Entwicklung des Fahrerleitgerätes DAS4000 mittels LabVIEW
Ausgangssituation und Aufgabenstellung
Die Firma Pierburg Instruments entwickelt, produziert und vertreibt weltweit Messtechnik für Fahrzeugrollen- und Motorprüfstände für Automobile. Basierend auf innovativen Messverfahren, wie sie auch bei Abgasrollenprüfständen angewendet werden, wird die Analyse von Abgasen und Partikeln gemäß gültiger weltweiter Gesetzgebung sichergestellt.
Auf den Prüfständen werden exakt definierte Straßenfahrten simuliert. Die Prüfverfahren erfüllen länderspezifische gesetzliche Vorgaben und die durch die Fahrzeugentwicklung gestellten Anforderungen. Eine zentrale Komponente ist die Fahrkurvenvorgabe durch ein geeignetes Leitgerät wie das DAS4000 (Drivers Aid System).
Die neue Version DAS4000 sollte sowohl als Stand-Alone-Gerät als auch als integrationsfähiges Modul für die Gesamtautomation eines Abgasrollenprüfstands einsetzbar sein. Sie sollte eine moderne Oberflächengestaltung bieten, die gesetzlichen Vorschriften zu den Fahrkurven einhalten, eine kontinuierliche Darstellung der Fahrkurve mit einer Updaterate von 20 Hz sowie Fernbedienung über TCP/IP und RS232 ermöglichen, das Einlesen und Ausgeben von analogen und digitalen Signalen beherrschen und über eine integrierte Hilfedatei (PDF) verfügen.
Umsetzung und Herausforderung
Die zur Realisierung verwendete Hardware besteht aus einem PC mit High Performance Grafikkarte, Netzwerkinterface, CanOpen-Karte, CanOpen-Buskoppler sowie diversen I/O-Modulen. Die Software besteht aus einem Windows-Betriebssystem, NI LabVIEW, Acrobat Reader sowie CanOpen Device Driver DLL. Über die Treiber-DLL kann das Gerät ferngesteuert werden und alle Messgrößen können einem OPC-Server zur Verfügung gestellt werden.
Das Design und das Bedienkonzept der Applikation sind in Zusammenarbeit mit einem namhaften Industriedesigner entstanden. Dabei wurden die Möglichkeiten von LabVIEW mit einer Designstudie vereint und daraus ein Bedien- und Oberflächenkonzept erstellt.
Die Hilfe-Funktion wurde durch ein Acrobat-Reader-Plug-In in einen ActiveX-Container realisiert. Für einen Fahrtest ist die Wahl zwischen drei Oberflächenansichten möglich.
Die Darstellung der Fahrkurve erfolgt in einem XY-Graphen. Die angezeigten Daten sind Ist-Geschwindigkeit, Toleranzbänder, Sollwerte von Zeit und Geschwindigkeit usw.
Alle Daten werden vor Testbeginn in den Arbeitsspeicher geladen, damit während des Tests keine Festplattenzugriffe auftreten, die das feste Zeitraster negativ beeinflussen können. Sollten sich trotzdem zeitliche Abweichungen ergeben, sorgt ein Algorithmus durch geringes Verändern der Updaterate dafür, dass die Kurve wieder an die Sollzeit angepasst wird. Die genaue Einhaltung der Sollzeit ist notwendig, weil die Fahrkurven gesetzlich vorgeschriebene Zeitpunkte enthalten, zu denen Abgasproben zu entnehmen sind. Die automatisierte Ansteuerung hierzu wird über digitale Ausgänge des Prozessinterfaces vollzogen.
Das Prozessinterface ist eine Kombination aus einer CanOpen-Karte mit entsprechend erstellter VI Bibliothek und einem I/O System mit CanOpen-Buskoppler. Außerdem liest es Fahrzeug- und Prüfstanddaten ein. Über analoge Eingänge werden die Geschwindigkeit, die Öltemperatur oder die Umgebungstemperatur erfasst und können bei Bedarf visualisiert werden.
Die Firma Pierburg Instruments entwickelt, produziert und vertreibt weltweit Messtechnik für Fahrzeugrollen- und Motorprüfstände für Automobile. Basierend auf innovativen Messverfahren, wie sie auch bei Abgasrollenprüfständen angewendet werden, wird die Analyse von Abgasen und Partikeln gemäß gültiger weltweiter Gesetzgebung sichergestellt.
Auf den Prüfständen werden exakt definierte Straßenfahrten simuliert. Die Prüfverfahren erfüllen länderspezifische gesetzliche Vorgaben und die durch die Fahrzeugentwicklung gestellten Anforderungen. Eine zentrale Komponente ist die Fahrkurvenvorgabe durch ein geeignetes Leitgerät wie das DAS4000 (Drivers Aid System).
Die neue Version DAS4000 sollte sowohl als Stand-Alone-Gerät als auch als integrationsfähiges Modul für die Gesamtautomation eines Abgasrollenprüfstands einsetzbar sein. Sie sollte eine moderne Oberflächengestaltung bieten, die gesetzlichen Vorschriften zu den Fahrkurven einhalten, eine kontinuierliche Darstellung der Fahrkurve mit einer Updaterate von 20 Hz sowie Fernbedienung über TCP/IP und RS232 ermöglichen, das Einlesen und Ausgeben von analogen und digitalen Signalen beherrschen und über eine integrierte Hilfedatei (PDF) verfügen.
Umsetzung und Herausforderung
Die zur Realisierung verwendete Hardware besteht aus einem PC mit High Performance Grafikkarte, Netzwerkinterface, CanOpen-Karte, CanOpen-Buskoppler sowie diversen I/O-Modulen. Die Software besteht aus einem Windows-Betriebssystem, NI LabVIEW, Acrobat Reader sowie CanOpen Device Driver DLL. Über die Treiber-DLL kann das Gerät ferngesteuert werden und alle Messgrößen können einem OPC-Server zur Verfügung gestellt werden.
Das Design und das Bedienkonzept der Applikation sind in Zusammenarbeit mit einem namhaften Industriedesigner entstanden. Dabei wurden die Möglichkeiten von LabVIEW mit einer Designstudie vereint und daraus ein Bedien- und Oberflächenkonzept erstellt.
Die Hilfe-Funktion wurde durch ein Acrobat-Reader-Plug-In in einen ActiveX-Container realisiert. Für einen Fahrtest ist die Wahl zwischen drei Oberflächenansichten möglich.
Die Darstellung der Fahrkurve erfolgt in einem XY-Graphen. Die angezeigten Daten sind Ist-Geschwindigkeit, Toleranzbänder, Sollwerte von Zeit und Geschwindigkeit usw.
Alle Daten werden vor Testbeginn in den Arbeitsspeicher geladen, damit während des Tests keine Festplattenzugriffe auftreten, die das feste Zeitraster negativ beeinflussen können. Sollten sich trotzdem zeitliche Abweichungen ergeben, sorgt ein Algorithmus durch geringes Verändern der Updaterate dafür, dass die Kurve wieder an die Sollzeit angepasst wird. Die genaue Einhaltung der Sollzeit ist notwendig, weil die Fahrkurven gesetzlich vorgeschriebene Zeitpunkte enthalten, zu denen Abgasproben zu entnehmen sind. Die automatisierte Ansteuerung hierzu wird über digitale Ausgänge des Prozessinterfaces vollzogen.
Das Prozessinterface ist eine Kombination aus einer CanOpen-Karte mit entsprechend erstellter VI Bibliothek und einem I/O System mit CanOpen-Buskoppler. Außerdem liest es Fahrzeug- und Prüfstanddaten ein. Über analoge Eingänge werden die Geschwindigkeit, die Öltemperatur oder die Umgebungstemperatur erfasst und können bei Bedarf visualisiert werden.
Zur Hostanbindung nutzt das DAS4000 ein standardisiertes Protokoll (VDA-AK-SAMT) der deutschen Anwender von Abgasrollen- und Motorprüfständen. Es unterstützt Fernbedienung, Wertabfrage und Parametrierung über RS232 oder TCP/IP. Durch die TCP/IP-Unterstützung kann das DAS4000 auch mit anderen Komponenten der Gesamtautomation parallel auf einem PC verwendet werden.
Bei jedem Fahrtest werden die Ist-Daten aufgezeichnet, so dass sie als Fahrkurvenvorgabe für einen neuen Test verwendet werden können. Nach einem Test werden die Daten analysiert und in Ergebnisdateien abgelegt. Es besteht die Möglichkeit, die Ergebnisdateien der aktuellen und vergangenen Tests anzuzeigen und auszudrucken. Sie beinhalten Daten über die Anzahl und Dauer der Toleranzverletzungen, die zurückgelegten Entfernungen, die Zeitpunkte des Teststarts und des Testendes.
Die Daten der Fahrtests liegen im ASCII Format auf der Festplatte, werden mit Hilfe eines Explorers ausgewählt und können mit einem externen Editor bearbeitet und erzeugt werden.
Neben den normalen Fahrtests bietet die Software einen “Coast Down“ Test, mit dem das Ausrollverhalten eines Fahrzeuges bestimmt wird. Dazu muss das Fahrzeug auf 130 km/h beschleunigen und anschließend ausrollen, wobei Zeiten gemessen und die Ergebnisse abgespeichert werden. Mit diesem Verfahren lassen sich die Rolleneinstellungen überprüfen. Es wird verifiziert ob das Ausrollverhalten auf dem Prüfstand dem auf der Straße entspricht.
Fazit und Ausblick
Die DAS4000 Software ist aufgrund ihrer Konzeption und der gewählten Programmierumgebung entsprechend den aktuellen und künftigen Anforderungen konfigurierbar und problemlos erweiterbar und anpassbar. Die Anzahl und das Aussehen der darzustellenden Analoganzeigeelemente (Tacho, Thermometer) sind parametrierbar. Alle Konfigurationsdaten sind in einer ASCII-Datei abgelegt und können mit einem Texteditor bearbeitet werden.
Eine sinnvolle Erweiterung der DAS4000 Software ist ein Konfigurationseditor, der es ermöglicht Konfigurationsvorgaben in der laufenden Anwendung zu ändern.
Über die realisierte Anwendung hinaus kann das DAS4000 für alle Anwendungen eingesetzt werden, die Fahrzeugfunktionen im Fahrbetrieb auf einem Rollenprüfstand prüfen.
Bei jedem Fahrtest werden die Ist-Daten aufgezeichnet, so dass sie als Fahrkurvenvorgabe für einen neuen Test verwendet werden können. Nach einem Test werden die Daten analysiert und in Ergebnisdateien abgelegt. Es besteht die Möglichkeit, die Ergebnisdateien der aktuellen und vergangenen Tests anzuzeigen und auszudrucken. Sie beinhalten Daten über die Anzahl und Dauer der Toleranzverletzungen, die zurückgelegten Entfernungen, die Zeitpunkte des Teststarts und des Testendes.
Die Daten der Fahrtests liegen im ASCII Format auf der Festplatte, werden mit Hilfe eines Explorers ausgewählt und können mit einem externen Editor bearbeitet und erzeugt werden.
Neben den normalen Fahrtests bietet die Software einen “Coast Down“ Test, mit dem das Ausrollverhalten eines Fahrzeuges bestimmt wird. Dazu muss das Fahrzeug auf 130 km/h beschleunigen und anschließend ausrollen, wobei Zeiten gemessen und die Ergebnisse abgespeichert werden. Mit diesem Verfahren lassen sich die Rolleneinstellungen überprüfen. Es wird verifiziert ob das Ausrollverhalten auf dem Prüfstand dem auf der Straße entspricht.
Fazit und Ausblick
Die DAS4000 Software ist aufgrund ihrer Konzeption und der gewählten Programmierumgebung entsprechend den aktuellen und künftigen Anforderungen konfigurierbar und problemlos erweiterbar und anpassbar. Die Anzahl und das Aussehen der darzustellenden Analoganzeigeelemente (Tacho, Thermometer) sind parametrierbar. Alle Konfigurationsdaten sind in einer ASCII-Datei abgelegt und können mit einem Texteditor bearbeitet werden.
Eine sinnvolle Erweiterung der DAS4000 Software ist ein Konfigurationseditor, der es ermöglicht Konfigurationsvorgaben in der laufenden Anwendung zu ändern.
Über die realisierte Anwendung hinaus kann das DAS4000 für alle Anwendungen eingesetzt werden, die Fahrzeugfunktionen im Fahrbetrieb auf einem Rollenprüfstand prüfen.