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Die Erfindung betrifft eine mobile Vorrichtung mit einer Speicher-Programmierbaren Steuerung (SPS) zur Simulation eines Fahrzeugumfeldes.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Dabei zeigen:
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1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen mobilen Vorrichtung;
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2 die erfindungsgemäße mobile Vorrichtung der 1 in einer zweiten Ansicht; und
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3 eine Tabelle mit einer beispielhaften Belegung von Schnittstellenpins.
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Nachfolgend wird ausgehend von allgemeinen Anforderungen an die Inbetriebnahme eines Steuergerätes der Funktionsumfang der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Inbetriebnahme-SPS erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- mobile Vorrichtung
- 11
- Anzeige
- X1
- Schnittstelle
- X2
- Schnittstelle
- X3
- Schnittstelle
- X4
- Schnittstelle
- X5
- Schnittstelle