, welche
in einem Fahrzeug an das Steuergerät 2 und/oder
die Steuereinheit anschließbar sind, simuliert werden kann.
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Die
Analyseeinheit 4 erzeugt mittels des rekonfigurierbaren
Simulationsmodells 9 Schnittstellensignale entsprechend
den Signalen der nachzubildenden realen Komponenten und/oder des
nachzubildenden Bauteils.
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Das
Simulationsmodell 9 ist derart programmierbar, dass die
verschiedenen notwendigen Funktionen durch Parametereingabe seitens
eines Anwenders mittels des Bedienrechners 8 aktiviert
werden können.
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In
einer günstigen Ausführungsform kann das Simulationsmodell 9 um
eine so genannte Lastsimulation erweitert werden. Bei einer Lastsimulation/-emulation
wird das Verhalten einer elektrische Last von Analyseeinheit 4 emuliert
oder simuliert. Die elektrische Anpassung der simulierten oder emulierten
Last wird von den Ausgabeeinheiten 6.1 bis 6.x realisiert.
Damit kann vorteilhafterweise ein großer Verbraucher elektrischer
Energie, beispielsweise ein Elektromotor simuliert werden.
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In
einer weiteren günstigen Ausführungsform kann
das Simulationsmodell 9 derart programmiert werden, dass
eine automatische Einleitung von Kurzschlüssen und/oder
Unterbrechungen des Schnittstellensignals ermöglicht ist.
Dadurch ist eine Überprüfung des Verhaltens des
Steuergeräts 2 bei Signalausfällen und
elektrisch fehlerhaften Signalen ermöglicht.
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Das
Simulationsmodell 9 ist insbesondere derart programmierbar,
dass eine Simulation von Umweltbedingungen für eine Leistungselektronik, beispielsweise
für Hybrid- bzw. reine Elektroantrieb, Elektroantriebe
mit so genanntem Range Extender oder die Batterietechnik, ermöglicht
ist. Dabei können vorteilhafterweise insbesondere die Batterielade-
und -entladedynamik, die Stromverläufe auf Anker- oder
Starterwicklungen bei als Generator oder Antrieb eingesetzten Elektromaschinen,
Elektromaschinen mit Hallgebern zur Positionsbestimmung einer Abtriebswelle
oder elektrisch geregelte Ventile simuliert werden.
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In
einer besonders günstigen Ausführungsform ist
eine Drosselklappensimulation für ein Motorsteuergerät
ermöglicht.
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- 1
- Prüfvorrichtung
- 2
- Steuergerät
- 3
- Mikrocontroller
- 4
- Analyseeinheit
- 5
- Speicher
- 6.1
- bis 6.x Ein-
und Ausgabeeinheit
- 7
- Gehäuse
- 8
- Bedienrechner
- 9
- Simulationsmodell
- 10
- Schnittstelle
- 11
- Verbindungskabel
- 12
- Bussystem
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004041428
A1 [0004]
- - DE 4212890 C2 [0005]
- - DE 4330312 C2 [0006]