Un fil de capteur s'use contre une patte de châssis, touche la caisse, et le calculateur a quelques millisecondes pour décider s'il voit un vrai signal, un court-circuit à la masse ou un capteur cassé. Si cette décision n'a jamais été testée au banc, elle le sera sur le terrain. L'injection de défauts sert à ramener ce test au laboratoire : on provoque volontairement les défauts électriques qu'un faisceau subira un jour, de façon contrôlée et répétable, et on vérifie que le calculateur les détecte, remonte le bon code défaut et passe dans le bon mode dégradé, sans être endommagé.
Ce guide présente les types de défauts, la construction d'une matrice de commutation, son dimensionnement, la sécurité du montage et la traçabilité de chaque défaut injecté.
1. Les types de défauts à couvrir
La plupart des campagnes de défauts électriques partent de cinq défauts de base, appliqués à chaque broche concernée :
- Circuit ouvert: la ligne est coupée entre faisceau et calculateur. Il simule un fil cassé, un contact reculé ou un connecteur débranché.
- Court-circuit à la masse: la ligne est reliée à la référence de masse. Il simule une isolation abîmée contre la caisse ou le châssis.
- Court-circuit à la batterie: la ligne est reliée à l'alimentation. Il simule un frottement contre un conducteur sous tension.
- Court-circuit entre voies: deux lignes de signal sont reliées. Il simule un dommage dans un toron ou un pont de contamination dans un connecteur.
- Résistance série ou parallèle: une résistance est insérée en série (contact corrodé, sertissage dégradé) ou en parallèle vers la masse ou l'alimentation (fuite, humidité). Ces défauts « doux » sont souvent les plus intéressants, car ils se situent près des seuils de détection du calculateur.
Pour chaque broche, la spécification de test doit indiquer les défauts applicables. Un court-circuit à la batterie sur une sortie déjà pilotée à l'état haut peut être inutile ; un circuit ouvert sur une masse redondante peut être le test le plus important de la campagne.
2. Fonctionnement d'une matrice d'injection de défauts
2.1 Schéma de principe (décrit)
L'unité d'injection se place entre le faisceau et le calculateur testé, en série avec chaque ligne à perturber. De gauche à droite :
- Le faisceau véhicule ou banc arrive sur le connecteur A.
- Chaque ligne traverse un relais série (chemin normalement fermé). L'ouvrir crée le circuit ouvert.
- Côté calculateur, chaque ligne peut être reliée par d'autres relais à l'un des bus de défaut: bus masse, bus batterie et bus « entre voies » partagé.
- Une décade ou un banc de résistances commutables peut être inséré dans le chemin série ou entre la ligne et un bus de défaut pour créer les défauts résistifs.
- La ligne repart sur le connecteur B vers le calculateur.
Un séquenceur de test pilote les relais : chaque défaut correspond à un état défini de la matrice. En pratique, l'unité d'injection est souvent associée à une breakout box pour que chaque ligne reste accessible à la mesure.
2.2 Le bus de défaut partagé est un choix de conception
Un bus partagé limite le nombre de relais : avec N lignes, il faut environ un relais série plus un ou deux relais de bus par ligne, au lieu d'un relais par paire possible. En contrepartie, un seul défaut (ou une seule paire) peut être actif à la fois sur un bus. Si la spécification exige des défauts simultanés indépendants, prévoyez plusieurs bus.
3. Dimensionner les relais et les chemins
Le relais doit supporter le pire cas qu'il peut voir, pas le courant nominal.
3.1 Critères de choix
- Courant permanent de la ligne en fonctionnement normal (chemin série).
- Courant de défaut lors d'un court-circuit à la masse ou à la batterie. Il dépend de l'impédance de la source et de la limitation ajoutée, pas du calculateur.
- Tension commutée , et commutation en charge ou non (usure des contacts, arc sur charge inductive).
- Résistance de contact, qui s'ajoute à la ligne et compte pour les signaux analogiques bas niveau et les masses capteur.
- Pouvoir de coupure en continu: un contact de relais est nettement moins performant en DC qu'en AC ; vérifier la courbe de coupure DC à la tension de la voie, surtout sur charge inductive, et commuter hors courant quand c'est possible (risque de soudure des contacts).
- Type de signal: pour l'analogique bas niveau ou les lignes de communication, vérifiez aussi la capacité et les fuites du chemin.
3.2 Exemple de calcul (valeurs d'illustration, pas des spécifications RAYNOV)
Exemple : une sortie bas côté du calculateur, active (ligne maintenue près de 0 V), sur laquelle on injecte un court-circuit à la batterie à travers une résistance de limitation de 10 Ω. Le courant vaut environ I = V / R = 12 V / 10 Ω = 1,2 A. La résistance dissipe P = V² / R = 144 / 10 = 14,4 W pendant le défaut. Une résistance de 0,25 W lâcherait immédiatement ; il faut une résistance de puissance, un défaut bref ou une valeur plus élevée. L'étage de sortie du calculateur doit aussi être dimensionné, ou protégé, pour ce courant.
Exemple : sur une masse capteur parcourue par 50 mA, un contact de relais de 100 mΩ ajoute une chute de 0,05 A × 0,1 Ω = 5 mV. Sur un capteur ratiométrique à résolution de quelques millivolts, ce n'est pas négligeable. Comptez chaque contact, connecteur et tronçon de fil du chemin.
4. Sécurité : protéger le calculateur, le banc et l'opérateur
L'injection de défauts est volontairement agressive : le montage doit limiter les dégâts à ce que l'on veut réellement tester.
- Limitation de courant sur les bus batterie et masse : résistance, limitation électronique de l'alimentation, ou les deux.
- Fusibles sur les bus de défaut, calibrés sous la tenue des relais et du câblage de la matrice.
- Règle de séquencement : on ouvre avant de court-circuiter. Toujours couper le chemin existant avant de relier une ligne à un bus de défaut, et libérer le défaut avant de refermer le chemin série. Ne jamais compter sur deux relais qui changent d'état « en même temps ».
- break-before-make vérifié sur les relais réels, rebonds compris.
- Arrêt d'urgence ramenant la matrice à l'état neutre (chemins série fermés, bus de défaut ouverts) ou coupant l'alimentation, selon ce qui est le plus sûr pour le calculateur.
- Verrous logiciels: interdire les états qui relieraient batterie et masse à travers deux lignes.
5. Traçabilité : un défaut, une ligne de test
Une campagne n'a de valeur que si l'on peut prouver après coup ce qui a été injecté et ce qui s'est passé. Chaque défaut injecté est une étape de test comprenant :
| Champ | Exemple de contenu |
|---|---|
| Broche / signal | Entrée X, connecteur A broche 12 (exemple) |
| Type de défaut | Court-circuit à la masse via 0 Ω |
| Préconditions | Tension d'alimentation, mode calculateur, autres défauts inactifs |
| Durée | Temps de maintien du défaut |
| Réponse attendue | Code défaut, mode dégradé, état des sorties |
| Réponse mesurée | Relue dans le calculateur (outil de diagnostic) et mesurée sur la ligne |
| Contrôle de retour | Comportement du calculateur après suppression du défaut |
| Verdict | Conforme / non conforme |
Le contrôle de retour est souvent oublié. Beaucoup de calculateurs doivent effacer ou mémoriser un défaut de manière définie après sa disparition ; ce comportement mérite son propre résultat attendu. Limites et séquences doivent être versionnées, comme pour tout test automatisé (Automatisation des tests : du script au séquenceur).
6. Le cas particulier des bus de communication
Les défauts sur un bus CAN ne se traitent pas comme une simple ligne numérique.
- Un bus CAN est une paire différentielle avec terminaisons. Couper un fil ou court-circuiter CAN-H et CAN-L modifie le bus, pas seulement un nœud.
- Insérer des relais ajoute capacité et dérivations; à débit élevé, cela peut créer des erreurs non voulues.
- Retirer ou ajouter une terminaison est un défaut à part entière, à modéliser explicitement.
- Le comportement dépend de la charge du bus et des autres nœuds présents, réels ou simulés.
Traitez les défauts bus comme une partie dédiée de la campagne, avec matériel et résultats attendus propres, et vérifiez que la matrice ne dégrade pas le bus à l'état « sans défaut ».
7. Erreurs fréquentes
- Dimensionner les relais pour le courant nominal et non pour le courant de défaut.
- Court-circuiter avant d'ouvrir, ce qui relie brièvement la source du faisceau au bus de défaut.
- Oublier la résistance de contact de la matrice sur les lignes capteur bas niveau et les masses.
- Ne tester que les défauts « francs » (0 Ω, ouvert) et jamais les valeurs résistives proches des seuils.
- Aucun contrôle de retour après suppression du défaut.
- Ne pas valider la matrice elle-même avant la campagne (voir Qualifier un banc de test avant la production (FAT/SAT)).
8. Check-list avant la première campagne
- [ ] Liste des défauts par broche validée avec la spécification du calculateur
- [ ] Tenue des relais vérifiée face au courant de défaut et à la tension commutée
- [ ] Limitation de courant et fusibles sur chaque bus de défaut
- [ ] Séquencement (ouvrir avant de court-circuiter) imposé par le logiciel
- [ ] États interdits bloqués par verrous
- [ ] Arrêt d'urgence vers un état neutre sûr
- [ ] Matrice vérifiée à l'état « sans défaut » (continuité, résistance de contact, qualité du bus)
- [ ] Chaque défaut = une ligne de test traçable avec résultat attendu et contrôle de retour
La place de l'injection de défauts dans un banc
L'injection de défauts est généralement une brique d'un banc plus large, avec l'accès breakout, les charges, l'instrumentation et, pour les essais en boucle fermée, un modèle temps réel. L'architecture de ces bancs est traitée dans Bancs HIL : architecture, composants et mise en œuvre. RAYNOV conçoit et fabrique ce type d'équipement dans le cadre de ses systèmes de validation sur mesure; la rédaction des essais de réception est décrite dans notre article ATP vs QTP.
Pour aller plus loin
- CAN in Automation (CiA), CAN knowledge(en anglais) : couche physique, terminaisons et comportement du bus.
Vous préparez une campagne d'injection de défauts ou une matrice pour votre calculateur ? Parlez-nous de votre projet.
