R&S®Scope Rider RTH–电动车辆快速调试

德国拜罗伊特大学 (University of Bayreuth) 的 Elefant 赛车队需要使用可靠的多用途手持式示波器来开发和验证其 FR19 Loki 电动赛车,重点监测和分析 CAN 总线传感器数据、EMC 测量及车辆电气系统和高压电气系统测量。罗德与施瓦茨的全隔离式 R&S®Scope Rider RTH 手持式示波器具有广泛的触发和解码选件,适用于 SPI、CAN、CAN-FD 和 SENT 总线报文,是适合这类应用的理想测试测量仪器。

电动车辆耐久性测试

大学生方程式汽车大赛(Formula Student)每年都会吸引众多高校学子组队参赛,在德国霍根海姆赛道(Hockenheimring)、捷克莫斯特赛道 (Autodrom Most) 或荷兰阿森 TT 赛道 (TTCircuit Assen) 等世界知名赛道展开角逐。这些比赛不仅事关竞技,而且涉及多个静态科目,例如电气设计和商业计划评估。

耐力赛当属其中分量最重的科目,有将近三分之一的赛事积分由此获得。最多将有七辆赛车在22公里的路段上激烈拼杀,评委组还会对车辆的能源效率予以评估。耐力赛尤其考验驾驶电动车辆参赛的选手,因为哪怕轻微接触不良都可能导致争雄之路戛然而止。

要求:验证和调试

为开发及优化 2018 赛季的参赛车款,拜罗伊特大学 Elefant赛车队希望找到能够测量 EMC 并调试电源电压和 CAN 总线连接的仪器。该仪器必须同样适合用来验证 PCB 和测量高压供电系统,还应结实耐用又轻巧便携,在实验室、试验场和赛道都能执行测量。
 

简介

在电动车辆正式上路之前,必须对电子设备执行详尽的测试,参加大学生方程式汽车大赛的赛车亦不例外。拜罗伊特大学Elefant赛车队开发的FR19 Loki是一款电动赛车,配备由车队设计的行星齿轮,并采用最新四轮驱动技术。该团队运用 R&S®Scope Rider RTH 手持式示波器,采集到了完整的传感器数据,并利用 CAN 总线解码功能对其进行分析。得益于隔离式输入,该仪器能够可靠地测量电流和高达 1000 V 的电压。这款坚固的手持式示波器十分适合快速调试车辆电气系统和高压电气系统。由于采用电池供电,R&S®Scope Rider RTH 也是实验室和赛道作业的绝佳之选。

解决方案:R&S®Scope Rider RTH

Elefant 赛车队选择的 R&S®Scope Rider RTH 手持式示波器完全契合各项要求。R&S®Scope Rider RTH 经过高度加固,具备可用于 III 类测量中高达 1000 V(RMS) 电压测量的隔离式输入,以及面向汽车应用的特殊分析功能。

坚固耐用、功能齐全

车队在 2018 年某次从训练车道返回途中遭遇意外事故,在事故中,罗德与施瓦茨这款手持式示波器展现出了它的稳定可靠。当时装运赛车的拖车发生倾覆,赛车和大部分工具及配件不幸被甩到马路对面,致使赛车彻底报废,而R&S®Scope Rider RTH 在严重冲击之下竟然毫发无伤。这款仪器达到 IP 51 防护等级 (IEC 60529),同时符合适用的抗冲击和抗振动军用标准。

R&S®Scope Rider RTH 可用于在验证设备和模块时或在赛道调试期间快速检查是否施加正确电压,以及 I2C、SPI 或CAN 总线等相关通信协议是否正确传输。对于汽车应用,示波器触发和解码选件不仅支持常规 CAN 和 LIN 总线协议,还支持用于单边半字节传输(即 SENT,一种用于传感器数据传输的点对点协议)的协议分析功能。用户因而可获取用于 SENT 传输的快速和慢速协议通道的特定事件、数据或错误状态信息。此外,仪器还支持短消息和增强消息格式以及多种循环冗余校验 (CRC) 方法。

借助 R&S®RTH-K9 CAN-FD 触发和解码选件(由 R&S®RTH-K3CAN 触发和解码选件发展而来),用户还可分析 CAN-FD信号。CAN-FD 串行总线传输速率高达 15 Mbit/s,明显快于标准 CAN 总线(最高 1 Mbit/s),如今也日益受到重视。数字通道触发和解码单元运行时的采样率为1.25 Gsample/s,

不受信号采集所用的模拟或数字通道采样率影响。因此,即便同时显示模拟通道低速信号时也能轻松解码串行协议。只需按下按钮,示波器即以表格格式显示已分析的协议及其他特定于协议的信息。另一项优势为支持符号标签,解码后的控制信号以纯文本显示,增加了仪器的易用性。
 

PCB 验证期间的测量示例

R&S®Scope Rider RTH 在多个环节为团队缩短调试时间。赛季开幕尚早之时,手持式示波器就已大幅简化 PCB 验证。与使用一般万用表相比,在验证所有位置是否均施加正确电压以及总线通信是否无误时,团队耗时显著减少。这主要涉及 SPI 和CAN总线调试。电子设备安装至车辆后,车内测试随即启动。

红色警示灯安装在车身最高点,每当在电池盒外部施加高压时必定亮起,十分可靠。验证期间检测到 CAN 总线传输故障,清楚地表明安装过程中不慎遗忘某个终端电阻。
 

赛道测量示例

FR19 Loki 是目前 Elefant 赛车队速度最快的车款,新型行星齿轮可实现极为高效的动力传输,全轮驱动系统搭载轮毂电机(每台 35 kW)和扭矩矢量分配传动系统,可在弯道处提供卓越牵引力。

赛车在荷兰阿森赛道的耐力测试中获得第五名。三周后驶上德国霍根海姆赛道,高压系统屡次关闭,车队无奈黯然退赛。为了能在几天后的捷克莫斯特赛道顺利出战,技术人员立即开始排查原因。最初的排查并未发现任何软件错误。团队随后使用 R&S®Scope Rider RTH 分析 CAN 总线通信,仍然一无所获。在测量低压电气系统后,才发现安全线上存在电压降。只有当安全线电压正常时才能激活高压系统。种种迹象都表明,赛车队在车轮悬架上发现的短路正是故障元凶。问题源自安全线布线不当造成剐蹭连杆,修复非常容易。Elefant 赛车队后来在耐力测试中名列第四,下一场转战莫斯特赛道时总成绩也升至第四位。
 

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