為引擎管理開發(fā)自動的故障植入

關鍵字：引擎管理 障植入

引擎控制單元現今已被廣泛地使用在許多應用中，它經常牽涉到一些安全關鍵的（safety-critical）應用，這些應用像是航空電子、汽車和重型機械在貨運站的工作等，這些工作環(huán)境需要可預測性很高的行為和可靠的運作。這些環(huán)境對安全很敏感，如果電子控制單元（electronic control unit，ECU）無法在緊急狀況下以適當方式發(fā)揮作用，就可能會對生命和財產帶來威脅。要確保這些需求得到滿足，就需要對測試和文件撰寫進行大量的投資。

有很多例子可用來說明ECU對安全很關鍵的工作在哪些場合很重要。

有一個例子說明了汽車業(yè)目前在哪些場合使用故障植入（fault insertion），該例子是傳動系控制模塊 （powertrain control module，PCM） 整體測試的一部分。PCM 是現代汽車中最復雜的電子控制單元之一，需要嚴格和徹底的功能測試。PCM 失效的后果將對線控（X-by-Wire）應用（一個集合術語，內容是把電子系統(tǒng)添加到汽車中，以增強和代替以前由制動（braking）或轉向（steering）裝置等機械和液壓系統(tǒng)完成的工作）有較大的影響，因此使這些測試方法就顯得更重要。

由于目前的ECU設備非常精密和復雜，因此需要特殊的測試方法。故障植入測試是ECU 確認工作的一個重要觀點。對系統(tǒng)失效執(zhí)行測試的構想并不新穎，它是ECU測試工作的一個重要觀點，并牽涉到為系統(tǒng)引入電氣故障。模擬工作一般會復制各種條件，它們之所以可能出現，是由于腐蝕、短路/斷路以及其它由老化、損壞或錯誤安裝所引起的電氣失效。

傳統(tǒng)的測試方法經常牽涉到接線板的人工纜線插拔，這太不理想了。這種測試方法不僅容易出現人為的錯誤，而且很耗時。Pickering Interfaces 故障植入BRIC 開關解決方案的目標是 ECU 的確認工作，為這些現實情況實現一種先進的測試方法。

傳統(tǒng)解決方案

開發(fā)中的ECU一般是由某個測試系統(tǒng)運用的，它仿真該單元將要控制的引擎，這有時稱為硬件回路控制（hardware-in-the-loop）仿真測試系統(tǒng)。仿真引擎行為的刺激儀器被連接進來，并由人工操作或計算機控制，而測量儀器則被用來記錄來自 ECU 的模擬和數字響應。

在需要注入故障時，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把ECU上的輸入/輸出（I/O）線路連接到刺激或測量儀器。I/O 線路可被斷開以便刺激某條斷路，或接在一起以便模擬短路（對地、電壓源，或 I/O 線路之間）。工程師可以移動插線電纜（patch cables）來模擬預期的故障，然后測量結果。這類解決方案有許多與生俱來的缺點。

一個顯而易見的缺點就是尺寸，接線板往往很大。有著像維護費的隱藏費用；操作者需要相關知識；有著潛在的人為錯誤；并且需要支付勞力成本來執(zhí)行測試和記錄結果。在一段時間過后，頻繁使用后也可能帶來接線板的維護問題。

很顯然地，任何人工方法的缺點就是缺乏可重復性。讓某一個失敗的測試條件能夠迅速地再產生出來的能力，在測試系統(tǒng)中很關鍵，或是為了幫助開發(fā)，或是為了采取糾正行動。能夠準確迅速再產生測試程序，是任何升級程序或驗證程序的主要優(yōu)點。

一個顯而易見的缺點就是尺寸，接線板往往很大。有著像維護費的隱藏費用；操作者需要相關知識；有著潛在的人為錯誤；并且需要支付勞力成本來執(zhí)行測試和記錄結果。在一段時間過后，頻繁使用后也可能帶來接線板的維護問題。

很顯然地，任何人工方法的缺點就是缺乏可重復性。讓某一個失敗的測試條件能夠迅速地再產生出來的能力，在測試系統(tǒng)中很關鍵，或是為了幫助開發(fā)，或是為了采取糾正行動。能夠準確迅速再產生測試程序，是任何升級程序或驗證程序的主要優(yōu)點。

取得兼具儀器布線和實時電氣故障兩種特性的軟件控制能力，可增強測試過程和結果記錄工作。但是，盡管一個擁有完備規(guī)格的標準交叉點矩陣（standard crosspoint matrix）能處理儀器通往被測設備的聯機，但故障的插入需要一種以前未提供的不同交換架構。

BRIC方法

Pickering Interfaces BRIC 提供各種3U PXI 形狀系數的超高密度矩陣模塊。每個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PCI 接口可用來連接 BRIC 背板和機箱中的PXI 背板，因此模塊只占用機箱中的一個電插槽（electrical slot）。一些占用4個或8 個機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 個的交叉點，8 槽矩陣最多有4,416 個交叉點。盡管BRIC 是模塊化結構，但它被看成是系統(tǒng)的單一矩陣實體，這使控制變得容易許多，并且不需要使用者進行配置工作。

故障植入BRIC解決方案

對于故障植入測試應用，Pickering Interfaces 公司開發(fā)出了故障植入BRIC，這種可伸縮的解決方案可用來代替接線板，以便切換來自仿真設備和HIL 系統(tǒng)中的真實設備的信號。HIL 測試可以讓使用者讓ECU 完成與“引擎測試臺”測試中情境相同的測試情境。這種BRIC 開關解決方案能幫助簡化和加快HIL 應用中的測試、診斷和整合工作。

這種故障植入BRIC 的最大開關能力是1A 和10A。典型的故障植入BRIC應用是在汽車和航天應用中，把電氣故障仿真裝置連接到引腳數量很大的ECU。典型被模擬的故障包括線束中出現的故障，比如斷路和短路（對地、對電池，或 I/O 信號線之間）。

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

這種故障植入BRIC 可改善各種測試與仿真系統(tǒng)中的故障植入、監(jiān)視、自測方法。利用故障植入BRIC，可以同時提供對每條信號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 的強大解決方案，并具有可重復性的保證，包括的故障有：

斷路模擬ECU及其傳感器或傳動器之間的纜線中斷情況。

對地短路。

對電池或外部電壓源短路。

I/O 信號線之間短路。

信號路徑之間的不完全連接。

故障植入BRIC型號

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。該型號基于儀器級、涂釕的磁簧繼電器（reed relay），具有 1A （150Vdc/100Vac，20W） 開關容量和很長的工作壽命。它可采用 4 槽和 8 槽機械形狀系數。40-592 可被指定成多種矩陣尺寸，以便透過只安裝某些開關模塊來適應所預期的應用?？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。對于 2 引腳中斷選項，最大矩陣尺寸是 248 x 8，3 引腳中斷選項是 160 x 8。簡單地把模塊以雛菊鏈形式連接起來，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)。該型號使用高質量鍍金機電繼電器（electromechanical relay），具有 10A （125Vdc/250Vac， 240W/2000VA） 開關容量，并占用 3U PXI 機箱的 8 個槽。它有 3 引腳中斷裝置的標準配備，并且提供各種配置，一直到布滿組件的 30 x 8 矩陣。