XCP als Kommunikationsprotokoll für Mess- und Kalibrieranwendungen Steuergeräte-Kalibrierung in der Produktentwicklung

Immer mehr elektronische Funktionen für Sicherheit und Komfort finden den Weg in das moderne Automobil. Da die Anzahl der Steuergeräte nicht weiter zunehmen soll, steigt die Komplexität der einzelnen Geräte im Gegenzug an. Einen wichtigen Beitrag bei der Rationalisierung des Entwicklungsprozesses dieser verteilten Systeme leistet das Kommunikationsprotokoll XCP, zu dessen Hauptaufgaben das Messen und Verstellen steuergeräte-interner Größen während der Laufzeit zählt. Ein großer Vorteil des Nachfolgeprotokolls von CCP ist die Unabhängigkeit von der physikalischen Transportschicht.

Immer mehr elektronische Funktionen für Sicherheit und Komfort finden den Weg in das moderne Automobil. Da die Anzahl der Steuergeräte nicht weiter zunehmen soll, steigt die Komplexität der einzelnen Geräte im Gegenzug an. Einen wichtigen Beitrag bei der Rationalisierung des Entwicklungsprozesses dieser verteilten Systeme leistet das Kommunikationsprotokoll XCP, zu dessen Hauptaufgaben das Messen und Verstellen steuergeräte-interner Größen während der Laufzeit zählt. Ein großer Vorteil des Nachfolgeprotokolls von CCP ist die Unabhängigkeit von der physikalischen Transportschicht.

INHALT:
Austauschbare Transportschicht – universelle Protokollschicht
XCP ermöglicht die Anbindung von Fahrzeugsystemen an Standard-PCs
Universeller XCP-Treibercode ist vielseitig einsetzbar
Ereignisgesteuerte oder zyklische Datenerfassung möglich
Kennlinien und Kennfelder optimieren
Rapid Prototyping mit CANape und XCP
Steuergeräte via XCP reprogrammieren
„XCP on FlexRay“ bewährt sich in der Serienentwicklung
Autor

Steuergeräte mit mehr als 10 000 Parametern sind heute keine Seltenheit mehr. Da in einem Fahrzeug zahlreiche dynamische Prozesse zu beherrschen sind, gehört die Optimierung von Regelalgorithmen zu den typischen Aufgaben der Steuergerätekalibrierung.

Im Falle eines PID-Reglers gibt es bei der Parametrierung von Verstärkungs-, Integral- und Differenzialanteil fast grenzenlose Variationsmöglichkeiten (Bild 1). Meistens bedarf es daher einiger Anstrengungen, bis ein hinreichend guter Kompromiss zwischen Stabilität, Schnelligkeit und Einschwingverhalten gefunden ist. Dies lässt sich durch Lesen und gezieltes Verändern der Parameter während der Laufzeit erreichen (Bild 2).

Um Zeit und Kosten für die Steuergerätekalibrierung niedrig zu halten, sind die Ingenieure und Techniker auf leistungsfähige Tools und Standards angewiesen, die einen flexiblen Lese- und Schreibzugriff auf Variablen bzw. Speicherinhalte gestatten. Für diesen Zweck wurde in den 90er Jahren, während CAN das allein dominierende Vernetzungssystem im Automobil war, als herstellerübergreifender Standard das „CAN Calibration Protokoll“ (CCP) geschaffen. Mit der Weiterentwicklung der Automobilelektronik kamen zusätzliche Bussysteme wie FlexRay, LIN, MOST usw. ins Spiel. CCP stößt durch die Beschränkung auf CAN-vernetzte Anwendungen zunehmend an seine Grenzen, was zur Entwicklung des Nachfolgers XCP führte.

Das „Universal Measurement and Calibration Protocol“ (XCP) stammt wie CCP ebenfalls von der Association for Standardization of Automation and Measuring Systems (ASAM) [1] und wurde im Jahr 2003 standardisiert. Das „X“ steht für die variable und austauschbare Transportschicht. Über ein Zweischichtenprotokoll trennt XCP Protokollschicht und Transportschicht konsequent voneinander und nutzt ein Single-Master/Multi-Slave-Konzept. Je nach Transportschicht hat man es mit XCP on CAN, XCP on Ethernet, XCP on UART/SPI oder XCP on FlexRay zu tun (Bild 3).

Ein XCP-Master ist in der Lage, gleichzeitig mit verschiedenen XCP-Slaves zu kommunizieren. Dazu gehören:

  • Steuergeräte und -Prototypen,
  • Mess- und Kalibrier-Hardware mit Debug-Interfaces oder Speicheremulatoren.
  • Rapid-Prototyping-Hardware,
  • HiL-/SiL-Systeme.

Um dem Anspruch als universelle Kommunikationslösung für eine Vielfalt von Anwendungen gerecht zu werden, legte der ASAM-Arbeitskreis beim Design von XCP besonderes Augenmerk auf folgende Kriterien: Minimaler Ressourcen-Verbrauch im Steuergerät für RAM, ROM und benötigte Laufzeit, effiziente Kommunikation, einfache Implementierung des XCP-Slaves, Plug&Play-Fähigkeit mit geringem Konfigurationsaufwand und kleiner Parameterzahl sowie Skalierbarkeit.