Oscilloscopi portatili feb 03, 2020

R&S®Scope Rider RTH - Debugging rapido di veicoli elettrici

L’Elefant Racing Team dell’Università di Bayreuth, in Germania, ha bisogno di un oscilloscopio portatile, affidabile e multifunzione, per lo sviluppo e la verifica della sua auto da corsa elettrica FR19 Loki. L’attenzione si concentra sul monitoraggio e l'analisi dei dati provenienti dei sensori e trasmessi sul bus CAN, sulle misure di compatibilità elettromagnetica e sulle misure dell’impianto elettrico del veicolo e dell’impianto elettrico ad alta tensione. L’oscilloscopio portatile completamente isolato R&S®Scope Rider RTH di Rohde & Schwarz, dotato di tante opzioni di trigger e di decodificatori per i segnali dei bus seriali SPI, CAN, CAN-FD e SENT, è lo strumento di misura e collaudo ideale per svolgere questo compito.

Test di resistenza dei veicoli elettrici

Ogni anno le squadre studentesche di numerose università si sfidano nella competizione automobilistica Formula Student, gareggiando su piste di fama mondiale come il circuito tedesco Hockenheimring, quello ceco Autodrom Most o quello olandese TT di Assen. Queste competizioni prendono in considerazione non soltanto il risultato delle corse, ma anche la qualità delle attività correlate, come le valutazione dei progetti elettrici e dei business plan.

La disciplina più prestigiosa è la gara di resistenza, per la quale viene assegnato quasi un terzo di tutti i punti in palio. Fino a sette veicoli gareggiano l’uno contro l’altro su una distanza di 22 km. La giuria valuta anche l’efficienza energetica dei veicoli. La resistenza è una sfida particolare per i partecipanti alla Formula Student che guidano veicoli elettrici. Anche un piccolo contatto casuale può significare rapidamente la fine della loro gara.

Requisito: verifica e debugging

Per sviluppare e ottimizzare la sua auto da corsa per la stagione 2018, l’Elefant Racing Team dell’Università di Bayreuth era alla ricerca di uno strumento per misurare verificare la compatibilità elettromagnetica (EMC) e per il debug degli alimentatori e delle connessioni con il bus CAN. Lo strumento doveva essere ugualmente adatto per la verifica dei circuiti stampati e la misura del sistema di alimentazione ad alta tensione. Doveva anche avere un design robusto e portatile, per poter effettuare misure sia in laboratorio che sui circuiti di prova e di gara.

La soluzione: R&S®Scope Rider RTH

Elefant Racing Team ha optato per l’oscilloscopio portatile R&S®Scope Rider RTH, che soddisfa tutti i requisiti. L'oscilloscopio R&S®Scope Rider RTH è estremamente robusto e dispone di ingressi isolati per effettuare misure di tensione fino a 1000 V (RMS) nella categoria di misura III, nonché di speciali funzioni di analisi per applicazioni automobilistiche.

Estremamente robusto e versatile

La robustezza dell’oscilloscopio portatile Rohde & Schwarz è stata dimostrata in un incidente che la squadra ha subito durante un trasporto di ritorno dalla pista di allenamento nel 2018. Il rimorchio che trasportava l’auto da corsa si è ribaltato e l’auto e la maggior parte degli attrezzi e degli accessori si sono dispersi sulla strada. L’auto da corsa era completamente da rottamare, mentre l'oscilloscopio R&S®Scope Rider RTH è sopravvissuto al grave impatto senza alcuna traccia di danni. Lo strumento è conforme alla classe di protezione IP 51 (IEC 60529) e alle norme militari applicabili per la resistenza agli urti e alle vibrazioni.

È possibile utilizzare l'oscilloscopio R&S®Scope Rider RTH per verificare rapidamente se è stata applicata la tensione corretta e se i protocolli di comunicazione associati, vengono trasmessi correttamente sui bus I2C, SPI o CAN durante la verifica dei dispositivi e dei moduli o durante il debugging in pista. Per le applicazioni automobilistiche, le opzioni di triggering e decodifica dell’oscilloscopio supportano non solo i convenzionali protocolli CAN e LIN, ma anche le funzioni di analisi del protocollo SENT (Single Edge Nibble Transmission), un protocollo utilizzato per la trasmissione punto-punto dei dati dei sensori. Ciò consente agli utenti di acquisire eventi, dati o stati di errore specifici dei canali di protocollo veloci e lenti per le trasmissioni SENT. Supporta anche il formato di messaggio breve e migliorato e i vari metodi di controllo CRC.

Misure tipiche durante la verifica del circuito stampato

L'oscilloscopio R&S®Scope Rider RTH ha contribuito a ridurre il tempo che la squadra ha dovuto dedicare al debugging. Molto prima dell’inizio della stagione delle corse, l’oscilloscopio portatile ha semplificato notevolmente la verifica del circuito stampato. Al team è servito molto meno tempo che con un tipico multimetro per verificare se la tensione corretta era stata applicata ovunque e se le comunicazioni sul bus erano prive di errori. Ciò ha riguardato soprattutto il debugging del bus SPI e CAN. Una volta che l’elettronica è stata integrata nel veicolo, sono iniziati i test all’interno del veicolo stesso.

Una spia rossa di avvertenza è collegata al punto più alto del veicolo e deve accendersi in modo affidabile ogni volta che viene applicata un’alta tensione al di fuori della scatola della batteria. Durante la verifica è stato rilevato un errore di trasmissione del bus CAN. È diventato chiaro che una resistenza terminale era stata dimenticata durante l’implementazione.

Esempio di misure in pista

La FR19 Loki è attualmente la vettura più veloce dell’Elefant Racing Team. Il nuovo ingranaggio epicicloidale permette una trasmissione di potenza estremamente efficiente. Il sistema di trazione integrale con motori per mozzi ruota (ciascuno 35 kW) e l’azionamento con controllo vettoriale della coppia garantisce una trazione e tenuta ottimale in curva.

Il veicolo si è aggiudicato il quinto posto durante la prova di resistenza sul circuito olandese di Assen. Tre settimane dopo, all’Hockenheimring in Germania, l’impianto ad alta tensione si è ripetutamente spento, costringendo la squadra a ritirarsi dalla gara. Per gareggiare all’Autodrom di Most pochi giorni dopo, i tecnici hanno immediatamente iniziato a cercare

Le prime analisi non hanno rivelato errori nel software. Poi la squadra ha usato l'oscilloscopio R&S®Scope Rider RTH per analizzare le comunicazioni sul bus CAN. Niente. Solo le misure sul sistema elettrico a bassa tensione hanno rivelato una caduta di tensione sulla linea di sicurezza. Il sistema ad alta tensione può essere attivato solo quando la linea di sicurezza è sotto tensione. Tutto puntava verso un corto circuito, che la squadra ha trovato su una sospensione della ruota. Era stato causato da un cavo di sicurezza mal instradato che si sfilacciava contro il collegamento, ed era facile da riparare. L’Elefant Racing Team si è classificato quarto nella prova di durata e, nel complesso, nella successiva gara di Most.