Der Einsatz fortschrittlicher Elektronik, Sensorik und Embedded Software macht Fahrzeuge umweltverträglich, sicher und komfortabel. Die immer strengeren Abgas- und Sicherheitsnormen und die schnell voranschreitenden Entwicklungen auf den Gebieten der Elektrifizierung, der Fahrerassistenz und des automatisierten Fahrens verlangen immer leistungsfähigere Elektronik und immer umfangreichere Software zur Steuerung, Regelung und Überwachung von fortschrittlichen Fahrzeugfunktionen. Mit der Vielzahl der Modellreihen, welche die Hersteller in unterschiedlichen Varianten an den globalen Märkten anbieten, wächst die Vielfalt der Elektronikausstattungen und Softwareversionen.
Mit der zunehmenden Leistungsfähigkeit und Varianz potenziert sich aber auch der Aufwand, der für die Applikation und Validierung der elektronisch gesteuerten Systeme im Fahrzeug benötigt wird. Um dieser Situation gerecht zu werden, muss die Effizienz der Kalibrierung und der Erfassung von Steuergerätedaten deutlich erhöht werden.
Eine wesentliche Voraussetzung dafür sind leistungsfähige Mess- und Applikationswerkzeuge. Mit zwei Hardwareprodukten, der Steuergeräteschnittstelle FETK und dem Steuergeräte- und Bus-Schnittstellenmodul ES891, bietet das Unternehmen ETAS eine zukunftstaugliche Lösung an. Das ES891-Modul sammelt die erfassten Daten und kann sie mit einer Rate von bis zu 120 MB/s, das heißt mit Leitungsgeschwindigkeit, über Gigabit Ethernet an den PC oder Laptop übertragen. Aktuell lassen sich mit der gesamten Lösung Signale mit Raten von bis zu 17 MB/s aus dem Steuergerät erfassen. In einem Versuchslauf können dabei insgesamt 38.000 Größen gleichzeitig gemessen werden. Bereits in Kürze soll es möglich sein, Daten mit Raten von mehr als 50 MB/s aufzuzeichnen.
Für hohe Datenraten mit kleiner Latenz
Anders als bei der Verwendung von Serienschnittstellen, wie zum Beispiel CAN, benötigt der FETK fast keine Rechenleistung vom Steuergerät für die externe Kommunikation. Die Schnittstellenhardware erfasst Daten aus dem Steuergerät im Fahrzeug oder am Prüfstand über eine Mikrocontroller-Schnittstelle und überträgt sie an das ES891-Modul. Von dort werden sie zusammen mit Daten aus anderen Quellen an einen PC oder Laptop übertragen, wo sie in INCA, der Umgebung des Herstellers für Messung, Steuergeräte-Applikation und Diagnose, online verarbeitet werden. Dabei werden die Daten auf der gesamten Strecke vom FETK zum INCA-Rechner über Gigabit Ethernet transportiert. Über den gleichen Übertragungsweg lassen sich Kennwerte im Steuergerät vom Anwender oder von einer Automatisierung mit INCA ändern.
Der FETK ist voll fahrzeugtauglich, das heißt mechanisch und elektrisch robust, bei extremen Temperaturen einsetzbar und mit einem Footprint von wenigen Quadratzentimetern sehr kompakt aufgebaut. Die eigene elektrische Versorgung des FETKs ermöglicht es, Tests, wie zum Beispiel Kaltstartversuche, unabhängig vom Betriebszustand des Steuergeräts durchzuführen. Dabei kann man Signale aus dem Steuergerät zeitgenau erfassen. Ebenso lassen sich Flashspeicher von Steuergeräten über die FETK-Schnittstelle sehr schnell und sicher wie mit einem Debugger programmieren.
Anders als bei der Validierung und Applikation von Steuergeräten, wo möglichst viele Daten aus dem Steuergerät gleichzeitig erfasst werden müssen, kommt es beim Prototyping schneller Regelungen auf eine möglichst geringe Latenz an. Funktionen werden häufig mit Hilfe von ETAS ASCET oder Matlab/Simulink modellbasiert entwickelt und dann auf einer speziellen Prototyping-Hardware implementiert, welche mit dem Steuergerät in Echtzeit kommuniziert. Diese so genannte Bypass-Methode hat den Vorteil, dass man die neuen Funktionen ohne Änderungen in der Steuergerätesoftware einfach und schnell modifizieren und unmittelbar danach im Fahrzeug oder am Prüfstand unter realen Bedingungen validieren kann. Bei der Entwicklung von zeitkritischen Regelungsfunktionen müssen die Bypass-Signale zwischen der Funktion auf der Prototyping-Hardware und korrespondierenden Funktionen auf dem Steuergerät mit einem möglichst geringem Zeitversatz ausgetauscht werden. Die Latenz der FETK-Steuergeräteschnittstelle beträgt bei Austausch eines 128 Byte langen Datums in einem kompletten Umlauf von der Prototyping-Hardware zum Steuergerät und zurück weniger als 100 µs.
Universell verwendbar
Der FETK kombiniert eine hohe Datenübertragungsrate mit einer niedrigen Latenz. Damit lässt sich die neue Steuergeräteschnittstelle ganz universell in verschiedenen Anwendungen nutzbringend einsetzen, die ganz unterschiedliche Anforderungen an die Schnittstelle stellen. FETKs lassen sich einfach in neue Steuergeräte integrieren und auf Basis der langjährigen Erfahrung und engen Zusammenarbeit von ETAS mit Chipherstellern wie Freescale, lnfineon oder Renesas an neue Mikrocontroller anpassen.
Aus Sicht des Anwenders bietet der FETK hohen Bedienkomfort: Die Gigabit-Ethernet-Schnittstelle zum ES891-Modul ist generisch, das heißt sie abstrahiert die spezifische Anbindung an die unterschiedlichen Mikrocontroller der verschiedenen Steuergeräte. Damit kann man das ES891-Modul ohne Änderung seiner Konfiguration in allen FETK-Steuergeräteprojekten einsetzen. Ein INCA-Anwender zum Beispiel braucht sich also nicht darum zu kümmern, welche FETK-Variante im jeweiligen Steuergeräteprojekt eingesetzt wird. Für ihn bleibt die Applikation des Steuergeräts mit INCA unabhängig davon immer gleich.
Die nächste Schnittstellen-Generation
Das Steuergeräte- und Bus-Schnittstellenmodul ES891 dient dazu, Messdaten aus Steuergeräten und von Fahrzeugbussen zu erfassen sowie zur Applikation, Diagnose und Flash-Programmierung von Steuergeräten und zum Prototyping von neuen Steuergerätefunktionen. An das ES891-Modul kann man gleichzeitig zwei FETK-Steuergeräteschnittstellen anschließen. Daneben unterstützt das Modul den XETK, die Fahrzeugbusse Ethernet, FlexRay, CAN, CAN-FD und LIN. Alle eingehenden Signale werden vom ES891-Modul synchron erfasst. Die Abweichung der Zeitstempel der erfassten Daten schwankt dabei um weniger als eine Mikrosekunde um den vorgegebenen Takt.
Das ES891-Modul sammelt die erfassten Daten und überträgt sie mit Raten bis zu 120 MB/s an INCA. Dazu wird das ES891-Modul über Gigabit Ethernet mit dem Netzwerkanschluss des Rechners verbunden. Falls mehr als zwei Steuergeräte im Fahrzeug mit einer FETK-Schnittstelle ausgerüstet sind, lassen sich mehrere ES891-Module über den Steckmechanismus einfach aufeinander stapeln, wodurch sie automatisch elektrisch miteinander verbunden und synchronisiert sind. Auf die gleiche Art und Weise lässt sich das System mit weiteren ES89x-Modulen sowie um Prototyping-Hardware, Messgeräte, I/O und Datenlogger ergänzen, welche im Rahmen der Familie ES800 für die hohen Anforderungen der elektronischen Fahrzeugsysteme der Zukunft von ETAS entwickelt werden.
Steuergeräte mit XETK-Schnittstellen kann man direkt an den PC oder Laptop über Ethernet anschließen. Sie lassen sich mit dem ES891-Modul verbinden und synchronisieren. Ebenso kann man das System mit Ethernet-basierter Hardware nach Spezifikation des Kunden ergänzen.
Offen und standardkonform
Mit Hilfe des ES891-Moduls können Host-Anwendungen mit FETK-Steuergeräten ebenso über das standardisierte Protokoll XCP-on-Ethernet kommunizieren wie mit den XETK-Schnittstellen, die das Protokoll nativ unterstützen. Um das ES891-Modul in die Software kundenspezifischer Werkzeugumgebungen vollständig zu integrieren, stellt das Unternehmen C-Bibliotheken zur Verfügung. Die Zeitsynchronisierung des ES891-Moduls ist konform zum Standard IEEE1588, was eine einfache Integration in heterogene Messaufbauten und Automatisierungslösungen mit einer zentralen Uhr ermöglicht.
Nächste Schritte
Mit dem FETK bietet ETAS einen leistungsfähigen Steuergerätezugang an, der sich zum einen wegen der hohen Bandbreite für die Validierung und Applikation von Steuergeräten und zum andern wegen der kleinen Latenz für das Prototyping von Funktionen elektronischer Systeme im Fahrzeug eignet. Diese Kombination spart Kosten, da sich die Investition in ein Entwicklungssteuergerät mit FETK-Schnittstelle bei der Applikation und in Prototyping-Experimenten doppelt auszahlt.
Im nächsten Jahr soll die Familie ES800 um zwei neue Mitglieder erweitert werden. Neben einer leistungsstarken und flexiblen Prototyping-Hardware wird es dann eine umfassende Datenlogger-Lösung geben. Mit dieser verfolgt das Unternehmen ETAS folgendes Ziel: Alle Steuergerätesignale eines ganzen Versuchstages sollen ohne jegliche Unterbrechung aufgezeichnet werden können.
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