Rendszerelrendezés elektronikus vezérlőegységek (ECU) gyártásához – 1

A modern járművek értékének egyre nagyobb részét képviseli az elektronika. Ennek működőképes­sége és megbízhatósága a biztonságnak a szó szoros értelmében létfontosságú feltétele. A számos megvaló­sított funkció szerteágazó tesztelési követelményeket ró a gyártókra. A gyakori típusváltás és a számtalan alváltozat teljes körű vizsgálata csak rugalmasan konfigurálható, automatikus mérőrendszerek­kel lehet­séges.

Bevezetés

Az elektronikus vezérlőegységeket (Electronic Control Unit – ECU) gyártás közben tesztelő mérőrendszerek elengedhetetlenek a járművek beágyazott vezérlőegységei gyártásának és általános működőképességének ellenőrzéséhez. A korszerű autók egyre sokrétűbb képességei, valamint a világszerte gyártott egységek hatalmas darabszáma miatt nehéz olyan tesztelő platformot találni, amellyel gyorsan és megbízhatóan végezhetők teljes körű vizsgálatok. Az NI PXI-platform – a National Instruments^[1] (NI) Együttműködő Partnerek kulcsfontosságú termékeivel kiegészítve – megfelel a nagy teljesítőképességű gyártási, tesztelési platformokkal szemben támasztott követelményeknek. A cikk nemcsak az ECU-tesztelő platformok alapvető építőköveit ismerteti, hanem azt is, hogy milyen módon lehet belőlük az akár 50-nél is több kivezetéssel rendelkező ECU-k vizsgálatához teljes körű gyári mérőrendszert kialakítani. Az 1. és a 2. ábra vázlatos áttekintést nyújt a vizsgálathoz szükséges elrendezés jelútjainak összefüggéseiről és lehetséges fizikai elrendezéséről.

1. ábra Egy teljes műszerszekrény megtervezésekor fontos, hogy átlássuk a gyári mérőrendszer jelútjait

2. ábra Az 1. ábra elemeinek lehetséges fizikai elrendezése a mérőrendszerben

Gerjesztőjelet előállító és mérőműszerek

Az NI PXI-platform (3. ábra) moduláris, rugalmas és hatékony műszereivel pontosan bemérhetők a vizsgált eszközök, továbbá különféle gerjesztőjelek előállításával vizsgálható azok válasza. A termékkínálatban mérőműszerek széles választékát találjuk, például digitális multimétereket, digitalizálókat és tápegységeket adatgyűjtő-, illetve kommunikációs berendezésekkel ötvözve. Ezek segítségével bármely mérnöki feladathoz teljes körű mérőelrendezés állítható össze.

3. ábra A PXI-mérőműszerek, adatgyűjtő modulok és kommunikációs illesztők ezreit kínáló NI PXI- platformmal testreszabottan alakítható ki a teljes körű teszteléshez szükséges elrendezés

Az autóipari gyártási tesztelési alkalmazások többségénél nem a lehető legnagyobb sebesség elérése a fontos, hanem a sok tesztelendő pont miatt inkább minél több csatornára van szükség. Az ilyen jel­legű projektekhez kitűnően használható például a nyolc csatornán egyidejűleg mintavételező NI PXI-5105-digitalizáló. Egy másik, gyakran előforduló követelmény, hogy legyen lehetőség az ECU-t diagnosztikai üzemmódba állítani, valamint kommunikációt felépíteni vele a hálózati kapcsolat működésének ellenőrzéséhez. A jármű, illetve az ECU típusának függvényében különféle hálózati kapcsolati követelményekkel találkozhatunk. Számos hajtás­rend­szer-vezérlő egység megbízható hálózatot, például nagysebességű CAN-t használ programozáshoz és kommunikációs teszteléshez; ilyen esetekben a PXI-keretben elhelyezett NI PXI-8513/2-típusú illesztőt célszerű alkalmazni. Az elektromos ülés- és ablakmozgatásért, valamint további, kevésbé biztonságkritikus feladatokért felelős fedélzeti vezérlőknél a LIN-összeköttetés használata gyakoribb, ezt az NI PXI-8516-jelű LIN-illesztőkártyával tesztelhetjük. Bármely modult választjuk, az NI PXI-platform páratlan időzítési és szinkronizációs képességeinek köszönhetően biztosak lehetünk abban, hogy a kapott eredmények korreláltak lesznek, és ezáltal gyors és pontos döntések alapjául szolgálhatnak.
Az elmondottakon túlmenően az NI PXI mérő- és jelgeneráló berendezései számtalan módon kombinálhatók, tehát jól alkalmazkodhatunk az autóipar új és kialakulóban lévő technológiáihoz is. Erre példa a multimédiás és informatikai rendszerek tesztelése, ahol az RF-jelek kritikus fontossággal bírnak. Egy vektorjel-generátorral, például az NI PXIe-5673E-típusú egységgel kiadhatunk GPS- vagy műsorszóró jelet, ellenőrizve, hogy a multimédiás egység veszi-e a jelet és megfelelően értelmezi-e az adatokat.

Műszer-hozzáférési panel

A rendszer további kulcsfontosságú eleme a műszer-hozzáférési panel (Instrument Access Panel – IAP), amely számos célt szolgál. Ezek egyike, hogy a korábban említett PXI-beren­dezésekhez hozzáférési lehetőséget nyújtson. Az IAP révén, különféle műszereket csatlakoztatva, a vizsgált eszköz más és más pontjain végezhetünk különböző méréseket, emellett pedig a műszerek csatlakozási felülete és a vizsgált eszköz mérési pontjai között is hidat képez. Pél­dául a 4. ábrán látható műszer-hozzáférési panelt gyártója, az IRS Systementwicklung GmbH (NI Együttműködő Partner) vezérlőegységek gyári teszteléséhez fejlesztette ki. Ez az IAP igen nagy számú mérési pontot képes a vizsgált eszközről különböző mérőcsatornákhoz kapcsolni.

4. ábra NI PXI-műszerek rugalmas csatlakoztatását lehetővé tévő műszer-hozzáférési panel (IRS Systementwicklung GmbH, NI Együttműködő Partner)

Mérőpont átkapcsolás

Miután a PXI-mérőműszereket összekötöttük a műszer-hozzáférési panellel, a vizsgált eszköz pólusaira is rá kell kapcsolni őket. Ehhez általában az NI SwitchBlock-ot használjuk (5. ábra), amellyel – testreszabható hardveres felépítése révén – könnyen alakíthatók ki nagy PXI-kapcsolómátrixok, egyszerűbb lesz a vezetékezés, és könnyebben kapcsolhatók össze az egyes pontok, valamint igen rugalmasan elégíthetők ki a kapcsolódás terén támasztott elvárások. Az NI SwitchBlock hátlapján elhelyezett analóg vonalakon keresztül a PXI-műszerek a vizsgált berendezés egyes pontjait hitelesen képesek az IAP közvetítésével megmérni. Mindezeken kívül a tesztelt vezérlőegységre az IAP-n és az NI SwitchBlock-on keresztül a PXI-modulok kimeneti jeleit is eljuttathatjuk, ezzel szimulálva a valós működési körülményeket.

5. ábra  Az NI SwitchBlock hátlapján elhelyezett analóg vonalak mindkét irányban rugalmas jelvezetési lehetőségeket kínálnak az NI PXI-keret és a tesztelt vezérlőegység között

Mérésvezérlő és szoftver

Az NI PXI-platform a keretbe integrált rendszervezérlővel a tesztelő összeállítás műszerszekrényében helyet takarít meg, ezért itt további műszereket, terhelést stb. helyezhetünk el. Az NI PXI-vezérlők (6. ábra) kategóriájukban élvonalbeli adatfeldolgozási technológiára épülnek a legújabb, többmagos processzorok alkalmazása révén, a megfelelő perifériákkal és memóriaopciókkal kiegészítve.

6. ábra A beágyazott vezérlőnek köszönhetően nincs szükség külső PC-re, a vezárlő – a teljes rendszerrel együtt – a PXI-keretben kap helyet

Az NI PXI-vezérlő lehet tehát a teljes rendszer „agya“: beállíthatja az egyes műszerek működését, vezérelheti az átkapcsolási műveleteket, és kapcsolatot tarthat valamennyi további eszközzel. A vezérlőben a rendszerhez szükséges valamennyi szoftverelem helyet kaphat, beleértve a mérések kifejlesztéséhez használható integrált fejlesztői környezetet (IDE) és a szükséges hard­ver-meghajtó­programokat. Nagy autóipari vállalatoknál gyakran előfordul, hogy a különálló tesztelői csoportok más-más módon szeretnék fejleszteni gyártói mérőrendszerüket. Mivel az NI PXI-platform összes NI-rends­zereleme ugyanazt a nyílt eszközmeghajtó-keretrendszert hasz­nálja, az egyes tesztelési csoportok az azonos hardverelérésre támaszkodva a számukra legelőnyösebb fejlesztőkörnyezetet választhatják.
A rendszervezérlő következő kritikus fontosságú eleme a méréskezelő szoftver, az NI TestStand, amellyel gyorsan alakíthatunk ki – például tömeges autóipari gyártási teszteléshez – önműködő mérőrendszereket. Az NI TestStanddel kifejleszthetjük, futtathatjuk és telepíthetjük is a mérőrendszer programját. Könnyen kialakíthatunk olyan lépéssorozatokat (szekvenciákat) is, amelyek bármilyen tesztelési programnyelven írt kódrészletet tartalmazhatnak. Ezekben megadhatunk végrehajtási sorrendet, je­len­téseket, adatbázisba történő naplózást, valamint kapcsolódhatunk más nagyvállalati rendszerhez is. Az autóipari mérőrendszereknél fontos, hogy a kezelőfelület könnyen használható legyen.
Az autóiparban és hasonló iparágakban kiemelkedő fontosságú az áteresztőképesség, mivel a gyártott berendezések egymás utáni bemérése sokszor túl sok időt vesz igénybe. Az autóipari mérnökök ezért folyamatosan keresik a lehetőséget a tesztelés párhuzamosítására annak érdekében, hogy leszoríthassák az összesített mérési időt. Több vizsgált egység egyidejű tesztelésénél számos szempontot figyelembe véve választhatjuk ki a megfelelő mérőegységeket, mivel egyes vezérlőegységek megfelelő működéséhez például folyamatosan elő kell állítani bizonyos bemeneti jeleket. A hardverkialakítástól függetlenül a méréskezelő szoftver szerepe kiemelt fontosságú a párhuzamos tesztelés szempontjából, mivel ez szervezi össze a hardveres erőforrásokat, irányítja a vizsgálatok végrehajtását, és állítja elő a mérési eredményeket (7. ábra).

7. ábra Az NI TestStand aszinkron eredményfeldolgozásával az eredmények feldolgozása közben már megkezdődhet a következő vizsgált eszköz tesztelése. A TestStand nyilvántartja az eredményeket

Az NI TestStandet eleve a párhuzamos tesztelés követelményeit figyelembe véve alakították ki. A szoftver egyetlen folyamaton belül több szálat is futtathat (8. ábra), ezért könnyebben megoszthatja az adatokat a mérési csatlakozási pontok között, megkönnyítve a hardver szinkronizálását, és az áramköri erőforrások megosztásával leszorítva az összesített vizsgálati költséget. Az NI TestStand kulcsfontosságú tulajdonságai, amelyek különösen alkalmassá teszik az autó­ipari vezérlőegységek párhuzamos tesztelésére, a következők:

• párhuzamos és kötegelt feldolgozási modell, amely automatikusan kezeli a tesztszálakat,

• paraméterezhető szinkronizációs lépések a hardver erőforrások hatékonyabb használatához,

• segítség a hibakeresésben kölcsönös várakozások felderítésével és jelzésével,

• az átkapcsolási műveletek és a mérési kód szinkronizált működtetése,

• a tesztelési lépések automatikus átrendezésével a hardver kihasználtságának javítása,

• az eredmények aszinkron feldolgozása,

• a párhuzamos és a kötegelt feldolgozási modell a vizsgált eszköz követésére és az eredményfeldolgozásra is kiterjed,

• a párhuzamos és a kötegelt feldolgozási modell szálai egymástól függetlenül szüneteltethetők vagy lezárhatók.

8. ábra Az NI TestStand többszálú kialakításának köszönhetően a széles körben elterjedt párhuzamos tesztelési elrendezések esetében jelentősen csökkenthető a vizsgálati idő

A cikk második, befejező részét a Magyar Elektronika 2015. 11. számá­ban közöljük.

[1] ©National Instruments. Minden jog fenntartva. A LabVIEW, National Instruments, NI, ni.com, National Instruments céglogó és az Eagle logó a National Instruments bejegyzett védjegye. Az Ni további NI-védjegyei az ni.com/trademarks oldalon találhatók. A további termék- és vállalatnevek a megfelelő cégek bejegyzett védjegyei vagy kereskedelmi nevei. A National Instruments termékeit védő szabadalmakról az alábbi helyek adnak tájékoztatást: Help>>patents menüpont az NI szoftvereiben, a patents.txt szöveges állomány az NI által biztosított CD-n vagy az ni.com/patents weboldal.

National Instruments Hungary Kft.
1117 Budapest
Neumann J. u. 1/E 2. em. (Infopark E ép.)
Tel.: +36 1 481 1400, fax: +36 1 203 3490
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
http://hungary.ni.com

Szakmai tanácsadás: 06 80 204 704
Technikai kérdések: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.

Még több National Instruments

Címkék: automotív | TestStand | PXI