Testen von elektronischen Flachbaugruppen und Modulen für die KFZ-Elektronik
Die Elektronik ist im KFZ-Bereich heute nicht mehr wegzudenken und gehört mit steigender Tendenz in jedes Auto unserer Zeit und unserer Zukunft. Bei der guten alten Mechanik waren die Temperaturkoeffizienten eine bekannte Funktion, die genutzt wurde, um unsere Kraftfahrzeuge auch unter den widrigsten Bedingungen betriebsfähig zu halten. Heutzutage übernimmt die Elektronik diese Aufgabenstellung, dabei ist die Temperatur einer der wichtigsten Parameter, aber erfahrungsgemäß spielen auch die Feuchte, Vibration und damit die Lagerung und Dichtigkeit dieser Module und Flachbaugruppen eine wichtige Rolle.
Jedes Mal gehört es bei Einbruch von Kälte in den ersten Wintertagen zum Straßenbild, dass Luxusfahrzeuge neuester Bauart ihren Dienst quittieren und das Servicemobil diverser Hersteller in all diesen Gegenden sichtbar ist, um hoffentlich diese Fahrzeuge wieder zum Laufen zu bringen. Tatsache ist, dass viele dieser neuen Elektroniken zwar im Entwicklungsprozess entsprechend geprüft wurden, dass aber dann in der Serienproduktion leider nicht die notwendige Prüfschärfe auf die widrigen Bedingungen verwandt wird, wie sie im Winter, aber natürlich auch im Sommer auftreten. Temperaturen wie +125 °C, die bedingt durch Sonne, aber auch Motorentemperatur entstehen, haben zur Folge, dass diese Module und Elektroniken thermisch wesentlich höher belastet werden als allgemeine Haus- oder Industrieelektronik. Im Winter kommen neben dem Problem Betauung noch die extremen Temperaturen hinzu, die auch in unseren Breiten durchaus -25 °C bis -30 °C betragen können, was der Elektronik nicht unbedingt zuträglich ist. Ein weiteres Problem ist im Winter auch die Energieversorgung. Dabei brechen die Kapazitäten der Starterbatterien auf Bruchteile ihrer Sollwerte zusammen und der Startprozess baut die Öle und Fette der Motoren und deren Lagern zu extrem hohen Reibungen auf. Eine Starterbatterie kann nur noch mit letzter Kraft den eigentlichen Startprozess durchführen. Bedauerlicherweise brechen die Spannungen, die nominal um den 12 V-Bereich sein sollten, auf 5 bis 8 V zusammen. Das schränkt durch Pulsieren noch einmal die Energie der Restelektronik so stark ein, dass der eigentliche Startvorgang mehr als Glücksfall denn als sichere Prozedur gelten muss.
Mit dem Zunehmen der Elektronik in Kraftfahrzeugen werden immer mehr Aufgaben zum Betrieb des Fahrzeugs der Elektronik übergeben, die diese dann unter den widrigsten Bedingungen ausführen muss: Heute arbeiten in Kraftfahrzeugen bereits von 10 bis zu 40 Mikroprozessoren, teilweise bis zu 80 Elektromotoren, von den vielen Magnetschaltern und deren Steuerung ganz abgesehen. Diese Elektroniken werden bedingt durch Kälte, hohe Reibung und reduzierte Spannung besonders beansprucht.
Während der Entwicklung werden die meisten Module sehr gründlich auf den vollen Temperaturbereich geprüft und hoffentlich mit genügend Sicherheitsfaktoren versehen. Gerade bei Mikroprozessor- und Digitalschaltungen sollten auch die Latch-Up-Effekte überprüft werden, die zur Folge haben können, dass auf Grund der zusammenbrechenden Spannung die Eingangssignale größer sind als die Betriebsspannung gewisser Module und dann die Schaltkreise zu latchen beginnen. Diese Funktion hat zur Folge, dass die Elektronik des ICs eine Thyristorfunktion ausführt und gewisse Transistorstrecken, von denen sich viele tausend in einem solche IC befinden, dann durchschalten. Das IC wird zur extremen Stromaufnahme gezwungen, was bis zur Zerstörung der kompletten Schaltkreise führen kann. Diese Funktion wird allgemein nur in der Entwicklungsphase geprüft und später in der Serienfertigung ignoriert oder vergessen. Bei einer geringen Anzahl von Flachbaugruppen und Modulen hat das zur Folge, dass diese Module und Leiterplatten während eines Startprozesses mit schwacher Batterie an einem kalten Tag dennoch zerstört werden.
Da das eine leider bekannte Tatsache ist, haben wir als Testsystemhersteller diesem Problem Rechnung getragen und Testsysteme entwickelt, die diese Module und Flachbaugruppen für die Kraftfahrzeugindustrie entsprechend echt prüfen können, um danach auch unter den widrigsten Umständen eine sichere Funktion zu garantieren. Es war unsere Zielsetzung, Testsysteme zu entwickeln, die diese Aufgaben speziell simulieren und unter möglichst echten Bedingungen prüfen. Es ist damit möglich geworden, Stimulierungssignale wie Pulse, digitale Informationen parallel oder seriell, aber auch analoge Parameter anzulegen, um sie dann entsprechend zeitecht über die Ausgänge auszuwerten. Dass diese Aufgabe anspruchsvoll ist, darf angenommen werden, nachdem Echtzeitsimulationen unter den vollen Umweltbedingungen physikalisch, aber auch elektrisch nicht ganz einfach sind. Trotzdem haben wir mit unserer Testsystemgeneration ATS-KMFT 670 Lösungen für den Produktions- und Endprüfungsbereich geschaffen, die auf keinen Fall 100.000 Euro überschreiten und trotzdem die nötige Prüfschärfe bei akzeptabler Geschwindigkeit erlauben. Es ist also durchaus für alle Hersteller von KFZ-Elektronik machbar, diese Produkte so zu testen, dass im endgültigen Einsatz im Kraftfahrzeug so gut wie keine Fehler auftreten. Bei Programmierungskosten von typisch 1000 Euro und Adapterkosten von selten über 500 Euro dürfte eine Lösung für solch hochwertige Elektronik durchaus bezahlbar sein, um den Qualitätsstandard, den wir gerade in der deutschen Automobilindustrie gewohnt sind, zu halten.Um den Stückzahlen, welche im Automobilbereich üblich sind, gerecht zu werden, stehen auch kostengünstige Inlinesysteme zur Verfügung, welche ein Minimum an Arbeitskraft erfordern, um trotzdem mit der notwendigen Prüfschärfe die entsprechenden Mengen prüfen zu können.
Wie bereits eingangs erklärt, bestehen die überwiegenden Ausgänge der elektronischen Schaltungen und Module aus Leistungstreibern, die Magnetschalter und Motoren steuern, welche bei Minustemperaturen bedingt durch die Viskosität der Schmierstoffe ihre Ströme und Schaltleistung um ein Vielfaches erhöhen müssen, um dieser Aufgabe gerecht zu werden. Diese Motoren und Magnetschalter arbeiten jedoch nicht linear, sondern haben je nach Belastung verschiedene Modulationen, bedingt durch den Rundlauf von Motoren oder den nicht-linearen Aktivitätsverlauf von Magneten. Das kann durch ein oder mehrere Lastmodule unseres Powermoduls POMO80 simuliert werden, um Belastungen in nicht-linearer, gepulster oder sequenzieller Form zu erzeugen. Dasselbe gilt auch für die Versorgung des Prüflings: Das Powermodul POMO80 wurde speziell für den Automobilbereich entwickelt und kann neben den üblichen Betriebsspannungen 6 V, 12 V und 24 V auch noch die neuen Standardspannung von 42 V bedienen, die in den nächsten Jahren für alle unsere Automobile zu erwarten ist. Das Powermodul POMO80 ist auch in diesem Fall voll modulierbar in Spannung und Strom zur Nachbildung einer modulierten Spannungs- bzw. Stromquelle unter Einwirkung des nicht rundlaufenden Startermotors. Das POMO80 beinhaltet eine Gleichspannungs- bzw. Gleichstromquelle im Bereich zwischen 0 und 80 V mit Strömen von 0-30 V, 14 A, 30-65 V, 7 A, 65-80 V, 4 A. Das Einschwingverhalten dieser Quellen kann über eine beliebige Kurvenform programmiert werden, um dann im Prüfablauf diese Kurvenform für Spannung oder Strom dem zu testenden Objekt zuzuführen, um die Funktionsprüfung auch unter diesen widrigen Umständen durchzuführen. Dasselbe ist bei den Lasten des POMO80 möglich, 2 x 0-30 A bei max. 80 V, um auch in diesem Fall die Belastungen nicht synchron zur angelegten Betriebsspannung laufen zu lassen, um eine sichere Funktion der Schaltung zu überprüfen. Die Programmierung erfolgt über eine RS232-Schnittstelle von unserem Testsystem ATS-KMFT 670. Die Messwerte und Reaktionen des POMO80 werden über die RS232-Schnittstelle zurückgelesen und die entstehenden Spannungen und Ströme dem Testsystem übergeben, das dann diese Werte zur Messung, Auswertung und Protokollierung benutzen kann, um die Funktion dieser Module und Flachbaugruppen auch unter den extremsten Bedingungen zu testen.Unser Modul- und Flachbaugruppentestsystem ATS-KMFT 670 ist schon heute in der Kraftfahrzeugelektronik das am meisten verwendete Testsystem in Deutschland und wird sich auch in Zukunft dank seiner Performance, seines günstigen Investitionspreises, seiner kostengünstigen Adaption und seiner einfachen und praxisnahen Programmerstellung zu einem wertvollen Hilfsmittel zur Testung der KFZ-Module und Flachbaugruppen standardisieren.
Weitere Informationen finden Sie auf unserer Webseite und in den Leistungsmerkmalen unseres ATS-KFMT 670.
Sie können diesen Artikel laden unter ART1004.pdf.
© 06.10.2004
