DE102015006202A1

DE102015006202A1 - Mobile device with a programmable logic controller for simulating a vehicle environment

Info

Publication number: DE102015006202A1
Application number: DE102015006202.6A
Authority: DE
Inventors: Florian Gutmann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-05-13
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2015-12-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mobile Vorrichtung 10 mit einer Speicher-Programmierbaren Steuerung zur Simulation eines Fahrzeugumfeldes, wobei die mobile Vorrichtung 10 mindestens eine Schnittstelle X1, X2 aufweist zum Anschließen der mobilen Vorrichtung 10 an einen Feldbus, und wobei über den Feldbus messtechnische Parameter erfasst werden.The invention relates to a mobile device 10 with a memory-programmable controller for simulating a vehicle environment, wherein the mobile device 10 has at least one interface X1, X2 for connecting the mobile device 10 to a field bus, and wherein metrological parameters are detected via the fieldbus.

Description

Die Erfindung betrifft eine mobile Vorrichtung mit einer Speicher-Programmierbaren Steuerung (SPS) zur Simulation eines Fahrzeugumfeldes.The invention relates to a mobile device with a memory programmable controller (PLC) for simulating a vehicle environment.

Mit der Zunahme von elektronischen Steuergeräten und steigendem Funktionsumfang wurde in der Vergangenheit HIL (Hardware in the Loop) als Maßnahme zur Verbesserung von Testmöglichkeiten im Automobilbereich eingeführt. HIL bezeichnet ein Verfahren, bei dem ein eingebettetes System, z. B. reales elektronisches Steuergerät, über seine Ein- und Ausgänge an ein angepasstes Gegenstück, das im Allgemeinen als HIL-Simulator genannt wird und als Nachbildung der realen Umgebung des Systems dient, angeschlossen wird.With the proliferation of electronic control devices and increasing functionality, HIL (Hardware in the Loop) has been introduced in the past as a measure to improve test capabilities in the automotive field. HIL refers to a method in which an embedded system, e.g. B. real electronic control unit, via its inputs and outputs to an adapted counterpart, which is generally referred to as HIL simulator and serves as a replica of the real environment of the system is connected.

Die Testmöglichkeiten mit einem elektrische Funktionsumfang werden bisher durch stationäre HIL-Entwicklungsumgebungen abgedeckt. Nachteile hierbei sind deren Kosten, Komplexität, Bauraum und Gewicht. Alternativ dazu werden bisher derartige Anforderungen in ”fliegenden Aufbauten” aus Laborgeräten und speziell für jeden Anwendungsfall beschafften elektrische Komponenten realisiert. Nachteile dieser Aufbauten ist die enorme Rüstzeit, Fehleranfälligkeit und fehlende Reproduzierbarkeit.The test options with an electrical range of functions have so far been covered by stationary HIL development environments. Disadvantages here are their costs, complexity, installation space and weight. Alternatively, so far such requirements in "flying structures" from laboratory equipment and specially procured for each application electrical components are realized. Disadvantages of these structures is the enormous set-up time, error-prone and lack of reproducibility.

Zur Inbetriebnahme von Steuergeräten existieren mobil einsetzbare, standardisierte Werkzeuge beispielsweise als CAN-basierte Entwicklungswerkzeuge. Diese umfassen jedoch nur eine Bus-Kommunikation in hinreichend universellem Umfang. Daher kann nicht die vollständige Nachbildung der realen Systemumgebung bereitgestellt werden.For the commissioning of control units, there are mobile, standardized tools, for example as CAN-based development tools. However, these include only a bus communication in a sufficiently universal scope. Therefore, the full replication of the real system environment can not be provided.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, eine Fahrzeugumgebung nachzubilden, bei der die Komplexität eines HIL-Simulators vermieden wird, ohne dabei auf Funktionstests verzichten zu müssen.It is an object of the present invention to provide a way to simulate a vehicle environment in which the complexity of an HIL simulator is avoided, without having to do without functional tests.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die mobile Vorrichtung mit einer Speicher-Programmierbaren Steuerung zur Simulation eines Fahrzeugumfeldes weist mindestens eine Schnittstelle auf zum Anschließen der mobilen Vorrichtung an einen Feldbus, wobei über den Feldbus messtechnische Parameter erfasst werden.This object is achieved with a device according to claim 1. The mobile device with a memory-programmable controller for simulating a vehicle environment has at least one interface for connecting the mobile device to a fieldbus, wherein metrological parameters are detected via the fieldbus.

Eine mobile Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie transportabel ist und geringe Abmessungen und geringes Gewicht hat. Die Vorrichtung kann beispielsweise als Tischgerät ausgeführt werden und nach der Verwendung von einer Person ohne weitere Transporthilfen weggetragen werden.A mobile device has the advantage that it is transportable and has small dimensions and low weight. The device can be performed, for example, as a tabletop device and carried away after use by a person without further transport aids.

Eine Speicher-Programmierbare Steuerung (SPS) hat den Vorteil, dass sie sehr flexibel programmiert werden kann. Die SPS kann in einem Ausführungsbeispiel als Inbetriebnahme-SPS verstanden werden. Die mobile Vorrichtung mit SPS kann zum Betrieb von Feldbus-basierten Fahrzeug-Steuergeräten im Umfeld von Erstinbetriebnahmen und Befundungsanwendungen eingesetzt werden. Die mobile Vorrichtung mit SPS kann zur Inbetriebnahme von Fahrzeugbatterien verwendet werden. Ferner kann die mobile Vorrichtung zum Laden von Batterien und zur Befundung von Batterien verwendet werden.A programmable logic controller (PLC) has the advantage that it can be programmed very flexibly. The PLC can be understood in one embodiment as a startup PLC. The mobile device with PLC can be used to operate fieldbus-based vehicle ECUs in the field of initial commissioning and diagnostic applications. The mobile device with PLC can be used for commissioning of vehicle batteries. Furthermore, the mobile device can be used for charging batteries and for diagnosing batteries.

Ferner kann die Speicher-Programmierbaren Steuerung Signale vorgeben, um die simulierte Fahrzeugumbebung vorzugeben. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Steuergerät während der Inbetriebnahme in einer simulierten Fahrzeugumgebung getestet werden.Further, the memory programmable controller may provide signals to specify the simulated vehicle sweep. In this way, for example, a control unit can be tested during commissioning in a simulated vehicle environment.

Ferner ist es möglich, dass auf dem Feldbus sowohl die Kommunikation mit dem zu prüfenden Gerät, beispielsweise ein Steuergerät, als auch eine Kommunikation mit der Speicher-Programmierbaren Steuerung stattfinden kann. Die Kommunikation mit dem Speicher-Programmierbaren Steuerung kann dabei das Vorgeben von Signalen als auch das Empfangen von messtechnischen Parametern umfassen. Dabei ist eine Eigenschaft des Systemansatzes, dass die Vorgabe von Signalen sowie die Reaktion auf Signale schneller als die Übertragungszeit einer Botschaft auf dem CAN-Bus erfolgt.Furthermore, it is possible for both the communication with the device to be tested, for example a control device, and communication with the memory programmable controller to take place on the fieldbus. The communication with the memory-programmable controller may include the predetermining of signals as well as the receipt of metrological parameters. One characteristic of the system approach is that the presetting of signals as well as the reaction to signals is faster than the transmission time of a message on the CAN bus.

Hierbei kann zur Ansteuerung der Speicher-Programmierbaren Steuerung das gleiche Entwicklungswerkzeug verwendet werden, das für die Kommunikation mit dem zu prüfenden Gerät ohnehin verwendet wird.Here, the same development tool can be used to control the memory-programmable controller, which is used anyway for the communication with the device under test.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiels ist der Feldbus ein CAN-Bus. Ein CAN-Bus (CAN = Controller Area Network) ist ein spezieller Feldbus, der innerhalb eines seriellen Bussystems verwendet werden kann. Demnach weist die mobile Vorrichtung eine CAN-basierte Speicher-Programmierbare Steuerung auf. Hierbei kann durch CAN-Botschaften ein elektrisches Fahrzeugumfeld simuliert und messtechnisch erfasst werden. Auf dem Feldbus können bidirektional Informationen versendet werden.In a preferred embodiment, the fieldbus is a CAN bus. A CAN (Controller Area Network) bus is a special fieldbus that can be used within a serial bus system. Accordingly, the mobile device comprises a CAN-based memory programmable controller. CAN messages can be used to simulate an electrical vehicle environment and record it by measurement. Bidirectional information can be sent on the fieldbus.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die mobile Vorrichtung über eine Versorgungsspannung des Fahrzeugs versorgt. Hierzu kann eine weitere Schnittstelle an der Vorrichtung vorgesehen sein.In a further advantageous embodiment, the mobile device is powered by a supply voltage of the vehicle. For this purpose, a further interface can be provided on the device.

Ferner kann vorteilhafterweise vorgesehen werden, dass die mobile Vorrichtung eine Anzeige aufweist zum Anzeigen von Statusmeldungen des simulierten Fahrzeugumfeldes. Auf diese Weise kann direkt an der mobilen Vorrichtung der Status eines Gerätes überwacht werden, beispielsweise Parameter, wie Strom, Spannung und Ladezustand einer Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) des Fahrzeugs.Furthermore, it can advantageously be provided that the mobile device has a display for displaying status messages of the simulated vehicle environment. In this way, the status of a device can be monitored directly on the mobile device, for example Parameters such as current, voltage and state of charge of a high-voltage battery (HV battery) of the vehicle.

Durch die hier vorgeschlagene Lösung werden bisher bekannte Werkzeuge oder Tools um elektrische Schalt- und Messfunktionen erweitert, die bislang einem HIL vorbehalten waren. Damit wird für zahlreiche Fahrzeugkomponenten das Erstellen einer vollständigen Simulationsumgebung mit diesen Werkzeugen oder Tools ermöglicht.By the solution proposed here previously known tools or tools are extended to electrical switching and measurement functions that were previously reserved for a HIL. This allows many vehicle components to create a complete simulation environment with these tools or tools.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form einer Systemkomponente handelt es sich um eine CAN-basierte SPS. Das Bus-Simulationstool wird damit in die Lage versetzt, durch wenige CAN-Botschaften ein elektrisches Fahrzeugumfeld zu simulieren und messtechnisch zu erfassen. Umfangreiche Echtzeitanforderungen an die Simulation können zudem durch direkte Programmanpassung der SPS in nativem Code erreicht werden.The device according to the invention in the form of a system component is a CAN-based PLC. The bus simulation tool is thus enabled to simulate an electrical vehicle environment by means of a few CAN messages and to record it by measurement. Extensive real-time requirements for the simulation can also be achieved by direct program adaptation of the PLC in native code.

Gegenüber einem HIL wird der erforderliche Bauraum von der Größe eines Schaltschranks auf ein Tischgerät mit beispielsweise den Abmessungen 160 mm × 100 mm × 50 mm reduziert. Die Kosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung betragen nur etwa ein Promille eines herkömmlichen HIL.Compared to a HIL the required space is reduced from the size of a cabinet to a desktop device, for example, the dimensions 160 mm × 100 mm × 50 mm. The cost of the device according to the invention is only about one per thousand of a conventional HIL.

Ein vollständiges Equipment beispielsweise zur Inbetriebnahme und Befundung einer HV-Batterie findet in einer Laptop-Tasche Platz und kann somit beispielsweise als Handgepäck in einem Flugzeug mitgeführt werden. Neben dem finanziellen Vorteil resultiert daraus maximale Mobilität und minimale Rüstzeiten, da der erfindungsgemäße Aufbau in sich vollständig und einsatzbereit ist.A complete equipment, for example, for commissioning and diagnosis of a HV battery finds place in a laptop bag and can thus be carried, for example as hand luggage in an aircraft. In addition to the financial advantage, this results in maximum mobility and minimum set-up times, since the structure according to the invention is complete and ready for use.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination/den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the combination / combinations specified, but also in other combinations or in isolation without departing from the scope of the invention.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen mobilen Vorrichtung; 1 an embodiment of the mobile device according to the invention;

2 die erfindungsgemäße mobile Vorrichtung der 1 in einer zweiten Ansicht; und 2 the mobile device of the invention 1 in a second view; and

3 eine Tabelle mit einer beispielhaften Belegung von Schnittstellenpins. 3 a table with an example assignment of interface pins.

Nachfolgend wird ausgehend von allgemeinen Anforderungen an die Inbetriebnahme eines Steuergerätes der Funktionsumfang der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Inbetriebnahme-SPS erläutert.Hereinafter, starting from general requirements for the commissioning of a control unit, the functional scope of the device according to the invention will be explained with a commissioning PLC.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in der Seitenansicht, wobei die Vorrichtung 10 eine Anzeige 11 und Schnittstellen X4 und X5 aufweist. Hierbei sind die Schnittstellen als D-Sub-9 Kontakt ausgebildet. 1 shows an embodiment of a device according to the invention 10 in the side view, the device 10 an ad 11 and interfaces X4 and X5. Here, the interfaces are designed as D-Sub-9 contact.

2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 der 1 in einer Seitenansicht mit Schnittstellen X1, X2 und X3 als Geräteanschlüsse an einer Gehäuseseite der Vorrichtung. Hierbei ist die Schnittstelle X1 als Lumberg-Schnittstelle, Schnittstelle X2 als CPC-Schnittstelle und Schnittstelle X3 als D-Sub-9-Schnittstelle ausgebildet. Insbesondere kann die Schnittstelle X1 eine Lumberg-Schnittstelle 031304 für Stecker Lumberg KV 40 sein. Ferner kann die Schnittstelle X2 ein CPC-Rundsteckverbinder der Größe 17, d. h. ein Flansch mit Stiften, sein. Ferner kann die Schnittstelle X3 als D-Sub-9-Buchse ausgebildet sein. 2 shows an exemplary embodiment of the device according to the invention 10 of the 1 in a side view with interfaces X1, X2 and X3 as device connections on a housing side of the device. In this case, the interface X1 is designed as a Lumberg interface, interface X2 as a CPC interface and interface X3 as a D-Sub-9 interface. In particular, interface X1 may be a Lumberg 031304 interface for Lumberg KV 40 connector. Further, the interface X2 may be a size 17 CPC circular connector, ie a flange with pins. Furthermore, the interface X3 may be formed as a D-sub 9 socket.

3 zeigt eine Tabelle zur beispielhaften Belegung von Schnittstellenpins der jeweiligen Schnittstellen X1, X2 und X3 aus 2. Hierbei werden in 3 allgemein Pins 1–10 aufgelistet, wobei die Schnittstelle X1 vier Pins (1–4) aufweist, die Schnittstelle X2 zehn Pins (1–10) aufweist und Schnittstelle X3 drei belegte Pins (2, 3 und 7) aufweist. 3 shows a table for exemplary assignment of interface pins of the respective interfaces X1, X2 and X3 2 , This will be in 3 generally pins 1-10 are listed, wherein the interface X1 has four pins (1-4), the interface X2 ten pins (1-10) and interface X3 has three occupied pins (2, 3 and 7).

Die mobile Vorrichtung 10 der 1 und 2 kann zur Inbetriebnahme eines Steuergerätes in einer Fahrzeugumgebung verwendet werden. Die Inbetriebnahme eines Steuergerätes zeichnet aus, dass mit einer zeitlichen Genauigkeit von etwa einer Millisekunde Nachrichten über Fahrzeugbusse versandt werden, mit Zeitstempel entgegengenommen werden für eine nachfolgende Auswertung und ebenso elektrische Signale vorzugeben und auszuwerten sind. Häufig handelt es sich dabei um als ”Klemmen” bezeichnete binäre Signalleitungen mit den Pegeln 0 V und der Versorgungsspannung. Nachfolgend wird das zu testende Steuergerät mit ”DUT” (DeviceUnderTest), die mobile Vorrichtung mit einer Inbetriebnahme-SPS 10 mit ”SPS” bezeichnet.The mobile device 10 of the 1 and 2 can be used to commission a controller in a vehicle environment. The commissioning of a control unit records that with a time accuracy of about one millisecond messages are sent via vehicle buses, are accepted with timestamp for subsequent evaluation and also pretend and evaluate electrical signals. These are often called "terminals" binary signal lines with the levels 0 V and the supply voltage. Hereinafter, the controller to be tested is "DUT" (DeviceUnderTest), the mobile device having a startup PLC 10 denoted by "PLC".

Die SPS 10 wird über die Versorgungsspannung des Fahrzeugs (13.8V ± 50%) versorgt und stellt diese Versorgungsspannung verpolungssicher über vier Leistungs-MOSFET dem DUT bereit. Dabei werden sowohl die bereitgestellte Spannung mit 16 Bit wie auch der abgegebene Strom mit 16 Bit aufgelöst. Eine softwarebasierte Sicherung wird somit ermöglicht, ebenso wie das Überwachen der Stromaufnahme.The PLC 10 is powered by the vehicle's supply voltage (13.8V ± 50%) and provides this supply voltage with reverse polarity protection via four power MOSFETs to the DUT. Both the supplied 16-bit voltage and the 16-bit delivered current are resolved. A software-based backup is thus enabled, as well as the monitoring of power consumption.

Die SPS 10 verfügt über zwei CAN-Schnittstellen, eine LIN-Schnittstelle, eine LAN-Schnittstelle sowie zwei RS232-Schnittstellen. Die Schnittstellen sind unter einander potentialfrei getrennt. Eine CAN-Schnittstelle hat als Referenz (CAN-GND) die Fahrzeugmasse Klemme 31.The PLC 10 has two CAN interfaces, one LIN interface, one LAN interface and two RS232 interfaces. The interfaces are isolated from each other without potential. A CAN interface has as reference (CAN-GND) the vehicle ground terminal 31.

In einer typischen Restbussimulation, die die Kommunikationspartner des DUT simuliert werden nun zusätzlich über CAN (alternativ LAN, RS232, isolierter CAN) Steuerbefehle an die SPS 10 zum Schalten der Klemmen abgegeben, worauf diese mit ihren Istwerten antwortet.In a typical residual bus simulation, which simulates the communication partners of the DUT, control commands are now also transmitted to the PLC via CAN (alternatively LAN, RS232, isolated CAN) 10 for switching the terminals delivered, whereupon they respond with their actual values.

Beispielsweise wird zu Beginn Klemme 30 geschaltet, die Stromaufnahme überwacht, nach eingesetzter Restbussimulation Klemme 15 geschaltet, die Restbussimulation nun für den veränderten Zustand fortgeführt, diverse Testroutinen durchlaufen und das DUT 30 in umgekehrter Reihenfolge wieder in den Ausgangszustand versetzt. Das „Einschlafen” des DUT wird über die Stromaufnahme überwacht und kann – wie viele weitere Funktionen – zu parametrierbaren Schalthandlungen führen. Beispielsweise würde mit dem Einschlafen Klemme 30 getrennt und der Statuswechsel zurückgemeldet.For example, at the beginning of terminal 30 is switched, monitors the current consumption, after used Restbussimulation terminal 15 connected, the Restbussimulation now continued for the changed state, go through various test routines and the DUT 30 in the reverse order returned to the initial state. The "falling asleep" of the DUT is monitored by the power consumption and can - like many other functions - lead to parameterizable switching operations. For example, with falling asleep, terminal 30 would be disconnected and the status change returned.

Als besonderer Anwendungsfall kommt hinzu, dass in Echtzeit auf CAN-Signale mit Schalthandlungen reagiert werden kann. Dies betrifft beispielsweise das Vorladen einer HV-Batterie (Hoch-Volt-Batterie), beispielsweise vom Typ E18-2evo. Derartige Funktionen können durch Prüfstände häufig nicht abgebildet werden, da diese über eine um Zehnerpotenzen größere Latenz in ihrer Datenverarbeitung verfügen. Hierbei beträgt beispielsweise die Datenverarbeitung der SPS 5 μs. Im Vergleich dazu ist für aus Schaltschrankkomponenten aufgebaute Prüfstände diese größer als 5 ms.A special application is the fact that it is possible to react in real time to CAN signals with switching operations. This concerns for example the pre-charging of an HV battery (high-voltage battery), for example of the E18-2evo type. Such functions can often not be mapped by test rigs since they have a latency of more than ten powers in their data processing. In this case, for example, the data processing of the PLC is 5 μs. In comparison, for test benches constructed from control cabinet components, this is greater than 5 ms.

Weiterhin können über die integrierte Anzeige 11 der mobilen Vorrichtung 10, vgl. 1, beliebige Zustände und Statusmeldungen parametriert und angezeigt werden. Hierdurch wird eine Langzeitüberwachung von Systemzuständen ermöglicht, ohne auf Laptop-Messequipment oder stationäre Simulationseinrichtungen zurückgreifen zu müssen.Furthermore, via the integrated display 11 the mobile device 10 , see. 1 , any states and status messages are parameterized and displayed. This allows long-term monitoring of system states without having to resort to laptop measurement equipment or stationary simulation facilities.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: mobile Vorrichtungmobile device
1111: Anzeigedisplay
X1X1: Schnittstelleinterface
X2X2: Schnittstelleinterface
X3X3: Schnittstelleinterface
X4X4: Schnittstelleinterface
X5X5: Schnittstelleinterface

Claims

Mobile device ( 10 ) with a memory-programmable controller for simulating a vehicle environment, characterized in that the mobile device ( 10 ) has at least one interface (X1, X2) for connecting the mobile device ( 10 ) to a fieldbus, whereby metrological parameters are detected via the fieldbus.

Mobile device according to claim 1, characterized in that the field bus is a CAN bus.

Mobile device according to claim 1 or 2, characterized in that the mobile device ( 10 ) is supplied via a supply voltage of the vehicle.

Mobile device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the mobile device ( 10 ) has an indicator for displaying status messages of the simulated vehicle environment.