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Adquisición de datos de carga de carretera y pruebas de durabilidad del vehículo en ambiente extremo
Un gran fabricante de la industria automotriz buscó un nuevo sistema para adquirir datos de carga en carretera y evaluar la durabilidad de los vehículos en entornos extremos. Un sistema sencillo, robusto y a prueba de polvo con CAN FD nativo y compatibilidad con KiRoad de Kistler - eso es Dewesoft.
Cuando se necesita probar la durabilidad y la seguridad de un vehículo completo, la adquisición de datos de carga en carretera es el método adecuado. Proporciona datos sobre la respuesta del vehículo a la carretera y las cargas que el vehículo experimentará durante su vida útil. Esto implica recopilar información sobre las características de la carretera y muchos otros parámetros de conducción y del vehículo. La adquisición de datos de carga en carretera generalmente requiere un gran número de canales de entrada.
En este caso, el cliente es un gran fabricante automotriz que ha estado presente en la industria durante casi un siglo. Con sus diseños icónicos, tecnología de alto nivel y una producción extremadamente eficiente, hoy en día es conocido en todo el mundo. El desarrollo, las pruebas y la fabricación de vehículos están estrechamente relacionados en su negocio, por lo que cada optimización del equipo es muy importante, ya que permite acelerar el proceso de producción o desarrollo.
Las mediciones de durabilidad del vehículo se realizan durante pruebas de conducción o en bancos de ensayo. Las pruebas se llevan a cabo en el vehículo completo, en un subsistema o en componentes específicos. Las mediciones de carga en carretera recopilan información sobre las características de la carretera y muchos otros parámetros de conducción y del vehículo, como la velocidad del vehículo, la resistencia aerodinámica y de rodadura, las cargas del motor, la inercia, la masa y muchos otros.
Problemas existentes del cliente
Los ingenieros del departamento de pruebas estaban trabajando con un sistema más antiguo de adquisición de datos de carga en carretera para recopilar datos y probar sus vehículos en diversos entornos alrededor del mundo.
Su principal motivo para reemplazar el sistema antiguo era disponer de una única unidad de adquisición de datos, resistente al polvo, robusta y que además soportara estándares recientes como CAN FD y las ruedas KiRoad Performance de Kistler. Otros requisitos incluían la compatibilidad con la configuración automatizada de las mediciones basada en la exportación de una base de datos existente y la posibilidad de utilizar el sistema en bancos de ensayo mediante EtherCAT.
Un solo dispositivo DAQ para todos los canales de entrada
Contar con una única unidad sencilla capaz de manejar muchas entradas analógicas y digitales fue el primer requisito del cliente. El cableado y el tamaño compacto de los sistemas de adquisición de datos son importantes a la hora de conectar, montar y trasladar las unidades de un lugar a otro.
Los sistemas de adquisición de datos de carga en carretera también deben alimentarse desde la batería del vehículo, por lo que un bajo consumo de energía es muy importante. Además, contar con redundancia de alimentación mediante baterías de respaldo integradas en el sistema DAQ aporta una mayor seguridad en las mediciones.
Robusto, resistente al polvo y flexible
Otro gran problema para el cliente eran sus unidades no resistentes al polvo y sus conectores. Están probando sus vehículos en todo el mundo. El entorno de pruebas en el desierto de Nevada, EE. UU., es su principal preocupación. Además de la arena, que puede dañar los amplificadores de la unidad, las altas temperaturas de Nevada son muy problemáticas para los sistemas DAQ si la refrigeración no está bien resuelta.
Compatibilidad con adquisición CAN FD
Muchos sistemas antiguos hoy en día carecen de compatibilidad con CAN FD, que se ha convertido en un estándar en los vehículos modernos de alto rendimiento. Para disponer de toda la información de un vehículo moderno, el protocolo de datos CAN FD debe ser compatible, estar integrado en todo el sistema DAQ y en el software utilizado.
Dewesoft ofrece adquisición síncrona de CAN bus y CAN FD en sus dispositivos DAQ, con soporte completo de software para la visualización y el análisis de los datos adquiridos del CAN bus.
Compatibilidad con Kistler KiRoad Performance
El Grupo Kistler es líder del mercado en tecnología de medición de presión dinámica, fuerza, par y aceleración, y uno de los mayores fabricantes de sensores de ruedas utilizados precisamente para la medición de cargas en carretera.
Para adquirir datos de estos sensores de forma eficiente y mantenerlos sincronizados, el soporte para estos sistemas es indispensable. La falta de compatibilidad con KiRoad fue un factor clave para que el cliente decidiera sustituir el antiguo sistema DAQ por uno nuevo.
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Compatibilidad con la base de datos específica del cliente
El cliente almacena la configuración de canales y mediciones en su propia base de datos. El antiguo sistema DAQ automatizaba la creación de la base de datos de sensores y la configuración. Esta funcionalidad debía mantenerse, lo que significa que el nuevo software de adquisición de datos debía ser compatible con el formato de importación de esta base de datos externa. Simplificar y automatizar este proceso resultaría muy beneficioso, ya que ahorraría mucho tiempo y evitaría errores derivados de ajustes manuales.
Sistema de adquisición de datos de carga en carretera de Dewesoft
A finales de 2020, Dewesoft sustituyó el sistema existente del cliente por uno nuevo y optimizado, completamente sincronizado y compatible con los vehículos del cliente que utilizan CAN FD y sensores Kistler KiRoad.
El sistema de adquisición de datos de carga en carretera (RLDA) entregado al cliente fue diseñado para métodos de ensayo de durabilidad y análisis de cargas en carretera de tres vehículos. El sistema incluía alrededor de 200 canales por vehículo y estaba pensado para ser fácilmente montable y conectable, además de funcionar en entornos extremos. Por ello, el sistema debía estar optimizado en tamaño y refrigeración.
El nuevo sistema suministrado por Dewesoft incluía 8 unidades de dispositivos DAQ R4rt y 3 unidades de dispositivos DAQ R2rt. Con estos, el cliente puede medir los siguientes parámetros en tres vehículos:
Galgas extensométricas
Transductores de fuerza en rueda (WFT)
Detectores de temperatura por resistencia (RTD)
Termopares (TH)
Las unidades R4rt son sistemas de adquisición de datos compactos y de alta calidad que pueden manejar hasta:
64 entradas analógicas
32 entradas de contador
96 canales digitales
32 salidas analógicas
Los sistemas también incorporan un ordenador de procesamiento de datos de alto rendimiento y gran fiabilidad, junto con un registrador de datos SSD integrado.
Esta flexibilidad del dispositivo permite conectar múltiples canales a una sola unidad. Todos los dispositivos R4 y R2 son completamente resistentes al polvo y cuentan con refrigeración optimizada, por lo que pueden utilizarse en cualquier condición extrema. Los sensores conectados a las unidades SIRIUS R(x) también se conectan mediante conectores LEMO resistentes al polvo.
Para cubrir las mediciones CAN FD, Dewesoft suministró al cliente 4 dispositivos adicionales KRYPTONi-1xCAN-FD.
Los dispositivos KRYPTON son sistemas de adquisición de datos EtherCAT distribuidos y robustos, diseñados para mediciones de campo en entornos extremos y exigentes. Los sistemas DAQ KRYPTON ofrecen un grado de protección IP67, alta resistencia a impactos y funcionamiento en un rango de temperaturas de -40 a +85 °C.
El KRYPTONi-1xCAN-FD dispone de un único puerto CAN FD y, mediante la interfaz de datos EtherCAT, varios dispositivos pueden conectarse en cadena utilizando un solo cable para alimentación, datos y sincronización. Esto permite al cliente ubicar la conexión CAN FD en el vehículo, cerca del bus, para reducir la longitud del cableado CAN FD.
El soporte completo de hardware y software del sistema Kistler KiRoad Performance ofrecido por Dewesoft satisfizo las necesidades del cliente. Todos los canales adquiridos pueden agruparse de manera lógica, y toda la información de los canales de entrada y amplificadores puede importarse al software DewesoftX desde la base de datos específica del cliente, lo que automatiza completamente el proceso de configuración de las mediciones.
Para preparar el sistema para una posible integración futura con un banco de pruebas, Dewesoft añadió una salida de canal EtherCAT en tiempo real digital. Esta incorporación permite enviar datos en tiempo real al banco de pruebas hacia un sistema de control de terceros, como MTS FlexTest, y al mismo tiempo registrar datos a máxima velocidad en el software DewesoftX.
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Una decisión así puede reducir considerablemente los costos de configuración del cliente, ya que la solución requiere solo un único cable desde los sistemas DAQ de Dewesoft hasta el controlador del banco de pruebas. Además, elimina la necesidad de una etapa de entrada analógica de alto nivel en el lado del controlador y reduce kilómetros de cableado.
Configuración del sistema
Durante las pruebas y mediciones en carretera, todo el hardware DAQ se monta en los asientos traseros del vehículo en prueba. Para un solo vehículo, el sistema DAQ R4rt se utiliza como el sistema base de toda la configuración, al que se conectan una pantalla y un teclado para el conductor de pruebas.
El R4 es un sistema de adquisición de datos compacto basado en la tecnología SIRIUS DAQ. Estos sistemas cuentan con entradas analógicas DualCoreADC con un rango dinámico de 160 dB y velocidades de adquisición de 200 kHz por canal, o amplificadores de alta velocidad opcionales con velocidades de hasta 1 MHz por canal.
Como se mencionó anteriormente, el chasis SIRIUS R4 puede alojar hasta 4 módulos SIRIUS DAQ con hasta 64 entradas analógicas, 32 entradas de contador y 32 salidas analógicas, además de un ordenador de procesamiento de datos de alto rendimiento y un registrador SSD integrado.
Otros dispositivos de hardware, como R4rt-HUB, R2rt-HUB, KRYPTONi-8xTH, KRYPTONi-8xRTD y las extensiones KRYPTON-1xCAN-FD, se añaden y se conectan alrededor del sistema base.
Cada dispositivo estaba perfectamente sincronizado dentro de todo el sistema, en el que la unidad DAQ Kistler KiRoad se utilizó como reloj maestro para el sistema DAQ de Dewesoft.
El software DewesoftX se utiliza para adquirir datos de todas las unidades de adquisición de Dewesoft, y el plugin KiRoad de Dewesoft se añade a DewesoftX para recopilar la información de los sensores y unidades Kistler.
El plugin KiRoad está integrado directamente en DewesoftX y sincroniza todos los datos disponibles del sistema de transductores de fuerza en rueda con los dispositivos de adquisición analógica y GPS de Dewesoft. Los canales de estos dispositivos estarán disponibles en el software como cualquier otro canal y pueden almacenarse o utilizarse directamente para análisis posteriores.
Hardware utilizado para un solo vehículo
1x sistema base 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’ y un teclado
Kistler KiRoad y transductores de fuerza en rueda (WFT), utilizados como reloj maestro para el sistema DAQ de Dewesoft
Software
DewesoftX
Plugin KiRoad
CAN
CAN FD
XCP / CCP
Componentes de terceros y relacionados
Sensores de galgas extensométricas
Detectores de temperatura por resistencia (RTD)
Termopares (TH)
Ruedas de par Kistler KiRoad Performance
Conclusión
Con el nuevo sistema DAQ de Dewesoft, el cliente obtuvo adquisición CAN FD y soporte nativo para las ruedas de par KiRoad Performance. Ahora pueden realizar mediciones y análisis de datos dentro de una misma configuración de sistema.
Estos sistemas pueden ampliarse hasta miles de canales de entrada y son capaces de registrar datos analógicos, digitales, de contador, video, GPS y muchas otras fuentes, todo dentro de una sola unidad con sincronización adecuada.
Los sistemas suministrados están diseñados de forma robusta y resistente al polvo, con refrigeración optimizada, lo que permite su uso en cualquier condición. Al mismo tiempo, el sistema es fácil de instalar y configurar, y está listo para funcionar inmediatamente una vez que se montan los sensores. El cliente puede exportar la configuración personalizada de canales desde su base de datos específica e importarla en el software DewesoftX sin necesidad de ajustar manualmente amplificadores o canales de entrada.
Las unidades de hardware también están preparadas para la integración con bancos de prueba y el control en tiempo real mediante un único canal digital EtherCAT, que el cliente podrá utilizar en el futuro.
La misma solución no solo es adecuada para vehículos automotrices, sino que también puede aplicarse en las industrias aeroespacial y naval que requieren análisis de cargas en condiciones reales.
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