Ladda ner artikeln här (länk, pdf). Fler tekniska rapporter finns på etn.se/expert

Från radar till trådlös kommunikation och från elektroniskt nätverk i bilen till cybersäkerhet, omfattningen hos elektronik- och datasystem i moderna fordon växer snabbt. Denna tillväxt leder i sin tur till nya utmaningar när det gäller test- och mätteknik för fordonstillverkare och OEM-företag på fordonssidan. Dessa utmaningar omfattar ett stort antal scenarion, från testning av RF- och Ethernettekniker till tester på halvledare och EMC-testning. En del kan hanteras med befintliga lösningar från andra områden som anpassas för ändamålet, medan andra kräver utveckling av nya lösningar.

En av de faktorer som driver tillväxten när det gäller elektronik i fordon är lagstiftning. Ett av många exempel är EU-kommisionens eCall-initiativ. I händelse av en allvarlig trafikolycka skall eCall-funktionen automatiskt kontakta larmcentral och skicka över viktiga data från olika sensorer. Sedan den 31 mars 2018 är fordonstillverkarna skyldiga att förse alla fordon som säljs inom EU med en eCall-modul.

För att säkerställa tillförlitligheten hos eCall krävs det att man under utvecklingen har tillgång till testlösningar som kan identifiera och simulera de problem som kan uppstå i praktiken. För närvarande innebär det att testmiljöerna inte bara korrekt skall kunna simulera mobilnätverk utan också olika varianter av satellitnavigeringssystem (GNSS). Därför har testlösningen för eCall från Rohde & Schwarz utvecklats för att simulera både 2G och 3G mobilnät samt simulera GPS, Galileo, ryska Glonass och kinesiska Beidou GNSS.

En annan viktig faktor när det gäller att välja den bäst lämpade testlösningen är oberoende certifiering. Till exempel har Cetecom utvärderat implementationen av larmcentralen (Public Safety Answering Point - PSAP) i Rohde & Schwarz eCall-testlösning för det paneuropeiska nödsamtalssystemet och certifierat att den uppfyller standard CEN EN 16454:2015.

Om man blickar framåt kan OEM:er också behöva förstå hur man skapar simuleringar baserade på en kombination av olika GNSS-signaler, för att uppnå ännu bättre positionsbestämning, ett förfarande som har kommit att kallas ”Real-Time Kinetics“. Dessutom blir det efter hand som infrastrukturen för mobil kommunikation vidareutvecklas också nödvändigt att ta fram testlösningar för “Next Generation“ eCall-system som också är kompatibla med LTE.

Förarassistanssystem (på engelska Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) har blivit vanligt, delvis autonom körning är en realitet och självkörande fordon är inte längre science fiction. Därför måste test- och simuleringslösningar för ADAS och relaterade tekniker snabbt utvecklas. Det gäller inte minst inom området radar. Tillförlitliga och störningståliga radarbaserade lösningar är nödvändiga om ADAS-funktioner skall tillåtas utvärdera komplexa stadsmiljöer och undvika fotgängare och hinder. Och med förväntningar om att ett fordon inom en snar framtid skall kunna ha upp till 30 radarsensorer krävs sofistikerade miljöer för RF-tester och analys av radarkvalitet, så att man kan säkerställa tillförlitligheten hos säkerhetskritiska radarsystem.

Tyvärr kan både RF-tester och RF-simuleringar vara svåra, även under gynnsamma förhållanden, det kan många ingenjörer skriva under på. När man ska ta hänsyn till de speciella förhållanden som gäller för radarsystem i fordonsmiljö blir dessa tester ännu svårare, inte minst vid högre frekvenser. Det sistnämnda blir speciellt viktig eftersom de stora bandbredderna runt 24 GHz stegvis kommer att fasas ut till 2022 till förmån för frekvenser runt 77 GHz-bandet. Medan det kommer att finnas kvar en bandbredd om 200 MHz vid 24 GHz, ger en svepbandbredd på 4 GHz i 79-GHz-bandet stöd för radarsystem med förbättrad avståndsupplösning. Bland fördelarna med att ha större spektrum tillgängligt är att systemen lättare kan klassificera objekt, vilket hjälper till när de skall identifiera fordon, fotgängare eller andra hinder. Med högre bandbredd blir det också lättare att minimera ömsesidig interferens mellan radarsensorer (till exempel genom att man använder frekvenshoppning).

Men höga frekvenser är bara ett av problemen. Andra viktiga faktorer att ta hänsyn till är simulering av rörliga objekt och det faktum att radarsensorer på fordon, av praktiska och estetiska skäl, ofta är monterade bakom en stötfångare, ett emblem eller någon del av karosseriet. Tyvärr kan dessa komplicerade ”radomer” påtagligt försämra sensorfunktionen och i värsta fall orsaka fel.

Lyckligtvis har det kommit testlösningar som kan hantera dessa utmaningar. Till exempel har Rohde & Schwarz utvecklat en serie testtekniker som kan generera flerdimensionella radarekomiljöer för fordonsapplikationer, mäta materialdämpning och reflektion i 77 GHz- och 79 GHz-banden och mäta hur radomer och faktorer som lackering på stötfångare kan påverka kvalitén på radarsignalen. Med dessa lösningar, som delvis bygger på teknik som Rohde & Schwarz tagit fram för säkerhetsskanners på flygplatser, kan OEM:er karaktärisera prestanda hos radarsensorer för fordon under forskning och utveckling, hantera kvalitetssäkring och faktorer i produktionsmiljön. Mätningarna, inklusive testning av upplösning ner till 2 mm, kan genomföras på några sekunder.

Överföring av data inom ett fordon, mellan fordon och från fordon till världen utanför driver utvecklingen framåt både när det gäller kommunikation inom ett fordon (In-Vehicle Networking, IVN) och mellan fordonet och något annat (Vehicle-to-Everything, V2X). Båda teknikerna har en väsentlig roll att spela när det gäller fordonstester.

I fallet med IVN, så har behovet av snabbare överföring av stora datamängder i fordon för säkerhets- och infotainmentapplikationer drivit fram en trend där man allt mer avlägsnar sig från MOST-bussen (Media Oriented Systems Transport) till förmån för fordonsanpassat Ethernet. Det har tagits fram en fordonsanpassad Ethernetstandard (IEEE 100BASE-T1), baserad på det fysiska lagret från OPEN Alliance BroadR-Reach. IEEE 100BASE-T1 använder Ethernetkommunikation med full duplex via en oskärmad Ethernetkabel med ett tvinnat ledningspar.

För Ethernet i fordon så är ett nyckelkrav när det gäller testning inför produktgodkännanden att man kan testa att produkten följer gällande prestandakrav.  För detta krävs mätning av störningar och dämpning på partvinnade kablar. Men om det uppträder problem under signalöverföringen, så är det möjligt att traditionell Ethernet protokollanlys inte räcker till. Företagen måste därför söka mer sofistikerade testlösningar för produktgodkännanden när det gäller Ethernet i fordon. För att hantera detta krav har Rohde & Schwarz tagit fram ett triggnings- och avkodningspaket för oscilloskop just för fordonssektorn. Med denna lösning kan man trigga på innehållet i det utsända Ethernet-protokollet, avkoda innehållet och sedan korrelera i tidsdomän med de elektriska signalerna på bussen. Detta gör att man i samband med felsökning mycket snabbare kan analysera problemet.

När det kommer till kommunikation mellan fordon (V2V) liksom fordon och infrastruktur(V2I) är det för närvarande två tekniker som övervägs: IEEE 802.11p Dedicated Short Range Communication (DSRC) och 3GPP Cellular Vehicle-to-Everything (C-V2X). Den förstnämnda baseras på wifii-standarden IEEE 802.11, medan basen för C-2VX är 4G LTE med en roadmap i riktning mot 5G C-2VX. I Europa och USA utreder fordonstillverkarna fortfarande båda dessa tekniker, medan kinesiska fordonstillverkare redan bestämt sig för C-V2X.

Oberoende av vilken standard man väljer så är ett grundläggande krav för en lyckad implementering när det gäller V2X-kommunikation att man kan verifiera robust RF-prestanda. När det gäller till exempel C-V2X är möjligheten att analysera 4G- och 5G-kommunikation ett måste. Man måste också ta hänsyn till att ledande halvledartillverkare undersöker möjligheten att stödja V2X lösningar på ett chip. I det fallet kommer också testning på chipnivå att vara viktig.

Som ett företag med en omfattande portfölj med testlösningar för mobil kommunikation och som har samarbete med många av de ledande halvledarleverantörerna, är Rohde & Schwarz väl förberedda för att leverera de test- och mätlösningar som behövs för att säkerställa en robust kommunikation mellan fordon och extern infrastruktur. Detta inkluderar miljöer som stödjer SOTA-implementationer (Software Over the Air), där fordonstillverkare automatiskt kan modifiera och förbättra fordons funktion genom att göra fjärruppdateringar av programvara.

Den ökade användningen av både trådbunden och trådlös kommunikation i dagens fordon innebär att både fordonstillverkare och OEM-tillverkare efterfrågar avancerade instrument, mjukvara och testmiljöer som ger dem möjlighet att säkra kvalitet samt kontrollera konformitet och prestanda.