Entwickeln eines Insassen-Rückhaltesystems mit NI DIAdem

Author(s):
Jeff Blackburn - Takata

Industry:
Automotive

Products:
DIAdem

The Challenge:
Optimieren dynamischer und statischer Tests für Insassenschutzsysteme in Fahrzeugen

The Solution:
Einsatz von National Instruments DIAdem zur Entwicklung eines präzisen Testsystems, das eine signifikante Reduzierung von Entwicklungszeit und -kosten ermöglicht

Takata ist ein weltweit agierender Hersteller von Fahrzeugsicherheitssystemen und fertigt Sicherheitsgurtsysteme, Airbag-Module, elektronische Sensoreinheiten und Lenkräder. Forschung und Entwicklung spielen im Unternehmen eine besonders wichtige Rolle und gewährleisten, dass unsere Systeme den höchsten Leistungsstandards entsprechen und Automobilhersteller dabei unterstützen, strenge gesetzliche Bestimmungen zu erfüllen. Takatas Stärke beruht darin, dass das Unternehmen schon früh in der Entwicklung von Airbags engagiert war. Die Forschung nahm ihre Anfänge im Jahr 1976 und das Unternehmen liefert seit 1984 Airbags an den weltweiten Automobilmarkt. Seither haben Investitionen in Textil- und Gasgeneratortechnologien Takata zu einem der wenigen vertikal integrierten Unternehmen gemacht, die den heutigen Markt beliefern.

Zur Entwicklung von Insassenschutzsystemen führt das Unternehmen sowohl statische als auch dynamische Tests durch. In einer Entwicklungsreihe werden gewöhnlich mehrere Designvariationen getestet. Das in der Firma vorhandene System zur Datenerfassung und Berichterstellung erzeugte bis dato einen Bericht für jeden einzelnen Test. Für den Vergleich mehrerer Tests wurden die Daten aus jedem Bericht manuell in einer Microsoft-Excel-Tabelle zusammengestellt. Diese Vorgehensweise nahm aufgrund der großen Datenmenge (40 bis 160 Kanäle für einen einzigen Test) sehr viel Zeit in Anspruch. Je nach Art und Anzahl der Tests waren dafür zuweilen mehrere Stunden erforderlich. Zudem wurden die Daten der einzelnen Tests unstrukturiert und lediglich nach Testnummern sortiert in einem Verzeichnis auf einem Server abgelegt. Musste ein Ingenieur auf Ergebnisse aus früheren Tests zurückgreifen und ihm war die Testnummer nicht bekannt, war es so gut wie unmöglich, die historischen Aufzeichnungen nach diesem Test zu durchsuchen.

 

Um unseren Entwicklungsprozess zu verbessern, implementierten wir ein neues System basierend auf der Software National Instruments DIAdem, welches es ermöglicht, die Ergebnisse zahlreicher Tests in kürzester Zeit miteinander zu vergleichen. Dies ermöglicht es uns, fundierte Entscheidungen für Änderungen am Design, an der Gasgeneratorleistung und anderen Einflussgrößen zu treffen. Die während dieser Tests generierten Daten (Kräfte, Beschleunigung, Zeiten, Wege und Drücke) müssen unter Bezugnahme auf die von Kunden und Gesetzgebern festgelegten Referenzwerte zur Beurteilung von Verletzungen (IARV, Injury Assessment Reference Values) bewertet. Das NI DIAdem Crash Toolkit stellt fertige Algorithmen bereit, welche die zum Vergleich mit den Referenzwerten benötigten Verletzungskriterien berechnen, so dass hierfür keine Eigenentwicklung notwendig war.

 

Takata entwickelte darauf aufbauend eine Reihe wieder verwendbarer Funktionen und nutzte dazu die in DIAdem integrierte Programmiersprache VBScript sowie scriptfähige Anwenderdialoge. Diese Funktionen führen automatisiert einfache Aufgaben aus, beispielsweise das Laden und Filtern von Rohdaten, das Berechnen von Verletzungskriterien wie HIC- (Head Injury Criterion) oder NIJ-Werten (Normalized Neck Injury Criterion) und die Ausgabe von Ergebnisgrafen. Wir haben praktisch alle unsere Analyse- und Berichterstellungsaufgaben automatisiert, indem wir einfach verschiedene Funktionen in einem Anwenderdialog miteinander verknüpft haben. Die Modularität der Funktionen ermöglicht bei Bedarf ein rasches Automatisieren weiterer Analyseroutinen. Auf die beschriebene Weise wurden sämtliche Analysen und Berichte für Frontalaufprall, Seitenaufprall, statische Tests, Rumpf- und Lenkradtests automatisiert.

 

Das neue System lässt sich einfach einsetzen und erfordert sehr wenig Einarbeitung. Aus einem einzigen Menü lädt der Anwender Datendateien, führt Analysen aus und generiert Berichte durch einfaches Anklicken der entsprechenden Schaltflächen und Beantworten einer Reihe von Fragen, die in Popup-Fenstern erscheinen. Das System verringert außerdem das Fehlerrisiko, da die Daten nicht manuell in eine Tabelle eingegeben werden müssen. Bei Tests mit Dummys unterschiedlicher Art und Größe müssen zudem verschiedene Analyseintervalle und Referenzwerte zur Beurteilung von Verletzungen zugrunde gelegt werden. Unser System erkennt automatisch Testart und verwendeten Dummy und verwendet das jeweils richtige Zeitintervall sowie die korrekten Referenzwerte, wodurch eine weitere Fehlerquelle eliminiert wird.

 

Zusätzlich zu den fertig implementierten Funktionen können auch nicht standardisierte Analysen ausgeführt werden. Das Ergebnis einer typischen Crash-Auswertung ist zum Beispiel ein Kennwert wie der HIC₁₅-Wert. Dieser Kennwert stellt die Wahrscheinlichkeit einer Schädelverletzung dar. Eine Alternative zur Auswertung der auf den Dummy einwirkenden Kräfte ist die Berechnung der Belastungsdauer während des Zusammenstoßes. Anschließend wird die resultierende Kurve im Vergleich zu einer festgelegten Grenzwertkurve dargestellt. Diese Analyse bezieht die Idee mit ein, dass hohe Belastungen kurzfristig toleriert werden können, wohingegen geringere Belastungen über einen längeren Zeitraum ebenfalls zu Verletzungen führen können. Das DIAdem Crash Toolkit bietet eine Funktion zur Berechnung dieser Belastungszeitkurve, die in unserem System dann automatisch zusammen mit der zum verwendeten Dummy gehörenden Grenzwertkurve dargestellt wird.

Die erzielten Zeiteinsparungen sind beachtlich. Das neue System wurde anhand einer Reihe von zehn Schlittentests mit der alten Methode verglichen.

 

Bei der alten Methode benötigte ein Ingenieur vier Stunden, um die Daten zusammenzustellen, die Genauigkeit zu verifizieren, die Analyse durchzuführen und einen Bericht zu erstellen. Beim Einsatz des neuen Systems auf Basis von DIAdem kann ein Ingenieur dieselben Aufgaben in weniger als fünf Minuten erledigen. Da pro Jahr werden mehrere Tausend Tests durchgeführt werden, wird dank des neuen Systems mit einer Einsparung von mehreren Tausend Mannstunden pro Jahr gerechnet.

 

Die Analyseergebnisse werden als NI-TDM-Dateien gespeichert. Mithilfe des DIAdem DataFinder lassen sich diese historischen Daten auf einfachste Weise durchsuchen. Der DataFinder indiziert die vorhandenen Daten und ermöglicht Suchabfragen mit mehreren kombinierten Filterkriterien. Beispielsweise können aus den historischen Testdaten alle Frontalaufprallschlittentests mit einer Geschwindigkeit von 25 mph, mit einem 5 %  Female Dummy auf dem Fahrersitz und einem HIC₁₅-Wert unter 700 herausgesucht werden. Mit dieser Möglichkeit des Rückblicks können unproduktive Designkonzepte oder Konfigurationen bei der Entwicklung neuer Produkte schnell verworfen und somit Zeit und Geld gespart werden.

 

Andere Fähigkeiten von DIAdem brachten weitere Vorteile, insbesondere die Funktion zur Anzeige von Videobildern, der PDF-Dateiexport und der TDM-Datenimport in Excel. Zuvor existierte keine einfache Möglichkeit zum synchronisierten Abspielen von Videoaufzeichnungen eines Tests mit den zugehörigen Testdaten. Dank DIAdem wird bei der Durchsicht der Videos deutlich, wann genau eine Belastungs- oder Beschleunigungsspitze auftritt. Darüber hinaus genügt in DIAdem ein Mausklick, um einen Bericht als PDF-Dokument zu speichern. Dies ist hilfreich, wenn Daten in einer Form bereitgestellt werden sollen, die nicht verändert werden kann. Des Weiteren ist ein Add-on für Excel verfügbar, welches das Importieren von TDM-Dateien in ein Excel-Dokument ermöglicht. Dies ermöglicht es uns, Ergebnisdateien in einem ASCII-Format für Kunden oder Anwender bereitzustellen, welche die Daten in einem anderen Programm oder einer anderen Anwendung nutzen wollen.

 

Dank DIAdem konnte die zur Auswertung mehrerer Tests benötigte Zeit erheblich verringert werden, was deutliche Kosten- und Zeiteinsparungen zur Folge hatte. Die weitere Entwicklung wird sich mit der automatischen Generierung von Ergebnisberichten befassen. Dies wird uns schließlich in die Lage versetzen, in wenigen Minuten von Rohdatendateien über die Analyse bis hin zu aussagekräftigen technischen Berichten zu gelangen.

 

 

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