为引擎管理开发自动的故障植入

admin

引擎控制单元现今已被广泛地使用在许多应用中，它经常牵涉到一些安全关键的（safety-critical）应用，这些应用像是航空电子、汽车和重型机械在货运站的工作等，这些工作环境需要可预测性很高的行为和可靠的运作。这些环境对安全很敏感，如果电子控制单元（electronic control unit，ECU）无法在紧急状况下以适当方式发挥作用，就可能会对生命和财产带来威胁。要确保这些需求得到满足，就需要对测试和文件撰写进行大量的投资。
        有很多例子可用来说明ECU对安全很关键的工作在哪些场合很重要。
        有一个例子说明了汽车业目前在哪些场合使用故障植入（fault insertion），该例子是传动系控制模块 （powertrain control module，PCM） 整体测试的一部分。PCM是现代汽车中最复杂的电子控制单元之一，需要严格和彻底的功能测试。PCM 失效的后果将对线控（X-by-Wire）应用（一个集合术语，内容是把电子系统添加到汽车中，以增强和代替以前由制动（braking）或转向（steering）装置等机械和液压系统完成的工作）有较大的影响，因此使这些测试方法就显得更重要。

        由于目前的ECU设备非常精密和复杂，因此需要特殊的测试方法。故障植入测试是ECU 确认工作的一个重要观点。对系统失效执行测试的构想并不新颖，它是ECU测试工作的一个重要观点，并牵涉到为系统引入电气故障。模拟工作一般会复制各种条件，它们之所以可能出现，是由于腐蚀、短路/断路以及其它由老化、损坏或错误安装所引起的电气失效。
        传统的测试方法经常牵涉到接线板的人工缆线插拔，这太不理想了。这种测试方法不仅容易出现人为的错误，而且很耗时。Pickering Interfaces 故障植入BRIC 开关解决方案的目标是 ECU 的确认工作，为这些现实情况实现一种先进的测试方法。

传统解决方案

        开发中的ECU一般是由某个测试系统运用的，它仿真该单元将要控制的引擎，这有时称为硬件回路控制（hardware-in-the-loop） 仿真测试系统。仿真引擎行为的刺激仪器被连接进来，并由人工操作或计算机控制，而测量仪器则被用来记录来自 ECU 的模拟和数字响应。

        在需要注入故障时，许多人使用如图1中的接线板。显示出的各种缆线可被用来把ECU上的输入/输出（I/O）线路连接到刺激或测量仪器。I/O 线路可被断开以便刺激某条断路，或接在一起以便模拟短路（对地、电压源，或 I/O 线路之间）。工程师可以移动插线电缆（patch cables）来模拟预期的故障，然后测量结果。这类解决方案有许多与生俱来的缺点。
        一个显而易见的缺点就是尺寸，接线板往往很大。有着像维护费的隐藏费用；操作者需要相关知识；有着潜在的人为错误；并且需要支付劳力成本来执行测试和记录结果。在一段时间过后，频繁使用后也可能带来接线板的维护问题。
        很显然地，任何人工方法的缺点就是缺乏可重复性。让某一个失败的测试条件能够迅速地再产生出来的能力，在测试系统中很关键，或是为了帮助开发，或是为了采取纠正行动。能够准确迅速再产生测试程序，是任何升级程序或验证程序的主要优点。

        一个显而易见的缺点就是尺寸，接线板往往很大。有着像维护费的隐藏费用；操作者需要相关知识；有着潜在的人为错误；并且需要支付劳力成本来执行测试和记录结果。在一段时间过后，频繁使用后也可能带来接线板的维护问题。
        很显然地，任何人工方法的缺点就是缺乏可重复性。让某一个失败的测试条件能够迅速地再产生出来的能力，在测试系统中很关键，或是为了帮助开发，或是为了采取纠正行动。能够准确迅速再产生测试程序，是任何升级程序或验证程序的主要优点。
        取得兼具仪器布线和实时电气故障两种特性的软件控制能力，可增强测试过程和结果记录工作。但是，尽管一个拥有完备规格的标准交叉点矩阵（standard crosspoint matrix）能处理仪器通往被测设备的联机，但故障的插入需要一种以前未提供的不同交换架构。
BRIC方法

        Pickering Interfaces BRIC 提供各种3U PXI形状系数的超高密度矩阵模块。每个BRIC 都使用一块背板，后者接受一组子卡。背板携带一条位于子卡和继电器控制线路之间的模拟总线。一个PCI 接口可用来连接 BRIC 背板和机箱中的PXI 背板，因此模块只占用机箱中的一个电插槽（electrical slot）。一些占用4个或8 个机械插槽的解决方案可供使用。4 槽矩阵（图 2）可配置成最多为2,208 个的交叉点，8 槽矩阵最多有4,416 个交叉点。尽管BRIC 是模块化结构，但它被看成是系统的单一矩阵实体，这使控制变得容易许多，并且不需要使用者进行配置工作。

故障植入BRIC解决方案

        对于故障植入测试应用，Pickering Interfaces 公司开发出了故障植入BRIC，这种可伸缩的解决方案可用来代替接线板，以便切换来自仿真设备和HIL 系统中的真实设备的信号。HIL 测试可以让使用者让ECU 完成与“引擎测试台”测试中情境相同的测试情境。这种BRIC 开关解决方案能帮助简化和加快HIL 应用中的测试、诊断和整合工作。

        这种故障植入BRIC 的最大开关能力是1A 和10A。典型的故障植入BRIC应用是在汽车和航天应用中，把电气故障仿真装置连接到引脚数量很大的ECU。典型被模拟的故障包括线束中出现的故障，比如断路和短路（对地、对电池，或 I/O 信号线之间）。

        故障植入BRIC 的简化功能原理图如图3 所示。故障植入和测量是经由Y 轴执行的，而通往ECU 的连接是经由X 轴。X 轴有一个中断装置（此图中是3 引脚），可以中断送往ECU 的I/O 信号。
        这种故障植入BRIC 可改善各种测试与仿真系统中的故障植入、监视、自测方法。利用故障植入BRIC，可以同时提供对每条信号线的人工和程序使用。这种故障植入 BRIC 为使用者提供了一种把被模拟的故障连接到ECU 的强大解决方案，并具有可重复性的保证，包括的故障有：

   

• 断路模拟ECU及其传感器或传动器之间的缆线中断情况。   
  
• 对地短路。   
  
• 对电池或外部电压源短路。   
  
• I/O 信号线之间短路。   
  
• 信号路径之间的不完全连接。
  

故障植入BRIC型号

        40-592 是一种密度很高的故障植入 BRIC 解决方案(图 4)，处理中短距离信号。该型号基于仪器级、涂钌的磁簧继电器（reed relay），具有 1A （150Vdc/100Vac，20W） 开关容量和很长的工作寿命。它可采用 4 槽和 8 槽机械形状系数。40-592 可被指定成多种矩阵尺寸，以便透过只安装某些开关模块来适应所预期的应用。总共有 24 种配置可供 40-592 使用，具有 2 引脚或 3 引脚中断选项。对于 2 引脚中断选项，最大矩阵尺寸是 248 x 8，3 引脚中断选项是 160 x 8。简单地把模块以雏菊链形式连接起来，就能建造出更大的矩阵。

        40-595 是一种高功率故障植入 BRIC 解决方案(图 5)。该型号使用高质量镀金机电继电器（electromechanical relay），具有 10A （125Vdc/250Vac， 240W/2000VA） 开关容量，并占用 3U PXI 机箱的 8 个槽。它有 3 引脚中断装置的标准配备，并且提供各种配置，一直到布满组件的 30 x 8 矩阵。