故障注入在ECU中的应用

现有解决方案存在的问题

最终用户要求一个可以检测汽车ECU的可靠性的系统，该系统最主要的任务是替换现有的半实物仿真（应用于新品测试），使之更加灵活且降低成本。现有的系统是有客户公司开发的一个手动的故障仿真方法。基本上，要想仿真一个故障，如果是仿真短路，操作人员就得手动把两根线短接，要仿真断路，得手动断开，相似的，要想仿真其他的故障，得手动将线路接高电平或者接地，再或者手动接到其他的信号源上模拟错误信号，可见，这种方法存在着诸多问题，首先是手动切换速度慢，会因为操作人员的失误而产生错误，而且成本较高。而把这些所有的工作交给电子系统后，就可以大幅的缩短测试时间，减少失误，降低成本。

图1  使用插线面板来进行故障注入测试

在ECU的设计过程中进行故障模拟，可以测试其可靠性，从而保证在汽车出现问题时驾驶员和乘客的安全。ECU依靠一些传感器和控制器的信号以及固件的指令通过计算来控制汽车，而通常这些传感器本身的工作环境十分恶劣，因此这些传感器或者是连接线路非常容易出现故障。ECU必须像对待真正的故障一样去响应这些故障。测试系统故障的想法不是一个新的东西，而是ECU设计中重要的一环，同时会复制一些电气故障，如因为腐蚀引起的短路/开路，以及一些因为时间过长老化而形成的故障甚至是设备的错误安装而导致的故障。这是为了确保ECU在最坏的情况下做出最正确的判断，可以保证驾驶员可以将车安全的开到修理厂进行修理，最大限度的保障驾驶员和乘客的人身安全。

模块故障注入解决方案

Pickering提供了一系列的PXI故障注入开关单元产品，这些可升级的解决方案可以在硬件环仿真(HIL)系统中，仿真和真实生活中的设备的开关信号。故障注入单元（FIU）有助于简化验证和加快测试的速度，还有诊断和在HIL应用中进行系统集成。以下是一些较为常见的故障注入架构（这是基于我们的FIU故障注入单元的实例）。

图2  单故障总线架构

在图2中显示的架构使用的是我们的故障注入单元（40-195和40-196）。在这两个输入连接是成对的，然后组合的一对（开关）也被连接了，这就实现了一个单个总线故障。使用这个架构，可以在以下的方法中实现仿真一系列的故障：

·         任何一个与它的输出端断开的输入

·         输入端的连接对被短路

·         任何一个输入端连接到故障总线上

这个故障总线可能是一个电源，系统的地线或者是其他的一些在系统中的连接。如果需要仿真超过一个的故障总线的话，外部的开关必须要用来进行扩展，或者是用到其他的不同的架构。

多路复用故障总线架构

这个在图3中显示的架构，提供了一个更加灵活的方案，同时用到的是我们的更多的故障注入模块。用这个架构可以实现许多种故障的仿真：

·         与输出端断开的任何输入端

·         任何被连接到一两个故障总线的输出端

·         在故障总线断开的时候，输出端跟其他的输出端短路

在这个架构中，使用的是我们的40-190系列的故障注入模块，故障总线将会被断开或者是连接到四个故障状态中的任何一个，这就总线连接到地线，电源或者是其他的一些地方。因为连接是通过单刀单掷的开关来设置的，这就允许故障总线被断开，同时也允许在相邻的两个继电器中的两个信号短路。

图3   多路复用故障总线结构

故障注入矩阵

我们的故障注入局则很难（40-592和40-595）提供了一个更加复杂的架构，这个架构可以用在很多路的复杂的故障注入测试中。

使用故障注入模块（图4）的公共端是用来连接在X轴上的传感器和控制器的。比如说，输入端的一个连接是X1.1，它的输出端是X1.2。在这个例子中，故障的状态代表的是相邻的两个继电器的之间的连接。更多复杂的故障如下：

·         输入端和输出端之间的开路

·         在X1.2的输出端的故障，可以用一个接线板来进行故障注入，任何一个输入端到四个故障总线（Y1到Y4）中的一个的连接

·         任何输出端与四个故障总线（Y5到Y8）中的一个的连接

·         使用一个未用的X列在未用的Y行短路，这样可以在线路中进行短路

·         利用Y轴来添加其他的可用的分流器

可以仿真的故障类型是很多很多的，在X轴上的第三个连接可以为该架构添加更多的灵活性。

图4  故障注入矩阵

图5  使用实例

我们的故障输入模块可以用在很多个通道之中，故障总线的电流可以是1Amp 到30Amp。

下面的这个图片显示了一个在汽车的ECU上使用的基于我们的PXI产品的两个故障注入模块。

图6  Pickering的PXI故障注入模块

若想要了解故障注入模块更多的知识的话请通过邮件联系我们 （虹科电子）。