Datenerfassung und -kontrolle am Autositz-Prüfstand

Fisher Dynamics hat seinen Hauptsitz in Saint Clair Shores (Michigan, USA) und blickt auf eine lange Geschichte zurück. Im Jahr 1908 wurde das Unternehmen unter dem Namen Fisher Body in Detroit gegründet, um „pferdelose Kutschen“ zu entwickeln, wie man Automobile damals nannte. Es dauerte nicht lange, bis sich das Unternehmen zu einem Motor der Automobilbranche entwickelte. Sein Schwerpunkt und Name änderten sich im Laufe der Zeit, aber es ist immer eine innovative treibende Kraft der Branche geblieben.

Heute beliefert Fisher Dynamics die Automobilindustrie mit sicherheitskritischen Sitzstrukturen und -mechanismen. Dafür entwirft und fertigt das Unternehmen Sitzverstell- und Arretiervorrichtungen sowie spezielle Mechanismen für Personenkraftwagen, die dazu beitragen, das Fahrerlebnis sicherer, komfortabler und angenehmer zu machen.

Der Prüfstand von Fisher Dynamics ist für die Test- und Qualitätssicherungsverfahren von entscheidender Bedeutung. Bei dem bisher genutzten Modell handelte es sich um eine Sonderanfertigung, so dass eine Aufrüstung schwierig und in einiger Hinsicht sogar unmöglich war. 

Die zugehörige selbstentwickelte Software konnte nur von einem Experten angepasst werden, und die Hardware war nicht zur Wartung durch den Benutzer geeignet. Da sich die Autositze aber von Jahr zu Jahr weiterentwickeln und der alte Prüfstand damit nicht Schritt halten konnte, war Fisher schließlich nicht mehr in der Lage, die hergestellten Sitze effizient zu testen.

So machte man sich auf die Suche nach einem neuen Datenerfassungs- und Steuerungssystem. Fisher hatte bereits Erfahrungen mit Dewesofts Datenerfassungssystemen für allgemeine Prüfanwendungen in der Automobilindustrie gesammelt und sich von deren Portabilität und Robustheit sowie der Benutzerfreundlichkeit der Software überzeugen können. Deshalb entschied sich das Unternehmen zur Aufrüstung des Prüfstands für die IOLITE-Serie von Dewesoft, da sie die Datenerfassung mit Echtzeit-Steuerungsfunktionen kombiniert. 

Systemanforderungen

Vor der Auswahl der spezifischen Datenerfassungs- und Steuerungshardware formulierten Fisher Dynamics und Dewesoft eine Reihe von Zielen und Wunschergebnissen für das Projekt, nämlich:

• eine höhere Benutzerfreundlichkeit des Prüfstands,

• die möglichst umfangreiche Automatisierung des Testverfahrens,

• die Verwendung handelsüblicher Komponenten bei der Entwicklung der Steuerungen,

• eine hohe Flexibilität und Ausbaufähigkeit des Prüfstands und seiner Funktionen und

• die Einpassung in das vorhandene Dewesoft-Produkt-Ökosystem von Fisher Dynamics.

Ganz oben auf der Liste stand die Benutzerfreundlichkeit, da das alte System für unerfahrene Benutzer oft unübersichtlich war. Zudem war es mit einem hohen Einrichtungs- und Konfigurationsaufwand für den Bediener verbunden. Jeder Test musste manuell eingerichtet werden, was ineffizient war und zu Inkonsistenzen bei den Tests führte, die die Datenanalyse über mehrere Datensätze hinweg erschwerten.

Dewesoft empfahl Fisher Dynamics die IOLITE-Seire, da sie eine hochflexible und kostengünstige Lösung für die Datenerfassung und Echtzeit-Steuerung darstellt. Die IOLITE-Serie umfasst eine Reihe austauschbarer Module mit unterschiedlichen Ein- und Ausgängen sowie die leistungsstarke DewesoftX-Software.

Fisher entschied sich für die modulare IOLITE-Hardware, weil sie im mobilen Kontrollwagen auf Hutschienen montiert werden kann. Im Einzelnen wählten die Messtechniker für den neuen Prüfstand die folgenden fünf spezifischen IOLITE-Module aus:

• IOLITE 6xSTG:  6-kanaliges Dehnungsmessstreifen-/Brücken-/Spannungsmodul, kompatibel mit TEDS-Sensoren zur automatischen Sensorerkennung und -konfiguration. Dieses Modul erfasst Daten von Seilzuglängengebern und Kraftsensoren.

• IOLITE 8xLV: 8-kanaliges Niederspannungsmodul, unterstützt ±100-V-Signale (Gleich- und Wechselspannung). Dieses Modul erfasst die Ausgangssignale der Stromversorgungen.

• IOLITE 4xCNT: 4-kanaliges Digitalzähler-Modul, erfasst Signale von Encodern, PWM- und Tastgradgeräten, Tachometern, Drehzahlsensoren sowie Geräten zur Frequenz- und Winkelmessung. Dieses Modul erlaubt die problemlose Erweiterung des Prüfstands im Bedarfsfall.

• IOLITE 16xAO: 16-kanaliges ±10-VDC-Ausgangsmodul zur Steuerung externer Geräte, wie z. B. programmierbarer Stromversorgungen.

• IOLITE 8xDI/4xDO: 8-kanaliges digitales Eingangs- / 4-kanaliges digitales Ausgangsmodul. Die Ausgänge werden zur Steuerung von Relais und anderen Geräten verwendet, die hohe oder niedrige Signale benötigen. konkreten Fall werden sie benutzt, um zu prüfen, ob die Stromversorgungen eingeschaltet sind und Fernsteuerungssignale entgegennehmen können.

Testhardware

Die Sitzmotoren werden über ein programmierbares Gleichstromnetzteil versorgt, das 0 bis 20 VDC ausgibt. Die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom werden über ein analoges Steuersignal von 0...10 VDC geregelt, wobei je nach verwendetem Kanal 0 Volt entweder 0 VDC oder 0 ADC und 10 VDC entweder 12 VDC oder 50 ADC steuern. Die Netzteile akzeptieren auch ein digitales 12-VDC-Signal, das den Stromausgang ein- und ausschaltet. 

Zur Umkehrung der Polarität und zur damit einhergehenden Änderung der Laufrichtung der Motoren verwendet Fisher drei DPDT-Relais (Double Pole Double Throw). Ein zusätzliches Halbleiterrelais steuert den Zustand dieser Relais, indem es den Strom aus der 12-VDC-Stromquelle kontrolliert. Die Kombination der drei Stromversorgungen, der drei DPDT-Relais und des Relais, das die DPDT-Relais steuert, ermöglicht es dem Prüfstand, die Geschwindigkeit und Richtung der Motoren und der angetriebenen Achse(n) zu steuern.

Bei bestimmten Tests bewegt ein elektrischer Stellantrieb von Yaskawa einen Prüfling vor und zurück und übt dabei eine Kraft auf ihn aus, um die Stabilität zu testen. Das Yaskawa-System umfasst einen Servo-Treiber mit der dazugehörigen proprietären Software. Mit ihr lassen sich die Systemparameter, einschließlich der Steuerung des Stellantriebs, einstellen. Für unsere Anwendung wurde das System so konfiguriert, dass es ein ±10-VDC-Signal annimmt, wobei -10 VDC für volle Rückwärtsgeschwindigkeit und +10 VDC für volle Vorwärtsgeschwindigkeit steht und 0 ein vollständiger Stopp ist.

Testübersicht

Die Techniker verwenden den Prüfstand zur Durchführung verschiedener Tests, die alle unterschiedliche Anforderungen an die Steuerung stellen und unterschiedliche Hardware erfordern:

Das Testverfahren für die Betriebsgeschwindigkeit

Bei der Betriebsgeschwindigkeitsprüfung wird jede Sitzachse auf die Rahmen-, Motoren- und Getriebequalität getestet. Ein Sitz kann vor und zurück und nach oben und unten bewegt und/oder gekippt werden. Die Daten, die zur Quantifizierung der Performance herangezogen werden, sind die Stromaufnahme des Motors und die Geschwindigkeit der Bewegungen. Die Anzahl der durchzuführenden Zyklen und der getesteten Achsen kann von Test zu Test variieren.

Der Überwachungsausgang der Stromversorgung zeichnet den Strom auf. Zusätzlich gibt die Stromversorgung zur Überwachung von Spannung und Strom ein analoges Signal von 0...5 VDC aus. Mit der passenden Skalierung ist es möglich, einen genauen Messwert für beide Größen zu erhalten. Zur Erfassung der Geschwindigkeit wird an jede zu messende Achse ein Seilzuglängengeber angeschlossen. Die Wegmesswerte dieses Sensors können mit Hilfe der Mathematik-Engine der DewesoftX-Software integriert werden.

Das Testverfahren für die Gleitkraft

Bei der Gleitkraftprüfung wird ein elektrischer Stellantrieb dazu verwendet, einen Sitz vor und zurück zu bewegen und die dafür erforderliche Kraft zu messen. Der Sitz wird auf den Prüfstand montiert und an einen Yaskawa-Stellantrieb angeschlossen. Am Anschlusspunkt des Stellantriebs wird ein Kraftsensor angebracht, der die für das Vor- und Zurückbewegen des Sitzes erforderliche Kraft misst. Dieser Kraftsensor produziert ein differenzielles analoges Ausgangssignal, das in der DewesoftX-Software einfach durch Eingabe der auf dem Kalibrierungsblatt des Sensors angegebenen Faktoren skaliert wird. Wie schon bei der Betriebsgeschwindigkeitsprüfung variiert auch hier die Anzahl der durchzuführenden Zyklen von Test zu Test.

Der mobile Kontrollwagen

Fisher Dynamics besitzt einen maßgeschneiderten mobilen Kontrollwagen, der die gesamte Testhardware enthält. Dieser Wagen wurde – vom ersten Entwurf bis hin zur Hardware-Ausstattung, der Verkabelung und jeglichem externem Zubehör – von Fisher Dynamics selbst entwickelt. Die Integration der IOLITE-Module gestaltete sich dank ihrer Industriestandard-Steckverbinder und der praktischen Hutschienenmontage ausgesprochen einfach.

Testsoftware

Mit der DewesoftX-Software können Sie Ihre eigene Steuerung entwickeln, ohne selbst programmieren zu müssen. Noch besser: Sie können das System sogar anpassen, wenn sich die Anforderungen ändern. DewesoftX deckt alle Aspekte der Hardwarekonfiguration und -steuerung ab. Mit ihrem breiten Spektrum an mathematischen Funktionen, einem PID-Regler und Plugins lässt sich die Software auf praktisch jede Anwendung zuschneiden. 

Die Prüfstandsanwendung von Fisher Dynamics nutzte die Vorteile des DewesoftX-Sequencers. Das leistungsstarke Tool erlaubte es uns, eine blockbasierte Logik zur Automatisierung von Tests und anderen Vorgängen zu entwickeln. Die grafische Benutzeroberfläche (GUI) wurde mithilfe der umfangreichen Bibliothek visueller Steuerelemente und Widgets erstellt, die in der Software enthalten sind.

Wir legten für jeden Testfall eine Reihe von Konfigurationsdateien an: manuelle Steuerung, Betriebsgeschwindigkeit und Gleitkraft. Die manuelle Steuerung diente dazu, den Prüfling physisch zu bewegen, während die beiden anderen für die jeweiligen Testverfahren bestimmt waren.

Der Kanalkonfigurationsbildschirm (siehe Abb. 5) erlaubte die Konfiguration der Ein- und Ausgänge mit Name, Bereich, Skalierungsfaktor(en), Sensoranregung und technischen Einheiten. Der Seilzuglängengeber beispielsweise erfordert eine 15-VDC-Anregung, gibt 0 bis 24 VDC aus und ist auf 50,8 cm ausziehbar. Das Verfahren wird für alle Sensoren und Eingänge, jeweils mit ihren eigenen Parametern, wiederholt. Alle diese Kalibrierungen können für einen leichten späteren Zugang und die Erstellung neuer Setups in einer Sensordatenbank gespeichert werden.

Mathematik-Kanäle gewährleisten die Logik innerhalb der Setups, indem sie das Schreiben einfacher IF-Anweisungen zur Überprüfung der Systemsicherheit und des Systembetriebs ermöglichen. Zu den Parametern, die mithilfe der IF-Anweisungen überwacht werden, zählen die Aktivierung und Deaktivierung des Systems, die Aktivierung des Relais je nach erforderlicher Bewegungsrichtung und die Skalierung der Ausgangssignale in den von der Empfängerhardware benötigten Bereich. Die Mathematik-Kanäle können auch grundlegende Statistiken liefern (z. B. Minimal-, Maximal-, Durchschnitts- und Effektivwerte), und fortgeschrittene Berechnungen durchführen, wie z. B. die Integration zur Ableitung der Echtzeit-Geschwindigkeit.

Für unsere Tests konnten wir die Mathematik-Kanäle, die wir verwenden wollten, einfach auswählen. Besonders nützlich war, dass Mathematik-Kanäle auch nach Aufzeichnung der Daten noch zu einem Test hinzugefügt werden können. Das bedeutet, dass Analysen, die vor der Durchführung der Tests nicht einmal in Betracht gezogen wurden, später hinzugefügt und ohne externes Analysetool durchgeführt werden können.

Die Tests werden durch den in DewesoftX integrierten Sequencer gesteuert. Er bietet eine benutzerfreundliche Methode zur Automatisierung von Abläufen, die keine Programmierung erfordert. Verschiedene Funktionsblöcke, darunter IF, WAIT FOR und DELAY, erlauben es, Ereignissequenzen zu erstellen. 

Die Software verfügt auch über Aktionsblöcke, die z. B. das Starten oder Stoppen der Datenerfassung, die Auswahl einer Anzeige und vieles mehr ermöglichen, und Berechnungsblöcke, mit denen Parameter innerhalb eines Setups geändert, Werte festgelegt und sogar Ausgangssignale über die Hardware gesendet werden können. Wird eine Sequenz zu umfangreich, dann ist es selbst möglich, benutzerdefinierte Blöcke zu erstellen, die sie in einem einzigen Unterblock zusammenfassen.

Der Sequencer ermöglicht die Automatisierung fast aller Aspekte des Tests. Wenn der Bediener den Prüfling in die Testvorrichtung eingesetzt hat, muss er nur noch an bestimmten Stellen die Bestätigungstasten drücken, um verschiedene Meldungen zu bestätigen. Zur Sicherheit verfügt die Software über eingebaute Alarme, die alle möglichen Probleme – von einer Zeitüberschreitung bis hin zu einer Überstrombedingung – erkennen und das System anhalten können.

Die Kombination all dieser Funktionen in DewesoftX erlaubt es, fast jedes Testverfahren vollständig zu automatisieren – von der anfänglichen Kalibrierung über die Ausführung bis hin zur Nachanalyse und zum Datenexport. Die Daten können in diverse Formate exportiert werden, darunter Excel, FlexPro, MATLAB und viele mehr. In Excel ist es sogar möglich, Daten in benutzerdefinierte Vorlagen zu exportieren, um die Verwendung von Gleichungen zu erleichtern oder mithilfe eines Makros umfangreiche Berichte zu erstellen. 

Benutzeroberfläche

Mit den in DewesoftX enthaltenen Widgets kann eine professionelle Benutzeroberfläche erstellt werden. Zu den Widgets gehören analoge und digitale Messskalen, Rekorder und Oszilloskope, die Zeitverlaufsdiagramme, XY-Diagramme, FFT-Ansichten usw. anzeigen, sowie interaktive Steuerelemente wie Schaltflächen, Eingabefelder und Schalter anzeigen. 

Man kann Widgets per Drag & Drop auf die Anzeige ziehen, ihnen die gewünschten Kanäle zuweisen und sie dann an einer beliebigen Stelle platzieren. So lässt sich in wenigen Minuten eine ansprechende und funktionelle grafische Benutzeroberfläche schaffen.

Berichte

DewesoftX bietet Ihnen die Möglichkeit, Berichte zu erstellen, die Sie ausdrucken oder als PDF-Datei speichern können und die sich einfach an das von Ihnen gewünschte Format anpassen lassen. Ihre Berichte können eine Auswahl von Testdaten oder alle Testdaten (einschließlich Zeitverlaufs-, XY-, FFT-, Statistik- und Metadaten) enthalten. Auch die Erstellung von Deckblättern mit Angaben zu Testgrundlagen und Metadaten ist möglich.

Fazit

Durch die Kombination von Dewesoft-Hardware und -Software schufen wir eine robuste, anpassungsfähige und benutzerfreundliche Lösung für den Prüfstand von Fisher Dynamics. Mit ihr kann das Unternehmen nicht nur seine Testanforderungen konsequenter erfüllen, sondern sie ist bei wachsendem Anforderungen auch einfach erweiterbar.

Fisher kann das System problemlos um weitere Tests ergänzen, und die Messtechniker können die vorhandenen Konfigurationen und Sequenzen ihren Bedürfnissen entsprechend anpassen. Außerdem ist die Benutzeroberfläche mit den leicht ablesbaren Anzeigen und übersichtlichen, auf dem Bildschirm angeordneten Schaltflächen und Bedienelementen auch viel benutzerfreundlicher als die des alten Systems.

Das Unternehmen kann das neue System sogar aufrüsten, ohne externe Integratoren und Programmierer hinzuziehen zu müssen. Für DewesoftX fallen keine wiederkehrenden Gebühren an, und lebenslange kostenlose Aktualisierungen sind inbegriffen.

Der in DewesoftX integrierte Sequencer hat die Bedienerfreundlichkeit deutlich verbessert, die Einrichtungszeit verkürzt, die Kosten reduziert und die testübergreifende Konsistenz verbessert.

Letzte Punkte

Fisher Dynamics entschied sich dafür, Dewesoft mit der Durchführung dieses Integrationsprojekts zu beauftragen, um Zeit zu sparen. Die Techniker des Unternehmens hätten es aufgrund der grafischen Natur der Software und dank der umfassenden Dokumentation aber auch selbst durchführen können. 

Sie als Endbenutzer können jeden Schritt – von der Auswahl der Hardware bis zur Softwareentwicklung – selbst übernehmen. Wenn Sie es nicht wünschen, brauchen Sie für ein Dewesoft-Prüfstandsprojekt keinen Integrator zu beauftragen. Dewesoft unterstützt Sie während des ganzen Prozesses – mit Schulungen, leicht verständlicher Dokumentation und einem Team engagierter Techniker, das Ihnen hilft, Ihr Projekt umzusetzen.

Das umfangreiche Sortiment an Datenerfassungs- und Steuerungshardware von Dewesoft erlaubt die Anbindung an zahllose Geräte anderer Hersteller. Sie ist in verschiedenen Formaten erhältlich, von universellen Tischgeräten, tragbaren Geräten und Geräten für den Rack-Einbau bis hin zu robusten IP67-Modulen, die für den Einsatz bei Regen, Schneeregen, Schnee und Temperaturen von -40 °C bis ±85 °C geeignet sind.

Die DewesoftX-Software unterstützt die industriellen Kommunikationsprotokolle Modbus, OPC UA, MQTT und CAN und ermöglicht so die Kommunikation mit einer Vielzahl industrieller Geräte. Wenn Sie mehr erfahren möchten, besuchen Sie die Dewesoft-Website, wo Sie Produktinformationen, kostenlose Online-Schulungen, eine umfangreiche Auswahl an Diskussionsforen und vieles mehr finden. Das Dewesoft-Team aus Datenerfassungs- und Steuerungsexperten und Anwendungstechnikern wird ihnen dabei helfen, die bestmögliche Lösung für Ihr Projekt zu finden.