Testsoftware

Wie sicher ist Sicherheit?

Aktives Gurtschloss im Test: Prüfstandautomatisierungssoftware regelt Linearachse mit Vier-Kilohertz-Abtastrate. Das aktive Gurtschloss steigert den Komfort beim Anlegen des Sicherheitsgurts und verbessert dessen Wirksamkeit bei Unfällen. Um sicherzustellen, dass eine neue Konstruktion alle erforderlichen Spezifikationen erfüllt, testet ein weltweit renommierter Automobilzulieferer die Komponenten bereits in der Entwicklungsphase mit einem speziellen Prüfstand.

Aktive Gurtschlösser verfügen über einen eigenen Antrieb mit der zugehörigen Steuerelektronik. Sobald ein Fahrer oder Fahrgast auf dem Fahrzeugsitz Platz genommen hat, fährt das aktive Gurtschloss aus einem Schacht heraus. Der Sicherheitsgurt lässt sich nun bequem in das Gurtschloss einstecken. Danach fährt das Gurtschloss wieder an die Ausgangsposition zurück. Bei schnellen Kurvenfahrten oder einem Unfall fährt es nach hinten weg und spannt das Gurtband fest an den Körper.

Die Automobilhersteller haben die Anforderungen an das aktive Gurtschloss genauestens spezifiziert. Durch eine Überdimensionierung ließe sich das Schloss so stabil machen, dass es sämtlichen Belastungen unbesehen widersteht. Das Ergebnis wäre jedoch eine recht klobige Konstruktion, die aufgrund ihres Gewichts und ihren Abmessungen nicht den heutigen Komfortansprüchen genügen würde. Außerdem wäre ein überdimensioniertes Gurtschloss durch hohen Materialaufwand weder ressourcenschonend noch wirtschaftlich zu fertigen. Gerade bei hohen Stückzahlen reduziert jedes eingesparte Gramm erheblich die Materialkosten.

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Einhaltung der Spezifikationen
Um die Belastungsgrenzen einer Gurtschloss-Konstruktion auszuloten und das optimale Mittelmaß zu finden, hat der Automobilzulieferer einen speziellen Prüfstand für das aktive Gurtschloss aufgebaut. Damit wird getestet, ob die Konstruktion den mechanischen Belastungen auf Lebensdauer, bei unterschiedlichen Temperaturen, Kurvenfahrten und Unfallsituationen mit unterschiedlichen Gewichtskräften standhält. Der Prüfstand simuliert das Ein- und Aussteigen, das Hochfahren des Gurtschlosses, den Schließvorgang, Kurven- und Unfallsituationen sowie das Lösen des Gurtschlosses.

Mit der Entwicklung der Software zur Prüfstandautomatisierung wurde Cosateq aus Wangen beauftragt. Den Ausschlag für den Auftrag ergab die große Erfahrung mit Regelungstechnik unter harten Echtzeitbedingungen. Als Softwarebasis wurde Labview und Labview Real-Time gewählt. Labview bildet die Basis für die Prüfstandbedienung und Visualisierung der Testergebnisse. Real-Time bildet das Softwareumfeld für die Echtzeitregelung. Der Prüfstand kann vier aktive Gurtschlösser gleichzeitig testen. Jedes Schloss wird von einer frei aufgehängten Linearachse mit der geforderten Zugkraft beaufschlagt. Als Messaufnehmer dienen Kraft- und Beschleunigungssensoren, die an jeder Achse zwischen Achse und Gurtschloss angebracht sind.

Echtzeitverletzungen sind tabu
An die Echtzeitregelung der vier Linearachsen bestehen hohe Anforderungen. Die Abtastrate liegt mit vier Kilohertz relativ hoch. Markus Riedesser, verantwortlicher Projektingenieur bei Cosateq, bemerkt dazu: „Als Herausforderung erwies sich die Einhaltung der Echtzeitbedingungen. Denn bei einer Echtzeitverletzung fängt die Linearachse unkontrolliert zu schwingen an und kann dabei das zu testende Gurtschloss zerstören. Mithilfe von Labview Designpattern gelang es, das Programm so effizient zu schreiben, dass keine Echtzeitverletzungen auftreten.“ Die Modellierung des Linearachsenreglers erfolgte mit Matlab. Mithilfe des Simulation Interface Toolkit wurde das Modell in die Prüfstandautomatisierungssoftware eingebunden. Über das Zusammenspiel von Hardware und Software sagt Riedesser: „Die Software läuft auf einem Industrie-PC mit i7-Prozessor. Aus Performancegründen wird die Regelungssoftware auf verschiedene Rechnerkerne verteilt: Je zwei Achsen laufen auf einem Rechnerkern.“ Durch dynamisches Laden von Softwaremodulen unter Labview-RT wird der Speicherbedarf minimiert. Die Open-Source-Datenbank mySQL dient zur Speicherung von Kalibrierdaten, Testablauf und Testergebnissen.

Auch bei einem Prüfstand haben Aspekte der Anlagensicherheit einen hohen Stellenwert. Die Sicherheits-SPS auf PNOZ-Basis überwacht, ob beispielsweise der Gehäusedeckel für die Klimakammer geschlossen ist und ob der Antrieb steht. Neben weiteren Sicherheitsfunktionen überwacht sie eine Not-Aus-Kette mit Schutztüren. Mit der Prüfstandautomatisierungssoftware kommuniziert die PNOZ über EtherCAT. Denn die Sicherheits-SPS muss mitbekommen, ob der Regler läuft. Nur in diesem Fall darf die PNOZ eine Freigabe an die Stromsteller der vier Linearachsen erteilen.

Entwicklungsziel erreicht
Schon kurz nach Inbetriebnahme zeigte sich, dass die Prüfstandautomatisierungssoftware sämtliche Anforderungen erfüllt.

Gerd Leiprecht, Geschäftsführer von Cosateq, stellt fest: „Unsere Softwarelösung hat dazu beigetragen, dass der Automobilzulieferer alle erforderlichen Tests automatisiert durchführen kann. Das Ziel, ein aktives Gurtschloss zu entwickeln und zu testen, das die hohen Anforderungen der Automobilhersteller erfüllt und wirtschaftlich zu fertigen ist, konnte erreicht werden.“  bw

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