Steuergeräteentwicklung für Kraftfahrzeuge

Eine Entwicklungsplattform für vernetzte Antriebssysteme

In modernen Kraftfahrzeugen nimmt die Anzahl elektrischer Antriebe ständig zu. Neben den standardisierten Stellantrieben, die vorwiegend der Steigerung des Komforts dienen, werden zunehmend Antriebe im Motorraum mit unmittelbarem Bezug zur Funktion des Verbrennungsmotors eingesetzt. Treibende Kraft dafür ist der Bedarf an sauberen, effizienten und leistungsstarken Motoren.

Das Steinbeis-Transferzentrum Mechatronik in Ilmenau entwickelt im Auftrag zahlreicher Kfz-Zulieferunternehmen magnetische Antriebssysteme. Schlüssel für die schnelle Realisierung testfähiger Versuchsmuster ist eine durchgängige Hard- und Softwareplattform. Charakteristische Beispiele sind Antriebe im Luftmanagementsystem (elektrischer Ventiltrieb, Lufttaktventile, elektrisch angetriebene Abgasrückführventile) oder Betriebsmittelpumpen (Wasserpumpen, Benzinpumpen). Bei diesen Antrieben handelt es sich um Systeme mit hoher Integration von Wirkelement (z.B. Ventil, Pumpen- oder Lüfterrad), elektrischem Antrieb (bürstenlose Gleichstrommotoren oder Magnetantriebe mit wechselsinniger Bewegung und steuerbarer Rast) und Steuergerät.

Für diese Funktionsgruppen entwickelten die Steinbeis-Experten Schaltpläne, die sich auf einfache Weise durch ein gemeinsames Schaltungsträgerlayout zu einem Steuergerät zusammenfassen lassen. Für Funktionsmuster werden die Steuergeräte meist als 19“-Kassetten realisiert. Für Prototypen werden dann anwendungsspezifische Schaltungsträger entwickelt und in das Gehäuse des Antriebssystems integriert. Herzstück der Geräte sind digitale Signalcontroller aus der Familie Freescale MC56F83xx und MC56F80xx. Diese Bauelemente vereinen in sich die Vorteile von digitalen Signalprozessoren und Mikrocontrollern mit für Antriebssteueraufgaben optimierten Peripheriemodulen.

Es existieren zahlreiche Derivate mit unterschiedlicher Peripherie- und Speicherausstattung. Die Programmierung läuft grafisch unterstützt in ANSI-C unter Nutzung der Integrierten Entwicklungsumgebung (CodeWarrior Development Studio for Freescale DSP56800/E Hybrid Controllers). Auch hier können Softwaremodule in unterschiedlichen Applikationen wiederverwendet werden. Der Entwicklungskomfort wird durch die Anbindung an PC-Hostsysteme mit grafischen Bedienoberflächen gesteigert. Für den Reglerentwurf und das Funktions-Prototyping sind Werkzeuge aus der Matlab/SIMULINK-Familie im Einsatz. Zusätzlich stehen Universalsteuerplatinen und Evaluationboards für erste Funktionstests zur Verfügung. Für die Vernetzung wurde ein eigenes CANProtokoll entwickelt.

Der Aufbau dieser durchgehenden Hard- und Softwareplattform hat für Entwickler und Auftraggeber zahlreiche Vorteile. Zum einen können Steuergeräte sehr schnell entwickelt werden, die Anzahl von Redesign-Schritten wird wesentlich reduziert. Zum anderen fördert die Verwendung gleicher Tools den Know-how-Aufbau und den Ideenaustausch im Entwicklerteam. Darüber hinaus kann die Entwicklungsdokumentation standardisiert werden und erleichtert dadurch den Informationsaustausch mit den Auftraggebern.

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