Pickering Interfaces 支持ECU測試的自動化故障注入過程，幫助汽車制造商在更短的時間內進行更多測試。
如今，測試發動機控制單元（ECU）,特別是與安全相關部分，在軟件測試和硬件測試方面都很重要——這是因為ECU內需要增加更多的智能來控制剎車，防止翻車，並且確保在不安全的駕駛模式下能夠將動力應用於正確的輪胎上。Magna Powertrain,Delphi和Continental等汽車制造商在測試其產品的安全運行方面也存在同樣的問題。
在本文中，我們重點關注汽車分動箱的案例。分動箱是一種機械/電子設備，它可以監控車輪打滑並確保動力施加在不打滑的車輪上。
作為設計過程的一部分，制造商進行一系列測試確保控制分動箱的軟件能夠對系統故障（如開路，短路和交叉/內聯電阻）做出預測和安全的反應。最終，這將提高客戶的滿意度和降低保修成本。
例如，一個制造商開發出一款測試裝置，該裝置允許手動注入故障。雖然這個裝置是能工作的，但手動切換故障十分耗費時間——這限制了他們在特定單元上可運行的測試事件的數量。此外，手動裝置需要頻繁的維護，這進一步減少了測試時間。最后，還容易出現操作失誤從而影響測試結果。
這就是他們聯系Pickering的原因。這些產品包括用於硬件在環仿真系統（HIL）的故障注入（FIU）開關解決方案和程控電阻。FIU開關模塊可用於將電氣故障注入系統，該系統能夠模擬由於腐蝕，短路/開路和其它電氣故障而可能發生的各種情況，這些情況通過老化，損壞甚至是錯誤安裝所導致的。
使用Pickering故障注入模塊來自動完成故障注入，他們可以在更短的時間內運行更多的測試事件，並且使他們的測試更加可重復，全面，並且他們可以在開發周期的早期發現並修復問題。
檢測故障
傳動裝置用於將汽車變速器的動力分配到前軸和后軸。一個例子是：車輛雙速自動循跡系統（ATC），ATC的特點包括一個濕式多片離合器，機電換擋驅動和前置鏈條驅動輸出。該系統可確保前后輪之間的動態扭矩分配，並可進行調整，以在各種地形和惡劣天氣下提供所需的車輛性能特點。
作為TCCM（分動箱控制機構）的一部分，分動箱電子控制機構單元（ECU）控制分動箱的操作。它連接到分動箱中的傳感器和執行器，以及與車輛控制器區域網絡（CAN）的接口。 當駕駛員換檔時，分動箱ECU接收該命令，然后確定它是否可以執行該換檔。 成功完成換檔后，分動箱ECU將其上傳給網絡。
在實際操作中，可能會發生許多不同的故障。 例如，考慮使用八芯電纜將分動箱中的執行器和傳感器連接到控制模塊。 這些連接可能出現問題如開路或短路到相鄰導體，此外，隨着汽車老化，高阻抗連接和高阻短路都可能出現，這些可能導致分動箱在現場失效。
為確保分動箱在這些故障條件下安全運行，分動箱制造商在其控制實驗室中需要模擬這些故障。
硬件在環測試已經成為測試電子控制單元的一種非常流行的方式，例如當今汽車中使用的分動箱ECU。 HIL模擬器可以提供車輛的所有輸入和輸出，而無需實際構建原型車輛。 它為ECU制造商節省了大量資金，不僅因為他們不必制造原型車，還因為他們可以在實驗室而不是在測試軌道或測功機上進行詳盡的測試。
他們甚至可以測試分動箱ECU而無需實際具有分動箱的機械裝置。 在這種模式下，HIL測試系統除了模擬車輛的其余部分外還模擬分動箱。
為了測試分動箱ECU軟件，設計人員開發了許多不同的操作情景。 這些包括車輛啟動，關閉和駕駛場景，旨在使分動箱控制模塊完成其進程。 例如，在一種情況下，命令分動箱到達其所需位置。 其他場景執行各種其他產品功能（各種換檔方案，冷啟動曲線，電壓曲線等）。
當有問題的制造商首次開始進行這種類型的測試時，他們建立了一個測試裝置，如圖1所示，稱為分線盒，用於手動插故障注入。 分線盒接在分動箱和其控制模塊之間，技術人員將手動切換故障。 如前所述，這限制了它們在任何給定時間范圍內可以運行的測試事件的數量，需要更頻繁的維護，更慢的測試時間，並且還容易出現操作員錯誤，這可能危及測試結果。 雖然這種方法是一種有效的入門方式，但顯然還有很大的改進空間。
圖1 用於機台測試的常用分線盒設計
可以說，手動故障注入最棘手的問題是運行一系列測試需要很長時間。 使用分線盒，運行一個測試用例最多需要8分鍾。 由於它們運行了數千個測試用例，因此從一開始就很明顯，他們必須找到一種方法來縮短測試時間。
以這種方式手動注入故障的另一個缺點是它們只能引入短路和開路。 為了更徹底地測試分動箱ECU，他們還需要能夠引入電阻故障以及硬開路和短路故障。
以這種方式手動插入故障的第三個問題是分線盒是硬接線的，因此不是很靈活。 為了測試不同的分動箱ECU或不同的產品配置，測試工程部門必須建立一個新的分線盒或重新連接現有的分線盒。 這樣做既昂貴又耗時。
自動故障注入
顯然，制造商一直在考慮如何自動插入故障。 這種特殊的分動箱制造商的目標不僅是加速測試執行，而且還增加了引入電阻故障的能力，並使測試設備更加通用。 他們推斷，實現這些目標將使他們能夠模擬更多真實的故障，從而產生更加穩定的產品。
在評估了幾家供應商的開關系統后，該客戶將Pickering Interfaces產品確定為一種很有前景的解決方案。 他們購買了一個19插槽的PXI機箱，其中裝有多個PXI總線模塊（我們的PXI 30A故障注入開關模塊，（型號40-191），如圖2所示），以模擬短路和開路。 該模塊為高電流故障注入提供了強大的解決方案。 它采用固態開關元件，能夠在單通道上承載40A，同時在所有通道上承載30A。 目的是在測試裝置和被測設備之間引入三種不同的故障條件，包括開路，UUT連接之間的短路和外部信號的短路。
每個通道上的固態繼電器使測試系統能夠將信號連接到UUT以進行開路。 故障注入總線允許任何通道短路到任何其他通道，並且還允許任何通道連接到外部信號，例如電源，點火或接地，以模擬故障狀況。 該模塊配有兩個故障總線。
由於故障並非總是完全開路或硬短路，我們的可編程電阻模塊（型號40-295），如圖2所示，用於模擬高阻故障。 該模塊以8位分辨率提供多達18個完全隔離的可變電阻，或以16位分辨率提供10個完全隔離的可變電阻。 每個通道的電阻可以設置在0歐姆和16MΩ之間。
圖2 PXI 30A故障注入模塊40-191
圖3 PXI程控電阻40-295
圖4顯示了如果實際的分動箱需要成為測試的一部分，則開關系統如何連接HIL模擬器，被測試的分動箱ECU和分動箱。
圖4 系統連接示意圖
開關系統用於注入所有潛在的故障。 例如，要注入開路故障，他們只需使線路斷開即可。 要短接兩條線路，它們將兩條線路中的每條線路連接到故障注入模塊，並將兩條信號連接到模塊的故障總線之一。 為了模擬電源或接地短路，他們將信號線連接到其中一個故障總線，然后將該總線連接到地或外部電壓。
為了將電阻故障注入到在分動箱和分動箱ECU之間運行的信號線之一，控制計算機將命令開關系統切換40-295可編程電阻器模塊上的可變電阻器。 接下來，它們謹慎改變電阻：0Ω，5Ω，10Ω，20Ω，50Ω，100Ω，200Ω，500Ω，1,000Ω等，直到它們達到1MΩ，或直到線路表現為開路。
注入故障后，它們會運行一個或多個駕駛場景並收集測試數據。 他們收集的最重要的數據之一是系統的電流。 異常高的電流是問題的明確跡象。 不過，他們也會查看其他一些參數。 這些包括CAN信號和由分動箱ECU和整個系統行為產生的電信號。
通過自動注入故障，運行單個測試用例所需的時間從平均8分鍾減少到大約4分鍾 - 當您考慮到典型的測試運行可能包含20,000個測試用例並需要更多時，這可能超過一個月完全運行。 它還允許制造商減少運行完整測試所需的時間。 通過手動注入，必須有技術人員或測試工程師來切換故障。 然而，現在，只有在進行風險測試時才需要人員在場，因為大多數測試是在一夜之間進行的，無需監督。
分析測試結果
可以想象，這些測試會生成大量的測試數據，分析這些數據是一項艱巨的任務。 他們首先要尋找的是測試是否對UUT造成了任何損害。沒有故障會損壞分動箱ECU，因此任何有關設備損壞的跡象都要引起重視。
如果沒有任何測試用例造成任何損害，他們就會開始分析其余的測試數據。 此時特別值得注意的是CAN信號和整體系統行為。他們正在尋找的數據表明在分動箱中無意的電機運動。 他們還可能檢查分動箱ECU是否生成了相應的診斷代碼。
分析測試數據是一個團隊的工作 - 團隊不僅包括測試工程師，還包括設計分動箱的機械工程師，電子工程師和軟件開發人員。 通過團隊合作，他們不僅能夠快速找到關注的領域，而且還能夠更快地完成修復。
未來是屬於自動化的
雖然客戶的工程團隊對Pickering開關系統允許他們自動化測試的方式非常滿意，但他們意識到這只是一個開始。例如，他們不是為每個分動箱建立單獨的測試裝置，而是為他們的分動箱構建一個“通用”測試系統。使用計算機控制的開關系統讓他們覺得他們可以做到這一點。
制造商必須跨越的另一個障礙是弄清楚如何減少分析測試數據所需的時間。自動注入故障使他們能夠運行更多測試，但它也增加了他們必須花費在分析測試數據上的時間。在這種情況下，考慮如何自動分析測試數據。開發一個可以自動標記可能存在問題的測試數據的工具可以節省大量時間。
正在努力減少測試用例的數量。在我們客戶的案例中，他們的工程師認為他們可以通過識別測試用例來做到這一點，這些測試用例實際測試的是相同東西，並從測試程序中消除它們。還應注意，通常在NPI中開發的測試用例的子集用於產品測試策略。與NPI測量相比，這種策略提供了一致的測試結果，並加快了生產測試的開發速度。
Pickering產品幫助Engineering推出了“SMART Automation”，可在動態車輛條件下測試其他故障模式（內聯電阻故障，交叉短路和交叉電阻短路），從而提高產品質量。
作為此階段測試的底線，Pickering Interfaces支持ECU制造商自動化故障注入過程，幫助他們在更短的時間內運行更多測試用例。