تحسين اختبارات الدوائر المفتوحة في أسلاك السيارات باستخدام أجهزة المحاكاة الآلية

الملخص
مع التطور المستمر لأنظمة الإلكترونيات الحديثة في السيارات، يتزايد عدد وحدات التحكم الإلكترونية وأجهزة الاستشعار والمحركات الموجودة على متن السيارة، ويتسع نطاق دوائر الأسلاك الكهربائية في جميع أنحاء السيارة تبعًا لذلك. أثناء تشغيل السيارة، تتعرض هذه الأسلاك للاهتزازات والصدمات، وتقلبات درجات الحرارة، وتلف العزل، والتآكل، مما قد يتسبب بسهولة في أعطال كهربائية مثل الدائرة المفتوحة، والدائرة القصيرة، وانقطاع التوصيلات العابر. يجب أن تخضع المكونات الإلكترونية الموجودة على متن السيارة لاختبارات صارمة لحقن الأعطال للتحقق من موثوقية دوائر الحماية الداخلية واستراتيجيات تشخيص الأعطال، وذلك لمنع احتراق الأجهزة، وفشلها الوظيفي، وحتى حوادث السلامة على مستوى السيارة الناتجة عن أعطال الأسلاك. يُعد جهاز محاكاة الدائرة المفتوحة والقصيرة لأسلاك السيارات جهاز محاكاة متخصص لاختبارات الإلكترونيات والكهرباء في السيارات ولأغراض البحث والتطوير. يمكنه محاكاة ظروف التشغيل القياسية، بما في ذلك الدائرة المفتوحة، والدائرة القصيرة، والماس الكهربائي، والماس الأرضي، وانقطاع الموصلات لخطوط الإشارة ودوائر الأحمال، ويلبي متطلبات الاختبار الصارمة لموثوقية الدائرة وأداء الحماية المحددة في المعايير الوطنية البريطانية، ومعايير المنظمة الدولية للمقاييس (ISO)، ومواصفات كبرى شركات تصنيع السيارات. وتعاني طرق التوصيل اليدوي التقليدية واختبار أعطال الدائرة القصيرة اليدوية من ضعف دقة التوقيت وعدم كفاية اتساق الاختبار، مما يصعب معه تلبية متطلبات الاختبار القياسية والآلية للمختبرات الحديثة. LISUN باستخدام جهاز محاكاة قصر الدائرة المفتوحة لضفيرة الأسلاك في السيارات LIS-LSCS-1730 كموضوع بحث، توضح هذه الورقة مبدأ عمله ووظائفه الأساسية، وتحلل قيمته الهندسية في سيناريوهات اختبار أعطال ضفيرة الأسلاك في السيارات، وتقدم مراجع للتحقق من امتثال المكونات الإلكترونية الموجودة على متن السيارة. 

المشاكل الحالية في اختبارات الدوائر المفتوحة والمتقطعة في أسلاك السيارات
وفقًا للمواصفات القياسية GB/T 28046.2-2011 وGB/T 45120-2024 وISO 16750-2:2023 ومعايير الشركات المصنعة للمعدات الأصلية، بما في ذلك فولكس فاجن وسايك وليبموتور وسيريس، يجب أن تخضع المكونات الإلكترونية الموجودة على متن المركبات لسلسلة من الاختبارات، مثل اختبارات الدائرة المفتوحة والدائرة القصيرة وانقطاع الموصلات لخطوط الإشارة وحلقات الحمل، وذلك لفحص سلوك المعدات قيد الاختبار في ظل ظروف أعطال مختلفة في أسلاك التوصيل. ويجب أن تحاكي هذه الاختبارات ظروف التشغيل المعقدة، بما في ذلك فترات الأعطال المختلفة، والأعطال الدورية المتعددة، والأعطال المتزامنة في حلقات متعددة.

في المختبرات في مراحلها الأولى، كانت محاكاة أعطال أسلاك التوصيل تُنفذ في الغالب يدويًا عن طريق توصيل وفصل الأطراف، وتوصيل أسلاك قصر الدائرة الخارجية، وفصل الدوائر يدويًا. لهذا النهج العديد من العيوب؛ إذ يعتمد زمن العطل على التوقيت اليدوي، ولا يمكن التحكم بدقة في توقيت العطل على مستوى أجزاء من الثانية، ويصعب الحفاظ على اتساق ظروف العطل في كل اختبار، كما أن قابلية تكرار الاختبار منخفضة. عند إجراء اختبارات الأعطال المتزامنة متعددة القنوات، تكون العمليات اليدوية مرهقة وعرضة لأخطاء التوصيل، مما قد يُتلف العينات قيد الاختبار. تتطلب اختبارات المتانة الدورية وجود المشغل لفترات طويلة، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف العمالة وانخفاض كفاءة الاختبار. في الوقت نفسه، لا يمكن ربطها بمنصات الاختبار الآلية، مما يعيق مهام الاختبار على دفعات كبيرة. مع التحديث المستمر لمعايير اختبار الإلكترونيات في السيارات، تفرض الشركات متطلبات أعلى على إمكانية تتبع بيانات الاختبار وإنشاء التقارير تلقائيًا. لم تعد أساليب الاختبار اليدوية التقليدية قادرة على التكيف مع التطور الصناعي، و جهاز محاكاة الأسلاك القصيرة المفتوحة لضفيرة أسلاك السيارات أصبحت هذه الأجهزة ضرورية لحل نقاط الضعف في الاختبارات.

مبدأ العمل والقدرات الأساسية لمحاكي دائرة قصر مفتوحة في أسلاك السيارات
يعتمد جهاز محاكاة انقطاع الدائرة الكهربائية في أسلاك السيارات على بنية مفاتيح إلكترونية عالية السرعة، وهو مزود بقنوات اختبار متعددة مستقلة. يمكن توصيل كل قناة بخطوط الإشارة أو حلقات الحمل للمعدات قيد الاختبار. يمكن ضبط أوضاع الأعطال المختلفة بشكل مستقل لكل قناة، بما في ذلك انقطاع الدائرة، والدارة القصيرة المباشرة، والدارة القصيرة بالأرض، والدارة القصيرة بمصدر الطاقة، وانقطاع الموصل العابر. يدعم الجهاز التشغيل المستقل لقناة واحدة أو التشغيل المتزامن لعدة قنوات. بعد التوصيل لمرة واحدة، يمكن تشغيل جميع عناصر الاختبار دون الحاجة إلى تعديل الأسلاك الخارجية بشكل متكرر، مما يقلل من الأخطاء المنهجية الناتجة عن العمليات اليدوية.

يدعم جهاز محاكاة قصر الدائرة المفتوحة لضفيرة أسلاك السيارات إمكانية برمجة مدة العطل، وأوقات الدورة، وخطوات الاختبار. يتراوح وقت استمرار العطل من 20 مللي ثانية إلى 10000 ثانية، ويتوفر ما يصل إلى 255 تسلسل اختبار. يمكن تعديل سيناريوهات الأعطال المركبة المعقدة التي تتضمن أعطالًا متتالية في ضفيرة الأسلاك في المركبات الحقيقية. الجهاز مزود بشاشة لمس سعوية تعمل بنظام أندرويد، تدعم اللغتين الصينية والإنجليزية، مقاس 10.1 بوصة، لضبط المعلمات محليًا، كما أنه مزود بواجهات اتصال LAN وUSB وRS485 لاستقبال تعليمات الحاسوب المركزي لدمجها في أنظمة الاختبار الآلية. تقوم وحدة مراقبة الجهد والتيار المدمجة في الوقت الفعلي بتسجيل البيانات الكهربائية أثناء الاختبار، وتُنشئ تقارير اختبار تلقائيًا عند اكتمال الاختبار لأرشفة البيانات وتتبعها. يتم التحكم في مقاومة الحلقة للمفاتيح الداخلية عند مستوى منخفض لتقليل التداخل الناتج عن المعاوقة الذاتية للمفتاح على نتائج محاكاة العطل، ولإعادة إنتاج الحالة الكهربائية الحقيقية لأعطال ضفيرة أسلاك السيارة.

LISUN يُعد جهاز محاكاة قصر الدائرة المفتوحة في أسلاك السيارات LIS-LSCS-1730 نموذجًا رئيسيًا من هذه السلسلة. يحتوي على 30 قناة اختبار مستقلة، بحد أقصى للتيار 10 أمبير لكل قناة، وحد أقصى إجمالي للتيار 50 أمبير للوحدة بأكملها. يدعم الجهاز جهد اختبار 60 فولت تيار مستمر أو 220 فولت تيار متردد، ويتكيف مع اختبارات حقن الأعطال لمعظم المكونات الإلكترونية والكهربائية في سيارات الركاب والمركبات التجارية التي تعمل بجهد 12 فولت و24 فولت. تُعرض أهم مواصفاته الفنية في الجدول 1.

سيناريوهات التطبيق العملي لمحاكي الدائرة المفتوحة القصيرة في أسلاك السيارات
يُغطي جهاز محاكاة قصر الدائرة المفتوحة لضفائر الأسلاك في السيارات بنود اختبار أعطال ضفائر الأسلاك المحددة في المعايير GB/T 45120-2024 وGB/T 28046.2-2011 وISO 16750-2:2023، بالإضافة إلى المعايير المؤسسية لشركات FAW وLeapmotor وSeres وSAIC وVolkswagen وNissan. ويُستخدم على نطاق واسع في البحث والتطوير، واختبارات الاعتماد من جهات خارجية، ومراقبة جودة خطوط الإنتاج لوحدات التحكم الإلكترونية، ومختلف أجهزة الاستشعار والمشغلات.

في اختبارات الدائرة المفتوحة لخط الإشارة، يحاكي جهاز محاكاة الدائرة المفتوحة لضفيرة أسلاك السيارات أعطال انقطاع الأسلاك وانفصال الموصلات في ضفائر الأسلاك. يراقب المشغلون ما إذا كانت وحدة التحكم الإلكترونية قيد الاختبار تحدد الأعطال وتخزن رموز الأعطال التشخيصية، ويتأكدون في الوقت نفسه من عدم وجود مخرجات خاطئة أو إنذارات خاطئة. في اختبارات قصر الدائرة مع الأرض وقصر الدائرة مع مصدر الطاقة، يقوم الجهاز بتقصير الدوائر المختبرة إلى الأرض أو مصدر طاقة السيارة على التوالي، ويحافظ على مدة العطل كما هو محدد في المعايير، للتحقق مما إذا كان منطق الحماية الداخلي للأجهزة قيد الاختبار فعالاً وما إذا كانت الصمامات ورقائق التشغيل تؤدي إجراءات الحماية كما هو مصمم. يجب فحص التلف الدائم للمكونات بعد الاختبارات. تحاكي حالة عمل انقطاع الموصل فصل الموصل العابر الناتج عن اهتزاز السيارة. يمكن ضبط مدة العطل على مستوى أجزاء من الألف من الثانية لإعادة إنتاج أعطال السيارة الحقيقية العرضية والتحقق من قدرة استعادة الوظائف بعد فصل السلك.

يُعدّ الاختبار المتزامن متعدد القنوات ميزةً بارزةً لجهاز محاكاة قصر الدائرة المفتوحة في أسلاك السيارات. إذ يُمكن تطبيق ظروف أعطال مختلفة على حلقات إشارة متعددة في آنٍ واحد لمحاكاة سيناريوهات قصوى مع أعطال متزامنة في دوائر أسلاك متعددة في المركبات، مما يُؤكد كفاءة أنظمة تشخيص أعطال المكونات. وبالتعاون مع برامج الحاسوب، يُنفّذ الجهاز تلقائيًا تسلسلات اختبار كاملة، ويجمع بيانات الجهد والتيار بشكل متزامن، ويُصدر تقارير اختبار تلقائيًا لتسهيل تحليل الأعطال للفنيين. عند بناء نظام اختبار كهربائي متكامل على متن المركبة، يُستخدم جهاز محاكاة قصر الدائرة المفتوحة في أسلاك السيارات عادةً مع أجهزة محاكاة الجهد ثنائية القطب رباعية الأرباع ومولدات النبضات العابرة لإجراء اختبارات الحمل الكهربائي الكاملة.

تحليل مقارن لأنظمة الاختبار الجديدة والتقليدية
بالمقارنة مع طرق حقن الأعطال اليدوية التقليدية، يتيح جهاز محاكاة قصر الدائرة المفتوحة في أسلاك السيارات تخزين جميع معلمات الأعطال بشكل قابل للبرمجة. ويمكن استدعاء نفس مجموعة ملفات مشروع الاختبار بشكل متكرر. وعندما يُجري مُشغلون مختلفون الاختبارات، يظل نوع العطل ومدته وأوقات دوراته ثابتة، مما يُحسّن بشكل كبير من إمكانية تكرار الاختبار ويقلل من أخطاء الاختبار الناتجة عن العمليات اليدوية. بعد اكتمال التوصيلات الأولية، يمكن التبديل بين أوضاع الأعطال المختلفة دون تعديل الدوائر الخارجية، مما يقلل من مخاطر تلف العينات الناتجة عن التوصيلات المتكررة ويُقصر دورات تحضير الاختبار.

يدعم جهاز محاكاة قصر الدائرة المفتوحة لضفيرة أسلاك السيارات اختبارات المتانة الدورية طويلة الأمد. يُجري الجهاز تلقائيًا آلاف دورات حقن الأعطال دون الحاجة إلى تدخل مستمر من المشغل، مما يجعله مناسبًا لمشاريع التحقق من الموثوقية. عند توصيله بمنصات الاختبار الآلية عبر واجهات اتصال، يُمكن دمج حقن أعطال ضفيرة الأسلاك، والتحكم في حالة مصدر الطاقة، وقراءة حالة المعدات قيد الاختبار في نص اختبار واحد لتحقيق أتمتة كاملة للعملية وتحسين كفاءة الاختبارات المعملية بشكل عام. أثناء التشغيل العملي، يجب على المشغلين الانتباه إلى الحدود القصوى لتيار القناة. بالنسبة لاختبارات حلقة الحمل عالية الطاقة، يجب عدم تجاوز معلمات التيار المقنن للجهاز لتجنب تلف مكونات التبديل الداخلية بسبب الحمل الزائد.

خاتمة
مع التطور المستمر لتقنيات السيارات الذكية، يتزايد عدد المكونات الكهربائية والإلكترونية الموجودة على متنها، ويولي قطاع الصناعة اهتمامًا متزايدًا للمخاطر الوظيفية على مستوى المركبة الناتجة عن أعطال أسلاك التوصيل. يستطيع جهاز محاكاة انقطاع وقصر أسلاك التوصيل في السيارات إعادة إنتاج مختلف الأعطال الكهربائية في أسلاك التوصيل بدقة في ظروف القيادة الفعلية، وإجراء اختبارات حقن الأعطال، بما في ذلك اختبارات الدائرة المفتوحة، والدائرة القصيرة، وانقطاع الموصلات لخطوط الإشارة ودوائر الحمل، بما يتوافق مع مواصفات الاختبار للمعايير الوطنية GB، ومعايير ISO، ومعايير الشركات المصنعة للمعدات الأصلية المختلفة. وباعتباره جهازًا تجاريًا ناضجًا، LISUN LIS-LSCS-1730 جهاز محاكاة الأسلاك القصيرة المفتوحة لضفيرة أسلاك السيارات يتميز هذا الجهاز بتحكم مستقل متعدد القنوات، وتوقيت قابل للبرمجة، وتحكم عن بُعد عبر الحاسوب المركزي، وإنشاء تقارير تلقائية. وهو يحل بفعالية نقاط الضعف في محاكاة الأعطال اليدوية التقليدية، مثل ضعف إمكانية التكرار وصعوبة العمليات، ويلعب دورًا هامًا في التحقق من مكونات البحث والتطوير، واختبارات الاعتماد من جهات خارجية، ومراقبة جودة المكونات. ومع استمرار تحسين أنظمة الاختبار الإلكترونية والكهربائية على متن المركبات في المستقبل، سيتعاون جهاز محاكاة قصر الدائرة المفتوحة في أسلاك السيارات مع أجهزة محاكاة مصادر الطاقة الأخرى لتعزيز نظام التحقق من الموثوقية الكامل للمكونات الإلكترونية على متن المركبات.