DiNAMITe ® Diagnostic Network Automatic Measurement for Integration Test

Author(s):
M. D'Agostino - FIAT AUTO
P, Caruzzo - GEAS

Industry:
Automotive

Products:
Modular Instruments, Switch Executive, PXI/CompactPCI, CAN, LabVIEW, TestStand

The Challenge:
Il progetto “DiNAMITe” Il fine principale del progetto è rappresentato dalla necessità di ridurre le ore-uomo legate alla sperimentazione e alla verifica dei requisiti, ulteriormente irrobustiti in base all’esperienza di FIAT, descritti all’interno delle seguenti norme ISO:  verifiche di Physical Layer rete bassa ed alta velocità  verifiche di Network Management rete bassa ed alta velocità  verifiche di Gateway

The Solution:
L’analisi di tutti i requisiti sopra descritti ha portato alla progettazione e alla realizzazione di un sistema di validazione dei nodi CAN in grado di eseguire in modo completamente automatico tutte le verifiche necessarie a stabilire se una centralina rientra nei parametri imposti dalle norme FIAT. Il sistema sviluppato è un insieme strutturato di moduli hardware e software che gestiscono:  l’esecuzione automatica dei passi di verifica previsti da ciascuna norma, l’elaborazione di tutti i dati acquisiti e la valutazione dell’esito della prova;  la generazione di un report completo della prova e l’archiviazione di tutti i dati relativi;  il controllo di tutta la strumentazione del sistema;  l’alimentazione dell’unità sotto test;  la generazione dei segnali e delle trame di comunicazione necessari per stimolare le funzioni da sottoporre a verifica dell’unità sotto test in condizioni operative normali;  la generazione delle varie condizioni di anomalia previste dalle norme;  la misura dei segnali fisici e la acquisizione delle trame di risposta generati dall’unità sotto test sia in condizioni operative normali che di anomalia; La struttura modulare del sistema consente la realizzazione di soluzioni scalabili in funzione del tipo di verifiche da eseguire.

Comunicazione elettrica e protocolli
L’origine dei protocolli relativamente alla comunicazione elettrica è dovuta alla necessità di permettere a diversi dispositivi (centraline o nodi), che condividono lo stesso mezzo di comunicazione, di scambiarsi informazioni.
Nelle architetture convenzionali tale interconnessione si realizzava mediante linee di segnale dedicate. La più importante evoluzione di queste architetture fu rappresentata dal networking.

L’In-Vehicle Networking (anche definito multiplexing), in grado di fornire un metodo più efficiente per la gestione dello scambio di segnali a bordo veicolo, viene utilizzato per trasferire informazioni tra sottosistemi distribuiti attraverso un bus seriale.
I principali benefici riscontrati con la applicazione dell’In Vehicle Networking sono in termini di:
 abbattimento dei costi
 riduzione del numero dei connettori all’interno del veicolo
Naturalmente la creazione di una rete di dispositivi presuppone che siano definite delle regole univoche per la coesistenza di nodi realizzati da diversi produttori di componentistica.

Il concetto di norma di prova
Nel corso del processo di sviluppo del prodotto si identificano due momenti, le cosiddette Delibera Tecnica e Qualifica, nei quali si verifica la corrispondenza del componente sviluppato dai vari fornitori rispetto alle norme di requisito.
Per compiere tali verifiche usualmente si applicano delle Norme di Prova che codificano i test da eseguire in modo univoco.

Architettura hardware
L’hardware del sistema è costruito intorno ad un’unità di controllo basata su architettura PXI, all’interno della quale sono alloggiate tutte le risorse di comunicazione, di interconnessione e di misura.

CNTRL: È il personal computer che controlla, tramite il bus PXI, tutte le risorse di stimolo e acquisizione che compongono il sistema.
COM: Al modulo sono connesse le interfacce seriali di comunicazione verso le unità sotto test tipo ISO9141 o ABUS.
FLT-MTX / SMTX: I due moduli matrice sono composti da relè elettromeccanici che, opportunamente interconnessi tra loro, consentono di realizzare le seguenti funzioni:
 fornire all’unità sotto test i segnali di alimentazione da batteria e da chiave;
 realizzare il circuito per fornire all’unità sotto test uno shift di massa;
 realizzare i corto circuiti previsti sulle linee di comunicazione;
 Applicare alle linee di comunicazione B CAB e C CAN i carichi previsti dalle norme di verifica del physical layer;
SCOPE: Si compone di un oscilloscopio digitale a due canali con una frequenza di campionamento pari a 250MS/sec, banda passante di 125MHz e un range di ingresso di ±40V. Lo strumento è utilizzato per eseguire tutte le misure fisiche quali tensioni, frequenze, rise e fall time e ritardi richieste dalle norme riguardanti il layer fisico delle linee CAN.
HF-MUX: È formato da due schede multiplexer RF 4:1 con banda passante di 1.3GHz ciascuno connesso ad un canale dell’oscilloscopio digitale.
PSU: È formato da un alimentatore DC modulare a tre canali che fornisce le tensioni di alimentazione alla unità sotto test. Replica l’impulso di crank della vettura, simulando la fase di avviamento della vettura, genera le condizioni simulate di uno shift di massa.
CAN STRESS: È costituito da uno strumento standard, pilotato tramite linea USB in grado di indurre disturbi sulla linea e nel protocollo (variazioni del bit timing, ecc.)

Architettura software
Il software applicativo, sviluppato interamente con i sistemi di sviluppo TestStand™ e LabVIEW™ di National Instruments, è costituito da un’architettura multilivello che consente di sviluppare le routine necessarie per l’implementazione delle Norme di Prova secondo una struttura modulare tale da permettere il riutilizzo della maggior parte delle funzioni in tutte le sequenze di test.
Questa architettura ha consentito di produrre un software che offre all’utente finale la possibilità di eseguire automaticamente le norme già sviluppate mantenendo aperta la possibilità di apportare futuri miglioramenti alle stesse in ottica di aumentarne la copertura e la profondità diagnostica.

Conclusioni
Risultati ottenuti
I risultati raggiunti utilizzando il sistema hanno permesso di ottenere benefici in termini di:
 automatizzazione e ripetitibilità dei test di validazione (delibera e qualifica) delle ECU
 riduzione delle ore-uomo legate alla sperimentazione e alla verifica dei requisiti riportati all’interno delle Norme di Prova, da circa 80h a meno di 4h (~95%)
 possibilità di eseguire e ripetere prove mirate sul componente, indipendentemente dalla disponibilità del banco di integrazione

Il futuro
L’aggiunta di nuove prestazioni al sistema, nell’ottica di aumentarne costantemente gli ambiti di utilizzo ed ottenere ritorni efficaci dall’applicazione dell’automatizzazione delle metodologie, è una delle priorità del team Networks & Diagnostic Protocols. Questa è confermata dal piano di sviluppo previsto nel corso del 2006 relativamente all’integrazione dei protocolli di diagnosi su CAN (KWP o Keyword Protocol e UDS o Unified Diagnostic Services) e delle procedure di riprogrammazione per ECU dotate di memoria Flash.

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