自动化故障注入测试

自动执行故障注入流程, 在更短的时间内完成更多测试项目。

如今,测试发动机控制单元(ECU),尤其是与安全相关的模型,不仅涉及软件测试,还涉及硬件测试,这是由于ECU内部需要更高的智能来控制制动,防止侧翻并确保将功率施加到发动机上。妥协的驾驶模式下正确的车轮。麦格纳动力总成,德尔福和大陆集团等汽车制造商在测试其产品的安全运行方面也存在同样的顾虑。 

在本文中,我们将重点介绍汽车分动箱。分动箱是一种机械/电子设备,可监视车轮打滑并确保向不打滑的车轮施加动力。 

作为设计过程的一部分,制造商进行了一系列测试,以确保控制其分动箱的软件以可预测的安全方式对系统故障做出反应,例如断开,短路和交叉/串联电阻连接。最终,这将提高客户满意度并降低保修成本。  

自动化故障注入测试插图

在一个实例中,制造商开发了一种测试夹具,允许他们手动注入故障。尽管此设备有效,但必须手动切换故障非常耗时-这限制了它们可以在特定单元上运行的测试用例的数量。另外,手动夹具通常需要更频繁的维护,从而进一步降低了测试时间。最后,还容易出现操作员错误,这可能会损害测试结果。 

这就是他们来寻找Pickering解决方案的原因。这些产品包括用于硬件在环(HIL)模拟应用和可编程电阻的故障插入单元(FIU)切换解决方案。FIU开关模块可用于将电气故障引入系统,该故障通常会复制由于腐蚀,短路/断路以及其他电气故障而引起的各种状况,这些状况是由于使用年限,损坏甚至安装错误而引起的。 

使用Pickering故障插入模块使故障注入过程自动化,它们可以在较短的时间内运行更多的测试用例,并使他们的的测试更具重复性且全面,还可以在开发期中发现问题并解决。 

发现故障 

分动箱用于将动力从车辆的变速箱分配到前后桥。一个例子是双速主动分动箱或ATC。ATC的功能包括多片湿式离合器,机电换档致动器和链条驱动的前部输出。该系统可确保前后轮之间的动态扭矩分配,并可进行调整以在变化的地形和恶劣天气下提供所需的车辆性能特征。 

作为TCCM(分动箱控制机构)的一部分,分动箱电子控制单元(ECU)控制分动箱的操作。它连接至分动箱中的传感器和执行器,并与车辆的控制器局域网(CAN)连接。当驾驶员换档时,分动箱ECU接收该命令,然后确定是否可以执行该换档。成功执行换档后,分动箱ECU将其报告给网络。 

在运行中,可能会发生许多不同的故障。例如,考虑使用一根八芯电缆将分动箱中的执行器和传感器连接到控制模块。这些连接可能会断开或无法与相邻导体短路,此外,随着汽车的老化,可能会形成高电阻连接和高电阻短路,并可能导致分动箱在现场失效。 

为确保分动箱在故障条件下安全运行,分动箱制造商在其控制实验室中模拟了这些故障。

硬件在环测试已成为测试电子控制单元(例如当今汽车中使用的分动箱ECU)的一种非常流行的方法。HIL仿真器可以提供车辆的所有输入和输出,而无需实际建造原型车。这不仅为ECU制造商节省了很多钱,不仅因为他们不必制造原型车,还因为他们可以在实验室而不是测试轨道或测功机上进行详尽的测试。 

他们甚至可以测试分动箱ECU,而无需实际掌握分动箱的原理。在这种模式下,HIL测试系统除了仿真车辆的其余部分之外,还模拟了分动箱。 

为了测试分动箱ECU软件,设计人员开发了许多不同的操作方案。其中包括车辆启动,关闭和驾驶场景,这些场景旨在使分动箱控制模块步入正轨。例如,在一种情况下,命令分动箱转到其期望位置。其他场景还具有其他各种产品功能(各种变速场景,冷曲柄曲线,电压曲线等)。 

当有问题的制造商首次开始进行这种类型的测试时,他们构建了一个测试夹具,如图1所示,称为接线盒,以手动插入故障。接线盒已插入分动箱及其控制模块之间,技术人员可以手动将故障切入和切出。如前所述,这限制了它们可以在任何给定时间范围内运行的测试用例的数量,需要更频繁的维护,更慢的测试时间,并且还容易出现操作员错误,这可能会损害测试结果。尽管此方法是入门的有效方法,但很明显还有很多改进的余地。 

图1:用于试验台的通用分线盒设计 

可以说,有关手动插入故障的最有问题的事情是运行一系列测试需要很长时间。使用分组讨论框,运行一个测试用例最多需要八分钟。由于他们运行成千上万的测试用例,因此从一开始就很明显,他们将必须找到一种减少测试时间的方法。 

以这种方式手动插入故障的另一个缺点是,它们只能插入短路和断路。为了更彻底地测试分动箱ECU,他们还需要能够插入电阻性故障以及硬断开和短路。 

用这种方式手动插入故障的第三个问题是,接线盒是硬接线的,因此不太灵活。为了测试不同的分动箱ECU或不同的产品配置,测试工程部门必须建立一个新的接线盒或重新接线一个现有的接线盒。这样做既昂贵又费时。 

自动故障插入 

显然,制造商一直在考虑如何自动执行故障插入。这个特殊的分动箱制造商的目标不仅是加快测试执行速度,而且还增加了插入电阻故障并使测试设备更加通用的功能。他们认为,实现这些目标将使他们能够仿真更多实际故障,从而获得更可靠的产品。 

在评估了多家供货商的交换系统后,该客户将Pickering Interfaces产品确定为有前途的解决方案。他们购买了一个19插槽的PXI机箱,其中装有几个PXI总线模块(我们的PXI 30A故障插入开关模块,(型号2 40-191)如图2所示)以模拟短路和断开。该模块为强电流故障插入提供了可靠的解决方案。它使用固态开关组件,能够同时在单通道上承载40A或在所有通道上承载30A。它旨在在测试夹具和被测设备之间插入三种不同的故障条件,包括开路,UUT连接之间的短路以及与外部信号的短路。 

每个信道上的固态继电器使测试系统可以将到UUT的信号设置为开路。故障插入总线允许将任何通道短路到任何其他通道,并且还允许将任何信道连接到外部信号(例如电源,点火或接地)以模拟故障条件。该模块配有两条故障总线。 

由于故障并不总是会完全断开或发生短路,因此我们的可编程电阻模块(型号40-295)(如图2所示用于模拟高电阻故障。该模块最多提供18个8位分辨率的全隔离可变电阻器或10个16位分辨率的全隔离可变电阻器。每个通道的电阻可以设置在0奥姆和16MΩ之间。 

自动化故障注入测试插图2
自动化故障注入测试插图3

图2:PXI 30A故障插入开关模块,型号40-191

图3:PXI可编程电阻器模块,型号40-295

图4显示了交换系统如何连接HIL仿真器,被测试的分动箱ECU和分动箱(如果实际分动箱需要作为测试的一部分)。 

自动化故障注入测试插图4

图4

开关系统用于注入所有潜在故障。例如,要注入断层故障,他们只需打开线路。为了缩短两条线路,它们将两条线路中的每条线路连接到故障插入模块,并将两个信号连接到模块的故障总线之一。为了模拟电源或接地短路,他们将信号线连接到故障总线之一,然后将该总线接地或连接到外部电压。 

要将电阻故障注入到在分动箱和分动箱ECU之间运行的信号线之一中,控制计算器将命令开关系统插入40-295可编程电阻器模块上的可变电阻器之一。接下来,它们以离散的步长改变电阻:0Ω,5Ω,10Ω,20Ω,50Ω,100Ω,200Ω,500Ω,1,000Ω等,直到达到1MΩ或直到线路像开路一样做出反应为止。 

插入故障后,他们将运行一个或多个驾驶场景并收集测试数据。他们收集的数据的最高有效位之一是系统正在绘制的电流。异常大的电流肯定是问题的迹象。不过,他们也会查看许多其他参数。其中包括由分动箱ECU生成的CAN信号和电信号以及整个系统的行为。 

通过自动执行故障插入,运行单个测试用例所需的时间从平均8分钟减少到大约4分钟-当您考虑到典型的测试运行可能包含20,000个测试用例并花费更多时间时,这可节省大量资金超过一个月就可以完全运行。这也使制造商可以减少运行完整测试所需的时间。手动插入时,必须有技术人员或测试工程师来切换故障。但是,现在,仅在进行危险测试时才需要在场,因为大多数测试都是在一夜之间进行的,无需监督。 

有趣的是,节省时间并不一定要使测试运行时间缩短,而是可以在相同的时间内运行更多的测试用例,例如包含电阻故障的测试用例。利用测试时间来提高测试效率表明了公司对软件质量和可靠性的重视。 

分析测试结果 

可以想象,这些测试生成了大量的测试数据,分析这些数据是一项艰巨的任务。他们寻找的第一件事是测试是否对UUT造成了损坏。所有故障应该要不损坏ECU的分动箱,因此任何表明该单元已损坏的指示都将引发red flag。 

如果没有一个测试用例造成任何损坏,则它们将开始分析其余的测试数据。此时,特别令人感兴趣的是CAN信号和整个系统的行为。他们正在寻找的数据将表明在分动箱中电机意外移动。他们还可能检查看分动器ECU是否生成了适当的诊断代码。 

分析测试数据是团队的工作,团队不仅包括测试工程师,还包括设计分动箱的机械工程师,电子工程师和软件开发人员。通过团队合作,他们不仅可以快速找到需要关注的领域,而且还可以更快地完成修复。 

未来是自动化的 

尽管客户的工程团队对Pickering交换系统允许他们自动化测试的方式感到非常满意,但他们意识到这仅仅是开始。例如,他们没有为每个分动箱建立单独的测试装置,而是为分动箱开发“通用”测试系统。他们使用计算器控制的交换系统,可以实现这一目标。 

制造商必须克服的另一个障碍是弄清楚如何减少分析测试数据所需的时间。自动插入故障使他们可以运行更多的测试,但同时也增加了他们必须花费在分析测试数据上的时间。在这种情况下,正在努力自动分析测试数据。开发一种可以自动标记可能指示问题的测试数据的工具可以节省大量时间。 

还正在努力减少测试用例的数量。对于我们客户的情况,他们的工程师认为他们可以通过确定确实测试同一事物的测试用例并将其从测试程序中删除来做到这一点。还应注意,产品测试策略中经常会使用NPI中开发的测试用例的子集。与NPI测量相比,此策略可提供一致的测试结果,并加快生产测试的开发速度。 

Pickering产品帮助Engineering在动态车辆条件下引入“ SMART Automation”来测试其他故障模式(在线电阻性故障,交叉短路和交叉电阻性短路),从而提高了产品质量。 

在此测试阶段的最重要方面,Pickering Interfaces支持ECU制造商自动化故障注入过程,帮助他们在较短的时间内运行更多的测试用例。



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