Motorprüfstand Höhere Flexibilität und kürzere Zugriffzeiten

Hochleistungsmotoren auf dem Prüfstand.
Hochleistungsmotoren auf dem Prüfstand.

Damit ein Motor Spitzenleistungen erbringen kann, muss auch sein Prüfstand hohen Ansprüchen genügen. Ein spezieller Multi-Client-Adapter zur Anbindung von Matlab-Instanzen entkoppelt nicht nur die Programmentwicklung vom Prüfstand, sondern verkürzt auch die Zugriffszeiten auf wenige Millisekunden.

Um Verbrennungsmotoren optimal auf Leistungs-, Emissions- und Verbrauchsanforderungen abstimmen zu können, kommen auf den Motorprüfständen der Automobilindustrie verschiedene Software-Werkzeuge zum Einsatz. Dazu gehören auf der einen Seite sogenannte Measurements-and-Calibration-Systeme. Diese MC-Systeme dienen der Manipulation der Motorsteuerung (Engine Control Unit, kurz ECU) und ermöglichen auch den Zugriff auf deren Sensorik. Hierzu wird die Kommunikation von und zum Steuergerät gekapselt und so der Anwender von der Codierung der zu kommunizierenden Datenströme entlastet. Für die Steuergeräte selbst existieren standardisierte Datenbeschreibungen, die alle Mess- und Steuergrößen beinhalten, beispielsweise ASAM-MCD-2 MC.

Auf der anderen Seite steht die Software zur Prüfstandsautomatisierung. Diese regelt die Leistungs- anforderung an den Verbrennungsmotor, kann zusätzliche Sensoren im Prüffeld auswerten und die Belastungsmaschine sowie Aktoren ansteuern, um verschiedene Betriebsbedingungen für das Aggregat zu simulieren.

MC-System und Prüfstandsautomatisierung werden in der Regel vernetzt, um sicherheitsrelevante Messwerte zu überwachen und gegebenenfalls Schutzmaßnahmen einleiten zu können. Als Schnittstelle hierfür ist ASAM ASAP3 am weitesten verbreitet. Dabei handelt es sich um eine einfache STX-ETX-Protokolldefinition, die ursprünglich für eine serielle Schnittstelle entwickelt, dann aber auch für den TCP/IP-Einsatz erweitert wurde. Bild 1 zeigt, wie Automatisierungs- und Applikationssystem sowie die Motorsteuerung typischerweise miteinander verknüpft sind.

Hohe Anforderungen an die Testkonfiguration

Eine solche herkömmliche Konfigura-tion bringt allerdings einige Einschränkungen mit sich - etwa bei der Automatisierung von Standardaufgaben oder bei der Integration besonders schneller Schnittstellen.

Beide Punkte sind jedoch für die Motorenentwicklung bei Mercedes-AMG (Bild 2) von großer Bedeutung.

Konkret soll beispielsweise ein paralleler Zugriff auf alle relevanten Mess- und Stellgrößen möglich sein, und zwar ohne dass die bestehende Vernetzung beeinträchtigt wird. Zudem soll das System flexibel programmierbar und ohne hohen zeitlichen Aufwand in die bestehende Prüfstandsumgebung integrierbar sein. Eine weitere Anforderung ist die optionale Nutzung moderner Hochgeschwindigskeitsschnittstellen, um auch transiente und dynamische Betriebszustände abbilden zu können.

Multi-Client-Adapter als Systemergänzung

Um diese sehr unterschiedlichen Anforderungen umsetzen zu können, war eine Erweiterung der bestehenden Testlösung erforderlich. Dazu wurde zum einen die existierende ASAP3-Verbindung aufgetrennt und um einen Multi-Client-Adapter (MCA) ergänzt, einer unter allen Windows-Betriebssystemen lauffähigen Applikation. Diese bedient gegenüber der Prüfstandsautomatisierung und dem MC-System weiterhin die ASAP3-Verbindung, bietet jedoch über einen internen Datenpuffer die Möglichkeit, Einfluss auf die Datenkommunikation zu nehmen. Zum anderen kommt als Programmierschnittstelle nun Mathworks‘ Matlab zum Einsatz, da es für Regelungsauf-gaben und Versuchsplanung zahlreiche Module bietet und diese mit einer interaktiven und flexiblen Oberfläche kombiniert.

Der Multi-Client-Adapter stellt darüber hinaus zur Prüfstandsautomatisierung eine TAS-Schnittstelle (Test Automation System) zur Verfügung, die einen bidirektionalen Prozessgrößenaustausch zwischen dem Prüfstand und Matlab sicherstellt. Eine zusätzliche, über das MC-System konfigurierbare iLinkRT-Schnittstelle ermöglicht zudem den Echtzeitzugriff direkt auf die ECU. Die Umsetzung der Programmierschnittstelle gegenüber dem MC-System erfolgte protokollneutral, womit zukünftig auch weitere Schnittstellen genutzt werden können. Innerhalb des MCA wird die Datenerfassung unabhängig vom Datenvolumen im 4-ms-Raster garantiert.

Zur Anbindung der verschiedenen Matlab-Instanzen an den MCA kommt eine in .NET umgesetzte, objektorientierte Schnittstelle zum Einsatz, die mehreren Instanzen parallel den unabhängigen Datenzugriff auf das Steuergerät und das Automatisierungssystem erlaubt. Mit der gewählten Schnittstelle lassen sich prinzipiell auch weitere -.NET-unterstützte Programmiersprachen anbinden.

Der vollständige System-aufbau mit dem MCA und den Matlab-Instanzen ist in Bild 3 dargestellt. Der MCA verfügt über ein Server-basiertes, zentrales Logging-System, mit dem Aufzeichnungen für alle Schnittstellen (Prüfstandsautomatisierung, Matlab, MC-System) im Fehlerfall oder für spezielle Anwendungen durchführbar sind.