„Obwohl der erste Prototyp mit einem NI-cRIO-9076-Gerät zusammen mit den Modulen NI 9221, NI 9264 und NI 9225 erstellt wurde, wurde die endgültige Version des ECU-Emulators/Simulators mit einem NI-sbRIO-9636-Gerät erstellt, was uns ermöglicht hat um die Kosten für die Serienproduktion des ECU-Emulators zu reduzieren.“
die Herausforderung
Wenn das Steuergerät, das die Einspritz- und/oder Zündsysteme des Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs steuert, nicht mehr funktioniert. Richtig gelesen, auf Seiten der Mechaniker und Elektroniker herrscht große Unwissenheit, wie man dieses Problem angeht.
Wir wollen ihnen ein Werkzeug an die Hand geben, mit dem sie solche Steuergeräte in einer simulierten Off-Vehicle-Umgebung diagnostizieren können.
die Lösung
Unter Verwendung eines in LabVIEW programmierten NI-sbRIO-9636-Geräts zusammen mit einer selbst entworfenen Signaladapterkarte wurde ein Fahrzeugemulator gebaut. Dieser Emulator ist in der Lage, die wichtigsten Signale zu senden, die ein Einspritz- und/oder Zündsteuergerät benötigt, um außerhalb des Fahrzeugs zu funktionieren und seinen korrekten Betrieb in verschiedenen Situationen zu überprüfen.
Kontext
In den letzten Jahren wurde zunehmend Elektronik in Fahrzeuge eingeführt. Heutzutage ist ein Fahrzeug nicht mehr vorstellbar, das nicht über zahlreiche elektronische Steuereinheiten (ECUs) verfügt, die für die Steuerung aller Arten von Fahrzeugsystemen bestimmt sind, wie z. B. die Steuerung der Einspritz- und/oder Zündsysteme des Verbrennungsmotors, der ABS-Bremsen, usw.
Eines der wichtigsten Steuergeräte ist das Einspritz- und/oder Zündsteuergerät des Motors, da bei dessen Ausfall das Fahrzeug in den meisten Fällen stillsteht.
Die Entwicklung in der Fahrzeugelektronik wurde bisher nicht von einer adäquaten Ausbildung zum Thema Elektronik für Fachleute in Kfz-Werkstätten und -Händlern begleitet, was eine gewisse Angst vor dem Umgang mit diesen Systemen erzeugt. Daher bestand die Mission dieses Projekts darin, Mittel bereitzustellen, um Kfz-Reparaturfachleuten die Welt der Automobilelektronik näher zu bringen.
Technische Voraussetzungen
Der Emulator muss es ermöglichen, das Steuergerät so zu speisen, wie wenn es in das Fahrzeug integriert wäre. Diese Netzteile müssen in geeigneter Weise gegen mögliche Kurzschlüsse geschützt werden, die unbeabsichtigt auftreten können, wenn die erforderlichen Verbindungen hergestellt werden.
Als nächstes muss der Emulator die simulierten Signale an die ECU senden, die die verschiedenen Sensoren, die ein Verbrennungsmotor enthält, an ihn senden, wenn er in einem Fahrzeug arbeitet. Die Rede ist von Signalen wie Motordrehzahl, Nockenwellenpositionssignal, Motortemperatur, angesaugte Luftmenge, Saugrohrdruck etc. Einige dieser Signale gelten als Primärsignale und müssen gesendet werden, wenn das Steuergerät in Betrieb genommen werden soll, während andere Sekundärsignale sind und dazu beitragen, die Betriebsbedingungen des Motors zu variieren. Eine weitere notwendige Voraussetzung ist, dass der Instandsetzer diese Signale leicht variieren kann, um verschiedene Motorbetriebssituationen zu simulieren und die Reaktion des Steuergeräts darauf zu überprüfen.
Es ist auch wichtig, dass der Emulator eine schnelle Verbindung mit bestimmten Aktuatorelementen ermöglicht, die ein Verbrennungsmotor normalerweise enthält, wie z. B. Einspritzdüsen, Zündspulen usw. mit dem Zweck, den korrekten Betrieb der ECU durch die Beobachtung in einem Oszilloskop, das den Emulator selbst enthält, der Form der elektrischen Signale zu überprüfen, die die ECU an sie sendet, Signale, die wiederum auf der Festplatte für ihre nachfolgende Verarbeitung gespeichert werden und Analyse.
Schließlich muss der Emulator es einem Fahrzeugdiagnosegerät ermöglichen, schnell und einfach mit dem Steuergerät zu kommunizieren und zu sehen, ob es auf die vom Emulator gesendeten Stimuli reagiert.
Hardware
Obwohl der erste Prototyp mit einem NI-cRIO-9076-Gerät zusammen mit den Modulen NI 9221, NI 9264 und NI 9225 erstellt wurde, wurde die endgültige Version des ECU-Emulators/Simulators mit einem NI-sbRIO-9636-Gerät erstellt, das gekoppelt wurde eine eigens entwickelte Signaladapterkarte, die nicht nur die vom Fahrzeug kommenden Signale isoliert, sondern auch deren Spannungspegel so anpasst, dass sie vom NI cRIO-9076 richtig interpretiert werden können. Dadurch konnten wir auch die Kosten für die Serienproduktion des ECU-Emulators reduzieren.
Software
LabVIEW wurde sowohl zum Programmieren des Emulators als auch zum Programmieren der verteilbaren ausführbaren Datei verwendet, die vom Werkstattpersonal verwendet werden kann.
Die Möglichkeit der Programmierung auf FPGA-Ebene hat die Erfassung bei sehr hohen Frequenzen ohne Datenverlust ermöglicht. Darüber hinaus war es durch die Verwendung der LabVIEW-Tools zur Verwaltung großer Datenmengen in Echtzeit (hauptsächlich RT-FIFOs und Netzwerkstreams) möglich, eine Schnittstelle zu erstellen, in der der Endbenutzer den Betrieb von Sensoren und Aktoren im Detail beobachten kann dass Sie mit hoher Frequenz arbeiten.
Beschreibung der Funktionsweise des ECU-Emulators
Zuerst müssen Sie das Steuergerät richtig mit dem Emulator verbinden. Als nächstes wählen wir auf dem Computer, der mit dem ECU-Emulator zusammenarbeitet, den ECU-Typ aus, den wir über das entsprechende Menü diagnostizieren möchten. Dieser Schritt ist wichtig, da jede ECU eine bestimmte Art von Signalen benötigt, um zu arbeiten. Der Emulator ist darauf vorbereitet, mit den derzeit am häufigsten verwendeten Steuergeräten zu arbeiten, und sogar neue Modelle können auf relativ einfache Weise integriert werden.
Schließlich starten wir den Simulationsprozess. Der Emulator sendet die entsprechenden Signale an das Steuergerät und es startet, was wir physisch und akustisch beobachten können. Ebenso können wir im Oszilloskop, das auf dem Computerbildschirm erscheint, beobachten, ob die Form dieser Signale korrekt ist.
Der Bediener variiert die Parameter der Simulationssignale wie Motordrehzahl, Motortemperatur usw. nach Belieben und prüft, ob die Ausgangssignale des Steuergeräts diese Änderungen in den gesendeten Signalen begleiten. Sie können auch eine Diagnosemaschine über die eigene Konsole des Emulators mit dem Steuergerät verbinden und über das Parametermenü beobachten, dass das Steuergerät die Änderungen versteht und darauf reagiert, die der Bediener an den an es gesendeten Signalen vornimmt.
Der gesamte Test wird in Form einer Datei aufgezeichnet, die nach Abschluss des Tests eingesehen werden kann.
