整車下線測試通信解決方案

本白皮書主要面向希望了解汽車測試，尤其是待測設備與測試自動化系統(tǒng)之間通信的自動化專家、測試工程師和工廠規(guī)劃人員。它詳細介紹了在網絡拓撲、電磁干擾、數據記錄以及測試系統(tǒng)與ECU/工業(yè)和交通運輸部門的減碳進程引發(fā)了一系列連鎖反應，例如使用可再生能源代替化石燃料。其中一個結果就是工業(yè)領域和私人家庭的全面電氣化?，F代汽車是這一轉型過程的一個范例。內燃機逐步讓位于電動系統(tǒng)，電池包代替了油箱，傳動系統(tǒng)趨于簡單化，車載充電器、逆變器和熱泵成為了汽車不可或缺的組成部分。同時，子系統(tǒng)數量不斷增長以及軟件定義車輛(SDV)等發(fā)展趨勢，使得E/E（電子/電氣）架構日益復雜化，從而給現場工程師帶來了重大挑戰(zhàn)。高昂的定價壓力不僅對研發(fā)，還對汽車生產造成了重大影響，尤其是在電動汽車成本20%~30%的情況下尤為重要（Statista，2023）。鑒于動力電池成本占到總成本約40%（歐盟委員會等，2016），如何提高裝配效率和效用無疑成為了生產的焦點。除了作為首要成本因素的電池外，這也同樣適用于電動汽車的其他部件。然而，電池在生產中的核心地位不僅歸結于其成本，還有其他挑戰(zhàn)和因素會對生產構成重大影響。動力電池的主要挑戰(zhàn)包括22圖1：挑戰(zhàn)概覽這些發(fā)展趨勢意味著測試在生產中的重要性日益突出。HMS工業(yè)網絡的經驗也表明，隨著開發(fā)時間的不斷縮短，測試正逐漸從開發(fā)階段轉版軟件屢見不鮮，這對測試環(huán)境的速度和適應測試系統(tǒng)也受到所有這些趨勢和挑戰(zhàn)的影響，需要選擇性地調整。本白皮書重點探討測試系測試系統(tǒng)之間的交互，還詳細介紹了相關挑戰(zhàn)在現代電動汽車生產和測試的大背景下，通信系統(tǒng)和網絡會對最終產品的性能、可靠性和安全性造成重大影響。設計不當可能引發(fā)各種嚴重問題，從而造成高昂的成本或造成停產。下接地不正確和網絡設計缺陷可能會導致待測設備與測試系統(tǒng)之間存在電位差，通過通信線路來平衡。最好的情況下，造成的損壞僅限于收發(fā)器；但在最壞的情況下，不僅會損壞待測設 33備，還會損壞測試系統(tǒng)的大部分設備。無論哪隨著廠商和通信節(jié)點增多，網絡設計日趨復雜化，使得維護和故障排除變得更加棘手，進而影響到網絡的穩(wěn)定性。最糟糕的情況下，通信中斷可能會導致停工停產。系統(tǒng)架構可追溯性不足往往會導致故障排除和維修耗時數日之在某些情況下，調整測試系統(tǒng)以適應新的集成階段對時間和專業(yè)知識提出了極其苛刻的要求。在生產環(huán)境中，能否快速響應待測設備變CAN和CANFD拓撲分析通信系統(tǒng)的一個重要指標是所使用的通信ISO11898-1:2015和ISO11898-2:2016標準雖然對應用指南。憑借多年的經驗積淀和深厚的專業(yè)知識，HMS工業(yè)網絡能為解決這些協(xié)議的限制則，專為兩端采用120歐姆端接電阻的清晰線性圖2：CAN和CANFD網絡的長度限制44nRnnnnnnnn兩個終端節(jié)點之間的最大總線長度：1Mbit/s時為40米圖3：CAN網絡的線性拓撲結構按照這一邏輯，在最高仲裁速率1Mbit/s下理論“理論上，在1Mbit/s速率下可達到40米。但在實際應用中，受所用的電纜、連接器和其他物理層組件（包括收發(fā)器芯片）的影響，真實可達到的長度要短得多?！报CCiA在實踐中很難定義一個通用值，因為它會因系統(tǒng)而異。比如，在HMS工業(yè)網絡參與的項目中，CANFD網絡的最大允許電纜長度僅為5~10米。除了比特率，拓撲結構對于CANFD網絡的絡極易受單端線影響，因為未接終端電阻的的線纜末端會發(fā)生信號反射；CiA也對此有官方“星形和混合拓撲結構會限制可實現的速度/長度比。建議盡量縮短未端接的單端線和支線的長度?！报CCiA這些結論表明，在生產測試系統(tǒng)中宜采用簡單的拓撲結構，以確保即使在最大數據速率下也nnnnnnRRRRnn圖4：單端線和長度問題 nn R nn R55電壓，給自動化測試和生產系統(tǒng)增添了新的風險，由此增加了因接地回路或瞬態(tài)電壓導致?lián)pA圖5：電磁干擾和電氣隔離VVV 網絡設計不僅取決于適當的拓撲結構，還需要考慮電磁干擾的潛在影響，并利用電氣隔離來保護網絡。電機、逆變器和其他開關組件可能會產生峰值電壓，主要表現為電磁干擾或網絡另一項挑戰(zhàn)是通信系統(tǒng)中各個節(jié)點的電氣隔離，如待測設備與自動化測試系統(tǒng)之間的隔池或驅動電機等組件在工作時采用大電流和高圖6：接地回路以及待測設備和自動化系統(tǒng)之間的電位差66Ethernet實時硬件測試系統(tǒng)圖7：將測試自動化系統(tǒng)連接到ECU和RBS測試自動化系統(tǒng)與ECU和RBS的互連殘余總線仿真(RBS)是生產和測試的一個更復雜問題。顧名思義，殘余總線仿真旨在通過仿真模擬不存在的通信節(jié)點和信號來確保待測設備 nnn配套的高速率下，會導致消息延遲或丟失，進而違反ECU規(guī)定的周期時間。采用獨立的專用實時硬件盡量縮短電纜長度，同時精確遵守周期時間要求，就能確保測試不出錯。生成校驗(CRC)和有效計數器的嚴格時效性也會給許多用戶帶來挑戰(zhàn)。計算循環(huán)冗余校驗(CRC)的算法可能因OEM廠商、車型或集成階段而有所不同。此外，確保始終在發(fā)送消息前的最后一步進行CRC計算至關重要，這表明針對任何修改的靈活性又是一大挑戰(zhàn)。利用專用的實時硬件進行殘余總線仿真還引發(fā)了一個問題，即如何有效地將測試自動化等系統(tǒng)的目標數據整合到殘余總線仿真中。根據應用和可用接口的不同，可使測試自動化系統(tǒng)與ECU和RBS的互連殘余總線仿真(RBS)是生產和測試的一個更復雜問題。顧名思義，殘余總線仿真旨在通過仿真模擬不存在的通信節(jié)點和信號來確保待測設備 nnn圖8：殘余總線仿真77圖10：數據記錄如前面章節(jié)和引言中所述，現代車輛開發(fā)方法新版軟件的發(fā)布和集成階段往往會導致消息目錄變化，進而需要對測試系統(tǒng)進行相應的更改。這還可能涉及更改殘余總線仿真，甚至圖10：數據記錄須實施簡單靈活的系統(tǒng)來盡可能減少適應新集在汽車生產測試過程中，通信系統(tǒng)面臨的另一在汽車生產測試過程中，通信系統(tǒng)面臨的另一項關鍵挑戰(zhàn)是記錄所有的通信數據，近年來其重要性日益突出。其原因多種多樣?？傮w趨勢是收集一切可用數據，從中推斷各種結論以獲得額外好處。比如，在創(chuàng)建數字孿生時，通信數據對電池特別重要，但其一大動機是質量保證以及針對法律和保修索賠的保護。記錄待測設備與測試自動化系統(tǒng)之間的所有通信數據，甚至在多年后仍能用來推斷生產質量相關的結論。此外，這些數據還可用于一般分析或故障排除。其中一大挑戰(zhàn)是建立清晰的日志文件，以及每個測試步驟和各個待測設備之間的對應關系，確保最大限度的可追溯性。根據應用和使用情況不同，可選擇基于信號或消息的日志圖9：適應新組件的調整靈活性88有兩種方法可以解決上述問題并滿足待測設備與測試系統(tǒng)之間的通信要求：PC平臺解決方案或獨立的車輛通信接口(VCI)。這兩種方法各有千秋，詳見圖11。比如，由于物理限制，純PC其物理范圍限制，需使用擴展設備。此外，許多獨立的VCI已具有很高的電氣隔離性能，能為測試系統(tǒng)提供最大保護。相比之下，許多與PC平臺解決方案配套的CANPC接口要么無電氣隔離，要么隔離強度不夠，需要使用額外的高強不過，這兩種方法的最大差異主要體現在殘余總線仿真方面。在純PC平臺解決方案中，整個仿真在計算機上運行。其優(yōu)勢是算力強，可進行更復雜的仿真；主要劣勢是Windows和Linux系統(tǒng)無法保證實時能力和不能嚴格遵守指定的周期時間。相比之下，獨立系統(tǒng)價格低、體積-算力--算力--周期時間-周期時間-編程工作量圖11：PC平臺vs.獨立設備99小，但算力有限。不過它們專為實時仿真和精確時間控制而設計，非常適合小規(guī)模的仿真和計算校驗。兩種方法的另一大區(qū)別在于仿真的組態(tài)和編程。在計算機上可實施復雜的仿真，但需要大量編程工作；而獨立解決方案采用簡單的拖放式組態(tài)，無需編程工作。這主要體現在周轉時間上，因為調整PC平臺的殘余總線仿LinkedIn個人主頁：www.linkediKarolinaAlbrecht是HMS工業(yè)網