一種用於發動機hils系統的ecu執行器控制信號故障注入裝置的製作方法
2023-07-11 13:42:26
專利名稱：一種用於發動機hils系統的ecu執行器控制信號故障注入裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子產品測試技術，尤其涉及一種用於發動機硬體在環仿真系統的 E⑶執行器控制信號故障注入裝置。
背景技術：
目前，汽車電子系統開發的主流方法是基於模型的現代開發流程——V模式開發流程，該流程保證開發人員在開發過程中的每一步都可以得到及時驗證。在產品上市之前， 需要對ECU進行全面綜合的測試，尤其是故障和極限條件下的測試，使用實際的控制對象進行測試，很難實現現實複雜情況，並且實現成本高，開發周期長。為解決這一難題，V模式中提出採用硬體在環仿真(Hardware In-the-Loop Simulation,HILS)的開發方法即為了測試ECU性能，在進行整體系統的仿真測試時，控制器採用真實的ECU，被控對象和系統運行環境可以全部或部分採用實時數學模型來模擬。發動機ECU向發動機的多個執行器輸出控制信號。在ECU的執行器信號輸出引腳發生常見故障(如信號線端開、信號線對電源短接、信號線對地短接)時，ECU必須根據控制策略，做出及時、合理的響應，保證行車的安全。發動機硬體在環仿真測試必須包含執行器信號故障模擬環節，以測試ECU驅動級故障診斷以及解決故障的能力。
發明內容
針對上述技術問題，本發明提供一種用於發動機HILS系統的ECU執行器控制信號
故障注入裝置。為了解決上述技術問題，本發明的技術方案如下；一種用於發動機HILS系統的E⑶執行器控制信號故障注入裝置，包括上位機、執行器控制信號輸入埠、執行器控制信號輸出埠、小型繼電器模塊、單片機最小系統模塊、RS485通信模塊，所述的執行器控制信號輸出埠連接所述小型繼電器模塊，所述小型繼電器模塊連接執行器控制信號輸入埠，所述的單片機最小系統模塊與所述的小型繼電器模塊連接，所述的RS485通信模塊與所述的單片機最小系統模塊連接，另一端與所述上位機連接，所述上位機通過所述RS485模塊的電平轉換電路向所述單片機最小系統模塊發送自定義的報文，所述單片機最小系統模塊完成報文接收、校驗、應答後，根據報文中的故障碼向小型繼電器模塊輸出控制信號實現所需要的狀態。進一步的，所述狀態包括正常狀態所述的執行器控制信號輸入埠與所述的執行器控制信號輸出埠連接;故障I :所述的執行器控制信號輸入埠與所述的執行器控制信號輸出埠斷開；故障2 :所述的執行器控制信號輸入埠與12V電源連接且與所述的執行器控制信號輸出埠斷開；故障3 :所述的執行器控制信號輸入埠與地信號連接且與所述的執行器控制信號輸出埠斷開。進一步的，所述小型繼電器模塊包括三個繼電器、繼電器驅動晶片、穩壓二極體、 貼片電容和自恢復保險絲，發動機ECU連接執行器信號輸入埠，串聯自恢復保險絲Fl後連接繼電器Rl和繼電器R2的信號輸入端，繼電器Rl的第一輸出端連接執行器信號輸入端，繼電器R2的第一輸出端為故障I連接端，繼電器R2的第二輸出端連接繼電器R3的信號輸入端，繼電器R3的第一輸出端與第二輸出端分別作為故障2、故障3的連接端,所述繼電器R1、繼電器R2和繼電器R3的信號輸入端下拉貼片電容C1、C2、C3接地，上拉穩壓二極體D1、D2、D3接12V電源，所述單片機最小系統模塊與小型繼電器模塊之間設有繼電器驅動晶片，所述單片機最小系統模塊I/O引腳連接繼電器驅動晶片，繼電器驅動晶片輸出引腳連接所述繼電器R1、繼電器R2和繼電器R3的信號輸入端。進一步的，所述上位機可控制多個所述裝置，在每個裝置內部，所述單片機最小系統模塊包含一個唯一的ID號作為每個裝置的ID號，每個裝置中的所述單片機最小系統模塊只有在接受到由上位機發送的含有本裝置ID號、校驗、應答正確的報文後，才向報文所指明的小型斷路器模塊輸出控制信號。進一步的，本裝置定義的報文格式由四個字節組成， 字節I表示每個裝置的ID號；字節2表示每個裝置中執行器控制信號輸入埠的編號；字節3的故障碼表示四種狀態，用固定不變的字符表示；字節4是採用累加求和校驗後的值， 其值是前三個字節的累加和，每個裝置的校驗結果都會發送至上位機。本發明的有益效果在於該裝置能對發動機ECU進行常見的故障注入，同時具備電流過大時的保護功能，安全性高且模擬多種執行器控制信號的故障，處理的信號數多，保護性好，採用RS485總線通信，自定義了報文格式，實現多裝置、ECU執行器控制信號故障的注入功能。
圖I為本發明裝置的結構框圖；圖2為本發明裝置中小型繼電器模塊的電路原理圖；圖3為本發明裝置的通信方式示意圖；圖4為本發明裝置定義的報文格式。
具體實施例方式下面將結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的說明。如圖I所示，虛線框中的結構為本發明裝置的結構簡圖，一種用於發動機HILS系統的ECU執行器控制信號故障注入裝置，包括執行器控制信號輸入埠、執行器控制信號輸出埠、小型繼電器模塊、單片機最小系統模塊、RS485通信模塊，所述的執行器控制信號輸入埠連接小型繼電器模塊，小型繼電器模塊連接執行器控制信號輸出埠，所述的單片機最小系統模塊輸出控制信號至所述的小型繼電器模塊實現所述的執行器控制信號輸入埠與所述的執行器控制信號輸出埠的四種狀態所述的執行器控制信號輸入埠與所述的執行器控制信號輸出埠連接、所述的執行器控制信號輸入埠與所述的執行器控制信號輸出埠斷開、所述的執行器控制信號輸入埠與12V電源連接且與所述的執行器控制信號輸出埠斷開、所述的執行器控制信號輸入埠與地信號連接且與所述的執行器控制信號輸出埠斷開，所述的RS485通信模塊連接所述的單片機最小系統模塊。 進一步的，本發明裝置包含執行器控制信號輸入埠、執行器控制信號輸出埠、 小型繼電器模塊、單片機最小系統模塊、RS485通信模塊。執行器信號輸入埠連接E⑶輸出引腳。執行器信號輸入埠的數量取決於系統需求和單片機最小系統模塊的I/O引腳數目。每一路執行器信號輸入埠連接一個小型繼電器模塊。小型繼電器模塊根據單片機最小系統模塊輸出的控制信號，使執行器信號輸入埠呈現四種不同的狀態正常狀態、斷開狀態、電源短接狀態、地短接狀態。後三種狀態為故障注入狀態(故障1，故障2，故障3)。 其中，正常狀態下執行器信號輸入埠與執行器信號輸出埠保持連接，即沒有故障的注 A ；故障I情況下執行器信號輸入埠與執行器信號輸出埠斷開；故障2情況下執行器信號輸入埠與12V電源短接且與執行器信號輸出埠斷開；故障3情況下執行器信號輸入埠與地短接且與執行器信號輸出埠斷開。執行器信號輸出埠與發動機執行器連接並將來自ECU的控制信號輸向發動機執行器。單片機最小系統模塊包括飛思卡爾16位微控制器MC9S12DP512、晶振、發光二極體、BDM調試電路。可以從本發明裝置上自由拆卸，上位機軟體與單片機最小系統模塊通過 RS485通信模塊實現點對多的通信，上位機向單片機最小系統發送上述四種狀態所對應的指令，單片機最小系統模塊成功接收指令後向上位機發送校驗結果，若校驗正確，單片機最小系統模塊根據接收到的指令向小型繼電器模塊輸出相應的控制信號。小型繼電器模塊包含三個繼電器、繼電器驅動晶片、穩壓二極體、貼片電容和自恢復保險絲。如圖2所示，小型繼電器模塊的主要電路原理圖。發動機ECU連接執行器信號輸入埠，串聯自恢復保險絲Fl後連接繼電器Rl和繼電器R2的信號輸入端，繼電器Rl的輸出埠 I (引腳4)連接執行器信號輸入埠。繼電器R2的輸出埠 1(引腳4)為故障 I連接端。繼電器R2的輸出端2 (引腳I)連接繼電器R3的信號輸入端，繼電器R3的輸出端1(引腳4)與輸出端2 (引腳I)分別作為故障2、故障3的連接端。三個繼電器控制信號輸入端C0NTR0L1、C0NTR0L2、C0NTR0L3的不同電平組合使發動機ECU分別連接到OUTPUT、 FAULT1、FAULT2、FAULT3這四種連接段，從而實現正常連接狀態和3種故障注入狀態。所述繼電器Rl、繼電器R2和繼電器R3的信號輸入端C0NTR0L1、C0NTR0L2、C0NTR0L3端分別下拉貼片電容C1、C2、C3接地，分別上拉穩壓二極體D1、D2、D3穩壓二極體接12V電源。單片機最小系統模塊與小型繼電器之間必須有繼電器驅動晶片，因此單片機最小系統模塊I/O引腳連接繼電器驅動晶片，繼電器驅動晶片輸出引腳連接CONTROL I、C0NTR0L2、C0NTR0L3端。如圖3所示，本發明裝置的通信方式圖。上位機與本裝置通過RS485總線連接，本裝置的RS485通信模塊實現了這種點對多的通信方式。每個本發明裝置的單片機最小系統模塊都包含一個唯一的ID號作為裝置的ID號。每個裝置只有在接受到由上位機發送的、 含有本裝置ID號、校驗正確的報文後，才向小型繼電器模塊輸出控制信號。圖4為本裝置定義的正確的報文格式。由四個字節組成，字節I表示ID號，每個裝置的ID號不同，字節2表示每個裝置中執行器控制信號輸入埠的編號，字節3的故障碼表示四種狀態(正常、故障I、故障2、故障3)，校驗採用累加求和校驗的方法，因此字節4 的值是前三個字節的累加和。每個裝置的校驗結果都會發送至上位機。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明保護範圍內。
權利要求
1.一種用於發動機HILS系統的E⑶執行器控制信號故障注入裝置，其特徵在於，包括上位機、執行器控制信號輸入埠、執行器控制信號輸出埠、小型繼電器模塊、單片機最小系統模塊、RS485通信模塊，所述的執行器控制信號輸出埠連接所述小型繼電器模塊， 所述小型繼電器模塊連接執行器控制信號輸入埠，所述的單片機最小系統模塊與所述的小型繼電器模塊連接，所述的RS485通信模塊與所述的單片機最小系統模塊連接，另一端與所述上位機連接，所述上位機通過所述RS485模塊的電平轉換電路向所述單片機最小系統模塊發送自定義的報文，所述單片機最小系統模塊完成報文接收、校驗、應答後，根據報文中的故障碼向小型繼電器模塊輸出控制信號實現所需要的狀態。
2.根據權利要求I所述的一種用於發動機HILS系統的ECU執行器控制信號故障注入裝置，其特徵在於，所述狀態包括正常狀態所述的執行器控制信號輸入埠與所述的執行器控制信號輸出埠連接；故障I :所述的執行器控制信號輸入埠與所述的執行器控制信號輸出埠斷開；故障2 :所述的執行器控制信號輸入埠與12V電源連接且與所述的執行器控制信號輸出埠斷開；故障3 :所述的執行器控制信號輸入埠與地信號連接且與所述的執行器控制信號輸出埠斷開。
3.根據權利要求2所述的一種用於發動機HILS系統的ECU執行器控制信號故障注入裝置，其特徵在於，所述小型繼電器模塊包括三個繼電器、繼電器驅動晶片、穩壓二極體、貼片電容和自恢復保險絲，發動機ECU連接執行器信號輸入埠，串聯自恢復保險絲Fl後連接繼電器Rl和繼電器R2的信號輸入端，繼電器Rl的第一輸出端連接執行器信號輸入端， 繼電器R2的第一輸出端為故障I連接端，繼電器R2的第二輸出端連接繼電器R3的信號輸入端，繼電器R3的第一輸出端與第二輸出端分別作為故障2、故障3的連接端，所述繼電器 Rl、繼電器R2和繼電器R3的信號輸入端下拉貼片電容Cl、C2、C3接地，上拉穩壓二極體Dl、 D2、D3接12V電源，所述單片機最小系統模塊與小型繼電器模塊之間設有繼電器驅動晶片， 所述單片機最小系統模塊I/O引腳連接繼電器驅動晶片，繼電器驅動晶片輸出引腳連接所述繼電器R1、繼電器R2和繼電器R3的信號輸入端。
4.根據權利要求I 3任意一項一種用於發動機HILS系統的ECU執行器控制信號故障注入裝置，其特徵在於，所述上位機可控制多個所述裝置，在每個裝置內部，所述單片機最小系統模塊包含一個唯一的ID號作為每個裝置的ID號，每個裝置中的所述單片機最小系統模塊只有在接受到由上位機發送的含有本裝置ID號、校驗、應答正確的報文後，才向報文所指明的小型斷路器模塊輸出控制信號。
5.根據權利要求4所述的一種用於發動機HILS系統的ECU執行器控制信號故障注入裝置，其特徵在於，本裝置定義的報文格式由四個字節組成，字節I表示每個裝置的ID號； 字節2表示每個裝置中執行器控制信號輸入埠的編號；字節3的故障碼表示四種狀態，用固定不變的字符表示；字節4是採用累加求和校驗後的值，其值是前三個字節的累加和，每個裝置的校驗結果都會發送至上位機。
全文摘要
本發明公開了一種用於發動機HILS系統的ECU執行器控制信號故障注入裝置，包括上位機、執行器控制信號輸入埠、執行器控制信號輸出埠、小型繼電器模塊、單片機最小系統模塊、RS485通信模塊，執行器控制信號輸出埠連接小型繼電器模塊，小型繼電器模塊連接執行器控制信號輸入埠，單片機最小系統模塊與所述的小型繼電器模塊連接，RS485通信模塊與單片機最小系統模塊連接，另一端與所述上位機連接，上位機通過RS485模塊的電平轉換電路向所述單片機最小系統模塊發送自定義的報文，單片機最小系統模塊完成報文接收校驗應答後，根據報文中的故障碼向小型繼電器模塊輸出控制信號實現所需要的狀態，該裝置對發動機ECU進行常見的故障注入，並具備過流保護功能。
文檔編號G05B23/02GK102608990SQ201210038408
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月20日 優先權日2012年2月20日
發明者馮元, 吳朝暉, 吳鋒, 姚棟偉, 姜旭鋒, 張永光, 楊國青, 袁浦豪, 謝煌 申請人:浙江大學