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Dem Pulsauf der Spur

Prüfsysteme fürPulsweitenmodulierte Signale
In modernen Fahrzeugen werden mehr und mehr Pulsweitenmodulierte (PWM) Signale zur übertragung von Informationen oder zur Regelung der Energiezufuhr zu diversen Verbrauchern eingesetzt. Ob dies nun aus sicherheitstechnischen Erwägungen bei einem Bremssensor, der „den Bremsassistenten“ mit Daten füttert oder aus Kostengründen bei auf- und abblendender Innenbeleuchtung oder bei integrierten, mehrstufigen Rück- und Bremslichtern geschieht - immer häufiger verdrängen PWM Signale die bisher eingesetzten Analogsignale bei der Energieübertragung und in den Steuergeräten.

Als direkte Folge davon steigt auch der Bedarf an PWM Messkanälen in den Testsystemen der Fahrzeug- und Komponentenhersteller deutlich an. Diese Messkanäle sollen dabei sogar möglichst „intelligent“ sein, um autark Grenzwertverletzungen von vorgegebenen Puls Pausen Verhältnissen (Duty Cycles) lückenlos zu überwachen. Dabei soll die Stabilität des PWM Signals ausgewertet werden; bei änderung des zu beobachtenden Duty Cycles wird die überwachung gezielt für wenige Periodendauern ausgeblendet.
Im Fehlerfall soll das System die Fehlerursache und eine zeitliche Historie der letzten Perioden vor und nach dem Fehler mit genauem Fehlerzeitpunkt aufzeichnen und an das Testsystem weitergeben. Natürlich müssen diese PWM Kanäle – oder das PWM Subsystem – hardware- und softwaremäßig leicht in die bisherigen Testsysteme zu integrieren sein. Durch das integrierte Pre-Processing des PWM Subsystems bleibt dann auch die Leistungscharakteristik des Gesamtsystems erhalten.

Die Aufgabe
Um dieser Entwicklung Rechnung zu tragen haben measX und die Hella KG eine Kooperation zur Erweiterung des Hella eigenen SUT (Standard Universal Tester) Prüfsystems um ein mehrkanaliges PWM Subsystem vereinbart. Das SUT Prüfsystem ist ein auf Basis von National Instruments PXI Chassis, Controllern und Messwerterfassungskarten aufgebautes Prüfsystem, dessen Module in National Instruments LabWindows CVI angesteuert bzw. programmiert wird.
Die Kooperation wurde im Rahmen der gemeinsamen Betreuung zweier Praxissemester von zwei Studenten der Fachhochschule Niederrhein durchgeführt. Die beiden Studenten, die außer Grundkenntnissen in LabVIEW und C keine besonderen Voraussetzungen erfüllen brauchten, sollten dabei in 13 Wochen nicht nur eine Machbarkeitsstudie, sondern ein verwertbares, ausbaufähiges Ergebnis präsentieren.
Die Hardware
Als Basis für die Entwicklung wurde eine RIO PXI Karte von National Instruments verwendet – RIO steht dabei für „Reconfigurable Input/Output“. Diese Karte gruppiert 8 analoge Ein- und 8 analoge Ausgänge mit 16 Bit Auflösung und 96 konfigurierbare TTL Ein- oder Ausgänge um einen FPGA (Field Programmable Gate Array) Kern, der mittels LabVIEW programmiert wird. Die TTL Ein- und Ausgänge sind dabei nicht auf PWM-Erkennung oder Erzeugung, Counter, oder ähnliches „fest verdrahtet“, sondern werden per Software mit den gewünschten Funktionen beaufschlagt. Dies ist möglich, da auf dem FPGA die einzelnen Funktionen parallel (weil räumlich getrennt) ablaufen, es sind Schleifen mit deterministischen Raten von mehreren MHz möglich. So ist eine lückenlose überwachung der einzelnen PWM-Signale gewährleistet, ohne alle Signale gepuffert messen und in großen Blöcken bei signifikanter Auslastung im Host Systems auswerten zu müssen.

Die Software
Die Realisierung des Projektes wurde zwischen den beiden Studenten auf zwei Bereiche aufgeteilt: den FPGA Teil, der die Daten erfasst, bewertet und sammelt und den Host Teil, der die Schnittstelle zwischen Testsystem und FPGA Karte bildet.
Dieser Schnittstellenteil besteht wiederum aus zwei Teilen: der Kommandierung und dem Datenaustausch zwischen einem LabVIEW Host-Programmteil und dem auf dem FPGA ablaufenden Teil, sowie dem Aufruf der Funktionen des LabVIEW Host-Programms aus LabWindows CVI heraus.
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Während bei der Betreuung der beiden Studenten die Hella KG die eigentliche Aufgabenstellung definierte und spezifizierte und die Integration in das SUT System koordinierte, konnte measX seine langjährige Erfahrung mit den National Instruments Programmier-Werkzeugen und Hardwarekomponenten einbringen.
Nach der erforderlichen Vertiefung der LabVIEW Kenntnisse im Rahmen der Einarbeitung, profitierte besonders die Optimierung des FPGA Teils von den Erfahrungen, die measX im Rahmen mehrerer Projekte mit diesem System schon gemacht hat.
Heinz Hennrichs, Leiter Zentrale Prüfsysteme, Hella KG Hueck & Co kommentiert dies so:

Zitat:„In der Nutzung von SW konfigurierbaren RIO FPGA Modulen, sehen wir ein wichtiges Werkzeug, um den Standardisierungsgrad unserer Prüfsysteme zu erhöhen.“

 
     
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