Optymalizacja testów zwarciowych wiązek przewodów samochodowych za pomocą zautomatyzowanych symulatorów

Abstrakcja
Wraz z ciągłą iteracją i modernizacją nowoczesnych systemów elektronicznych w pojazdach, liczba pokładowych sterowników (ECU), czujników i siłowników stale rośnie, a wraz z nią skala obwodów wiązek przewodów w całym pojeździe. Podczas rzeczywistej eksploatacji pojazdu wiązki przewodów są narażone na wstrząsy wibracyjne, cykle temperaturowe, starzenie się izolacji i ścieranie, co łatwo prowadzi do usterek elektrycznych, takich jak przerwy w obwodzie, zwarcia i przejściowe przerwanie złącza. Pokładowe podzespoły elektroniczne muszą przejść rygorystyczne testy wtrysku błędów, aby zweryfikować niezawodność wewnętrznych obwodów zabezpieczających i strategie diagnostyki usterek, zapobiegając przepaleniu się urządzeń, awariom funkcjonalnym, a nawet wypadkom na poziomie pojazdu spowodowanym przez usterki wiązek przewodów. Symulator zwarć w wiązkach przewodów w pojazdach to specjalistyczne urządzenie symulacyjne do testowania elektroniki i elektryki samochodowej oraz prac badawczo-rozwojowych. Potrafi symulować standardowe warunki pracy, w tym przerwy w obwodzie, zwarcia, zwarcia do zasilania, zwarcia do masy oraz przerwy w złączu linii sygnałowych i obwodów obciążenia. Spełnia rygorystyczne wymagania testowe dotyczące niezawodności obwodów i wydajności zabezpieczeń określone w brytyjskich normach krajowych, międzynarodowych normach ISO oraz specyfikacjach głównych producentów samochodów. Tradycyjne, ręczne metody okablowania i ręcznego testowania usterek zwarciowych charakteryzują się niską dokładnością pomiaru czasu i niewystarczającą spójnością testów, co z trudem spełnia standardowe i zautomatyzowane wymagania testowe nowoczesnych laboratoriów. LISUN W artykule tym, przyjmując za obiekt badań symulator zwartych, otwartych wiązek przewodów samochodowych LIS‑LSCS‑1730, zilustrowano zasadę jego działania i główne funkcje, przeanalizowano jego wartość inżynieryjną w scenariuszach testowania usterek wiązek przewodów samochodowych oraz podano odniesienia do weryfikacji zgodności podzespołów elektronicznych pokładowych. 

Istniejące problemy w testowaniu zwarć i przerw w wiązkach przewodów samochodowych
Zgodnie z normami GB/T 28046.2‑2011, GB/T 45120‑2024, ISO 16750‑2:2023 oraz normami korporacyjnymi producentów OEM, takich jak Volkswagen, SAIC, Leapmotor i Seres, podzespoły elektroniczne pokładowe muszą przejść serię testów, takich jak testy rozwarcia, zwarcia i przerwania złącza dla linii sygnałowych i pętli obciążenia, w celu zbadania zachowania testowanego sprzętu w różnych warunkach awarii wiązek przewodów. Testy muszą odtwarzać złożone warunki pracy, w tym różne czasy trwania awarii, wielokrotne awarie cykliczne i awarie synchroniczne wielu pętli.

W laboratoriach na wczesnym etapie rozwoju symulacja uszkodzeń wiązek przewodów była najczęściej realizowana ręcznie poprzez podłączanie i odłączanie zacisków, podłączanie zewnętrznych przewodów zwarciowych i ręczne odłączanie obwodów. Takie podejście ma wiele wad. Czas trwania uszkodzenia zależy od ręcznego pomiaru czasu, nie można precyzyjnie kontrolować czasu trwania uszkodzenia na poziomie milisekund, trudno jest utrzymać stałe warunki uszkodzenia w każdym teście, a powtarzalność testów jest niska. Podczas przeprowadzania wielokanałowych synchronicznych testów uszkodzeń, operacje ręczne są uciążliwe i podatne na błędy w okablowaniu, które mogą uszkodzić badane próbki. Cykliczne testy trwałości wymagają długotrwałej obecności operatora, co wiąże się z wysokimi kosztami pracy i niską wydajnością testów. Jednocześnie nie można ich podłączyć do zautomatyzowanych platform testowych, co utrudnia wykonywanie zadań testowych na dużych partiach. Wraz z ciągłą aktualizacją standardów testowania elektroniki samochodowej, przedsiębiorstwa nakładają wyższe wymagania dotyczące identyfikowalności danych testowych i automatycznego generowania raportów. Tradycyjne, ręczne metody testowania nie są już w stanie dostosować się do rozwoju przemysłowego, a Symulator zwarcia wiązki przewodów samochodowych stał się krytycznym sprzętem do rozwiązywania tego typu problemów testowych.

Zasada działania i podstawowe możliwości symulatora otwartych zwarć wiązek przewodów samochodowych
Symulator zwarć w wiązkach przewodów samochodowych (Automotive Wire Harness Open Wire Griness Simulator) został zbudowany w oparciu o szybką topologię przełączników elektronicznych mocy i wyposażony w wiele wzajemnie niezależnych kanałów testowych. Każdy kanał można podłączyć do linii sygnałowych lub pętli obciążenia testowanego urządzenia. Dla każdego kanału można niezależnie skonfigurować różne tryby błędów, w tym przerwę w obwodzie, zwarcie bezpośrednie, zwarcie do masy, zwarcie do zasilania oraz przejściowe przerwanie złącza. Symulator obsługuje niezależne działanie pojedynczego kanału lub synchroniczne działanie wielu kanałów. Po jednorazowym podłączeniu, wszystkie testowane elementy można przełączać bez konieczności wielokrotnej modyfikacji okablowania zewnętrznego, co zmniejsza liczbę błędów systematycznych spowodowanych ręcznymi operacjami.

Symulator zwarć w wiązkach przewodów samochodowych umożliwia programowalną konfigurację czasu trwania usterki, czasów cyklu i kroków testu. Czas podtrzymywania usterki wynosi od 20 ms do 10000 s, a dostępnych jest do 255 sekwencji testowych. Można edytować złożone scenariusze usterek z kolejnymi wieloma usterkami wiązek przewodów w rzeczywistych pojazdach. Urządzenie wyposażone jest w 10.1-calowy pojemnościowy ekran dotykowy z systemem Android w języku chińskim i angielskim do lokalnej konfiguracji parametrów, a także interfejsy komunikacyjne LAN, USB i RS485 do odbioru instrukcji z komputera nadrzędnego w celu integracji z automatycznymi systemami testowymi. Wbudowany moduł monitorowania napięcia i prądu w czasie rzeczywistym rejestruje dane elektryczne podczas testów i automatycznie generuje raporty po ich zakończeniu w celu archiwizacji i śledzenia danych. Rezystancja pętli wewnętrznych przełączników jest kontrolowana na niskim poziomie, aby zminimalizować zakłócenia powodowane przez impedancję własną przełączników w wynikach symulacji usterek i odtworzyć rzeczywisty stan elektryczny usterek wiązek przewodów pojazdu.

LISUN Symulator zwarć w wiązkach przewodów samochodowych LIS‑LSCS‑1730 to podstawowy model z tej serii. Posiada 30 niezależnych kanałów testowych o maksymalnym natężeniu prądu 10 A na kanał i całkowitym maksymalnym natężeniu prądu 50 A dla całego urządzenia. Obsługuje napięcie testowe 60 V DC lub 220 V AC i dostosowuje się do testów zwarciowych większości podzespołów elektronicznych i elektrycznych w samochodach osobowych i użytkowych o napięciu 12 V i 24 V. Jego kluczowe parametry techniczne przedstawiono w tabeli 1.

Praktyczne scenariusze zastosowania symulatora otwartych zwarć w wiązkach przewodów samochodowych
Symulator zwarć w wiązkach przewodów samochodowych obejmuje klauzule dotyczące testów usterek wiązek przewodów określone w normach GB/T 45120‑2024, GB/T 28046.2‑2011, ISO 16750‑2:2023 oraz normach korporacyjnych firm FAW, Leapmotor, Seres, SAIC, Volkswagen i Nissan. Jest on szeroko stosowany w pracach badawczo-rozwojowych, testach certyfikacyjnych stron trzecich oraz kontroli jakości na linii produkcyjnej sterowników ECU, różnych czujników i siłowników.

W testach zwarcia w obwodzie linii sygnałowej, symulator zwarć w wiązkach przewodów samochodowych symuluje zerwanie przewodów i odłączenie złączy. Operatorzy obserwują, czy testowany sterownik ECU identyfikuje usterki i zapisuje kody błędów diagnostycznych, a jednocześnie potwierdzają brak fałszywych sygnałów wyjściowych lub fałszywych alarmów. W testach zwarcia do masy i zwarcia do zasilania, urządzenie zwiera testowane pętle odpowiednio do masy lub do zasilania pojazdu i utrzymuje czas trwania zwarcia zgodnie z normami, aby sprawdzić, czy wewnętrzna logika zabezpieczająca testowanych urządzeń działa prawidłowo oraz czy bezpieczniki i układy sterujące realizują funkcje ochronne zgodnie z przeznaczeniem. Po testach należy sprawdzić, czy elementy nie są trwale uszkodzone. Warunki pracy z przerwami w złączach symulują przejściowe odłączenie złącza spowodowane wstrząsami pojazdu. Czas trwania zwarcia na poziomie milisekund można ustawić w celu odtworzenia sporadycznych rzeczywistych usterek pojazdu i weryfikacji możliwości przywrócenia działania po odłączeniu przewodów.

Wielokanałowe, synchroniczne testowanie to znacząca zaleta symulatora zwarć w wiązkach przewodów samochodowych (Automotive Wire Harness Open Short Simulator). Różne stany awarii można zastosować jednocześnie do wielu pętli sygnałowych, symulując ekstremalne scenariusze z jednoczesnymi awariami wielu obwodów wiązek przewodów w pojazdach, co w pełni weryfikuje kompletność systemów diagnostyki usterek podzespołów. Współpracując z oprogramowaniem komputera nadrzędnego, urządzenie automatycznie wykonuje kompletne sekwencje testów, synchronicznie gromadzi dane dotyczące napięcia i prądu oraz automatycznie generuje raporty z testów, ułatwiając testerom analizę usterek. Podczas budowy kompletnego pokładowego systemu testowania elektrycznego, symulator zwarć w wiązkach przewodów samochodowych jest zazwyczaj używany w połączeniu z czterokwadrantowymi bipolarnymi symulatorami napięcia i generatorami impulsów przejściowych, aby przeprowadzać pełne testy obciążenia elektrycznego.

Analiza porównawcza nowego i tradycyjnego schematu testowego
W porównaniu z tradycyjnymi, ręcznymi metodami iniekcji błędów, symulator zwarć w wiązkach przewodów samochodowych (Automotive Wire Harness Open Short Simulator) umożliwia programowalne przechowywanie wszystkich parametrów błędów. Ten sam zestaw plików projektu testowego może być wywoływany wielokrotnie. Podczas wykonywania testów przez różnych operatorów, typ błędu, czas jego trwania i czasy cykli pozostają spójne, co znacznie poprawia powtarzalność testów i redukuje błędy testowe wprowadzane przez operacje ręczne. Po zakończeniu wstępnego okablowania, różne tryby błędów można przełączać bez modyfikacji obwodów zewnętrznych, co zmniejsza ryzyko uszkodzenia próbki spowodowane częstym okablowaniem i skróceniem cykli przygotowania do testu.

Symulator zwarć w wiązkach przewodów samochodowych obsługuje długotrwałe cykliczne testy trwałości. Automatycznie wykonuje tysiące cykli wtrysku błędów bez ciągłej obecności operatora, co jest przydatne w projektach walidacji niezawodności. Po połączeniu z automatycznymi platformami testowymi za pośrednictwem interfejsów komunikacyjnych, wtrysk błędów w wiązkach przewodów, kontrola stanu zasilania i odczyt stanu testowanego sprzętu mogą być zintegrowane w jednym skrypcie testowym, co pozwala na pełną automatyzację procesu i poprawę ogólnej wydajności testów laboratoryjnych. W praktyce operatorzy powinni zwracać uwagę na górne limity prądu w kanale. W przypadku testów pętli obciążenia dużej mocy, znamionowe parametry prądu urządzenia nie powinny być przekraczane, aby uniknąć przeciążenia wewnętrznych elementów przełączających.

Wniosek
Wraz z ciągłym rozwojem inteligencji motoryzacyjnej, liczba pokładowych podzespołów elektrycznych i elektronicznych stale rośnie, a przemysł zwraca coraz większą uwagę na zagrożenia funkcjonalne na poziomie pojazdu, wynikające z usterek wiązek przewodów. Symulator zwarć i rozwarć wiązek przewodów w pojazdach pozwala na dokładne odwzorowanie różnych usterek elektrycznych wiązek przewodów w rzeczywistych warunkach jazdy oraz przeprowadzanie testów wtrysku usterek, w tym przerw w obwodzie, zwarć i przerwania złączy dla linii sygnałowych i obwodów obciążenia, zgodnie ze specyfikacjami testowymi krajowych norm GB, norm ISO oraz różnych norm korporacyjnych OEM. Jako dojrzałe urządzenie komercyjne, LISUN LIS‑LSCS‑1730 Symulator zwarcia wiązki przewodów samochodowych Oferuje niezależne, wielokanałowe sterowanie, programowalny czas, zdalne sterowanie z poziomu komputera pokładowego oraz automatyczne generowanie raportów. Skutecznie rozwiązuje problemy związane z tradycyjną, ręczną symulacją usterek, takie jak słaba powtarzalność i uciążliwa obsługa, odgrywając ważną rolę w weryfikacji badań i rozwoju komponentów, testowaniu certyfikacyjnym przez niezależne firmy oraz kontroli jakości komponentów. Wraz z ciągłym doskonaleniem pokładowych systemów testowania elektroniki i elektryki, symulator zwarć w wiązkach przewodów samochodowych będzie współpracował z innymi urządzeniami symulującymi układy zasilania, aby jeszcze bardziej udoskonalić kompletny system weryfikacji niezawodności pokładowych komponentów elektronicznych.