R&S®Scope Rider RTH – 快速调试电动汽车

手持式示波器 2月 03, 2020

R&S®Scope Rider RTH – 快速调试电动汽车

德国拜罗伊特大学的 Elefant 赛车队需要使用可靠的多功能手持式示波器来研发和验证 FR19 Loki 电动赛车。他们的需求重点在于监测和分析 CAN 总线传感器数据、执行 EMC 测量以及测量车辆电子系统和高压电子系统。罗德与施瓦茨的 R&S®Scope Rider RTH 手持式示波器采用完全隔离设计,并提供用于 SPI、CAN、CAN-FD 和 SENT 总线信号的全面触发和解码选件,是完成这些任务的理想测试与测量仪器。

电动汽车耐力测试

每年,许多大学的学生队伍都会参加大学生方程式汽车大赛,在德国霍根海姆林赛道、捷克莫斯特赛道或荷兰亚森 TT 赛道等世界知名赛道进行比赛。这些大赛不仅包括动感十足的竞赛项目,还涉及其他静态环节,例如评估电子设计和商业计划。

耐力赛的分数占据大赛总分的三分之一左右,是最负盛名的竞赛项目。耐力赛共有七辆车参加,总赛程长达 22 km。裁判还会评估赛车的能源效率。对于驾驶电动汽车的大学生方程式参赛者而言,耐力是一个特殊的挑战。即使是不起眼的接触不良问题,也会迅速终结比赛。

要求:验证与调试

为研发和优化赛车以参加 2018 年赛季比赛,拜罗伊特大学的 Elefant 赛车队希望使用合适仪器来测量 EMC,并调试电源电压和 CAN 总线连接。该仪器还必须能够验证印刷电路板和测量高压电源系统,并应采用坚固的便携式设计,便于在实验室、试验场和赛道上执行测量任务。

简介

在电动汽车驶上赛道之前,必须全面测试电子设备。大学生方程式电动赛车也同样如此。拜罗伊特大学的 Elefant 赛车队研发出 FR19 Loki 电动赛车,配备了该团队设计的行星齿轮和最新四轮驱动技术。使用 R&S®Scope Rider RTH 手持式示波器,该团队捕获全面的传感器数据,并使用 CAN 总线解码功能分析数据。这款坚固耐用的手持式示波器采用隔离输入设计,能够可靠地测量电流和最高 1000 V 的电压。仪器还非常适用于快速调试车辆电子系统和高压电子系统。R&S®Scope Rider RTH 采用电池供电,是用于实验室和赛道环境的正确之选。

解决方案:R&S®Scope Rider RTH

Elefant 赛车队选择使用满足他们所有要求的 R&S®Scope Rider RTH 手持式示波器。R&S®Scope Rider RTH 非常坚固耐用,采用的隔离输入设计使其可用于 III 类测量中高达 1000 V (RMS) 的电压测量,并提供适用于汽车电子应用的特殊分析功能。

极其坚固,功能多样

2018 年,赛车队从训练赛道返回时突遭事故,亲眼见证了罗德与施瓦茨手持式示波器的强大与稳健。当时,装载赛车的拖车不慎翻倒,将赛车和大部分工具与附件甩到马路上。赛车彻底报废,但 R&S®Scope Rider RTH 却在遭受严重撞击后毫发无损。该仪器符合 IP 51 (IEC 60529) 防护等级要求和关于耐冲击、抗振动的适用军用标准。

验证设备和模块或在赛道上进行调试时,R&S®Scope Rider RTH 可以快速检查施加电压是否合适,以及是否正确传输 I2C、SPI 或 CAN 总线等相关通信协议。对于汽车电子应用,示波器的触发和解码选件不仅支持传统的 CAN 和 LIN 总线协议,还提供特殊协议分析功能以支持单边半字节传输协议 (SENT)——这是一种用于传感器数据传输的点对点协议。如此,用户可以获得用于 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。示波器还支持短消息和增强型消息格式,以及多种循环冗余校验 (CRC) 方法。

The user menu for the R&S®RTH-K3 triggering and decoding option for CAN bus signals.

During a CAN bus transmission, a missing terminal resistance led to a CAN signal fault. Source: Elefant Racing Team

Debugging at the side of the track using the triggering and decoding option for CAN bus signals. Source: Elefant Racing Team

印刷电路板验证过程中的测量示例

R&S®Scope Rider RTH 多次帮助赛车队缩短调试时间。早在赛季拉开序幕之前,手持式示波器就极大地简化了印刷电路板的验证工作。与一般的万用表相比,示波器显著缩短验证时间,便于赛车队验证所有施加电压是否合适,以及总线通信是否准确无误。这主要涉及 SPI 和 CAN 总线调试。电子设备集成到汽车中之后,车辆测试开始启动。

红色警示灯安装在车身最高点,一旦电池盒外部施加高电压,警示灯必须准确亮起。在验证过程中,示波器检测到 CAN 总线传输错误。仪器清楚显示,实施操作时遗漏了一个终端电阻。

R&S®RTH Scope Rider - Video

赛道上的测量示例

目前,FR19 Loki 是 Elefant 赛车队速度最快的赛车。新型行星齿轮实现极其高效的动力传输。全轮驱动系统配备轮毂电机(每个电机的功率高达 35 kW),扭矩矢量分配系统控制驱动,共同为赛车提供一流的弯道牵引力。

赛车在荷兰亚森赛道举行的耐力赛中赢得第五名。在三周之后的德国霍根海姆林赛道上,赛车的高压系统屡次关闭,赛车队被迫退出比赛。为了参加几天后即将在捷克莫斯特赛道举行的比赛,技术人员立即开始调查原因。

首次分析工作未发现任何软件问题。接着,赛车队使用 R&S®Scope Rider RTH 分析 CAN 总线通信,却仍一无所获。测量低压电气系统后,赛车队才发现安全线上出现电压下降。只有当安全线输送电压时,高压系统才会被激活。一切迹象表明出现了短路问题,而赛车队也在车轮悬架上发现了问题所在。故障源于布线不良的安全线与连杆产生了摩擦。问题很容易解决。在之后的莫斯特比赛上,Elefant 赛车队获得耐力赛第四名,总成绩排名第四。

RTH Scope Rider
RTH Scope Rider
RTH Scope Rider

R&S®Scope Rider 手持式示波器

主要特点

  • 带宽:60 MHz 至 500 MHz
  • 采样率:最大 5 Gsample/s
  • 存储深度:最大 500 ksample,50 Msample 分段存储

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