ARRK Engineering / Automotive Steuergeräte schneller und günstiger entwickeln

Das BuildRS von ARRK Engineering ist ein Baukastensystem für die ECU-Entwicklung.
Das BuildRS von ARRK Engineering ist ein Baukastensystem für die ECU-Entwicklung.

Prototypen für Steuergeräte sind oft sehr teuer, da sie eigens nur für die Entwicklung angefertigt werden. Eine modulare Steuergeräteplattform für die Konzept- und Kleinserienentwicklung soll diesen Zeit- und Kostenaufwand mindern.

Während der Konzeptentwicklung und -bestätigung werden für Prototypen und Prüfsysteme in der Regel elektronische Komponenten benötigt, die eigens für diesen einmaligen Einsatz entwickelt und hergestellt werden müssen. Dies zieht nicht nur hohe Kosten nach sich, sondern durch den meist erheblichen Zeitaufwand verzögert sich in der Folge die Produkteinführung. Eine schnelle, agile Reaktion auf kurzfristige Änderungen ist durch die aufwendige Startphase ausgeschlossen. Gerade für die immer schnelllebigere Automobilbranche bedeutet dies einen gravierenden Nachteil.

Um diesen Prozessschritt zu beschleunigen und gleichzeitig Raum für die nötige Flexibilität zu schaffen, hat der Entwicklungsdienstleister ARRK Engineering einen anderen Weg eingeschlagen: Anhand von zahlreichen Anwendungsfällen (Use Cases) ermittelte das Unternehmen häufig angefragte Funktionen und entwickelte entsprechende Bausteine für ein modulares Steuergerätekonzept, das sogenannte Build Rapid Systems, kurz: BuildRS.

Damit sollen sich Mess- und Steuerungssysteme für verschiedenste Anwendungen deutlich schneller und kostengünstiger als bisher erstellen lassen: Die Bausteine mit dem geforderten Funktionsumfang müssen lediglich einem Pool an bereits existierenden Hard- und Software-Komponenten entnommen und miteinander kombiniert werden.

Den zugrunde liegenden Hardware-Baukasten und die Software entwickelte das Unternehmen selbst. »Dies war notwendig, da vergleichbare Systeme am Markt für unsere Zwecke entweder als zu groß und kostenintensiv waren oder eher auf den Hobbyelektroniker abzielten. Damit waren sie zu leistungsschwach und instabil«, bemerkt Zarko Tomić, Teamleiter Software-Entwicklung bei ARRK Engineering. Ein weiteres Problem bestand oftmals auch darin, dass bei diesen Modellen kein direkter Eingriff in die Software möglich war, das Unternehmen selbst also keine umfassenden Änderungen vornehmen konnte. Dies wiederum verhindert eine flexible Anpassung und Erweiterung des Systems, was aber in verschiedensten Projekten von höchster Wichtigkeit ist.

Bei der Entwicklung des neuen Steuergerätekonzepts entschied sich ARRK für folgende Vorgehensweise: »Nachdem das Plattformkonzept stand, wurde mit allen folgenden Projekten, bei denen eine bis dato noch nicht vorhandene Funktion erforderlich war, gleichzeitig ein neuer Baustein für unsere modulare Steuergeräteplattform entwickelt«, erinnert sich Tomić. Im Laufe der letzten Jahre ist auf diese Weise aus der Idee ein umfangreiches Baukastensystem entstanden – das analog zu den im Rahmen von zahlreichen Projekten ermittelten Kundenbedürfnissen gewachsen ist. Inzwischen kann ARRK Engineering auf einen Pool von Funktionen für verschiedene Anwendungsmöglichkeiten zugreifen, zum Beispiel digitale oder analoge Ein- und Ausgänge, Motorsteuerung und Bluetooth- oder WLAN-Übermittlung und zahlreiche unterstützte Bussysteme. Dabei wird das Portfolio durchgängig weiter ausgebaut.

Kompakte Module mit anpassbarer Software

BuildRS besteht aus zwei Platinen: Zum einen dient die Controllerplatine zur Verbindung mit anderen Geräten über CAN und bildet den Ausgangspunkt für die Einheit, zum anderen definiert die Peripherieplatine die eigentliche Funktion der Steuerung. Wenn beispielsweise aufgrund einer veränderten Anforderung des Kunden von digitalen Ausgängen auf analoge Ausgänge oder von einem Sensor auf einen anderen gewechselt werden soll, ist lediglich die Peripherieplatine auszutauschen. Dabei gibt es zwei Möglichkeiten, die Platinen zusammenzufügen: nebeneinander, für einen erleichterten Zugriff auf alle Komponenten, oder kompakt übereinander, um das System unempfindlicher gegenüber Außeneinwirkungen zu machen (Bild 1). Je nach Kundenanforderungen sind neben CAN mittels eines zusätzlichen Moduls auch andere Anbindungen realisierbar, zum Beispiel LIN, Bluetooth oder WLAN.

Auch die Software-Architektur der BuildRS-Plattform ist modular aufgebaut und wächst ständig. Über die CAN-Schnittstelle lässt sich das System recht einfach konfigurieren oder neu programmieren. So muss bei einem Funktionswechsel häufig lediglich die Software neu konfiguriert und nicht komplett neu aufgespielt werden. Da es sich hierbei ebenfalls um eine Eigenentwicklung von ARRK handelt, verfügt das Unternehmen über den vollen Zugriff auf den Quellcode. Auf diese Weise kann das Unternehmen sowohl die Hard- als auch die Software an die Anforderungen der Kunden anpassen und das volle Potenzial der Hardware nutzen.

Ein möglicher Verwendungszweck von BuildRS kann zum Beispiel die Elektrifizierung einzelner Prototypen sein. So hat das System in einer Sitzkiste zur Sitzverstellung Verwendung gefunden – als Motortreiber und zur digitalen Signalübermittlung. Hierbei ist die Langlebigkeit der Module ein großer Vorteil: Gestapelt oder in einem Gehäuse verbaut können sie über viele Jahre hinweg genutzt werden. Dadurch eignen sie sich auch für langfristig angelegte Probandenversuche oder Demonstratoren, zum Beispiel für Messen.

Ein weiterer Verwendungszweck ist der Einsatz bei Kleinserien oder Testgeräten. Ein Beispiel hierfür ist ein Pedalmessgerät, das ARRK für die Automobilindustrie entwickelt hat (Bild 2). Das Ziel bei dieser Testvorrichtung ist die kombinierte Messung und Analyse von Pedalweg und -kraft zum Beispiel für Brems-, Kupplungs- oder Gaspedale. Ein Modul übernimmt dabei die Aufgabe, die Werte beider Sensoren zu verwalten, in digitale Signale zu übersetzen und diese zur weiteren Verarbeitung zu übermitteln. Ein zweites Modul ist Teil der Fernbedienung, um die Anlage aus der Ferne zu steuern. Der Kunde profitiert hier von der Modularität des Systems.

Doch auch als Teil von Tischaufbauten im Rahmen der Konzeptbestätigung kann BuildRS Vorteile hinsichtlich Budget- und Zeitplanung bieten, denn wie in den anderen Fällen muss hier ebenfalls kein neues Steuergerät entwickelt werden. Gleichzeitig hat der Kunde im Gegensatz zu handelsüblichen Einheiten mehr Freiheiten in der Anpassung und dadurch die Möglichkeit, das System mehrfach einzusetzen. Da sich die einzelnen Peripherieplatinen nachkaufen und leicht austauschen lassen, kann schnell und vergleichsweise günstig eine neue Funktion zugekauft werden. Die Inbetriebnahme der neuen Platine erfolgt über den CAN-Anschluss mittels der modularen Basissoftware, die auf der Controllerplatine aufgespielt ist. Auf diese Weise kann der Nutzer selbstständig die Funktion der Steuereinheit anpassen und in den Tischaufbau integrieren.