Использование методов вставки неисправностей и имитации датчиков на основе PXI в электронных тестах
Электронные блоки управления (ECU) сегодня являются ключевыми компонентами практически всех автомобильных систем — от антиблокировочных систем торможения до систем управления аккумулятором. В электромобилях эти блоки контролируют функции, при нарушении которых может пострадать безопасность. Эта реальность создаёт большую нагрузку на инженеров по тестированию: необходимо доказать, что ECU будет вести себя предсказуемо во всех возможных условиях, как хороших, так и плохих, причём без необходимости ждать физического прототипа или рисковать дорогим оборудованием.
Симуляция с использованием аппаратного обеспечения в цикле (HILS) отвечает на эту потребность. Она позволяет проверять поведение ECU в симулированной рабочей среде задолго до того, как автомобиль выедет на дорогу, и применяется как на этапе разработки первых прототипов, так и при тестировании в больших объёмах.
Как работает HILS
HILS соединяет реальные сигналы от контроллера с тестовой платформой, имитирующей работу окончательной системы. Приборы для генерации стимулов заменяют реальные датчики ЭБУ электронными симуляторами, в то время как приборы для измерений фиксируют и проверяют выходные сигналы управления ЭБУ. Цель состоит в двух аспектах: подтвердить, что ЭБУ работает корректно в известных надежных условиях, и убедиться, что он защищает транспортное средство и его пассажиров в случае возникновения неисправностей.
Рассмотрим систему противоблокировочного торможения. Если водитель нажимает на педаль тормоза при отказе датчика скорости колеса, ЭБУ по-прежнему должен остановить транспортное средство как можно быстрее и безопаснее. С помощью HILS можно воссоздать этот отказавший датчик, а также бесчисленное множество других комбинаций неисправностей, без необходимости создания реальных физических условий. Итерации проектирования и проверки проходят точно так же, как при тестировании готового продукта, но при этом избегаются затраты, время и риски, связанные с созданием реальных неисправностей.
Ограничения традиционного внедрения неисправностей
Блоки управления с критическим значением для безопасности проходят сертификацию, в ходе которой вводится определённый набор сбоев для проверки того, реагирует ли устройство безопасно и предсказуемо. В течение многих лет инженеры использовали ручные панели подключения для имитации таких сбоев. Кабели соединяют линии ввода-вывода блока управления с приборами для создания стимулов и измерений. Чтобы имитировать открытые цепи, отключаются линии, а для имитации коротких замыканий на землю, на источник напряжения или на другие линии ввода-вывода они соединяются между собой. Перемещают кабель, измеряют результат и повторяют процедуру.
У этого подхода есть серьёзные недостатки:
Размер. Панели подключения обычно большие и занимают много ценного пространства на столе для тестирования.
Скорость. Ручные операции медленны и не подходят для тестирования больших объёмов данных.
Повторяемость. Человеческое вмешательство приводит к ошибкам и затрудняет составление точных отчётов.
Стоимость. Расходы на техническое обслуживание и рабочую силу велики, к тому же процесс требует наличия документированной и глубокой базы знаний.
Быстрое и точное воспроизведение неудачных условий тестирования является значительным преимуществом в любой программе проверки. Ручное устранение недостатков противоречит этой цели.
Автоматизация введения неисправностей с использованием PXI
Получение программного контроля над маршрутизацией сигналов в приборах и над введением электрических неисправностей в реальном времени приводит к значительному улучшению процесса. Принцип довольно прост: модули переключения располагаются между симулятором и испытуемым устройством, пропуская сигналы без изменений или вводя определенные неисправности по команде.
Для большинства приложений необходимо моделирование по меньшей мере следующих типов неисправностей:
Открытые цепи подключения к испытуемому устройству
Короткие замыкания между контактами испытуемого устройства
Короткие замыкания на землю или питание
Резистивные неисправности
Вместо того чтобы вкладывать средства в дорогую, закрытую систему HILS для одного приложения, которая привязывает вас к одному поставщику, вы можете использовать стандарт PXI вместе с модулями высочайшего качества. PXI отличается надежностью, модульностью и возможностью масштабирования; его функции триггеринга и синхронизации на уровне шасси позволяют обеспечивать детерминированное поведение в реальном времени, необходимое для внедрения ошибок. Компания Pickering Interfaces стала первым поставщиком, предложившим коммутационные устройства PXI, разработанные специально для внедрения ошибок; они представляют собой устройства масштабируемого внедрения ошибок (FIU), которые полностью заменяют патч-панели.
Интеграторы вроде Bloomy строят на этой основе свои платформы Universal Test System (UTS), объединяя технологии коммутации PXI и симуляции в стандартизированные, многократно используемые архитектуры функциональных тестов. Именно стандартизация способствует экономической выгоде. Многократное использование общей модульной платформы в различных программах устраняет избыточные инженерные работы, снижает затраты на нерегулярную разработку (NRE) и позволяет использовать одни и те же тестовые ресурсы от верификации прототипа до производства.
Если вас беспокоит шум коммутации, вы можете разместить устройства FIU в отдельном корпусе Pickering LXI/USB, подальше от чувствительных приборов. Программные драйверы остаются одинаковыми независимо от того, находятся ли модули в корпусе PXI или LXI/USB, поэтому усилия по интеграции не меняются.
Симуляция среды датчика
Полноценное моделирование в среде HILS подразумевает имитацию всего спектра датчиков, ожидаемых ЭБУ. Модули на базе PXI покрывают распространённые типы преобразователей, используемые в автомобильных и электромобильных системах:
Имитация термопар. Модули-имитаторы миливольтов обеспечивают от 8 до 32 каналов точных источников низкого напряжения в трёх диапазонах, охватывающих большинство типов термопар. Встроенные реле позволяют имитировать разрыв контакта на каждом канале.
Имитация LVDT/RVDT/резолверов. Модуль с одним слотом может имитировать до четырёх каналов 5/6-жильных LVDT, RVDT или резолверов, либо восемь каналов 4-жильных LVDT/RVDT. Благодаря возбуждению от 0,25 VRMS до 38 VRMS и частоте от 300 Гц до 20 кГц он охватывает большинство используемых устройств. Встроенные реле обеспечивают имитацию разрыва и замыкания контактов на каждом входе и выходе.
Симуляция текущей циклической работы. Модули аналогового выхода имитируют промышленные трансиверы управления с током 4–20 мА, обеспечивая настраиваемую скорость изменения сигнала, несколько режимов выхода и встроенные реле для обнаружения коротких замыканий и разрывов на каждом канале. Режим полной изоляции предотвращает возникновение замкнутых цепей по земле.
Симуляция батарейных стеков. Для тестирования систем управления аккумуляторами электромобилей (BMS) модули-симуляторы ячеек обеспечивают две, четыре или шесть изолированных ячеек на модуль с точностью до ±5 мВ в диапазоне от 1 В до 7 В. Изоляционный барьер на уровне 750 В позволяет использовать архитектуры привода с последовательным соединением ячеек.
Программируемые резисторы. Благодаря более чем 350 вариантам модулей, включая устройства с точностью выше 0,1% и разрешением менее 2 мОм, можно автоматизировать введение резистивных неисправностей и симуляцию датчиков температуры типа RTD или датчиков деформации под управлением программного обеспечения.
Переход от прототипа к серийному производству
Для проектов с большим количеством контактов модули матрицы FIU увеличенного размера, основанные на формате BRIC, позволяют выполнять сложное моделирование датчиков и управляющих устройств; они могут расширяться на кратные 20 или 31 каналу. Один единый программный драйвер обеспечивает поддержку всей совокупности устройств FIU и функций моделирования, поэтому расширение системы не требует переписывания тестового кода.
Создайте учетную запись. Уже зарегистрированы? Войдите
Виртуальная конференция по инженерии электромобилей: вход бесплатный
Не пропустите нашу следующую виртуальную конференцию 14–17 сентября 2026 года.
Зарегистрируйтесь на бесплатные вебинары ниже, чтобы забронировать место и посмотреть их в прямом эфире или по запросу.
ЗАГЛУЖИТЬ БОЛЬШЕ ЗАНЯТИЙ