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O+P Fluidtechnik 10/2021

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O+P Fluidtechnik 10/2021

FAHRZEUGELEKTRONIK einen

FAHRZEUGELEKTRONIK einen großen Schritt in Richtung Programmierung, Testen und Simulation gemacht, der der Sicherheit unserer Kunden auf dem Flugplatz zugutekommt.“ Im ersten Schritt wurde die Elektronik in den Hydraulikventilen drastisch reduziert. In der vorherigen Generation war jedes Ventil eines Ventilverteilers noch mit einem kleinen Elektronikeinsatz ausgestattet, der über ein individuelles PWM-Signal angesteuert wurde. Nun werden zwei Ausgänge für jedes Ventil verwendet, was die Elektronik an den Ventilen überflüssig macht und die Komplexität des Systems deutlich reduziert. Die Sicherheitscontroller von TTControl bringen dafür alles Notwendige mit: sie haben genügend Ausgänge und jeder PWM-Ausgang kann seinen Strom messen. Die Genauigkeit der Strommessung reicht aus, um das Ventil in jede Position ohne zusätzlichen Sensor am Ventil zu bewegen – allein durch die Stromregelung. Nur die Stellantriebe mit Positionsregelung sind mit Sensoren ausgestattet, während die gesamte Drehzahlregelung ohne Sensoren erfolgt. MOBILE MASCHINEN 01 Während der Inbetriebnahme des Fahrzeugs stellte sich heraus, dass alles in der Simulation auch im wirklichen Leben funktionierte schafft, alle Sicherheitsmerkmale in einem einzigen leistungsfähigen Sicherheitssteuergerät von TTControl als Teil einer integrierten elektronischen Architektur zu integrieren“, sagt Markus Plankensteiner, Vice President Sales & Marketing bei TT- Control. „Dadurch konnten wir die Anzahl der eingesetzten Steuergeräte, Softwareanwendungen, Sensoren, Netzwerke und Kabel sowie die Installations- und Wartungskosten erheblich reduzieren.“ „STÖRUNGSFREIHEIT“ MACHT WEITERE SICHER- HEITSZERTIFIZIERUNGEN ÜBERFLÜSSIG Die neue Sicherheitsarchitektur hat es ermöglicht, die zuvor verwendeten sechs ECUs drei verschiedener Typen auf drei TTC 580 Geräte zu reduzieren. Sicherheitsanforderungen wie Kippen und Nivellieren werden nun von zwei unabhängigen Entwicklerteams programmiert, einem Team bei TTControl und einem Team bei Rosenbauer. Das Multitasking-Echtzeitsystem Safertos® arbeitet auf der ECU mit den beiden entwickelten Algorithmen parallel. Dabei stoppt der Sicherheitsalgorithmus die Maschine sofort, wenn notwendig. Der Anwendungsalgorithmus hingegen stellt sicher, dass die Maschine niemals in eine Position fährt, in der der Sicherheitsalgorithmus die Kontrolle übernehmen muss und warnt den Benutzer im Notfall vorab auf dem Display. Die Sicherheitssteuergeräte von TTControl garantieren in Kombination mit Safertos® Störungsfreiheit (Freedom of Interference). So kann die nicht unmittelbar sicherheitsrelevante Anwendungssoftware auf dem gleichen Controller gewartet und bereitgestellt werden, ohne dass jede neue Software-Version erneut sicherheitszertifiziert werden muss. Da die Produkte von Rosenbauer je nach Endkunden stark variieren, ist dies eine wichtige Funktion, um den Wartungsaufwand der Sicherheitssoftware deutlich zu reduzieren. WIE VIRTUELLES TESTEN SOFTWARE UND SICHERHEIT VERBESSERT „Bei diesem Projekt haben wir Pionierarbeit bei der Entwicklung von Anwendungssoftware bei Rosenbauer geleistet“, sagt Thomas Mitter, Leiter Engineering Electronics and Electrics bei Rosenbauer. „Gemeinsam mit unserem Partner TTControl haben wir SOFTWAREENTWICKLUNG UNTER ALLEN WIND- UND WETTERBEDINGUNGEN Früher fing die Softwareentwicklung am Schreibtisch an und niemand wusste, wie sich der Code in der Maschine verhalten würde. Daher begann die eigentliche Arbeit erst, wenn der Programmierer an der Maschine war. Durch die Größe der Rettungstreppe von Rosenbauer kann diese Maschine nur im Freien betrieben werden, der Programmierer ist Wetter und Motorlärm ausgesetzt. Für jede Iteration muss die Software auf den Controller heruntergeladen und einzelne Variablen müssen beobachtet und aufgezeichnet werden. In der Praxis bedeutet dies sehr lange und anstrengende Tage, da es in der Regel lange dauert, bis alle I/O-Prüfungen sowie alle mechanischen und elektrischen Installationen zu 100 % abgeschlossen sind. Dieser Entwicklungsprozess war kompliziert. Und während Liefertermine üblicherweise unveränderlich feststehen, verzögerten sich anderen Prozesse hingegen schnell, was durch zusätzliche Arbeitsstunden seitens des Programmierers ausgeglichen werden musste. EIN VIRTUELLES MODELL FÜR REALE NOTFALLSZENARIEN Zum Testen des gesamten Hydrauliksystems wurde ein virtuelles Modell mit zwei PWM-Signalen für jeden Aktuator als Eingang erstellt. Alle Sensorsignale wurden in der Realität gemessen und als Ausgänge wie beispielsweise Hydraulikdrücke, Endlagen der Aktoren, CAN-Signale und Stromwerte verwendet. Dieses virtuelle Modell kam auf zwei Arten zum Einsatz: Zum einen wurde es durch automatische Codegenerierung auf einer anderen TTControl-ECU eingesetzt. So konnten es das Entwicklungsteam der Sicherheitssoftware nutzen, um Softwaretests durchzuführen, ohne zur Rettungstreppe fahren zu müssen. Alle relevanten Eigenschaften der 33 Tonnen schweren Rettungstreppe im Wert von rund einer Million Euro wurden auf einem einzigen elektronischen Sicherheitssteuergerät von TTControl installiert. Zum anderen wurde das Modell zur Entwicklung der Anwendungssoftware verwendet. Dafür wurden die festcodierten Strom- und Positions-Steuerungsgeräte von TTControl in Matlab® Simulink® importiert. Mit Unterstützung des speziellen TTC 580 Simulink® von TTControl wurde ein Bibliothekscode für die ECU generiert, die die Simulationen durchführt. Auf diese Weise funktionierten extern gelieferte Codestücke und das Mechanikmodell in einer PC-Simulation unabhängig vom Produktionsstatus der Maschine und ohne Hardware. 38 O+P Fluidtechnik 2021/10 www.oup-fluidtechnik.de

FAHRZEUGELEKTRONIK REALISTISCHE SOFTWARE-TESTS VOM BÜRO AUS Während der Inbetriebnahme des Fahrzeugs stellte sich heraus, dass alles in der Simulation auch im wirklichen Leben funktionierte. Dies gilt auch für den empfindlichen Teil der Suche nach korrekten Ruhepositionen und dem Halten der ersten und letzten Treppenstufe in einer flachen Position. „Matlab, Simulink und Stateflow ermöglichen realistische Simulationen, auch wenn das zu testende Fahrzeug in der Entwicklungsphase nicht zur Verfügung steht“, sagt Janosch Fauster, Leiter des TTControl Application Development Centers. „Durch unsere Teilnahme am MathWorks Connections Program bietet TTControl seinen Kunden systematisch realitätsnahe Simulationen an.“ Sowohl TTControl als auch Rosenbauer gehen sogar noch einen Schritt weiter: Simulink® wird in vielen Projekten nicht nur für die Simulationsumgebung, sondern auch für die Anwendungssoftware selbst eingesetzt. Der eingebettete Codegenerator gibt dem Programmierer die Möglichkeit, sich auf das Softwaredesign zu konzentrieren. Die harte Arbeit, den Code nach dem Entwerfen des Zustandsdiagramms zu schreiben, wird vom Codegenerator automatisiert. Auch wenn sich bei der Inbetriebnahme herausstellt, dass das Modell eine falsche Annahme enthält, kann das Zustandsdiagramm durch das einfache Hinzufügen eines zusätzlichen Zustands oder Übergangs korrigiert werden ohne negative Auswirkungen auf bereits programmierte Software. Bei dieser neuen Methode weiß der Programmierer, dass die Anwendungssoftware funktionsfähig ist und er nur während der Inbetriebnahme nach den Unterschieden oder dem fehlenden Testfall suchen muss. Zudem ist die grafische Darstellung der Funktionalität auch für den Kundendienst und andere Beteiligten, die keine Programmierer sind, verständlich. Die selbsterklärenden Designs in Simulink/Stateflow können in HTML exportiert und allen Beteiligten zur Verfügung gestellt werden. Mit der Matlab®-Simulation lassen sich die Entwicklungsiterationen bis auf ein Maximum steigern und der Programmierer vermeidet alle äußeren Einflüsse. Die Softwareentwicklung und -prüfung kann effizient im Büro erfolgen, entkoppelt von Lärm, Stress und widrigen Wetterbedingungen. Dies verbessert die Qualität und Wartungsmöglichkeiten für die generierte Software erheblich. Das Entwicklerteam, das Rosenbauer bei diesem Projekt unterstützt hat, ist Teil des neuen TTControl Application Development Centers. Das Center bietet schlüsselfertige Softwarelösungen für Hersteller mobiler Maschinen. Dies reicht von einfachen Projekten mit einem elektronischen Steuergerät und einer einfachen Funktionslogik bis hin zu komplexen Architekturen mit mehreren ECUs, Displays und Kommunikationsgateways unter Einhaltung der notwendigen Standards und Umsetzung der Sicherheitsanforderungen über verschiedenste Produktgruppen hinweg. Bilder: Rosenbauer Group www.ttcontrol.com 02 Das Aircraft Interior Access Vehicle von Rosenbauer – die Rettungstreppe für Flugzeuge www.oup-fluidtechnik.de O+P Fluidtechnik 2021/10 39

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