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汽車測試面臨車輛複雜性的挑戰
[作者 魏相華]   2019年03月18日 星期一 瀏覽人次: [1758]


圖1 : 汽車變得越來越複雜,正在添加雷達感測器、無線連接和資訊娛樂系統,所有這些都透過車載網路彙集在一起並進行互動。
圖1 : 汽車變得越來越複雜,正在添加雷達感測器、無線連接和資訊娛樂系統,所有這些都透過車載網路彙集在一起並進行互動。

汽車變得越來越複雜,正在添加雷達感測器、無線連接和資訊娛樂系統,所有這些都透過車載網路彙集在一起並進行互動,而且都必須可靠而安全地運作。這種日益增大的複雜性,正在挑戰測試和量測公司為汽車製造商提供的可用於驗證系統功能的工具和系統。


一些挑戰

汽車測試面臨的挑戰很多:它們可能涉及尋找途徑來驗證複雜環境中車輛之間的通訊,評估汽車乙太網上的訊號完整性和資料錯誤,或檢查新型車身塗料如何影響雷達性能。


以車載網路為例,車輛內部針對安全和資訊娛樂應用服務的資料量在不斷增加,這加大了對更快速汽車通訊網路的需求,因而促使開發了乙太網標準的汽車變體(IEEE 100BASE-T1,基於OPEN Alliance BroadR-Reach實體層),該標準使用非遮罩雙絞線電纜進行全雙工乙太網通訊。


如果汽車乙太網用於傳輸安全性關鍵資料,車輛OEM必須在相容性測試期間驗證其性能,這需要量測雙絞線電纜上的干擾和衰減,以及訊號在傳輸過程中的複雜測試。但是,傳統乙太網協定分析儀可能無法將100BASE-T1電纜上的電訊號失真與透過它發送的資料電報錯誤相關聯。


這裡繼續車輛通訊的話題,目前正在考慮用於車輛和車輛基礎設施網路通訊的有兩種策略。IEEE 802.11p專用短程通訊標準基於WiFi IEEE-802.11,而3GPP的基於蜂巢技術的車到任何設施通訊(C-V2X)方法基於4G LTE,並提供5G V2X路線圖。


這兩種方法都需要在許多情況下進行強大的RF測試:車輛內部、車輛之間、車輛與環境之間,以及在晶片層面(考慮到這些系統將產生的數量),因為汽車製造商透過整合降低了成本,測試系統和環境還必須具有軟體遠端無線升級的牢固性。


輔助和自動駕駛是另一個需要全新測試方法的領域,尤其是在車輛雷達應用。進階的汽車駕駛需要可靠雷達系統,如果車輛要在複雜城市環境中順利前行並自動避開行人和障礙物,則必須盡可能免受干擾。一些預測顯示,車輛可能需要多達30個雷達感測器。這將提高對RF測試和雷達品質分析環境的需求,而且對於確保安全性關鍵系統的可靠性極其重要。


然而,基於RF的測試和模擬通常很困難,並且在汽車系統環境下可能特別具有挑戰性。其中一個問題是向更高運作頻率的轉變,因為汽車行業希望從目前的24GHz雷達系統轉向2022年的高達77 / 79GHz(掃描頻寬將從24GHz時的200MHz增大至79GHz時的4GHz)。這應該可以提高雷達系統運作範圍,從而更好地偵測和分類車輛環境中的物體。在77 / 79GHz處增大的掃描頻寬,還將允許使用跳頻來減少雷達感測器之間的相互干擾。


使事情進一步複雜化的是,汽車製造商越來越希望將汽車雷達感測器安裝在保險杠,徽章或車身板後面,這些障礙物可能會作為降低感測器功效的雷達罩,甚至導致其失效。因此,能夠在設計和生產過程中表徵雷達性能的測試系統變得非常重要。


汽車電子產品增加的另一個原因是安全立法的改變。例如,歐盟執委會的eCall計畫規定,從2018年3月31日起,如果車輛發生嚴重交通意外,在歐盟銷售的車輛將能夠自動聯繫緊急服務並共用車載感測器的關鍵資料。


eCall計畫旨在提高乘客安全性,但如果實施該計畫的系統不可靠,其價值就會受到損害。因此,開發人員需要擁有能夠辨識和類比eCall系統可能遇到真實問題的測試解決方案。鑒於eCall之目的,系統最重要部分之一是承載緊急訊號和感測器資料的無線電路徑。測試環境需要準確類比eCall訊號如何與行動通訊網路和全球導航衛星系統(GNSS)變體進行互動。


應對測試挑戰


圖2 :  汽車技術發展帶來的一些測試和量測挑戰可以透過調整那些最初為其他行業設計的測試技術來應對,而其餘部分則需要全新解決方案。(source: Pacific Auto Centre)
圖2 : 汽車技術發展帶來的一些測試和量測挑戰可以透過調整那些最初為其他行業設計的測試技術來應對,而其餘部分則需要全新解決方案。(source: Pacific Auto Centre)

汽車技術發展帶來的一些測試和量測挑戰可以透過調整那些最初為其他行業設計的測試技術來應對,而其餘部分則需要全新解決方案。羅德史瓦茲(Rohde & Schwarz, R&S)在提供高品質、準確和可靠的測試解決方案層面有久遠歷史,這些解決方案解決了當下汽車測試的許多問題,並且這些專業知識和經驗已被用於開發各種新解決方案。


例如,在汽車乙太網測試情形下,羅德史瓦茲可以提供汽車專用的觸發和解碼包(decode bundles),它們與適當的示波器組合使用,可以觸發傳輸的乙太網協定內容,對其進行解碼,並將其時序與電氣匯流排訊號相關聯。相較傳統的乙太網協定分析,能夠提供更深入分析、偵錯和診斷功能。



圖3 :  R&S  RTO 2000系列示波器能夠提供600 MHz至6 GHz的頻寬,在時域和頻域測試方面均表現出色。
圖3 : R&S RTO 2000系列示波器能夠提供600 MHz至6 GHz的頻寬,在時域和頻域測試方面均表現出色。

圖4 :  R&S QAR高品質汽車雷達測試儀。汽車製造商越來越希望將汽車雷達感測器安裝在保險杠、徽章或車身板後面,這些障礙物可作為天線罩,但可能會降低感測器的功效,甚至導致其失效。
圖4 : R&S QAR高品質汽車雷達測試儀。汽車製造商越來越希望將汽車雷達感測器安裝在保險杠、徽章或車身板後面,這些障礙物可作為天線罩,但可能會降低感測器的功效,甚至導致其失效。

在汽車雷達測試和量測層面,羅德史瓦茲創建了可以產生多維雷達回波環境的測試平臺。這些系統可以量測材料如何反射和衰減77GHz和79GHz範圍內的訊號,因此可以揭示天線罩、車身板厚度、表面塗層等對雷達訊號之影響。除了研發之外,這些測試解決方案越來越多地用於品質保證和生產環境。


為了滿足eCall實施的測試需求,羅德史瓦茲eCall測試系統可以類比2G和3G手機網路,以及美國的GPS、歐洲的Galileo、俄國的GLONASS和中國的BeiDou GNSS技術。此外,CETECOM還針對泛歐緊急呼叫系統研究了羅德史瓦茲解決方案中eCall測試公共安全應答點的實施情況,並認證其相容CEN EN 16454:2015標準。



圖5 :  R&S獲獨立認證的eCall測試解決方案。歐盟執委會的eCall計畫規定,從2018年3月31日起,如果車輛發生嚴重交通意外,在歐盟銷售的車輛應該能夠自動聯繫緊急服務,並共用車載感測器的關鍵資料。
圖5 : R&S獲獨立認證的eCall測試解決方案。歐盟執委會的eCall計畫規定,從2018年3月31日起,如果車輛發生嚴重交通意外,在歐盟銷售的車輛應該能夠自動聯繫緊急服務,並共用車載感測器的關鍵資料。

圖6 :  R&S AREG100A汽車雷達回波產生器。在汽車雷達測試和量測方面,羅德史瓦茲創建了可以產生多維雷達回波環境的測試平臺,這些系統可以量測材料如何反射和衰減77GHz和79GHz範圍的訊號,因此可以揭示天線罩、車身板厚度、表面塗層等對雷達訊號之影響。
圖6 : R&S AREG100A汽車雷達回波產生器。在汽車雷達測試和量測方面,羅德史瓦茲創建了可以產生多維雷達回波環境的測試平臺,這些系統可以量測材料如何反射和衰減77GHz和79GHz範圍的訊號,因此可以揭示天線罩、車身板厚度、表面塗層等對雷達訊號之影響。

最後,在不久的未來,OEM將需要能夠類比全新的GNSS訊號,並實現更好的定位精度。伴隨eCall從2G / 3G轉向LTE,測試人員將能夠在更複雜的無線電環境中檢查下一世代eCall的性能。


(本文作者魏相華為中國區通用電子/汽車銷售總監)


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