휴대형 오실로스코프 2월 03, 2020
독일 바이로이트 대학의 엘리펀트 레이싱팀은 FR19 Loki 전기 레이싱카의 개발 및 검증을 위해 신뢰할 수 있는 다목적 휴대형 오실로스코프가 필요했습니다. 가장 중요한 기능은 CAN 버스 센서 데이터, EMC 측정, 차량용 전기 시스템 및 고전압 전기 시스템에서 측정한 값을 모니터링 및 분석하는 것입니다.로데슈바르즈의 완전 절연형 R&S®Scope Rider RTH 휴대형 오실로스코프는 SPI, CAN, CAN-FD, SENT 버스 신호에 대한 포괄적 트리거 및 디코더 옵션을 탑재하고 있어 이 작업에 적합한 T&M 기기입니다.
매년 다양한 대학의 학생팀이 독일 호켄하임링, 체코 오토드롬 모스트 또는 네덜란드 아센의 TT 서킷과 같이 세계적으로 유명한 트랙에서 개최되는 Formula Student 모터 레이싱 대회에 참가합니다. 이 대회에서는 레이싱뿐만 아니라 전자 설계, 사업 계획 평가와 같은 정적 분야에 대한 평가도 실시됩니다.
가장 명망 높은 분야는 전체 대회 포인트의 거의 3분의 1이 수여되는 내구 레이스입니다. 최대 7대의 차량이 22 km 거리에서 서로 경주를 펼칩니다. 심사위원단은 차량의 에너지 효율도 평가합니다. 전기 자동차를 운전해야 하는 Formula Student 참가자에게 내구 레이스는 특히 어려운 부문입니다.약간의 접촉만으로도 경주를 중단해야하는 상황이 발생할 수 있기 때문입니다.
바이로이트 대학의 엘리펀트 레이싱팀은 2018 시즌용 레이싱카를 개발 및 최적화하기 위해 EMC를 측정하고 전압 공급 및 CAN 버스 연결을 디버깅할 계측기를 찾고 있었습니다.또한 PCB 검증과 고전압 공급 시스템을 측정하는 데에도 적합하고, 실험실과 테스트 및 레이스 트랙에서도 측정을 수행할 수 있는 견고한 휴대형 계측기가 필요했습니다.
개요
전기 자동차를 트랙에서 주행하려면 사전에 전기장치의 철처한 테스트가 필요합니다. Formula Student E 레이싱카도 마찬가지입니다. 바이로이트 대학의 엘리펀트 레이싱팀은 팀 자체적으로 설계한 유성기어 장치와 최신 4륜 구동 기술을 탑재한 전기 레이싱카인 RF19 Loki를 개발했습니다. 이 팀은 R&S®Scope Rider RTH휴대형 오실로스코프를 사용해 전반적인 센서 데이터를 캡처하고 CAN 버스 디코딩 기능을 통해 데이터를 분석했습니다. 절연된 입력으로 최대 1000V의 전압과 전류를 정확하게 측정합니다. 견고한 휴대형 오실로스코프는 차량의 전기 시스템과 고전압 전기 시스템을 빠르게 디버깅하는 데 적합합니다. R&S®Scope Rider RTH는 배터리 작동 방식으로 실험실 업무와 레이스 트랙에서의 작업 모두에 최적입니다.
엘리펀트 레이싱팀은 모든 요구사항을 충족하는 R&S®Scope Rider RTH 휴대형 오실로스코프를 선택했습니다. R&S®Scope Rider RTH는 매우 견고하며 최대 1000V(RMS)의 카테고리 III 전압 측정이 가능한 절연 입력과 자동차 특수 분석 기능이 탑재되어 있습니다.
매우 견고한 설계와 다양한 용도
로데슈바르즈 휴대형 오실로스코프의 견고성은 2018년 트레이닝 트랙에서 돌아오는 운송 과정에서 발생한 사고에서 입증되었습니다. 레이싱카를 운송 중이던 트레일러가 전복되었고 대부분의 툴과 액세서리가 도로에 나뒹굴었습니다. 레이싱카는 폐차해야 할 수준이었지만, R&S®Scope Rider RTH는 아무런 손상 흔적 없이 심각한 충격을 견뎌냈습니다. 이 기기는 보호 등급 IP 51(IEC 60529)과 충격 및 진동 저항에 대한 관련 군용 표준에 적합합니다.
R&S®Scope Rider RTH는 기기와 모듈을 검증할 때나 트랙에서 디버깅하는 동안 올바른 전압이 공급되고 있는지 여부와 I2C, SPI, CAN 버스가 올바르게 전송되는지 여부를 빠르게 확인하는 데 사용할 수 있습니다. 자동차 부문에서 오실로스코프의 트리거링 및 디코딩 옵션은 기존 CAN 및 LIN 버스 프로토콜뿐만 아니라 센서 데이터 전송에 사용되는 Point-to-Point 프로토콜인 SENT(Single Edge Nibble Transmission)의 프로토콜 분석 기능도 지원합니다. 따라서 사용자는 SENT 전송에서 빠른 프로토콜 채널과 느린 프로토콜 채널의 특정 이벤트, 데이터 또는 에러 상태를 획득할 수 있습니다. 또한 단문 및 확장 메시지 형식과 다양한 CRC 점검 방식을 지원합니다.
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
이 팀은 R&S®Scope Rider RTH를 사용해 디버깅에 소요되는 시간을 지속적으로 줄여나갈 수 있었습니다. 레이싱 시즌이 시작하기 오래 전부터 휴대형 오실로스코프는 PCB 검증을 크게 간소화해주었습니다. 일반적 멀티미터에 비해 이 팀이 모든 위치에 정확한 전압이 공급되고 있는지 여부와 버스 통신에 에러가 없는지를 검증하는 데 소요되던 시간이 크게 감소되었습니다. 주로 SPI 및 CAN 버스 디버깅 작업에 사용되었습니다. 전자장치를 차량에 장착한 후 차량 내 테스트를 시작했습니다.
차량의 최고점에 빨간색 경고등을 연결하고 배터리 박스 외부에 높은 전압이 공급될 때마다 정확히 켜지는지 여부를 확인해야 했습니다. 검증 과정에서 CAN 버스 전송 에러가 검출되었습니다. 구현 중 종단 저항(Terminal Resistance)이 누락된 것이 분명했습니다.
FR19 Loki는 현재 엘리펀트 레이싱팀에서 가장 빠른 차입니다. 새로운 유성기어 장치에서는 매우 효율적인 동력 전달이 가능합니다. 휠 허브 모터(각각 35 kW)를 탑재한 전륜 구동 시스템과 토크 벡터링을 통한 구동은 커브에서 최적의 도로 정지 마찰력을 제공합니다.
이 차량은 네덜란드 아센 레이스 트랙에서 실시된 내구 테스트에서 5위를 차지했습니다. 3주 후 독일 호켄하임링에서는 고전압 전기 시스템이 반복적으로 꺼져 레이싱을 포기해야만 했습니다. 며칠 후 모스트 오토드롬 경기에 참여하기 위해 기술 담당자들이 즉시 분석을 시작했습니다.
첫 번째 분석에서는 아무 소프트웨어 에러가 발견되지 않았습니다. 그런 다음 이 팀은 R&S®Scope Rider RTH를 사용해 CAN 버스 통신을 분석했습니다. 하지만 아무 것도 발견되지 않았습니다. 다만, 저전압 전기 시스템에서 실시한 측정에서만 안전선에서 전압 강하가 발생하는 문제가 발견되었습니다. 고전압 전기 시스템은 안전선에 전압이 공급되는 때에만 작동됩니다. 모든 발견사항을 검토한 결과 단락이 의심되었고, 결국 휠 서스펜션에서 단락을 찾아냈습니다. 원인은 잘못 배선된 안전선 와이어가 연결 장치에 마찰을 일으켰기 때문이었고, 원인을 발견한 후에는 문제를 간단하게 해결할 수 있었습니다. 엘리펀트 레이싱팀은 모스트에서 개최된 다음 경기에서 내구 테스트와 전체 성적에서 4위를 달성했습니다.
주요 사항
