LV 124 in der Praxis

Dieser Artikel wurde in Oktober 2014, im National Instruments‘ VIP Tagungsband, veröffentlicht. Laden Sie den Artikel als PDF herunter.

Teststrategien für elektrische Tests nach LV 124 -Vorstellung einer Lösung zur Qualifikation von Steuergeräten nach der LV 124 Norm

Ronald Kaempf, Andreea Solomon

WKS Informatik GmbH, Ravensburg

Kurzfassung

Hersteller von elektrischen und elektronischen Kfz-Baugruppen müssen sich nicht nur gestiegener Komplexität und erhöhten Qualitätsanforderungen stellen, sondern auch Herstellervorgaben und allgemeine Normen erfüllen.

Eine der wichtigsten Normen ist die LV 124. Sie wurde zusammengestellt von Vertretern führender Kfz-Hersteller wie Audi AG, BMW AG, Volkswagen AG, Porsche AG usw. und beschreibt unterschiedliche elektrische Tests und deren Anforderungen.

Die in der LV 124 beschriebenen Tests finden Eingang in die Steuergeräte- Lastenhefte der Kfz-OEMs (z.B. VW 80000, OEM LV124, BMW GS 95024-2-1,…), worin zunehmend die kontinuierliche und zeitsynchrone Signalüberwachung einzelner Signale (z.B. Stromaufnahme) oder aller Signale gefordert wird, und das bei einer vielschichtigen  Bordnetzsimulation.

Ziel der  LV 124 Norm und der in ihr beschriebenen Tests sind die gestiegenen Anforderungen an die Ausfallsicherheit von Baugruppen und das damit verbundene Erkennen und Beseitigen von kurzfristig auftretenden elektrischen Fehlern.

Der folgende Artikel beschreibt einen modularen Prüfansatz zum Prüfen von Baugruppen nach der LV 124 und eine konkrete Umsetzung dieser Prüfstrategie.

Abstract

In recent years, the automotive industry has been faced with technical challenges that had to comply with various industrial norms. One of the most important of these norms is the LV 124, which was drawn up by the representatives of automobile manufacturers like Audi AG, BMW AG, Volkswagen AG, Porsche AG and others. LV 124 describes various electrical tests and their requirements. This article gives a short overview of the norm LV 124. Furthermore, it presents an innovative modular hardware setup and how two ready-to-use WKS Informatik GmbH products – the TubeAnalyzer and RTStand – can be easily integrated in this test setup.

Die LV 124 in Kurzform

Die Norm LV 124 spezifiziert die Anforderungen, Testbedingungen und Tests für elektrische, elektronische und mechatronische Komponenten und Systeme zur Nutzung in Kraftfahrzeugen bis 3,5t. Es werden 22 elektrische Prüfungen beschrieben, die hier kurz aufgeführt werden:

  • Spannungskurven wie in der LV 124 vorgegeben

E-01 Langzeit Überspannung

E-02 Transiente Überspannung

E-03 Transiente Unterspannung

E-04 Jumpstart

E-05 Load Dump

E-06 Überlagerte Wechselspannungen

E-07 Langsames Absenken/ Ansteigen der Versorgungsspannung

E-08 Langsames Absenken/ schnelles Ansteigen der Versorgungsspannung

E-09 Resetverhalten

E-10 Kurze Unterbrechung

E-11 Startimpuls

E-12 Spannungsverlauf mit Generatorregelung

E-13 Unterbrechung  Pin

E-14 Unterbrechung  Stecker

E-15 Verpolung

E-16 Masseversatz

E-17 Kurzschluss Signalleitung

E-18 Isolationswiderstand

E-19 Ruhestrom

E-20 Durchschlagsfestigkeit

E-21 Rückspeisung

E-22 Überströme

In der Spezifikation werden 5 Funktionszustände des Prüflings (A bis F) während und nach der Prüfung unterschieden: Funktionszustand A – der Prüfling muss während und nach der Beaufschlagung mit den Prüfparametern alle Funktionen wie vorgesehen erfüllen, Funktionszustand C – der Prüfling erfüllt während der Prüfung einige oder alle Funktionen nicht.  Nach Ende der Beaufschlagung mit den Prüfparametern werden wieder alle Funktionen wie spezifiziert erfüllt. Undefinierte Zustände sind nicht zulässig. (Restliche Zustände: siehe LV 124)

Herausforderungen beim Testen nach LV 124

Die technischen Herausforderungen beim Testen nach LV 124 bestehen auf der einen Seite in einer variantenreichen Bordnetzsimulation und auf der anderen Seite in einer aufwändigen Überwachung aller Ein- und Ausgänge von Steuergeräten. Dabei müssen Fehler im Bereich von bis zu 10 us zuverlässig an allen Pins gleichzeitig erkannt werden. Zusätzlich müssen ggf. die typischen Kfz –  Feldbusse CAN, LIN und FlexRay simuliert und unterstützt werden. Eine Fehlerauswertung ist selbstverständlich notwendig.

Moderne Prüfstände sind modular und können leicht an unterschiedliche Prüflinge angepasst werden. Sie berücksichtigen sowohl unterschiedliche Leistungsklassen der Prüflinge als auch eine unterschiedliche Anzahl von Verbindungskontakten. Einzelne Prüfkomponenten können leicht erweitert oder gar ausgetauscht werden.

Ein Prüfaufbau für Prüfungen nach der LV 124 sollte die folgenden Hardwaremodule enthalten (s. Bild 2):

  1. Main Test Control: Komponente zur High Level Testablaufgenerierung und -steuerung und zeitlichen Synchronisation der Prüfstands-komponenten.
  2. Measurement & Analysis: Komponente zur hochauflösenden (10us), parallelen und zeitlich synchronen Messung von Signalen. Sie stellt zuverlässig Fehlverhalten der Prüflinge fest und protokolliert diese.
  3. Simulation Hardware: Prüfkomponente zur Simulation der Prüflings-umgebung (CAN, LIN, FlexRay). Sie stellt definierte Zustände des Prüflings her (z.B. KL30, KL15 etc.)
  4. Power Supply: LV 124 kompatible Spannungsversorgung. Sie ermöglicht die in der Norm vorgesehenen Spannungsvariationen.

Im Folgenden wird ausführlicher auf die LV 124 Prüfstandskomponenten Measurement & Analysis sowie Simulation Hardware eingegangen. Für die anderen Komponenten gibt es am Markt ausreichend vorhandene Lösungen von den Firmen National Instruments (Main Test Control – z. B. NI Teststand)  und Toellner, EMTest, Spitzenberger und Spies (Power Supply).

Anforderungen an die Prüfkomponente Measurement & Analysis

Diese LV 124 Prüfstandskomponente sollte flexibel an die Mess- und Prüfaufgaben anpassbar sein. Darunter ist zu verstehen, dass Limits variabel für alle Messkanäle einstellbar sind und dass unterschiedliche Prüfabläufe geladen werden können (Remote Control).

Die Norm LV 124 gibt unterschiedliche Prüfspannungen vor. Aus heutiger Sicht scheint ein Messbereich von 0…32V für digitale und analoge Signale ausreichend. Weiterhin werden in der Norm Spannungsänderungen der Versorgungsspannung innerhalb von 10us und weniger bis zu einigen Sekunden beschrieben. Die Messhardware muss somit Sampleraten von mindestens 100 KHz oder mehr pro Messkanal unterstützen.

Weiterhin empfiehlt sich die Unterstützung einer Online Anzeige von Fehlern genauso wie das Bereitstellen wichtiger Informationen zur Offline-analyse. Diese Informationen sollten in einem offenen und kanalorientierten Format nach Abschluss der Prüfung bereitstehen (z.B. TDMS Datei Format). Der beschriebene modulare Prüfaufbau erfordert von allen Prüfkomponenten, dass sie mit der Main Test Control zeitlich synchronisiert und von ihr ferngesteuert werden können (Start, Stopp, Laden von Prüfabläufen etc.).

Anforderungen an die Prüfkomponente Simulation Hardware

Alle Prüfungen erfordern einen Prüfaufbau, in welchem die reale Umgebung für den Prüfling nachgebildet wird. Das können für einfache Prüflinge einige wenige digitale IOs  (KL30, KL15) oder eine komplexe, dynamische Hardwaresimulation sein, wie sie ein HIL-System bietet. Für elektrische Tests im Kfz – Bereich ist eine Unterstützung der gängigen Feldbusse CAN, LIN, FlexRay und deren einfache Konfiguration notwendig (DBC, LDF, Fibex). Eine herausragende Eigenschaft dieser Komponente ist somit, dass sie mit diesen durchaus sehr unterschiedlichen Anforderungen umgehen kann und sowohl einfache Prüflinge mit wenigen Kontakten als auch komplexe Prüflinge mit einer Vielzahl von Kontakten betreiben kann.

  • Übersicht modularer LV 124 Testaufbau

Verfügbare Prüfstandskomponenten für Prüfungen nach LV 124

Die WKS Informatik GmbH bietet mit ihren Produkten RTStand und TubeAnalyzer eine kostengünstige und sofort verfügbare Lösung für die Qualifikation von Steuergeräten nach LV 124 an.

Der TubeAnalyzer ist ein Produkt für die hochauflösende und hochkanalige Limit Überwachung von PWM und analogen Signalen. Kurzzeitig und sporadisch  auftretende Fehler von bis zu 10us Dauer und mehr werden zuverlässig an allen 160 Messkanälen erkannt. Der TubeAnalyzer wurde als selbständige Prüfkomponente entwickelt und kann in ein vorhandenes Prüfumfeld integriert werden.

  • Limitüberwachung (Tube) innerhalb eines Zeitintervalls durch den TubeAnalyzer

RTStand (Real Time Test Stand) ist eine an Kundenwünsche anpassbare Echtzeitprüf- und Simulationssoftware auf Basis von NI TestStand und NI VeriStand. Sie wurde entwickelt, um skalierbare Prüfplätze zur Validierung von elektrischen und elektronischen Baugruppen mit und ohne Echtzeitanforderungen möglichst kostengünstig  zu erstellen. Wesentliche Kundenvorteile der Prüfung von Baugruppen mittels  RTStand gegenüber herkömmlichen Prüfverfahren sind die zeitliche Synchronisation von unterschiedlichen Signaltypen (Analog, Digital, PWM, CAN, LIN, FlexRay), das ausgefeilte Auswertekonzept mit reduzierter Analysezeit und die Flexibilität der Software, um an unterschiedliche Prüfanforderungen mittels einfach zu ändernder Prüfabläufe zu reagieren.

Dank dieser Eigenschaften bieten die zwei WKS Informatik Produkte eine Lösung für die Qualifikation der Steuergeräte, die alle LV 124 Anforderungen erfüllt.

  • RTStand – hier als „Simulation Hardware“ für LV 124 Tests

Zusammenfassung

Die LV 124 als Norm für elektrische Tests wird aufgrund Ihrer Akzeptanz und Unterstützung aller namhafter Kfz-Hersteller zukünftig so eine große Rolle spielen, dass alle Hersteller und Zulieferer für diesen Industriezweig Strategien entwickeln müssen, um nach diesen Vorgaben zu Testen. Die Modularisierung des Prüfaufbaus ist die erste Wahl um Kosten zu senken, Skalierbarkeit und Wiederverwendbarkeit der Prüfkomponenten zu ermöglichen und gleichzeitig die Aussagekraft und Qualität der Tests zu erhöhen. Eine praktische Umsetzung kann erfolgen, indem ggf. vorhandene Prüfkomponenten und Prüfstände um speziell für diese Tests  entwickelte Produkte erweitert werden. Dieses Vorgehen ist praxisnah und bewährt.

[1] ISO 26262: Wikipedia http://de.wikipedia.org/wiki/ISO_26262

[2] Konzernnorm VW8000, Ausgabe 2013-06

[3] http://wks-informatik.de/index.php/lv-124-automotive

[4] http://wks-informatik.de/index.php/de/wks-produkte/rtstand/rtstand-uebersicht