Alle elektromechanischen Komponenten werden heutzutage auf Prüfständen getestet, bevor sie in ein Auto eingebaut werden. So auch die elektrischen Starter, die eine intelligente Start-Stopp-Automatik realisieren. Um deren Qualität zu sichern, sind integrierte Komponenten-Prüfstände von Vorteil: Das System übernimmt dann gleichzeitig die Test-Automatisierung, Echtzeit-Regelung und Messdaten-Analyse.

Die vielen elektromechanischen Komponenten eines Fahrzeugs werden heute von verschiedenen, spezialisierten Zulieferern entwickelt und hergestellt. Bevor sie von den Fahrzeugherstellern als fertige Komponente in einer Montagelinie verbaut werden, durchlaufen sie bereits beim Zulieferer eingehende Funktions- und Belastungstests.

Darüber hinaus sichern in der Massenfertigung systematische End-of-Line-Prüfungen die Qualität. Für solche Tests kommen Komponenten-Prüfstände zum Einsatz. Zu deren Implementierung und Betrieb ist für Test-Ingenieure und Systemintegratoren die sorgfältige Wahl der Mess- und Steuerungstechnik von entscheidender Bedeutung.

Sowohl die Realisierung als auch der Routinebetrieb und regelmäßige Anpassungen an wechselnde Prüfanforderungen müssen effizient und kostengünstig möglich sein.

Beispiel: Intelligente Start-Stopp-Automatik

Ein typisches Beispiel für dieses Szenario sind elektrische Starter, die bei vielen aktuellen Fahrzeugmodellen eine intelligente Start-Stopp-Automatik realisieren: Diese detektiert vor einer roten Ampel, dass der Motor sich im Leerlauf befindet, kein Gang eingelegt ist und das ABS einen Stillstand signalisiert. Bestätigt das Batterie-Managementsystem ausreichend Energiereserven für einen nächsten Startvorgang, wird der Motor automatisch abgestellt. Springt die Ampel anschließend auf Grün, wird mit dem Betätigen der Kupplung augenblicklich der Anlasser gestartet.

Dazu braucht es eine magnetische Kupplung, die den Starter sehr schnell aktivieren kann, ein sogenanntes Inline-Relais. Eine intelligente und ökologische Lösung, die ohne jeden Komfort- oder Zeitverlust dazu beitragen kann, unnötige Emissionen zu vermeiden und den Energieverbrauch zu senken. Bei einer solchen hochbelasteten Komponente wird klar, wie wichtig Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer und sichere Funktionalität unter verschiedensten Betriebs- und Belastungsbedingungen sind. Kriterien, die in systematischen Tests an Komponenten-Prüfständen ermittelt und optimiert werden müssen.

So werden auf Prüfständen beispielsweise Dauertests unter gezielter Belastung und kontrollierten Umgebungsbedingungen durchgeführt. Dabei werden die Starter-Relais mit einer regelbaren Magnetpulverbremse belastet, die definierte Lastprofile nachbilden kann – zum Beispiel typische Einspur-Vorgänge mit Zahn-Zahn oder aber Zahn-Lücke-Stellungen zwischen Starter-Ritzel und Verbrennungsmotor.

Messtechnisch erfasst werden Schubwege, Ströme und Spannungen, Drehzahlen und Temperaturen. Diese werden live analysiert und charakteristische Kenngrößen wie Lösespannung, Abschaltenergien oder Relaiserwärmung als Trendverläufe über mitunter wochenlange Testperioden protokolliert.

Erwartungen an den Komponenten-Prüfstand

Eine Herausforderung besteht für solche Prüfstände darin, dass nicht nur Messdaten aus verschiedenen Sensoren und Fahrzeugbussen (zum Beispiel CAN-Daten aus Ecu-Steuergeräten) erfasst werden müssen, sondern auch die beteiligten Aktuatoren (Schalter, Bremse, Versorgungsspannungen) unter Echtzeitbedingungen gesteuert und geregelt werden müssen. Das Ganze ist in einen zyklischen Prozess der Test-Automatisierung eingebettet, der einerseits Echtzeitbedingungen gehorcht und anderseits mit seinen Ergebnissen und Protokollen an Datenbanksysteme angebunden ist.

Bei solch Anforderungen wird klar, dass zur Realisierung eine integrierte Lösung von Vorteil ist. Insbesondere die messtechnische Erfassung des Prüflings sowie die Echtzeit-Steuerung und -Regelung, die auf die gemessenen Daten angewiesen ist, sollten in einem System vereint sein.

Das modulare Mess-, Steuer- und Regelsystem Imc Cronos erreicht diesen Anspruch, indem die Funktionalität eines Echtzeit-Controllers, wie er oft in Form einer SPS eingesetzt wird, als integralen Bestandteil in das Messsystem einbettet. Das System lässt sich daher nicht nur mit Modulen wie Messverstärkern, Digital-IO oder Feldbus-Interfaces ausrüsten, sondern auch mit einer Echtzeit-Prozessor-Plattform ausstatten.

Sie kann auf alle Messkanäle, digitalen Ein- und Ausgänge, CAN- oder Feldbus-Daten zugreifen und analoge Steuersignale generieren, Sollwertprofile vorgeben und geschlossene Regelkreise wie PID realisieren.

Software: Grafisch orientiertes Entwurfs-Tool

Auch die dazugehörige Software Imc Studio stellt eine integrierte Lösung dar. Sie ermöglicht die Realisierung kompletter Lösungen auf hohem Abstraktions-Level. Dabei kommt keine Programmierung zum Einsatz. Vielmehr bietet die Software ein grafisch orientiertes Entwurfs-Tool, mit denen die Test-Automatisierung als Zustandsmodell definiert und abgebildet werden kann.

Damit lässt sich der Ablauf in übersichtliche Schritte strukturieren, in denen etwa bestimmte Lastprofile geregelt angefahren und Testphasen anhand von flexibel definierten Bedingungen beendet und gewechselt werden. Dies kann zum Beispiel das Einschwingen von Parametern auf vorgebbare Toleranzgrenzen sein oder auch komplexere Bedingungen, wie live errechnete Analyseergebnisse einbeziehen. Dabei können auch dedizierte Zeit-Fenster für entsprechende Auswertungen vorgeben werden.

Dieser sequentielle und Schleifen-orientierte Ablauf wird durch eine Hintergrund-Überwachung komplettiert. Relevante Größen können dadurch kontinuierlich auf Ausnahme- und Fehlerbedingungen geprüft und entsprechende Prozeduren zur Reaktion hinterlegt werden. Entscheidend ist bei diesem Konzept, dass der Entwurf komfortabel auf dem PC erfolgt, die resultierenden Abläufe jedoch sicher im Gerät auf einer dedizierten Prozessorplattform ausgeführt werden, für die automatisch der entsprechende echtzeitfähige Code generiert wird.

Anpassbar an wechselnde Anforderungen

Damit bleibt dem verantwortlichen Ingenieur erspart, sich mit der Programmiertechnik auseinanderzusetzen. Er kann sich voll auf seine Kernkompetenz konzentrieren: die Expertise über das zu testende Produkt, den Testablauf und die zu interpretierenden Ergebnisse. Das erleichtert auch die Dokumentation, Wartbarkeit und Flexibilität.

So kann ein solcher Prüfstand jederzeit an wechselnde Anforderungen angepasst, neue Produktvarianten ergänzt oder erweiterte Testszenarien hinzugefügt werden.

Besonders effizient ist es, wenn solche Modifikationen das spätere Bedienpersonal übernehmen kann. Eine flexible Bedienoberfläche, die sich leicht anpassen lässt, vermeidet, dass für die oft marginalen Erweiterungen stets der Prüfstands-Entwickler oder gar externe Dienstleister in Anspruch genommen werden müssen.