Портативные осциллографыфевр. 03, 2020

R&S®Scope Rider RTH — быстрый поиск неполадок в электромобилях

Гоночная команда Elefant из Байройтского университета (Германия) искала надежный и многофункциональный портативный осциллограф для разработки и проверки систем своего гоночного электромобиля FR19 Loki. Требовался прибор для мониторинга и анализа данных датчиков, передаваемых по шине CAN, измерения электромагнитной совместимости (ЭМС), а также измерения в электрических системах электромобиля (низковольтной и высоковольтной). Портативный осциллограф R&S®Scope Rider RTH с полностью изолированными входами и многофункциональными опциями декодирования и запуска для сигналов шин SPI, CAN, CAN-FD и SENT, показал себя как оптимальный контрольно-измерительный прибор для решения этих задач.

Испытания электромобилей на выносливость

Каждый год студенческие команды многих университетов принимают участие в соревнованиях гоночных автомобилей класса Formula Student, проводящихся на всемирно известных гоночных трассах, в числе которых «Хоккенхаймринг» в Германии, автодром «Мост» в Чехии и автодром ТТ (Ассен, Нидерланды). Эти соревнования включают в себя не только гонки, но и статические дисциплины, например оценку электротехнических решений и бизнес-планов.

Наиболее престижной считается гонка на выносливость, за которую присуждается почти треть от общего количества баллов. Автомобили, число которых доходит до семи, соревнуются на дистанции 22 км. Жюри также оценивает энергоэффективность электромобилей. Гонка на выносливость — это самая сложная задача для участников Formula Student, управляющих электромобилями. Даже незначительная потеря контакта может привести к выбыванию из гонки.

Требования: проверка и устранение неполадок

Чтобы доработать и оптимизировать свой автомобиль в преддверии сезона 2018 года, команде гонщиков Elefant из Байройтского университета требовался прибор для поиска неполадок в источниках напряжения и подключениях к шине CAN, а также для измерений с целью оценки электромагнитной совместимости (ЭМС). Этот прибор должен был в равной степени подходить для проверки печатных плат и для измерений в высоковольтной системе питания. Кроме того, прибор должен быть прочным и компактным, так как измерения проводятся как в лаборатории, так и на испытательных и гоночных трассах.

Решение: осциллограф R&S®Scope Rider RTH

Команда Elefant отдала предпочтение портативному осциллографу R&S®ScopeRider RTH, который отвечает всем перечисленным требованиям. R&S®Scope Rider RTH имеет высокую степень защиты и специальные функции анализа для автомобильной техники; прибор оснащен изолированными входами для измерения напряжения до 1000 В (СКЗ) в категории измерений III.

Надежная защита и универсальность

Надежность портативного осциллографа Rohde & Schwarz подтвердилась при аварии, которая произошла в 2018 году, когда команда возвращалась с тренировочной трассы. Прицеп с гоночным автомобилем перевернулся, и автомобиль вместе с большей частью инструментов и принадлежностей оказались на дороге. Гоночный электромобиль восстановлению не подлежал, но осциллограф R&S®Scope Rider RTH выдержал сильный удар и не получил повреждений. Прибор имеет степень защиты IP 51 (IEC 60529) и соответствует действующим военным стандартам по стойкости к ударным нагрузкам и вибрации.

Осциллограф R&S®Scope Rider RTH можно использовать для быстрой проверки подаваемого напряжения и соответствия сигналов, передаваемых по шинам I2C, SPI или CAN, применяемым протоколам при проверке устройств и модулей или в процессе поиска неполадок на трассе. Для применения в автомобилестроении в осциллографе предусмотрен ряд опций запуска и декодирования, которые поддерживают не только протоколы традиционных шин CAN и LIN, но и функции анализа протокола односторонней полубайтовой передачи SENT (Single Edge Nibble Transmission), используемого для передачи данных от датчиков. Благодаря этим опциям пользователи могут собирать данные, информацию об определенных событиях или ошибках в быстром и медленном каналах протокола SENT. Также поддерживаются короткий и расширенный форматы сообщений и различные методы контроля с помощью проверки контрольной суммы (CRC).

Пример измерений при проверке печатных плат

Прибор R&S®Scope Rider RTH неоднократно помогал гоночной команде сократить время устранения неполадок. Применение этого портативного осциллографа значительно упростило проверку печатных плат задолго до начала гоночного сезона. Проверять правильность подачи напряжения в разных точках и выявлять ошибки в обмене данными по шине с помощью этого прибора гораздо быстрее, чем при использовании обычного мультиметра. Это особенно важно при отладке шин SPI и CAN. После установки электроники в электромобиль начинаются испытания бортовых систем.

К самой высокой части электромобиля крепится красный предупреждающий индикатор, который загорается каждый раз, когда на системы вне блока аккумуляторов подается высокое напряжение. Во время проверки была обнаружена ошибка передачи данных по шине CAN. Стало ясно, что при монтаже забыли установить нагрузочное сопротивление.

Пример измерений на гоночной трассе

FR19 Loki — самый быстрый электромобиль гоночной команды Elefant. С помощью нового планетарного редуктора осуществляется чрезвычайно эффективная передача мощности. Система полного привода с мотор-колесами (мощностью 35 кВт каждое) и управлением вектором крутящего момента обеспечивает оптимальное сцепление с дорожным покрытием в поворотах.

Этот автомобиль занял пятое место по результатам испытаний на выносливость на гоночной трассе в голландском Ассене. Тремя неделями позже команда была вынуждена сойти с трассы «Хоккенхаймринг» в Германии из-за периодических отключений высоковольтной системы. Чтобы не пропустить соревнования на автодроме «Мост», которые должны были состояться через несколько дней, техники сразу же приступили к поискам причины этой проблемы.

Беглый анализ не выявил никаких ошибок в программном обеспечении. Затем с помощью осциллографа R&S®Scope Rider RTH был проведен анализ передачи данных по шине CAN. Результат тот же: ошибок нет. И только измерения в низковольтной электрической системе показали падение напряжения на линии безопасности. Высоковольтная система может быть включена только при условии наличия напряжения на линии безопасности. Все указывало на короткое замыкание, и техники команды обнаружили его в подвеске одного из колес. Оно было вызвано неправильной прокладкой провода линии безопасности, который перетирался рычагом подвески. Эту проблему без труда устранили. В итоге на соревнованиях в г. Мост команда Elefant заняла четвертое место в гонках на выносливость и в общем зачете.