Von Tim Schwandner

Extreme Querbeschleunigungen, Bremsmanöver, das Fahren über die Randsteine (Curbs) und die gelegentlichen Rempler durch andere Fahrzeuge: für den lüfterlosen Industrie-PC „Concepion cX1“ der Firma Inonet eine Tortur. Ein Exemplar dieses IPC war beim diesjährigen 24-Stunden-Rennen des ADAC auf dem Nürburgring an Bord eines Ford Mondeo mit auf der Rennstrecke und für die komplette Messdatenerfassung im Fahrzeug zuständig.

Während des Rennens protokollierte das Messsystem diverse Motor-Daten sowie die aktuellen GPS-Positionen. Parallel dazu zeichnete das System die Bilder zweier Digitalkameras auf. Sämtliche Daten wurden auf einer speziellen Automotive-Festplatte mit hoher Temperatur-, Stoß- und Vibrationsfestigkeit gespeichert und standen für ausführliche Analysen nach dem Rennen zur Verfügung. In einem hot-swap-fähigen Wechselrahmen untergebracht, ließ sich diese Festplatte sogar während der kurzen Boxenstopps austauschen. Bereits während des Rennens konnte so mit ersten Analysen begonnen werden. Das Betriebssystem des IPC ist dagegen auf einer verschraubten Halbleiter-Festplatte (Solid-State-Disk) installiert.

Die kombinierte Erfassung von Video-, GPS- und Motordaten verlangt ein leistungsfähiges Messsystem. Die Basis dafür bildet ein Core-2-Duo-Prozessor mit 2,33 GHz Taktfrequenz in Kombination mit dem GM965-Chipsatz und ICH-8M-Controller von Intel. Die Verlustleistung von CPU und Chipsatz wird über Konvektion vom Kühlkörper des IP40-geschützten Box-PC (115 mm × 225 mm × 215 mm) abgeleitet. Bis zu 4 GByte DDR2-Hauptspeicher bieten auch Anwendungen mit großem Speicherbedarf ausreichend Kapazität. Das System hat zwei Gigabit-Ethernet-Schnittstellen sowie je ein RS232- und RS485-Interface. Darüber hinaus sind je vier Digital-Eingänge- und -Ausgänge, ein 802.11a/b/gkompatibles WLAN, sechs USB-2.0- und zwei PS/2-Ports sowie eine Firewire-Schnittstelle und Audio-Interfaces verfügbar. Für Erweiterungen bietet der Box-PC einen Half-size-PCI- und einen Mini-PCI-Steckplatz. Die Spannungsversorgung übernimmt ein Automotive-Netzteil – 9 bis 32 V(DC) – mit Spannungsüberwachung und Tiefentlade-Schutz.

Die Datenflut beherrschen

Messtechnik-Plattform: Der Industrie-PC Concepion xC1 der Firma Inonet speichert die synchron erfassten Daten des Motorsteuergeräts, der beiden Digital-Kameras und des GPS-Systems.

Als Software für die Datenerfassung kommt das MCD-Werkzeug CANape der Firma Vector Informatik zum Einsatz (MCD: Messen, Kalibrieren und Diagnose). Dessen primäre Anwendung liegt in der Parametrierung von elektronischen Steuergeräten in der Fahrzeugentwicklung und es ist damit auch für die Optimierung des Motor-Steuergeräts im Rennwagen zuständig. Im Gegensatz zu Regelungs-Algorithmen lassen sich die Parameter der Steuergeräte jedoch nur bedingt mit einem Labormodell bestimmen. Daher müssen Parameterwerte wie Kennfelder und Kennlinien erst durch Messungen am Prüfstand und auf Basis von Testfahrten ermittelt und optimiert werden. Während der Laufzeit des Systems verstellt der Versuchsingenieur dazu die Parametersätze und analysiert die Motorsignale.

Die physikalische Anbindung der Software an das Steuergerät erfolgt über CAN-Bus sowie Mess- und Kalibrierprotokolle wie CCP (CAN Calibration Protocol) oder auch über FlexRay mittels XCP (Universal Measurement and Calibration Protocol). In der Fahrzeugentwicklung und Fahr-Erprobung werden darüber die internen Messgrößen synchron zu den Abläufen in den Steuergeräten erfasst. Diese Messdaten werden dann zusammen mit den Kommunikationsdaten der Bussysteme CAN-, LIN- oder FlexRay, mit den Umgebungsdaten von GPS-, Audio- und Video-Systemen sowie weiteren Messgeräten zeitsynchron aufgezeichnet.

Für das Rennteam Wölflick war speziell die CAN-Kommunikation im Ford Mondeo von Interesse, da dessen CAN-Nachrichten bereits alle relevanten Daten des Motorsteuergerätes enthalten. Die Anbindung des Industrie-PC an die Bord-Elektronik erfolgte über ein PCI-Bus-Interface (CANboardXL). Präzise Informationen über die Objekt-Inhalte im Steuergerät gibt den Ingenieuren des Rennteams die standardisierte ASAP2-Beschreibungsdatei des Steuergerätes (ASAP: Working Group for the Standardization of Application Systems).

Dazu zählen:

• Informationen über Messgrößen und Steuergeräte-Parameter wie Speicheradresse, Name, Umrechnungsformel, Datentyp und Speicherlayout.
• Konfigurationsinformationen über das Applikationsinterface (Protokolltyp und -version, Übertragungsraten und Adressbereiche).
• Kommentare zu Funktionen, Parametern und Messgrößen.

In Kombination mit dem Embedded-Box-PC bietet CANape alle Voraussetzungen für den Einsatz als Stand-Alone-Datenlogger. Auf dem Nürburgring erfasste das Rennteam zeitsynchron die Signale des Motorsteuergerätes über CAN-Bus, die Signale der beiden Video-Kameras sowie die GPS-Daten. Die Ortungsdaten werden benötigt, um die Fahrzeugposition auf der Strecke zu visualisieren und die Querbeschleunigung zu erfassen. Aufgezeichnet wurden Werte wie Motordrehzahl, Geschwindigkeit, Öl- und Wassertemperatur, Außentemperatur und die Schaltposition des Getriebes.

Ziel der Messdatenerfassung war eine Performance-Steigerung des Ford Mondeo durch optimierte Fahrwerks- und Getriebe-Einstellungen. Darüber hinaus sollten Informationen zur Analyse der gefahrenen Runden, der Konstanz der vier Fahrer und des Benzinverbrauchs gewonnen werden. Die synchrone Erfassung aller Signalquellen erleichtert dabei die Interpretation der umfangreichen Messdatensätze.

Interessanter Daten-Cocktail

Abhängig von der Kamera-Auflösung und Bildwiederholrate lag die maximale Datenrate bei mehr als 20 MByte/s. Eine geringere Bildauflösung und zusätzliche Kompressions-Algorithmen verringerten das Datenvolumen. Triggerbedingungen reduzierten das Datenaufkommen weiter und erlaubten die flexible Konfiguration der Messungen.

Die Messdaten wurden im binären MDF-Format gespeichert(Measurement Data Format), das 1991 von den Firmen Robert Bosch und Vector Informatik entwickelt wurde und mittlerweile als Defacto-Standard im Automotive-Umfeld gilt. Die Kommunikationsdaten des CAN-Busses standen für die spätere Offline-Auswertung als BLF-Loggingdatei (Binary Logging Format) zur Verfügung, die Video-Aufzeichnungen im AVI-Format (Audio-Video-Interleave). In Zukunft sollen bei Fahrerwechseln oder Boxenstopps die Festplatten getauscht werden, um bereits während des Rennens die Messdaten auszuwerten. Über eine Bedienkonsole am Lenkrad lassen sich dann auch die PC-Funktionen und die Datenaufzeichnung kontrollieren.

Autor

Tim Schwandner ist bei Inonet Computer in Oberhaching für Marketing und Kommunikation zuständig.