Как инженеры GM тестируют электронику

Лаборатория электрической интеграции General Motors в Техническом центре Уоррена борется с рутинной работой по тестированию множества электронных устройств в современных автомобилях.

По словам Гари Бандурски, исполнительного директора по глобальным электрическим компонентам и подсистемам General Motors, было время, когда проектирование и валидация были частью одной и той же организации.

Это было до катастрофического скандала с ключами зажигания GM, когда автомобили непреднамеренно выключались во время езды. Проверка своей работы — это как лиса, охраняющая курятник, заметил Бандурски, поэтому сейчас в GM есть отдельная глобальная валидационная организация во главе с исполнительным директором Кристин Симен, которая проверяет инновации инженерной команды.

«Мы — совесть организации, как последние ворота к клиенту», — сказала Симен.

Они оба посвящают свои жизни GM. Симен с гордостью отмечает, что она практически выросла в техническом центре GM в Уоррене с намерением работать там, когда она будет достаточно взрослой. Отец Бандурски был инженером GM по контролю микроклимата, который заставлял работать свою семью, заставляя всех сообщать показания термометров со всех концов кабины во время езды.

Они курируют обширные инженерные и проверочные работы в Техническом центре Уоррена, направленные на то, чтобы удержать GM на острие во время поразительных изменений в автомобильной промышленности. Как утверждает Симен, в новых автомобилях в среднем 70 компьютеров.

Их программирование и подключение является сложной задачей для команды инженеров, а их успех затем оценивается инженерами по валидации, которые проверяют все оборудование на своем пути.

Даже физическое подключение стольких электронных устройств может быть чрезвычайно сложным, особенно для новой электротехнической платформы GM Digital Vehicle Platform, которая появляется в новых и будущих моделях, таких как Chevrolet Corvette, Tahoe и Suburban, а также Cadillac CT4 и CT5. Компания имеет более 100 патентов на технологии этой системы, имеющей улучшенную кибербезопасность. Кроме прочего, это безопасность обеспечивается возможностью принимать обновления программного обеспечения по воздуху для добавления или улучшения функциональности существующего оборудования.

Она включает в себя две сетевые шины на 2 Мб/с и еще три CAN-шины на 500 Кбит/с для передачи данных по всему транспортному средству. Одна только проводка включает в себя две мили проводов и весит 125 фунтов.



Для сравнения, команда хранит маленькую связку проводов, необходимых для пикапа Chevy 1950-х годов. Горстка лампочек, сирена, топливный датчик и стартер были единственными электрическими компонентами такого автомобиля.



Для современной системы электропроводки GM использует проверочный стенд, который приблизительно соответствует размерам и пропорциям автомобиля, так что электронная система может быть подключена для тестирования до того, как заводу-изготовителю придется выяснять, как установить ее в реальные автомобили. Это нетривиальная деталь, и подключение и проверка всех схем системы может занять два дня. Иногда они делают важные открытия, например, однажды, они выяснили, что проводка для запланированной версии автомобиля с правым рулем оказалась слишком короткой, и ее не хватало для подключения перемещенной рулевой колонки, сообщил Майк Максиомей, менеджер инженерной группы в лаборатории по электроинтеграции.

Устранение любых проблем при сборке системы на контрольной стойке помогает инженерам-изготовителям планировать процесс сборки на заводе, а также избегать неудобств, связанных с присутствием компонентов, сборка которых невозможна в случае слишком короткой проводки. «Это имеет первостепенное значение для изготовления наших прототипов автомобилей», — заявил Максиомей.



Проверочная стойка GM включает в себя такие компоненты, как сиденья с электроприводом и зеркала в дополнение к электропроводке.

Все подключенные подсистемы должны обмениваться информацией и взаимодействовать друг с другом упорядоченно, чтобы все работало так, как должно. Поэтому группа проверки имеет 100 000 квадратных футов офисных и лабораторных помещений для проверки систем.

Запуск и выключение компьютеров — это особенно чувствительные моменты, которые требуют особого внимания со стороны инженеров-испытателей, объяснила Симен. «Все беды происходят при включении и выключении», — сказала она. Именно в эти моменты запускается процесс автоматического определения состояния автомобиля, который должен обеспечить, чтобы все происходило в правильном порядке и было завершено правильно. При этом, держать все компьютеры в строю сложно, потому что «именно в этот момент они все что-то сообщают», — сказала она.

Также большое количество электроэнергии уходит на сильноточный стартер, работающий одновременно с описанными выше процессами, что приводит к просадкам, которые ненавидят микропроцессоры. Это, по словам Симен, усугубляет проблему.

Отключение также имеет решающее значение. Симен указывает на Cadillac SRX десятилетней давности, у которого была проблема с разрядом батареи, когда автомобиль был припаркован. Как семья, забывшая впустить собаку в дом перед сном, система SRX забывала выключить один из множества компьютеров, когда машина отключалась, что приводило к разрядке аккумулятора, если машина стояла какое-то время.

Предотвращение таких сбоев требует большого количества испытаний всевозможных комбинаций и перестановок, чтобы убедиться в том, что все системы работают так, как задумывалось. GM говорит, что они способны проверить от 80 до 90 процентов всех возможных вариантов событий для системы.

Это может быть невероятно утомительно для инженеров, которым приходится постоянно повторять тесты. Один тест, в котором проверяется работа камеры заднего вида, занял шесть недель повторного тестирования. Этот тест должен был подтвердить, что изображение с камеры (требуемое по закону) появилось на экране независимо от действий водителя при запуске машины и езде задним ходом. В результате, инженеры сделали то, что обычно делают инженеры, и внедрили инновационное автоматизированное решение.



Скромная бежевая коробка, показанная здесь, — это собственная разработка GM, устройство под названием STORM, предназначенное для автоматизации тестирования камеры заднего вида.

Они назвали получившееся устройство «STORM», что расшифровывается как «Среднее время на появление изображения с задней камеры». Это любительский металлический электрический ящик с самодельными внутренностями, части которого стоят 150 долларов в сумме. Инженеры ставят STORM перед дисплеем камеры заднего вида, и его собственная камера смотрит на экран, в то время как система проходит циклы тестирования. STORM автоматически регистрирует любые случаи, когда ожидаемое изображение не появляется на дисплее. С помощью STORM, наблюдающего за проблемами, лаборатория смогла провести тот же самый цикл тестирования, который занял шесть недель всего за 12 часов. И, конечно же, для рассудка инженеров было полезно избавиться от утомительного просмотра случаев сбоев в работе дисплея.

Еще одна часть автоматизации — это роботизированный манипулятор, снабженный резиновым щупом, способный проверять все возможные варианты нажатия на сенсорный экран приборной панели для удаленного управления мобильными телефонами. Робот изменяет места нажатий и время между нажатиями на виртуальные кнопки, что позволяет убедиться, что экран и телефоны реагируют так, как надо.



Лаборатория интеграции использует этот роботизированный манипулятор для тестирования работы экранного интерфейса телефона.

Изменение времени между нажатиями и действиями вроде открытия и закрытия дверей, является ключом к выявлению любых проблем, по словам инженеров. Ежегодно GM покупает от 55 до 60 новых смартфонов для тестирования последних моделей по мере их выпуска, и тестирует разные их сочетания. Даже для такого автомобиля, как двухместный Corvette, GM считает, что четыре одновременно подключенных телефона являются нормальной нагрузкой для компьютеров автомобиля. Они предполагают, что многие люди имеют отдельные рабочие и личные телефоны, поэтому при наличии двух человек на борту, Corvette должен поддерживать одновременное подключение четырех телефонов.

Использование робота для телефонов похоже на использование STORM для задней камеры. «Нам не нужно искать проблемы. Он находит их для нас, и мы можем сосредоточиться на их устранении», — сказал инженер.

Объем работ в лаборатории и масштаб их задачи показывают, насколько сложной стала разработка новой машины и насколько легко в нее может проскользнуть баг. Если это произойдет, GM будет к этому готова – с новой возможностью обновления по воздуху, с помощью которой архитектура электроники может быть обновлена.

---

Читать еще полезные статьи:

• [Прогноз] Транспорт будущего (краткосрочный, среднесрочный, долгосрочный горизонты)
• Лучшие материалы по взлому автомобилей с DEF CON 2018-2019 года
• [Прогноз] Motornet — сеть обмена данными для роботизированного транспорта
• Компании потратили 16 миллиардов долларов на беспилотные автомобили, чтобы захватить рынок в 8 триллионов
• Камеры или лазеры
• Автономные автомобили на open source
• McKinsey: переосмысляем софт и архитектуру электроники в automotive
• Очередная война операционок уже идет под капотом автомобилей
• Программный код в автомобиле
• В современном автомобиле строк кода больше чем…