Optimierung der Kurzschlussprüfung von Kfz-Kabelbäumen mithilfe automatisierter Simulatoren

Abstract
Durch die kontinuierliche Weiterentwicklung und Verbesserung moderner Fahrzeugelektroniksysteme steigt die Anzahl der Steuergeräte, Sensoren und Aktoren im Fahrzeug stetig an, und der Umfang der fahrzeugweiten Kabelbäume wächst entsprechend. Im realen Fahrzeugbetrieb sind Kabelbäume Vibrationen, Temperaturwechseln, Alterung der Isolierung und Abrieb ausgesetzt, was leicht zu elektrischen Fehlern wie Unterbrechungen, Kurzschlüssen und kurzzeitigen Verbindungsabbrüchen führen kann. Elektronische Komponenten im Fahrzeug müssen daher strengen Fehlertests unterzogen werden, um die Zuverlässigkeit der internen Schutzschaltungen und Fehlerdiagnosestrategien zu überprüfen und so Geräteausfälle, Funktionsstörungen und sogar sicherheitsrelevante Unfälle aufgrund von Kabelbaumfehlern zu verhindern. Der Kabelbaum-Simulator für Unterbrechungen und Kurzschlüsse ist ein spezielles Simulationsgerät für die Prüfung und Entwicklung von Fahrzeugelektronik und -elektrik. Es kann standardisierte Betriebsbedingungen simulieren, darunter Leerlauf, Kurzschluss, Kurzschluss gegen Plus, Kurzschluss gegen Masse und Unterbrechung von Steckverbindern für Signalleitungen und Lastkreise, und erfüllt die strengen Testanforderungen an die Zuverlässigkeit und Schutzleistung von Schaltungen gemäß den britischen nationalen Normen, den internationalen ISO-Normen und den Spezifikationen führender Automobilhersteller. Herkömmliche manuelle Verdrahtungs- und Kurzschlussprüfverfahren weisen eine geringe Zeitgenauigkeit und unzureichende Testkonsistenz auf und können die standardisierten und automatisierten Testanforderungen moderner Labore kaum erfüllen. LISUN Anhand des LIS‑LSCS‑1730 Automotive Wire Harness Open Short Simulator als Forschungsobjekt werden in diesem Artikel sein Funktionsprinzip und seine Kernfunktionen erläutert, sein technischer Wert in Szenarien zur Fehlerprüfung von Kfz-Kabelbäumen analysiert und Referenzen für die Konformitätsprüfung von On-Board-Elektronikkomponenten bereitgestellt. 

Bestehende Probleme bei der Prüfung von Kabelbäumen auf Unterbrechungen und Kurzschlüsse
Gemäß GB/T 28046.2‑2011, GB/T 45120‑2024, ISO 16750‑2:2023 und den Unternehmensstandards von OEMs wie Volkswagen, SAIC, Leapmotor und Seres müssen Bordelektronikkomponenten eine Reihe von Tests durchlaufen, darunter Leerlauf-, Kurzschluss- und Steckverbinderunterbrechungstests für Signalleitungen und Lastkreise. Ziel ist es, das Verhalten der Prüflinge unter verschiedenen Fehlerbedingungen im Kabelbaum zu untersuchen. Die Tests müssen komplexe Betriebszustände simulieren, darunter unterschiedliche Fehlerdauern, mehrfache zyklische Fehler und synchrone Fehler in mehreren Stromkreisen.

In frühen Laboren wurde die Simulation von Kabelbaumfehlern meist manuell durchgeführt, indem Klemmen ein- und ausgesteckt, externe Kurzschlussleitungen angeschlossen und Stromkreise manuell getrennt wurden. Dieser Ansatz hat viele Nachteile. Die Fehlerdauer hängt von der manuellen Zeitmessung ab, Fehlerzeiten im Millisekundenbereich lassen sich nicht präzise steuern, Fehlerbedingungen sind in jedem Test schwer konsistent zu halten, und die Testreproduzierbarkeit ist gering. Bei synchronen Mehrkanal-Fehlertests sind manuelle Eingriffe umständlich und fehleranfällig, was die Prüflinge beschädigen kann. Zyklische Dauerfestigkeitstests erfordern lange Anwesenheit von Bedienpersonal, was hohe Arbeitskosten und eine geringe Testeffizienz verursacht. Zudem ist keine Anbindung an automatisierte Testplattformen möglich, was die Durchführung von Großserientests erschwert. Mit der kontinuierlichen Aktualisierung der Normen für die Prüfung von Automobilelektronik stellen Unternehmen höhere Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit von Testdaten und die automatische Berichtserstellung. Traditionelle manuelle Testmethoden können sich nicht mehr an die industrielle Entwicklung anpassen. Simulator für offene Kurzschlüsse im Kfz-Kabelbaum ist zu einer unverzichtbaren Hardware geworden, um solche Testprobleme zu lösen.

Funktionsprinzip und Kernfunktionen des Kurzschlusssimulators für Kfz-Kabelbäume
Der Kurzschluss- und Unterbrechungssimulator für Kfz-Kabelbäume basiert auf einer Hochgeschwindigkeits-Leistungselektronik-Schalttopologie und verfügt über mehrere voneinander unabhängige Testkanäle. Jeder Kanal kann mit Signalleitungen oder Lastschleifen des Prüflings verbunden werden. Verschiedene Fehlermodi lassen sich für jeden Kanal unabhängig konfigurieren, darunter Stromkreisunterbrechung, direkter Kurzschluss, Kurzschluss gegen Masse, Kurzschluss gegen Versorgungsspannung und vorübergehende Unterbrechung der Steckverbinderverbindung. Der Simulator unterstützt den unabhängigen Betrieb einzelner Kanäle oder den synchronen Betrieb mehrerer Kanäle. Nach einmaliger Verdrahtung können alle Testelemente ohne wiederholte Änderungen an der externen Verdrahtung geschaltet werden, wodurch systematische Fehler durch manuelle Bedienung reduziert werden.

Der Kurzschlusssimulator für Kfz-Kabelbäume ermöglicht die programmierbare Konfiguration von Fehlerdauer, Zykluszeiten und Testschritten. Die Fehlerhaltezeit reicht von 20 ms bis 10000 s, und es stehen bis zu 255 Testsequenzen zur Verfügung. Komplexe zusammengesetzte Fehlerszenarien mit aufeinanderfolgenden Kabelbaumfehlern in realen Fahrzeugen können bearbeitet werden. Ausgestattet mit einem 10.1-Zoll-Android-Touchscreen (Chinesisch/Englisch) zur lokalen Parameterkonfiguration, verfügt das Gerät außerdem über LAN-, USB- und RS485-Schnittstellen zum Empfang von Anweisungen von übergeordneten Rechnern für die Integration in automatisierte Testsysteme. Ein integriertes Echtzeit-Spannungs- und Stromüberwachungsmodul zeichnet während des Tests elektrische Daten auf und generiert nach Abschluss des Tests automatisch Testberichte zur Datenarchivierung und Rückverfolgbarkeit. Der Schleifenwiderstand der internen Schalter wird niedrig gehalten, um Störungen durch die Eigenimpedanz der Schalter auf die Fehlersimulationsergebnisse zu minimieren und den realen elektrischen Zustand von Fahrzeugkabelbaumfehlern zu reproduzieren.

LISUN Der Kfz-Kabelbaum-Kurzschlusssimulator LIS-LSCS-1730 ist ein Standardmodell dieser Serie. Er verfügt über 30 unabhängige Testkanäle mit jeweils maximal 10 A Stromstärke und einer maximalen Gesamtstromstärke von 50 A. Er unterstützt Testspannungen von 60 V DC oder 220 V AC und eignet sich für Fehlereinspeisungstests der meisten elektronischen und elektrischen Komponenten von 12-V- und 24-V-Pkw und Nutzfahrzeugen. Die wichtigsten technischen Parameter sind in Tabelle 1 dargestellt.

Praktische Anwendungsszenarien des Simulators für offene Kurzschlüsse in Kfz-Kabelbäumen
Der Simulator für offene Kurzschlüsse in Kfz-Kabelbäumen deckt die in GB/T 45120-2024, GB/T 28046.2-2011, ISO 16750-2:2023 und den Unternehmensstandards von FAW, Leapmotor, Seres, SAIC, Volkswagen und Nissan definierten Fehlerprüfklauseln für Kabelbäume ab. Er findet breite Anwendung in der Forschung und Entwicklung, bei Zertifizierungsprüfungen durch Dritte und in der Qualitätskontrolle von Steuergeräten, Sensoren und Aktoren in der Produktion.

Bei Tests mit Unterbrechungen in Signalleitungen simuliert der Kfz-Kabelbaum-Kurzschlusssimulator Kabelbrüche und Steckverbinder-Unterbrechungen in Kabelbäumen. Die Prüfer beobachten, ob das zu testende Steuergerät Fehler erkennt und Diagnosefehlercodes speichert, und stellen gleichzeitig sicher, dass keine Fehlausgaben oder Fehlalarme auftreten. Bei Kurzschlusstests gegen Masse und gegen Stromversorgung schließt das Gerät die zu prüfenden Stromkreise gegen Masse bzw. gegen die Fahrzeugstromversorgung kurz und hält die Fehlerdauer gemäß den Normen ein, um zu überprüfen, ob die interne Schutzlogik der zu prüfenden Geräte greift und ob Sicherungen und Treiberchips wie vorgesehen funktionieren. Nach den Tests werden die Komponenten auf dauerhafte Schäden untersucht. Der Betriebszustand „Steckverbinderunterbrechung“ simuliert eine kurzzeitige Steckverbinder-Unterbrechung durch Erschütterungen des Fahrzeugs. Die Fehlerdauer kann im Millisekundenbereich eingestellt werden, um gelegentliche Fehler im realen Fahrzeugbetrieb zu reproduzieren und die Funktionsfähigkeit nach einer Kabelunterbrechung zu überprüfen.

Die Möglichkeit zur synchronen Mehrkanalprüfung ist ein wesentlicher Vorteil des Kabelbaum-Kurzschlusssimulators für Fahrzeuge. Verschiedene Fehlerzustände können gleichzeitig auf mehrere Signalkreise angewendet werden, um Extremszenarien mit simultanen Fehlern in mehreren Kabelbaumschaltungen von Fahrzeugen zu simulieren. Dies ermöglicht die umfassende Überprüfung der Vollständigkeit von Komponenten-Fehlerdiagnosesystemen. In Verbindung mit der übergeordneten Software führt das Gerät automatisch vollständige Testsequenzen aus, erfasst Spannungs- und Stromdaten synchron und erstellt automatisch Testberichte, um die Fehleranalyse für die Prüfer zu erleichtern. Beim Aufbau eines kompletten Bordnetz-Prüfsystems wird der Kabelbaum-Kurzschlusssimulator für Fahrzeuge üblicherweise zusammen mit Vierquadranten-Bipolarspannungssimulatoren und Impulsgeneratoren eingesetzt, um umfassende elektrische Lasttests durchzuführen.

Vergleichende Analyse neuer und traditioneller Testverfahren
Im Vergleich zu herkömmlichen manuellen Fehlereinspeisungsmethoden ermöglicht der Automotive Wire Harness Open Short Simulator die programmierbare Speicherung aller Fehlerparameter. Derselbe Satz von Testprojektdateien kann wiederholt aufgerufen werden. Wenn verschiedene Bediener Tests durchführen, bleiben Fehlertyp, Fehlerdauer und Zykluszeiten konsistent, was die Reproduzierbarkeit der Tests erheblich verbessert und durch manuelle Eingriffe verursachte Testfehler reduziert. Nach Abschluss der initialen Verdrahtung können verschiedene Fehlermodi ohne Änderung externer Schaltungen umgeschaltet werden, wodurch das Risiko von Beschädigungen der Prüflinge durch häufiges Verdrahten verringert und die Testvorbereitungszyklen verkürzt werden.

Der Simulator für offene Kurzschlüsse in Kfz-Kabelbäumen unterstützt Langzeit-Zyklustests. Er führt automatisch Tausende von Fehlereinspeisungszyklen ohne ständige Bedienereingriffe durch und eignet sich daher für Zuverlässigkeitsvalidierungsprojekte. Durch die Anbindung an automatisierte Testplattformen über Kommunikationsschnittstellen lassen sich Fehlereinspeisung in den Kabelbaum, Überwachung der Stromversorgung und Statusabfrage des Prüflings in ein einziges Testskript integrieren. Dies ermöglicht eine vollständige Prozessautomatisierung und steigert die Effizienz der Labortests insgesamt. Im praktischen Betrieb müssen die Bediener die oberen Grenzwerte des Kanalstroms beachten. Bei Tests mit hoher Lastschleife dürfen die Nennstromparameter des Geräts nicht überschritten werden, um Schäden an den internen Schaltkomponenten durch Überlastung zu vermeiden.

Fazit
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Fahrzeugintelligenz wächst die Anzahl der bordeigenen elektrischen und elektronischen Komponenten stetig, und die Industrie widmet den fahrzeugbezogenen Funktionsrisiken durch Kabelbaumfehler zunehmend Aufmerksamkeit. Der Kabelbaum-Simulator für offene und kurze Kabelbäume kann verschiedene elektrische Fehler im Kabelbaum unter realen Fahrzeugbedingungen präzise reproduzieren und Fehlereinspeisungstests durchführen, darunter Unterbrechungen, Kurzschlüsse und Steckverbindungsunterbrechungen in Signalleitungen und Lastkreisen. Er erfüllt die Testvorgaben nationaler GB-Normen, ISO-Normen und verschiedener OEM-Unternehmensstandards. Als ausgereiftes kommerzielles Gerät… LISUN LIS‐LSCS‐1730 Simulator für offene Kurzschlüsse im Kfz-Kabelbaum Das System zeichnet sich durch unabhängige Mehrkanalsteuerung, programmierbare Zeitsteuerung, Fernsteuerung durch einen übergeordneten Rechner und automatische Berichtserstellung aus. Es behebt effektiv die Schwächen herkömmlicher manueller Fehlersimulationen wie geringe Reproduzierbarkeit und umständliche Bedienung und spielt eine wichtige Rolle bei der Komponentenentwicklung, der Zertifizierung durch Dritte und der Komponentenqualitätskontrolle. Da sich bordeigene elektronische und elektrische Testsysteme zukünftig stetig verbessern werden, wird der Automotive Wire Harness Open Short Simulator mit anderen Stromversorgungssimulationsgeräten zusammenarbeiten, um das Gesamtsystem zur Zuverlässigkeitsprüfung bordeigener elektronischer Komponenten weiter zu optimieren.