專利名稱：一種用于發(fā)動機hils系統(tǒng)的ecu執(zhí)行器控制信號故障注入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子產(chǎn)品測試技術(shù)，尤其涉及一種用于發(fā)動機硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的 E⑶執(zhí)行器控制信號故障注入裝置。
背景技術(shù)：
目前，汽車電子系統(tǒng)開發(fā)的主流方法是基于模型的現(xiàn)代開發(fā)流程——V模式開發(fā)流程，該流程保證開發(fā)人員在開發(fā)過程中的每一步都可以得到及時驗證。在產(chǎn)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(xiàn)現(xiàn)實復(fù)雜情況，并且實現(xiàn)成本高，開發(fā)周期長。為解決這一難題，V模式中提出采用硬件在環(huán)仿真(Hardware In-the-Loop Simulation,HILS)的開發(fā)方法即為了測試ECU性能，在進行整體系統(tǒng)的仿真測試時，控制器采用真實的ECU，被控對象和系統(tǒng)運行環(huán)境可以全部或部分采用實時數(shù)學(xué)模型來模擬。發(fā)動機ECU向發(fā)動機的多個執(zhí)行器輸出控制信號。在ECU的執(zhí)行器信號輸出引腳發(fā)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(jù)控制策略，做出及時、合理的響應(yīng)，保證行車的安全。發(fā)動機硬件在環(huán)仿真測試必須包含執(zhí)行器信號故障模擬環(huán)節(jié)，以測試ECU驅(qū)動級故障診斷以及解決故障的能力。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于發(fā)動機HILS系統(tǒng)的ECU執(zhí)行器控制信號
故障注入裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下；一種用于發(fā)動機HILS系統(tǒng)的E⑶執(zhí)行器控制信號故障注入裝置，包括上位機、執(zhí)行器控制信號輸入端口、執(zhí)行器控制信號輸出端口、小型繼電器模塊、單片機最小系統(tǒng)模塊、RS485通信模塊，所述的執(zhí)行器控制信號輸出端口連接所述小型繼電器模塊，所述小型繼電器模塊連接執(zhí)行器控制信號輸入端口，所述的單片機最小系統(tǒng)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(tǒng)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(zhuǎn)換電路向所述單片機最小系統(tǒng)模塊發(fā)送自定義的報文，所述單片機最小系統(tǒng)模塊完成報文接收、校驗、應(yīng)答后，根據(jù)報文中的故障碼向小型繼電器模塊輸出控制信號實現(xiàn)所需要的狀態(tài)。進一步的，所述狀態(tài)包括正常狀態(tài)所述的執(zhí)行器控制信號輸入端口與所述的執(zhí)行器控制信號輸出端口連接;故障I :所述的執(zhí)行器控制信號輸入端口與所述的執(zhí)行器控制信號輸出端口斷開；故障2 :所述的執(zhí)行器控制信號輸入端口與12V電源連接且與所述的執(zhí)行器控制信號輸出端口斷開；故障3 :所述的執(zhí)行器控制信號輸入端口與地信號連接且與所述的執(zhí)行器控制信號輸出端口斷開。進一步的，所述小型繼電器模塊包括三個繼電器、繼電器驅(qū)動芯片、穩(wěn)壓二極管、 貼片電容和自恢復(fù)保險絲，發(fā)動機ECU連接執(zhí)行器信號輸入端口，串聯(lián)自恢復(fù)保險絲Fl后連接繼電器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(zhí)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(wěn)壓二極管D1、D2、D3接12V電源，所述單片機最小系統(tǒng)模塊與小型繼電器模塊之間設(shè)有繼電器驅(qū)動芯片，所述單片機最小系統(tǒng)模塊I/O引腳連接繼電器驅(qū)動芯片，繼電器驅(qū)動芯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(nèi)部，所述單片機最小系統(tǒng)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(tǒng)模塊只有在接受到由上位機發(fā)送的含有本裝置ID號、校驗、應(yīng)答正確的報文后，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(jié)組成， 字節(jié)I表示每個裝置的ID號；字節(jié)2表示每個裝置中執(zhí)行器控制信號輸入端口的編號；字節(jié)3的故障碼表示四種狀態(tài)，用固定不變的字符表示；字節(jié)4是采用累加求和校驗后的值， 其值是前三個字節(jié)的累加和，每個裝置的校驗結(jié)果都會發(fā)送至上位機。本發(fā)明的有益效果在于該裝置能對發(fā)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(zhí)行器控制信號的故障，處理的信號數(shù)多，保護性好，采用RS485總線通信，自定義了報文格式，實現(xiàn)多裝置、ECU執(zhí)行器控制信號故障的注入功能。


圖I為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明裝置中小型繼電器模塊的電路原理圖；圖3為本發(fā)明裝置的通信方式示意圖；圖4為本發(fā)明裝置定義的報文格式。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明。如圖I所示，虛線框中的結(jié)構(gòu)為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)簡圖，一種用于發(fā)動機HILS系統(tǒng)的ECU執(zhí)行器控制信號故障注入裝置，包括執(zhí)行器控制信號輸入端口、執(zhí)行器控制信號輸出端口、小型繼電器模塊、單片機最小系統(tǒng)模塊、RS485通信模塊，所述的執(zhí)行器控制信號輸入端口連接小型繼電器模塊，小型繼電器模塊連接執(zhí)行器控制信號輸出端口，所述的單片機最小系統(tǒng)模塊輸出控制信號至所述的小型繼電器模塊實現(xiàn)所述的執(zhí)行器控制信號輸入端口與所述的執(zhí)行器控制信號輸出端口的四種狀態(tài)所述的執(zhí)行器控制信號輸入端口與所述的執(zhí)行器控制信號輸出端口連接、所述的執(zhí)行器控制信號輸入端口與所述的執(zhí)行器控制信號輸出端口斷開、所述的執(zhí)行器控制信號輸入端口與12V電源連接且與所述的執(zhí)行器控制信號輸出端口斷開、所述的執(zhí)行器控制信號輸入端口與地信號連接且與所述的執(zhí)行器控制信號輸出端口斷開，所述的RS485通信模塊連接所述的單片機最小系統(tǒng)模塊。 進一步的，本發(fā)明裝置包含執(zhí)行器控制信號輸入端口、執(zhí)行器控制信號輸出端口、 小型繼電器模塊、單片機最小系統(tǒng)模塊、RS485通信模塊。執(zhí)行器信號輸入端口連接E⑶輸出引腳。執(zhí)行器信號輸入端口的數(shù)量取決于系統(tǒng)需求和單片機最小系統(tǒng)模塊的I/O引腳數(shù)目。每一路執(zhí)行器信號輸入端口連接一個小型繼電器模塊。小型繼電器模塊根據(jù)單片機最小系統(tǒng)模塊輸出的控制信號，使執(zhí)行器信號輸入端口呈現(xiàn)四種不同的狀態(tài)正常狀態(tài)、斷開狀態(tài)、電源短接狀態(tài)、地短接狀態(tài)。后三種狀態(tài)為故障注入狀態(tài)(故障1，故障2，故障3)。 其中，正常狀態(tài)下執(zhí)行器信號輸入端口與執(zhí)行器信號輸出端口保持連接，即沒有故障的注 A ；故障I情況下執(zhí)行器信號輸入端口與執(zhí)行器信號輸出端口斷開；故障2情況下執(zhí)行器信號輸入端口與12V電源短接且與執(zhí)行器信號輸出端口斷開；故障3情況下執(zhí)行器信號輸入端口與地短接且與執(zhí)行器信號輸出端口斷開。執(zhí)行器信號輸出端口與發(fā)動機執(zhí)行器連接并將來自ECU的控制信號輸向發(fā)動機執(zhí)行器。單片機最小系統(tǒng)模塊包括飛思卡爾16位微控制器MC9S12DP512、晶振、發(fā)光二極管、BDM調(diào)試電路?？梢詮谋景l(fā)明裝置上自由拆卸，上位機軟件與單片機最小系統(tǒng)模塊通過 RS485通信模塊實現(xiàn)點對多的通信，上位機向單片機最小系統(tǒng)發(fā)送上述四種狀態(tài)所對應(yīng)的指令，單片機最小系統(tǒng)模塊成功接收指令后向上位機發(fā)送校驗結(jié)果，若校驗正確，單片機最小系統(tǒng)模塊根據(jù)接收到的指令向小型繼電器模塊輸出相應(yīng)的控制信號。小型繼電器模塊包含三個繼電器、繼電器驅(qū)動芯片、穩(wěn)壓二極管、貼片電容和自恢復(fù)保險絲。如圖2所示，小型繼電器模塊的主要電路原理圖。發(fā)動機ECU連接執(zhí)行器信號輸入端口，串聯(lián)自恢復(fù)保險絲Fl后連接繼電器Rl和繼電器R2的信號輸入端，繼電器Rl的輸出端口 I (引腳4)連接執(zhí)行器信號輸入端口。繼電器R2的輸出端口 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(fā)動機ECU分別連接到OUTPUT、 FAULT1、FAULT2、FAULT3這四種連接段，從而實現(xiàn)正常連接狀態(tài)和3種故障注入狀態(tài)。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(wěn)壓二極管D1、D2、D3穩(wěn)壓二極管接12V電源。單片機最小系統(tǒng)模塊與小型繼電器之間必須有繼電器驅(qū)動芯片，因此單片機最小系統(tǒng)模塊I/O引腳連接繼電器驅(qū)動芯片，繼電器驅(qū)動芯片輸出引腳連接CONTROL I、C0NTR0L2、C0NTR0L3端。如圖3所示，本發(fā)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(xiàn)了這種點對多的通信方式。每個本發(fā)明裝置的單片機最小系統(tǒng)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(fā)送的、 含有本裝置ID號、校驗正確的報文后，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(jié)組成，字節(jié)I表示ID號，每個裝置的ID號不同，字節(jié)2表示每個裝置中執(zhí)行器控制信號輸入端口的編號，字節(jié)3的故障碼表示四種狀態(tài)(正常、故障I、故障2、故障3)，校驗采用累加求和校驗的方法，因此字節(jié)4 的值是前三個字節(jié)的累加和。每個裝置的校驗結(jié)果都會發(fā)送至上位機。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)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(yīng)視為本發(fā)明保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)動機HILS系統(tǒng)的E⑶執(zhí)行器控制信號故障注入裝置，其特征在于，包括上位機、執(zhí)行器控制信號輸入端口、執(zhí)行器控制信號輸出端口、小型繼電器模塊、單片機最小系統(tǒng)模塊、RS485通信模塊，所述的執(zhí)行器控制信號輸出端口連接所述小型繼電器模塊， 所述小型繼電器模塊連接執(zhí)行器控制信號輸入端口，所述的單片機最小系統(tǒng)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(tǒng)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(zhuǎn)換電路向所述單片機最小系統(tǒng)模塊發(fā)送自定義的報文，所述單片機最小系統(tǒng)模塊完成報文接收、校驗、應(yīng)答后，根據(jù)報文中的故障碼向小型繼電器模塊輸出控制信號實現(xiàn)所需要的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于發(fā)動機HILS系統(tǒng)的ECU執(zhí)行器控制信號故障注入裝置，其特征在于，所述狀態(tài)包括正常狀態(tài)所述的執(zhí)行器控制信號輸入端口與所述的執(zhí)行器控制信號輸出端口連接；故障I :所述的執(zhí)行器控制信號輸入端口與所述的執(zhí)行器控制信號輸出端口斷開；故障2 :所述的執(zhí)行器控制信號輸入端口與12V電源連接且與所述的執(zhí)行器控制信號輸出端口斷開；故障3 :所述的執(zhí)行器控制信號輸入端口與地信號連接且與所述的執(zhí)行器控制信號輸出端口斷開。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于發(fā)動機HILS系統(tǒng)的ECU執(zhí)行器控制信號故障注入裝置，其特征在于，所述小型繼電器模塊包括三個繼電器、繼電器驅(qū)動芯片、穩(wěn)壓二極管、貼片電容和自恢復(fù)保險絲，發(fā)動機ECU連接執(zhí)行器信號輸入端口，串聯(lián)自恢復(fù)保險絲Fl后連接繼電器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(zhí)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(wěn)壓二極管Dl、 D2、D3接12V電源，所述單片機最小系統(tǒng)模塊與小型繼電器模塊之間設(shè)有繼電器驅(qū)動芯片， 所述單片機最小系統(tǒng)模塊I/O引腳連接繼電器驅(qū)動芯片，繼電器驅(qū)動芯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(jù)權(quán)利要求I 3任意一項一種用于發(fā)動機HILS系統(tǒng)的ECU執(zhí)行器控制信號故障注入裝置，其特征在于，所述上位機可控制多個所述裝置，在每個裝置內(nèi)部，所述單片機最小系統(tǒng)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(tǒng)模塊只有在接受到由上位機發(fā)送的含有本裝置ID號、校驗、應(yīng)答正確的報文后，才向報文所指明的小型斷路器模塊輸出控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于發(fā)動機HILS系統(tǒng)的ECU執(zhí)行器控制信號故障注入裝置，其特征在于，本裝置定義的報文格式由四個字節(jié)組成，字節(jié)I表示每個裝置的ID號； 字節(jié)2表示每個裝置中執(zhí)行器控制信號輸入端口的編號；字節(jié)3的故障碼表示四種狀態(tài)，用固定不變的字符表示；字節(jié)4是采用累加求和校驗后的值，其值是前三個字節(jié)的累加和，每個裝置的校驗結(jié)果都會發(fā)送至上位機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于發(fā)動機HILS系統(tǒng)的ECU執(zhí)行器控制信號故障注入裝置，包括上位機、執(zhí)行器控制信號輸入端口、執(zhí)行器控制信號輸出端口、小型繼電器模塊、單片機最小系統(tǒng)模塊、RS485通信模塊，執(zhí)行器控制信號輸出端口連接小型繼電器模塊，小型繼電器模塊連接執(zhí)行器控制信號輸入端口，單片機最小系統(tǒng)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(tǒng)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(zhuǎn)換電路向所述單片機最小系統(tǒng)模塊發(fā)送自定義的報文，單片機最小系統(tǒng)模塊完成報文接收校驗應(yīng)答后，根據(jù)報文中的故障碼向小型繼電器模塊輸出控制信號實現(xiàn)所需要的狀態(tài)，該裝置對發(fā)動機ECU進行常見的故障注入，并具備過流保護功能。
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(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)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(xué)