為引擎管理開(kāi)發(fā)自動(dòng)的故障植入

關(guān)鍵字：引擎管理 障植入

引擎控制單元現(xiàn)今已被廣泛地使用在許多應(yīng)用中，它經(jīng)常牽涉到一些安全關(guān)鍵的（safety-critical）應(yīng)用，這些應(yīng)用像是航空電子、汽車和重型機(jī)械在貨運(yùn)站的工作等，這些工作環(huán)境需要可預(yù)測(cè)性很高的行為和可靠的運(yùn)作。這些環(huán)境對(duì)安全很敏感，如果電子控制單元（electronic control unit，ECU）無(wú)法在緊急狀況下以適當(dāng)方式發(fā)揮作用，就可能會(huì)對(duì)生命和財(cái)產(chǎn)帶來(lái)威脅。要確保這些需求得到滿足，就需要對(duì)測(cè)試和文件撰寫(xiě)進(jìn)行大量的投資。

有很多例子可用來(lái)說(shuō)明ECU對(duì)安全很關(guān)鍵的工作在哪些場(chǎng)合很重要。

有一個(gè)例子說(shuō)明了汽車業(yè)目前在哪些場(chǎng)合使用故障植入（fault insertion），該例子是傳動(dòng)系控制模塊 （powertrain control module，PCM） 整體測(cè)試的一部分。PCM 是現(xiàn)代汽車中最復(fù)雜的電子控制單元之一，需要嚴(yán)格和徹底的功能測(cè)試。PCM 失效的后果將對(duì)線控（X-by-Wire）應(yīng)用（一個(gè)集合術(shù)語(yǔ)，內(nèi)容是把電子系統(tǒng)添加到汽車中，以增強(qiáng)和代替以前由制動(dòng)（braking）或轉(zhuǎn)向（steering）裝置等機(jī)械和液壓系統(tǒng)完成的工作）有較大的影響，因此使這些測(cè)試方法就顯得更重要。

由于目前的ECU設(shè)備非常精密和復(fù)雜，因此需要特殊的測(cè)試方法。故障植入測(cè)試是ECU 確認(rèn)工作的一個(gè)重要觀點(diǎn)。對(duì)系統(tǒng)失效執(zhí)行測(cè)試的構(gòu)想并不新穎，它是ECU測(cè)試工作的一個(gè)重要觀點(diǎn)，并牽涉到為系統(tǒng)引入電氣故障。模擬工作一般會(huì)復(fù)制各種條件，它們之所以可能出現(xiàn)，是由于腐蝕、短路/斷路以及其它由老化、損壞或錯(cuò)誤安裝所引起的電氣失效。

傳統(tǒng)的測(cè)試方法經(jīng)常牽涉到接線板的人工纜線插拔，這太不理想了。這種測(cè)試方法不僅容易出現(xiàn)人為的錯(cuò)誤，而且很耗時(shí)。Pickering Interfaces 故障植入BRIC 開(kāi)關(guān)解決方案的目標(biāo)是 ECU 的確認(rèn)工作，為這些現(xiàn)實(shí)情況實(shí)現(xiàn)一種先進(jìn)的測(cè)試方法。

傳統(tǒng)解決方案

開(kāi)發(fā)中的ECU一般是由某個(gè)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)用的，它仿真該單元將要控制的引擎，這有時(shí)稱為硬件回路控制（hardware-in-the-loop）仿真測(cè)試系統(tǒng)。仿真引擎行為的刺激儀器被連接進(jìn)來(lái)，并由人工操作或計(jì)算機(jī)控制，而測(cè)量?jī)x器則被用來(lái)記錄來(lái)自 ECU 的模擬和數(shù)字響應(yīng)。

在需要注入故障時(shí)，許多人使用如圖1中的接線板。顯示出的各種纜線可被用來(lái)把ECU上的輸入/輸出（I/O）線路連接到刺激或測(cè)量?jī)x器。I/O 線路可被斷開(kāi)以便刺激某條斷路，或接在一起以便模擬短路（對(duì)地、電壓源，或 I/O 線路之間）。工程師可以移動(dòng)插線電纜（patch cables）來(lái)模擬預(yù)期的故障，然后測(cè)量結(jié)果。這類解決方案有許多與生俱來(lái)的缺點(diǎn)。

一個(gè)顯而易見(jiàn)的缺點(diǎn)就是尺寸，接線板往往很大。有著像維護(hù)費(fèi)的隱藏費(fèi)用；操作者需要相關(guān)知識(shí)；有著潛在的人為錯(cuò)誤；并且需要支付勞力成本來(lái)執(zhí)行測(cè)試和記錄結(jié)果。在一段時(shí)間過(guò)后，頻繁使用后也可能帶來(lái)接線板的維護(hù)問(wèn)題。

很顯然地，任何人工方法的缺點(diǎn)就是缺乏可重復(fù)性。讓某一個(gè)失敗的測(cè)試條件能夠迅速地再產(chǎn)生出來(lái)的能力，在測(cè)試系統(tǒng)中很關(guān)鍵，或是為了幫助開(kāi)發(fā)，或是為了采取糾正行動(dòng)。能夠準(zhǔn)確迅速再產(chǎn)生測(cè)試程序，是任何升級(jí)程序或驗(yàn)證程序的主要優(yōu)點(diǎn)。

一個(gè)顯而易見(jiàn)的缺點(diǎn)就是尺寸，接線板往往很大。有著像維護(hù)費(fèi)的隱藏費(fèi)用；操作者需要相關(guān)知識(shí)；有著潛在的人為錯(cuò)誤；并且需要支付勞力成本來(lái)執(zhí)行測(cè)試和記錄結(jié)果。在一段時(shí)間過(guò)后，頻繁使用后也可能帶來(lái)接線板的維護(hù)問(wèn)題。

很顯然地，任何人工方法的缺點(diǎn)就是缺乏可重復(fù)性。讓某一個(gè)失敗的測(cè)試條件能夠迅速地再產(chǎn)生出來(lái)的能力，在測(cè)試系統(tǒng)中很關(guān)鍵，或是為了幫助開(kāi)發(fā)，或是為了采取糾正行動(dòng)。能夠準(zhǔn)確迅速再產(chǎn)生測(cè)試程序，是任何升級(jí)程序或驗(yàn)證程序的主要優(yōu)點(diǎn)。

取得兼具儀器布線和實(shí)時(shí)電氣故障兩種特性的軟件控制能力，可增強(qiáng)測(cè)試過(guò)程和結(jié)果記錄工作。但是，盡管一個(gè)擁有完備規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)交叉點(diǎn)矩陣（standard crosspoint matrix）能處理儀器通往被測(cè)設(shè)備的聯(lián)機(jī)，但故障的插入需要一種以前未提供的不同交換架構(gòu)。

BRIC方法

Pickering Interfaces BRIC 提供各種3U PXI 形狀系數(shù)的超高密度矩陣模塊。每個(gè)BRIC 都使用一塊背板，后者接受一組子卡。背板攜帶一條位于子卡和繼電器控制線路之間的模擬總線。一個(gè)PCI 接口可用來(lái)連接 BRIC 背板和機(jī)箱中的PXI 背板，因此模塊只占用機(jī)箱中的一個(gè)電插槽（electrical slot）。一些占用4個(gè)或8 個(gè)機(jī)械插槽的解決方案可供使用。4 槽矩陣（圖 2）可配置成最多為2,208 個(gè)的交叉點(diǎn)，8 槽矩陣最多有4,416 個(gè)交叉點(diǎn)。盡管BRIC 是模塊化結(jié)構(gòu)，但它被看成是系統(tǒng)的單一矩陣實(shí)體，這使控制變得容易許多，并且不需要使用者進(jìn)行配置工作。

故障植入BRIC解決方案

對(duì)于故障植入測(cè)試應(yīng)用，Pickering Interfaces 公司開(kāi)發(fā)出了故障植入BRIC，這種可伸縮的解決方案可用來(lái)代替接線板，以便切換來(lái)自仿真設(shè)備和HIL 系統(tǒng)中的真實(shí)設(shè)備的信號(hào)。HIL 測(cè)試可以讓使用者讓ECU 完成與“引擎測(cè)試臺(tái)”測(cè)試中情境相同的測(cè)試情境。這種BRIC 開(kāi)關(guān)解決方案能幫助簡(jiǎn)化和加快HIL 應(yīng)用中的測(cè)試、診斷和整合工作。

這種故障植入BRIC 的最大開(kāi)關(guān)能力是1A 和10A。典型的故障植入BRIC應(yīng)用是在汽車和航天應(yīng)用中，把電氣故障仿真裝置連接到引腳數(shù)量很大的ECU。典型被模擬的故障包括線束中出現(xiàn)的故障，比如斷路和短路（對(duì)地、對(duì)電池，或 I/O 信號(hào)線之間）。

故障植入BRIC 的簡(jiǎn)化功能原理圖如圖3 所示。故障植入和測(cè)量是經(jīng)由Y 軸執(zhí)行的，而通往ECU 的連接是經(jīng)由X 軸。X 軸有一個(gè)中斷裝置（此圖中是3 引腳），可以中斷送往ECU 的I/O 信號(hào)。

這種故障植入BRIC 可改善各種測(cè)試與仿真系統(tǒng)中的故障植入、監(jiān)視、自測(cè)方法。利用故障植入BRIC，可以同時(shí)提供對(duì)每條信號(hào)線的人工和程序使用。這種故障植入 BRIC 為使用者提供了一種把被模擬的故障連接到ECU 的強(qiáng)大解決方案，并具有可重復(fù)性的保證，包括的故障有：

斷路模擬ECU及其傳感器或傳動(dòng)器之間的纜線中斷情況。

對(duì)地短路。

對(duì)電池或外部電壓源短路。

I/O 信號(hào)線之間短路。

信號(hào)路徑之間的不完全連接。

故障植入BRIC型號(hào)

40-592 是一種密度很高的故障植入 BRIC 解決方案(圖 4)，處理中短距離信號(hào)。該型號(hào)基于儀器級(jí)、涂釕的磁簧繼電器（reed relay），具有 1A （150Vdc/100Vac，20W） 開(kāi)關(guān)容量和很長(zhǎng)的工作壽命。它可采用 4 槽和 8 槽機(jī)械形狀系數(shù)。40-592 可被指定成多種矩陣尺寸，以便透過(guò)只安裝某些開(kāi)關(guān)模塊來(lái)適應(yīng)所預(yù)期的應(yīng)用?？偣灿?24 種配置可供 40-592 使用，具有 2 引腳或 3 引腳中斷選項(xiàng)。對(duì)于 2 引腳中斷選項(xiàng)，最大矩陣尺寸是 248 x 8，3 引腳中斷選項(xiàng)是 160 x 8。簡(jiǎn)單地把模塊以雛菊鏈形式連接起來(lái)，就能建造出更大的矩陣。

40-595 是一種高功率故障植入 BRIC 解決方案(圖 5)。該型號(hào)使用高質(zhì)量鍍金機(jī)電繼電器（electromechanical relay），具有 10A （125Vdc/250Vac， 240W/2000VA） 開(kāi)關(guān)容量，并占用 3U PXI 機(jī)箱的 8 個(gè)槽。它有 3 引腳中斷裝置的標(biāo)準(zhǔn)配備，并且提供各種配置，一直到布滿組件的 30 x 8 矩陣。