Використання вставки несправностей та моделювання датчиків на основі PXI у електронних випробуваннях
Електронні контрольні пристрої (ECU) сьогодні є основою майже кожної автомобільної системи – від антиблокувальних гальм до систем керування акумулятором. У електромобілях ці пристрої керують функціями, при яких одна лише несправність може поставити під загрозу безпеку. Ця реальність створює великий тягар для інженерів з тестування: необхідно довести, що ECU поводиться прогнозовано за будь-яких ймовірних умов, як сприятливих, так і несприятливих, причому без необхідності чекати на фізичний прототип або ризикувати дорогим обладнанням.
Симуляція з використанням фізичного обладнання (HILS) вирішує цю проблему. Вона дозволяє перевіряти поведінку ECU у симульованому середовищі задовго до того, як автомобіль вийде на дорогу, і підходить як для ранньої стадії розробки прототипів, так і для тестування великої кількості одиниць продукції.
Як працює HILS
HILS з’єднує справжні сигнали від контролера з тестовою платформою, яка імітує роботу кінцевої системи. Пристрої для стимулювання замінюють сенсори ECU у реальних умовах на електронні симулятори, тоді як прилади для вимірювання фіксують та перевіряють сигнали керування від ECU. Мета подвійна: підтвердити, що ECU працює правильно за відомих нормальних умов, та переконатися, що він захищає транспортний засіб та його пасажирів у разі виникнення проблем.
Розгляньмо систему протидії блокуванню коліс. Якщо водій натискає на педаль гальма, коли датчик швидкості колеса не працює, ЕБУ все одно мусить зупинити транспортний засіб якомога швидше та безпечніше. За допомогою HILS можна відтворити цей несправний датчик та безліч інших комбінацій несправностей, не створюючи реальних фізичних умов. Ітерації проектування та перевірки відбуваються точно так само, ніби ви тестуєте готовий продукт, але при цьому уникається витрат, часу та ризиків, пов’язаних із створенням справжніх несправностей.
Обмеження традиційного введення несправностей
ЕКУ, які мають критичне значення для безпеки, проходять сертифікацію під час якої створюється певна серія несправностей, щоб переконатися, що пристрій реагує безпечно та передбачувано. Протягом багатьох років інженери використовували ручні панелі підключення для імітації цих несправностей. Кабелі з’єднують лінії вхід/вихід ЕКУ з пристроями для стимулювання та вимірювань. Щоб імітувати відкриті ланцюги, від’єднуються лінії, а щоб імітувати короткі замикання на землю, джерело напруги чи інші лінії вхід/вихід, їх з’єднують між собою. Переміщують кабель, вимірюють результат та повторюють процедуру.
Цей підхід має серйозні недоліки:
Розмір. Панелі підключення зазвичай є великими та займають багато місця на пристрої для тестування.
Швидкість. Ручна робота є повільною та не підходить для масових тестів.
Повторюваність. Людський фактор спричиняє похибки та ускладнює створення точних звітів.
Витрати. Витрати на технічне обслуговування та працю є високими, а процес залежить від документованої та глибокої бази знань.
Швидке та точне відтворення несправних умов тестування є важливою перевагою в будь-якій програмі верифікації. Ручне виправлення протидіє цій меті.
Автоматизація створення несправностей за допомогою PXI
Отримання програмного контролю як над маршрутизацією інструментів, так і над створенням електричних несправностей у реальному часі кардинально змінює процес. Принцип простий: модулі комутації розташовуються між симулятором та пристроєм, що перевіряється (DUT), і або передають сигнали без змін, або за командою створюють різноманітні умови несправностей.
Більшості застосувань потрібно моделювати принаймні такі типи несправностей:
Відкриті з’єднання до пристрою, що перевіряється
Короткі замикання між контактами пристрою
Короткі замикання на землю чи живлення
Резистивні несправності
Замість того, щоб інвестувати у дорогу, пропрієтарну систему HILS для одного застосунку, яка прив’язує вас до одного постачальника, ви можете скористатися стандартом PXI та найкращими модулями на ринку. PXI є міцним, модульним та масштабованим, з можливістю запуску та синхронізації на рівні шасі, що задовольняє вимоги до детермінованої роботи в реальному часі та вставки помилок. Pickering Interfaces була першим постачальником, хто запропонував комутаційні пристрої PXI, розроблені спеціально для вставки помилок, пропонуючи масштабовані пристрої вставки помилок (FIU), які повністю замінюють панелі патчингу.
Інтегратори, такі як Bloomy, будують на цій основі свої платформи Universal Test System (UTS), поєднуючи технології комутації PXI та симуляцію в стандартизовані, повторно використовувані архітектури функціональних тестів. Саме ця стандартизація сприяє економічній ефективності. Повторне використання спільної модульної платформи в різних програмах усуває зайві інженерні роботи, зменшує витрати на некоригуючі інженерні розробки (NRE) та дозволяє використовувати одні й ті самі засоби тестування від перевірки прототипів до виробництва.
Якщо вас турбує шум комутації, можна розмістити пристрої FIU в окремому корпусі Pickering LXI/USB, подалі від чутливих інструментів. Програмні драйвери залишаються ідентичними незалежно від того, чи знаходяться модулі в корпусі PXI чи LXI/USB, тому зусилля з інтеграції не змінюються.
Симуляція середовища датчика
Комплексні системи HILS означають моделювання повного спектру датчиків, які ECU очікує отримувати. Модулі на основі PXI охоплюють поширені типи перетворювачів, які використовуються у автомобільних та електромобільних системах:
Моделювання термопар. Модулі-симулятори мілівольтів забезпечують від 8 до 32 каналів точних джерел низької напруги у трьох діапазонах, що охоплює більшість типів термопар. Вбудовані реле дозволяють моделювати відкрите з’єднання на кожному каналі.
Моделювання LVDT/RVDT/резолверів. Один модуль з одним слотом може моделювати до чотирьох каналів 5/6-дротових LVDT, RVDT чи резолверів або вісім каналів 4-дротових LVDT/RVDT. За рахунок збудження від 0,25 VRMS до 38 VRMS та частоти від 300 Гц до 20 кГц він охоплює більшість існуючих пристроїв. Вбудовані реле додають можливість моделювання відкритого та короткого замикання на кожному вхідному та вихідному каналі.
Симуляція поточного циклу. Модулі аналогового виведення імітують промислові трансивери керування з сигналом 4–20 мА, які мають програмовану швидкість зміни сигналу, кілька режимів виведення та вбудовані реле для виявлення коротких замикань та переривань на кожному каналі. Режим повної ізоляції запобігає утворенню замкнених ланцюгів.
Симуляція батарейної структури. Для тестування систем керування акумуляторами електромобілів (BMS) модулі-симулятори клітин забезпечують дві, чотири або шість ізольованих клітин на модуль з точністю до ±5 мВ у діапазоні від 1 В до 7 В. Ізоляційний бар’єр на рівні 750 В підтримує архітектури приводів, побудовані з послідовного поєднання клітин.
Програмовані резистори. Завдяки понад 350 варіантам модулів, включаючи пристрої з точністю понад 0,1% та роздільною здатністю менше 2 мΩ, ви можете автоматизувати введення резистивних несправностей та симуляцію RTD чи датчиків напруги під керуванням програмного забезпечення.
Перехід від прототипу до серійного виробництва
Для проектів із великою кількістю контактів модулі матриці FIU збільшеної потужності, створені за форматом BRIC, дозволяють здійснювати складну симуляцію датчиків та пристроїв керування, причому їх можна розширювати на кількість каналів, що дорівнює кратностям 20 або 31. Один єдиний програмний драйвер підтримує весь спектр пристроїв FIU та можливостей симуляції, тому розширення системи не вимагає переписування коду тестів.
Створіть обліковий запис. Вже зареєстровані? Увійдіть
Віртуальна конференція з інженерії електромобілів: вхід безкоштовний
Не пропустіть нашу наступну віртуальну конференцію 14–17 вересня 2026 року.
Зареєструйтесь на безкоштовні вебінари нижче, щоб забронювати своє місце та переглянути їх у прямому ефірі або за потреби.
Завантажити більше сеансів