Wykorzystanie wstępowania błędów opartego na PXI oraz symulacji czujników w testach elektronicznych

Jednostki sterujące elektroniczne (ECU) stanowią obecnie serce niemal każdego systemu pojazdu, od systemów hamulcowych przeciwblokujących po zarządzanie baterią. W pojazdach elektrycznych jednostki te kontrolują funkcje, w których pojedynczy błąd może zagrozić bezpieczeństwu. Ta rzeczywistość stawia duży ciężar na inżynierach testujących: muszą oni udowodnić, że ECU zachowuje się przewidywalnie we wszystkich możliwych warunkach, zarówno dobrych, jak i złych, przy czym nie mogą czekać na fizyczny prototyp ani narażać się na kosztowny sprzęt.

Symulacja z wykorzystaniem sprzętu w pętli (HILS) odpowiada na tę potrzebę. Pozwala ona zweryfikować zachowanie ECU w symulowanym środowisku operacyjnym na długo przed tym, jak pojazd trafi na drogę, i może być stosowana zarówno we wczesnych etapach prac nad prototypem, jak i podczas testów masowej produkcji.

Jak działa HILS

HILS łączy rzeczywiste sygnały z kontrolera z platformą testową, która symuluje działanie końcowego systemu. Sprzęt służący do generowania bodźców zastępuje sensory ECU w rzeczywistych warunkach elektronicznymi symulatorami, natomiast sprzęt pomiarowy rejestruje i weryfikuje wyjścia sterujące ECU. Cel jest podwójny: potwierdzenie prawidłowego funkcjonowania ECU w znanych, dobrych warunkach oraz potwierdzenie jego zdolności do ochrony pojazdu i jego pasażerów w przypadku wystąpienia awarii.

Rozważmy system hamulcowy przeciwblokujący. Jeśli kierowca nacisnie pedał hamulca, gdy czujnik prędkości koła przestał działać, jednostka sterująca nadal musi zatrzymać pojazd tak szybko i bezpiecznie, jak to możliwe. Dzięki HILS można odtworzyć ten awaryjny czujnik oraz niezliczone inne kombinacje usterek, bez konieczności tworzenia rzeczywistych warunków fizycznych. Iteracje projektowania i weryfikacji przebiegają dokładnie tak samo, jak przy testowaniu gotowego produktu, ale unika się kosztów, czasu oraz zagrożeń związanych z tworzeniem rzeczywistych usterek.

Ograniczenia tradycyjnego wprowadzania usterek

ECU o kluczowym znaczeniu dla bezpieczeństwa przechodzą certyfikację, podczas której wprowadza się określoną serię awarii i sprawdza, czy urządzenie reaguje w sposób bezpieczny i przewidywalny. Przez lata inżynierowie polegali na ręcznych panelach patchowych do wprowadzania tych awarii. Kable łączą linie wejścia/wyjścia ECU z przyrządami do generowania bodźców i pomiarów. Odłącza się linie, aby symulować otwarte obwody, lub łączy je ze sobą, aby symulować zwarcia z ziemią, źródłem napięcia lub innymi liniami wejścia/wyjścia. Przesuwa się kabel, mierzy wynik i powtarza procedurę.

Taki sposób ma rzeczywiste wady:

Rozmiar. Panele patchowe zazwyczaj są duże i zajmują cenny miejsce na stanowisku testowym.

Szybkość. Ręczna obsługa jest powolna i nie nadaje się do testów na dużą skalę.

Powtarzalność. Interwencja człowieka wprowadza błędy i utrudnia tworzenie dokładnych raportów.

Koszt. Koszty konserwacji i pracy są wysokie, a proces wymaga udokumentowanej, zaawansowanej bazy wiedzy.

Szybkie i dokładne odtworzenie nieudanej sytuacji testowej stanowi istotną przewagę w każdym programie walidacyjnym. Ręczne naprawy działają przeciwko temu celowi.

Automatyzacja wprowadzania awarii za pomocą PXI

Zdobycie kontroli programowej nad zarówno kierowaniem sygnałami w przyrządzie, jak i wprowadzaniem awarii elektrycznych w czasie rzeczywistym zmienia charakter tego procesu. Zasada jest prosta: moduły przełączające znajdują się pomiędzy symulatorem a urządzeniem testowanym (DUT) i albo przekazują sygnały bez zmian, albo na żądanie wprowadzają różne warunki awarii.

Większość zastosowań wymaga udokumentowania co najmniej następujących typów awarii:

Połączenia otwarte z urządzeniem testowanym

Zamknięcia między pinami urządzenia testowanego

Zamknięcia do masy lub zasilania

Awarie oporne

Zamiast inwestować w drogi, zamknięty system HILS oparty na jednej aplikacji, który zobowiązuje do współpracy tylko z jednym dostawcą, możesz skorzystać ze standardu PXI wraz z modułami najwyższej jakości. PXI charakteryzuje się odpornością, modularnością i możliwościami skalowania, a funkcje sterowania na poziomie obudowy oraz precyzyjne timingi spełniają wymagania dotyczące deterministycznego, czasu rzeczywistego wprowadzania błędów. Pickering Interfaces jako pierwszy dostawca wprowadził przełączniki PXI zaprojektowane specjalnie do wprowadzania błędów, oferując skalowalne jednostki do wprowadzania błędów (FIU), które całkowicie zastępują panele patchowe.

Integratorzy tacy jak Bloomy budują na tej podstawie swoje platformy Universal Test System (UTS), łącząc funkcje przełączania i symulacji typu PXI w standaryzowane, wielokrotnie używalne architektury testów funkcjonalnych. To właśnie standaryzacja przynosi korzyści ekonomiczne. Ponowne wykorzystanie wspólnej, modułowej platformy w różnych programach eliminuje zbędne prace inżynieryjne, obniża koszty związane z pracami inżynieryjnymi nieregularnymi (NRE) i umożliwia przenoszenie tych samych zasobów testowych od weryfikacji prototypu aż po produkcję.

Jeśli hałas generowany podczas przełączania stanowi problem, można umieścić jednostki FIU w oddzielnym obudowie typu Pickering LXI/USB, z dala od wrażliwych przyrządów. Drukery sterujące oprogramowaniem pozostają identyczne niezależnie od tego, czy moduły znajdują się w obudowie PXI, czy LXI/USB, więc wysiłek potrzebny do integracji się nie zmienia.

Symulacja środowiska czujników

Kompleksowe systemy HILS oznaczają symulację pełnego zakresu czujników, których oczekuje ECU. Moduły oparte na standardzie PXI obejmują najczęściej spotykane typy przetworników używanych w projektach samochodowych i pojazdów elektrycznych:

Simulacja termopar. Moduły symulatorów milivoltów oferują od 8 do 32 kanałów dokładnych źródeł niskiego napięcia w trzech zakresach, obejmujących większość typów termopar. Wbudowane relé umożliwiają symulację otwartego połączenia na każdym kanale.

Simulacja LVDT/RVDT/resolvera. Moduł jednoprzegródkowy może symulować do czterech kanałów typu 5/6-przewodowego LVDT, RVDT lub resolvera, albo osiem kanałów typu 4-przewodowego LVDT/RVDT. Dzięki napięciu pobudzającemu od 0,25 VRMS do 38 VRMS oraz częstotliwości od 300 Hz do 20 kHz obejmuje większość urządzeń używanych w praktyce. Relé wbudowane w moduł umożliwiają symulację otwartego i krótkiego połączenia na każdym wejściu oraz wyjściu.

Symulacja obecnej pętli. Moduły wyjściowe analogowe emulują przekaźniki sterowania przemysłowego typu 4–20 mA, charakteryzujące się programowalną szybkością zmiany napięcia, wieloma trybami wyjścia oraz wbudowanymi relaisami do wykrywania zwarcia i przerwy na każdym kanale. Tryb pełnej izolacji zapobiega powstawaniu pętli uziemienia.

Symulacja stosu baterii. Do testowania systemów zarządzania bateriami w pojazdach elektrycznych (BMS) moduły symulatorów ogniw dostarczają dwa, cztery lub sześć izolowanych ogniw na moduł, z dokładnością do ±5 mV w zakresie od 1 V do 7 V. Bariera izolacyjna o napięciu 750 V umożliwia stosowanie architektur napędowych z ogniwami połączonymi szeregowo.

Rezystory programowalne. Dzięki ponad 350 wariantom modułów, w tym takim o dokładności lepszej niż 0,1% i rozdzielczości poniżej 2 mΩ, można zautomatyzować wprowadzanie błędów rezystancyjnych oraz symulację czujników RTD lub prętów naprężeniowych pod kontrolą oprogramowania.

Eskalacja od prototypu do produkcji

Dla projektów z dużą liczbą pinów, skalowane moduły matrycowe FIU oparte na formacie BRIC umożliwiają symulację złożonych sensorów i jednostek sterujących, przy czym można je rozbudowywać o multiple 20 lub 31 kanałów. Jeden, spójny sterownik oprogramowania obsługuje cały zakres FIU i symulacji, dzięki czemu rozwój systemu nie wymaga przepisywania kodu testowego.

Utwórz konto. Jesteś już zarejestrowany? Zaloguj się

Wirtualna konferencja na temat inżynierii pojazdów elektrycznych: dostępna bezpłatnie

Nie przegap naszej kolejnej wirtualnej konferencji od 14 do 17 września 2026 roku.

Zarejestruj się na poniższe bezpłatne sesje webinarych, aby zarezerwować sobie miejsce i oglądać je na żywo lub według własnego wyboru.

ŁADUJ WIĘCEJ SESJI