Fallstudie
Automobilhersteller
Von Nina Kovač, Anwendungstechnikerin, Dewesoft Slowenien, und Thorsten Hartleb, Technischer Vertrieb, Dewesoft Deutschland GmbH

Ein großer Automobilhersteller suchte nach einem neuen System zur Erfassung von stochastischen Beanspruchungen und zur Prüfung der Dauerfestigkeit in extremen Umgebungen. Dewesoft lieferte ein für diesen Einsatz ausgelegtes, vielkanaliges Messsystem (bis zu 250 analoge Kanäle pro Messeinsatz) mit CAN FD Schnittstellen und Kistler KiRoad Interface.

Wenn Sie die Dauerhaltbarkeit und Sicherheit von Fahrzeugen testen wollen, ist die Erfassung von Belastungsdaten und Beansprungskollektiven der richtige Weg. Erfasst werden Daten über das Verhalten des Fahrzeugs auf der Straße und die Belastungen, denen das Fahrzeug über seine Lebensdauer ausgesetzt ist. Gemessen werden Informationen über die Straßeneigenschaften und viele andere Fahr- und Fahrzeugparameter. Dies erfordert normalerweise eine große Anzahl von Eingangskanälen.

Im vorliegenden Fall handelt es sich beim Kunden um einen großen Hersteller, der seit fast einem Jahrhundert in der Automobilbranche präsent ist. Mit seinen ikonischen Designs, seiner High-End-Technologie und seiner extrem effizienten Produktion ist er heute weltweit bekannt. Die Entwicklung, Prüfung und Herstellung von Fahrzeugen sind bei diesem Hersteller eng miteinander verwoben, weshalb jede Geräteoptimierung insofern ausgesprochen wichtig ist, da sie zur Beschleunigung des Produktions- oder Entwicklungsprozesses beiträgt.

Messungen der Dauerhaltbarkeit von Fahrzeugen werden bei Testfahrten oder auf Prüfständen durchgeführt, und zwar entweder für ein ganzes Fahrzeug, ein Subsystem oder bestimmte Komponenten. Bei Dauerhaltbarkeitsprüfungen werden Informationen über die Fahrbahneigenschaften und viele andere Fahr- und Fahrzeugparameter wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Luft- und Rollwiderstand, Motorlasten, Trägheit, Masse und noch vieles mehr erfasst.

Problemstellungen beim Kunden

Die Techniker in der Testabteilung arbeiteten seit vielen Jahren mit einem älteren System zur Erfassung der stochastischen Beanspruchungen und Prüfung ihrer Fahrzeuge unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen auf der ganzen Welt.
Die Hauptmotivation für den Austausch des alten Systems war der Wunsch, die Datenerfassung mit einem einzigen Gerät durchzuführen, das staubdicht und robust sein und auch moderne Standards wie CAN FD und die Radkraftsensor-Steuereinheit KiRoad Performance von Kistler unterstützen sollte. Weitere Anforderungen waren die Unterstützung der automatisierten Konfiguration der Messung auf Grundlage des Exports einer bestehenden Datenbank und die Möglichkeit, das System per EtherCAT auch auf Prüfständen einzusetzen.

Ein einziges Datenerfassungsgerät für alle Eingangskanäle

Die erste Anforderung unseres Kunden war es, über eine einzige einfache Einheit zu verfügen, die in der Lage sein sollte, zahlreiche analoge und digitale Eingänge zu verarbeiten. Die Verkabelung und die Kompaktheit der Systeme sind wichtige Faktoren, wenn es um die Verbindung, die Installation und den Transport von Datenerfassungseinheiten geht.
Diese Messdatenerfasssungssysteme müssen zudem über die Fahrzeugbatterie mit Strom versorgt werden, weshalb auch ein geringer Stromverbrauch von großer Bedeutung ist. Eine wichtige Rolle spielt schließlich auch noch die Stromversorgungsredundanz mittels im DAQ-Systeme integrierter Backup-Batterien, die die Messungen zusätzlich absichert.

Dewesoft R4 data acquisition system

Robust, staubdicht und flexibel

Ein weiteres großes Problem für den Kunden war die fehlende Staubdichtheit der vorhandenen Geräte und ihrer Stecker. Der Kunde testet seine Fahrzeuge auf der ganzen Welt. Die größte Sorge bereitete ihm diesbezüglich die Testumgebung in der Wüste von Nevada, USA. Neben dem Sand, der die Messverstärker ruinieren kann, sind auch die hohen Temperaturen in Nevada ein echtes Problem für Datenerfassungssysteme, die nicht adäquat gekühlt werden.

Unterstützung der Erfassung von CAN-FD-Daten

Bei vielen älteren Systemen fehlt die Unterstützung von CAN FD, das in modernen Hochleistungsfahrzeugen inzwischen zum Standard geworden ist. Um in modernen Fahrzeugen alle Daten erfassen zu können, muss das CAN-FD-Datenprotokoll unterstützt und in das gesamte Datenerfassungssystem und die verwendete Software integriert werden.

Die DAQ-Geräte von Dewesoft bieten eine synchrone CAN-Bus- und CAN-FD-Datenerfassung mit vollständiger Softwareunterstützung der Visualisierung und Analyse der erfassten CAN-Bus-Daten.

Unterstützung von Kistler KiRoad Performance

Die Kistler Gruppe ist Weltmarktführer in der dynamischen Messtechnik zur Erfassung von Druck, Kraft, Drehmoment und Beschleunigung und einer der größten Hersteller von Radkraftsensoren, die zur Messung von stochastischen Beanspruchungen eingesetzt werden.

Wheel force measurement device Kistler KiRoad Performance

Um die Daten dieser Sensoren effizient zu erfassen – und sie synchron zu halten – ist die Unterstützung der entsprechenden Systeme unabdingbar. Die fehlende KiRoad-Unterstützung war für unseren Kunden ein entscheidendes Kriterium, sein altes DAQ-System gegen ein neues auszutauschen.

Unterstützung kundenspezifischer Datenbanken

Der Kunde speichert seine Kanal- und Messkonfigurationen in einer eigenen, spezifischen Datenbank. Im alten Datenerfassungssystem waren die Erstellung und Konfiguration der Sensordatenbank automatisiert. Beim neuen Messsystem sollte diese Automatisierung des Prozesses auf jeden Fall beibehalten und das Importformat der externen Datenbank unterstützt werden, um Zeit zu sparen und die bei manuellen Eingaben gegebene Fehleranfälligkeit zu vermeiden.

Dewesoft-System zur Erfassung stochastischen Beanspruchungen

Gegen Ende 2020 ersetzte Dewesoft das bestehende System des Kunden durch das neue, optimierte System, das mit den Fahrzeugen des Kunden, die CAN FD und Kistler KiRoad-Sensoren verwendeten, vollständig synchronisiert und kompatibel ist.

Das an den Kunden gelieferte System zur Erfassung von stochastischen Beanspruchungen ist für Dauerhaltbarkeitsprüfverfahren und die Analyse von Lastdaten an drei Fahrzeugen konzipiert. Das System bietet rund 200 Kanäle pro Fahrzeug, und da es nicht nur einfach zu installieren und anzuschließen, sondern auch für den Einsatz unter extremen Umgebungsbedingungen geeignet sein sollte, musste es hinsichtlich seiner Größe und Kühlung optimiert werden.

Das von Dewesoft gelieferte neue System umfasste acht Datenerfassungsgeräte des Typs R4rt und drei weitere des Typs R2rt. Mit ihnen ist der Kunde in der Lage, die folgenden Parameter an drei Fahrzeugen zu messen:

  • Dehnungsmessstreifen
  • Radkraftsensoren (WFT)
  • Widerstandsthermometer (RTD)
  • Thermoelemente (TH)

Bei den R4rt-Geräten handelt es sich um kompakte, hochwertige Datenerfassungssysteme für die Erfassung von bis zu

  • 64 Analogeingängen,
  • 32 Zählereingängen,
  • 96 digitale Kanälen,
  • 32 Analogausgängen.

Die Systeme verfügen zudem über einen integrierten leistungsstarken und höchst zuverlässigen Datenverarbeitungsrechner und einen SSD-Datenlogger.

Die Datenerfassungssysteme R4rt und R2rt von DewesoftDie Datenerfassungssysteme R4rt und R2rt von Dewesoft

Eine solche Geräteflexibilität erlaubt den Anschluss mehrerer Kanäle an ein einziges Gerät. Alle Geräte der Serien R4 und R2 sind komplett staubdicht und verfügen über eine optimierte Kühlung, so dass sie unter extremen Bedingungen aller Art eingesetzt werden können. Die Sensoren werden an die SIRIUS-R(x)-Geräte mittels ebenfalls staubdichter LEMO-Stecker angeschlossen.

Für die Erfassung von CAN-FD-Daten lieferte Dewesoft dem Kunden zusätzlich vier Geräte vom Typ KRYPTONi-1xCAN-FD.

Netzschnittstellengerät KRYPTONi-1xCAN-FDNetzschnittstellengerät KRYPTONi-1xCAN-FD

Bei den KRYPTON-Geräten handelt es sich um robuste und dezentrale EtherCAT-Datenerfassungsgeräte für Feldmessungen in extremen und rauen Umgebungen. KRYPTON-Datenerfassungssysteme haben die Schutzart IP67, bieten eine hohe Schockfestigkeit und sind für extreme Temperaturen im Bereich zwischen -40 °C und +85 °C geeignet.

KRYPTONi-1xCAN-FD-Module verfügen über einen einzelnen CAN-FD-Port und sind so konzipiert, dass sie mithilfe der EtherCAT-Datenschnittstelle mit einem einzigen Kabel für Stromversorgung, Synchronisation und Datenübertragung in Reihenschaltung verbunden werden können. Dies ermöglicht dem Kunden, den CAN-FD-Anschluss im Auto neben dem Bus zu positionieren und so die Kabellänge zu reduzieren.

A final check of the road load data acquisition system at DewesoftEine letzte Überprüfung des Dewesoft-Systems

Die von Dewesoft gebotene vollständige Hardware- und Software-Unterstützung des KiRoad-Performance-Systems von Kistler erfüllte die Anforderungen des Kunden. Unter Beibehaltung der vollständigen Automatisierung des Konfigurationsprozesses für die Messung können alle erfassten Kanäle sinnvoll gruppiert und alle Informationen zu Eingangskanälen und Verstärkern aus der kundenspezifischen Datenbank in die DewesoftX-Software importiert werden.

Um das System für eine mögliche zukünftige Systemintegration mit einem Prüfstand vorzubereiten, fügte Dewesoft einen einzelnen digitalen Echtzeit-EtherCAT-Kanalausgang hinzu. Mit ihm können gleichzeitig Echtzeitdaten an ein Fremdsteuerungssystem im Prüfstand (wie MTS FlexTest) übertragen und Daten mit voller Geschwindigkeit in der DewesoftX-Software aufgezeichnet werden.

So lassen sich die Einrichtungskosten für den Kunden erheblich reduzieren, da die Lösung nur ein einziges Kabel von den Dewesoft-Datenerfassungssystemen zur Prüfstandssteuerung erfordert. Außerdem entfällt die Notwendigkeit einer analogen High-Level-Eingangsstufe auf der Steuerungsseite, und es werden kilometerlange Verkabelungen eingespart.

Systemkonfiguration

Für die Outdoor-Tests und -Messungen wurde die gesamte Datenerfassungshardware auf den Rücksitzen des Testfahrzeugs montiert. Für das einzelne Fahrzeug diente ein R4rt-Datenerfassungssystem, an das ein Display und eine Tastatur für den Testfahrer angeschlossen wurden, als Basissystem für die gesamte Konfiguration.

Das R4 ist ein kompaktes Datenerfassungssystem, das auf der SIRIUS-DAQ-Technologie basiert. Diese Systeme verfügen über DualCoreADC®-Analogeingänge mit einem Dynamikbereich von 160 dB und Erfassungsraten von 200 kHz pro Kanal oder optionale Hochgeschwindigkeitsverstärker, die Geschwindigkeiten bis zu 1 MHz pro Kanal erreichen.

Wie bereits erwähnt, kann das SIRIUS-R4-Chassis bis zu 4 SIRIUS-Datenerfassungsmodule mit bis zu 64 Analogeingängen, 32 Zählereingängen und 32 Analogausgängen und integriertem Hochleistungs-Datenverarbeitungsrechner und SSD-Datenlogger aufnehmen.

Weitere Hardware-Erweiterungen wie R4rt-HUB, R2rt-HUB, KRYPTONi-8xTH, KRYPTONi-8xRTD und KRYPTON-1xCAN-FD werden um das Basissystem herum ergänzt und angeschlossen.

Konfiguration des Straßenlastdaten-Erfassungssystems

Konfiguration für ein einzelnes Fahrzeug

Jedes einzelne Gerät wurde adäquat mit dem gesamten System synchronisiert, wobei die Kistler KiRoad-Datenerfassungseinheit als Master Clock für das DAQ-System von Dewesoft diente.

Die Software DewesoftX wird verwendet, um die Daten von allen Dewesoft-DAQ-Einheiten zu erfassen. Für die Erfassung der Daten von den Kistler-Sensoren und -Einheiten wird sie um das KiRoad-Plugin von Dewesoft ergänzt.

Das KiRoad-Plugin wird direkt in die DewesoftX integriert und synchronisiert alle verfügbaren Daten des Radkraftsensorsystems mit den analogen und GPS-Datenerfassungsgeräten von Dewesoft. Die Kanäle von diesen Geräten sind in der Software wie alle anderen Kanäle verfügbar und können gespeichert oder direkt für weitere Analysen verwendet werden.

Hardware für ein einzelnes Fahrzeug

  • 1x Basissystem SIRIUS R4rt
  • 2x R4rt-HUB
  • 1x R2rt-HUB
  • 1x KRYPTONi-8xTH
  • 1x KRYPTONi-8xRTD
  • 4x KRYPTON-1xCAN-FD
  • 4x DSI-CHG-DC
  • 1x DS-DISPLAY 12’ und eine Tastatur
  • Kistler KiRoad und Radkraftsensoren (WFT) – als Master Clock für Dewesoft-Datenerfassung

Software

  • DewesoftX
  • KiRoad-Plugin
  • CAN
  • CAN FD
  • XCP/CCP

Fremdteile und zugehörige Teile

  • Dehnungssensoren
  • Widerstandsthermometer (RTD)
  • Thermoelemente (TH)
  • Kistler KiRoad Performance für Drehmoment-Messräder

Road load data measurement with Dewesoft SIRIUS R4RT and Kistler’s KiRoad unit with optional RPC III export

Messung stochastischer Beanspruchungen mit Dewesoft SIRIUS R4RT und Kistler KiRoad mit optionalem RPC-III-Export

Fazit

Mit dem neuen Datenerfassungssystem von Dewesoft verfügt der Kunde über CAN-FD-Datenerfassung und eine systemeigene Unterstützung der Kistler-Elektronikeinheit KiRoad Performance für Drehmoment-Messräder. Er ist nun in der Lage, Messungen und Datenanalysen mit derselben Systemkonfiguration durchzuführen.

Diese Systeme können auf Tausende von Eingangskanälen erweitert werden und sind in der Lage, analoge, digitale, Zähler-, Video-, GPS- und viele andere Datenquellen zu erfassen – alles im selben Gehäuse und zuverlässig synchronisiert.

Die gelieferten Systeme sind robust und staubdicht mit optimierter Kühlung ausgeführt, so dass der Kunde sie unter allen Bedingungen einsetzen kann. Gleichzeitig ist das System einfach zu installieren und zu konfigurieren und nach Installation der Sensoren sofort betriebsbereit. Der Kunde kann eigene Kanalkonfigurationsdaten aus seiner spezifischen Datenbank exportieren und in die DewesoftX-Software importieren, ohne dass die manuelle Einstellung von Verstärkern oder Eingangskanälen erforderlich wäre.

Die Hardware-Einheiten sind auch für die Integration in Prüfstände und für die Echtzeitsteuerung über einen einzelnen digitalen EtherCAT-Kanal vorbereitet, den der Kunde möglicherweise in Zukunft nutzen möchte.

Die gleiche Lösung ist nicht nur für Kraftfahrzeuge geeignet, sondern kann auch in der Luft- und Raumfahrt- sowie in der Schiffsindustrie eingesetzt werden.