Steuergeräte schnell und zuverlässig testen ZF TRW setzt auf Netzwerk-Interface von Vector Informatik

Zahlreiche Tests eines Steuergerätes vor der Serienproduktion verursachen erhebliche Entwicklungskosten.
Zahlreiche Tests eines Steuergerätes vor der Serienproduktion verursachen erhebliche Entwicklungskosten.

Ein erheblicher Teil der Entwicklungskosten eines Steuergeräts entfällt auf die zahlreichen Tests vor jeder Serienfreigabe. Zudem ist der Aufwand für die Konzeption von Prüfständen und Programmierung von Testabläufen immens gewachsen. Doch mit der neuen Prüfstandsgeneration kann der Automobilzulieferer ZF TRW Kosten und Zeit sparen.

Vor Jahren zählten Antiblockiersysteme (ABS) zur ambitionierten Ausstattung von Fahrzeugen ab der gehobenen Mittelklasse. Heute gehören komplexe erweiterte Schlupfregelsysteme wie ESC (Electronic Stability Control), in Deutschland als ESP (elektronisches Stabilitätsprogramm) bezeichnet, zum aktuellen Stand der Technik. Am Beispiel der Evolution von ABS zu ESP lässt sich anschaulich demonstrieren, wie die Komplexität der Automobilelektronik auf allen Gebieten kontinuierlich zunimmt. Im Gegensatz zu einem ABS-System, das nur tätig wird, wenn der Fahrer aktiv bremst, arbeitet ein ESP-System praktisch autonom. Entsprechend ist mehr Sensorik notwendig, um das System mit Informationen über Beschleunigungen, Quer- und Längskräfte oder Torsionsbewegungen zu versorgen. Daher müssen moderne Steuergeräte immer mehr Signale der Steuergerätesensoren oder der angeschlossenen Bussysteme verarbeiten.

Testaufwand erreichte ­Schmerzgrenze

Der Automobilzulieferer ZF TRW entwickelt in seinem Werk in Koblenz unter anderem Steuergeräte für ESP-Systeme. Die zunehmende Komplexität der Entwicklungen spiegelt sich nicht zuletzt im Testaufwand wider. Sowohl die Anzahl der Steuergeräte als auch deren erweiterter Funktionsumfang verursachen immer höhere Kosten für die Tests. In den letzten zehn Jahren hat sich die Zahl der Steuergeräte von circa 30 auf bis zu 200 in einem Oberklassefahrzeug erhöht. Der technische Aufwand, der hinter den zahlreichen Prüfszenarien steckt, um jeden Steuergerätetyp unter allen erdenklichen Betriebs- und Umgebungsbedingungen zu testen, ist immens. Für jedes Fahrzeugmodell und jeden Hersteller ist eine spezielle Steuergerätevariante erforderlich. Bei ZF TRW gibt es entweder eine Steuergerätevariante als ESP-System oder eine Variante mit integrierter Parkbremse.

Insgesamt muss jedes Steuergerät zahlreiche elektrische, funktionale und mechanische Umwelt- und EMV-Tests vor der Freigabe absolvieren. Simulationen bilden dazu Umgebungseinflüsse sowie mechanische und elektromechanische Beanspruchungen oder Extremsituationen nach. So setzen zyklische Temperaturwechsel-Dauerlauftests die Geräte und Platinen thermischen Schocks von –40 bis +120 °C aus. Die mechanischen Beanspruchungen reichen von Vibrationstests mit sinusförmigen Schwingungen und Rauschcharakteristiken bis zu Einzelschocks mit Beschleunigungen von 30 g. Des Weiteren sind Dichtigkeitsprüfungen durch Behandlungen mit Salzsprühnebel, feinstem Sandstaub oder Wasserschwall vorzunehmen; Hochdruckreiniger simulieren Motorwäschen.

Virtuelle Steuergeräte-Umgebungen

Voraussetzung für diese Tests ist ein laufender Betrieb des Steuergeräts. Repräsentative Tests und eine umfassende Diagnose der Steuergerätefunktion sind jedoch nur möglich, wenn der Prüfstand die elektrische und elektronische Fahrzeugumgebung lückenlos nachbildet. Somit sind für alle digitalen und analogen Eingänge Signale mit realitätsnahen Spannungen und Strömen zu generieren. Dasselbe gilt für angeschlossene Lasten und für die sogenannte Restbussimulation. Weil sich neben CAN längst weitere Bussysteme, wie FlexRay, LIN und MOST, im Automobil etabliert haben, kommunizieren zahlreiche Steuergeräte gleichzeitig mit mehreren Bussen. Diese Multibus-Systeme erhöhen die Komplexität ein weiteres Mal und sind in den Restbussimulationen ebenfalls korrekt abzubilden – manchmal auch der Funktionsumfang von Gateways.

Um der steigenden Komplexität der Steuergerätetests und den verfügbaren Zeitschienen auch in Zukunft gerecht werden zu können, suchten die Prüfstandsingenieure vor einiger Zeit nach einer moderneren flexibleren Prüfstandslösung. Sie sollte global und einheitlich an allen ZF-TRW-Standorten umgesetzt werden. Inzwischen hat der Automobilzulieferer insgesamt 32 der neuen Prüfstände in Deutschland, USA, Tschechien und China in Betrieb. Jeder Prüfstand besteht aus einem 19-Zoll-Schrank mit sechs Einschüben, sodass sich jeweils sechs Steuergeräte parallel prüfen lassen (links im Aufmacherbild). Über einen Scanner, einen Touch-Bildschirm und eine Tastatur pro Schrank lassen sich Benutzereingaben vornehmen, Ergebnisse anzeigen oder Statusmeldungen ablesen (Bild 1).

Die Energieversorgung für die Einschübe erfolgt über eine zentrale Stromversorgung, die für Hochstromverbraucher Ströme bis 500 A oder eine Nennspannung bis 30 V liefern kann. Die hohen Leistungen sind für die Tests der ESP-Steuergeräte notwendig, bei denen 580-W-Antriebe für den Druckaufbau der Bremshydraulik verantwortlich sind und hohe Anlaufströme entstehen. Dennoch ist es notwendig, den Energiebedarf während paralleler Tests zu managen, damit nicht alle Einschübe die Maximalleistungen gleichzeitig abrufen.