為引擎管理開發自動的故障植入

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，這些工作環境需要可預測性很高的行為和可靠的運作。這些環境對安全很敏感，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。對系統失效執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。

傳統解決方案

開發中的ECU一般是由某個測試系統運用的，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。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，在測試系統中很關鍵，或是為了幫助開發，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，在測試系統中很關鍵，或是為了幫助開發，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中的故障植入、監視、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。總共有 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。