CN101718990B - 一种发动机电控单元ecu模拟检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发动机电控单元ECU模拟检测装置及检测方法，包括主控芯片单元、电源模块、BDM单元、ECU电源控制单元、ECU电压测试单元、过电流保护单元、传感器模拟量产生单元、开/关量数字信号产生单元、ECU输出电感性执行部件模拟负载及保护单元、ECU输出电阻性模拟负载单元、通讯单元、信号线束，各单元与主控芯片连接，由电源模块供电，采用模拟ECU所连接的外部信号和驱动对ECU共性的输入/输出接口进行检测的方法，基于ECU工作特性，适用于多种ECU大规模生产的模拟功能检测，具有结构简单，成本低，移动方便，测试便利等优点。

Description

一种发动机电控单元ECU模拟检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及发动机电控领域，一种对发动机电控单元ECU进行功能检验的模拟检测装置及检测方法。

背景技术

汽车发动机电控单元是一个复杂的车载电脑控制器。目前对电控单元ECU的检测主要通过发动机台架和模拟检验装置等方式进行。台架检测将电控单元置于实际的发动机台架上，电控单元的所有输入输出都直接与发动机的相关部件相连接，所有的数据都是实采实测的数据，能够完整的测试ECU的性能。但是对于大规模ECU的生产，台架检测显然既不经济又不方便。因此设计一种能够模拟发动机台架全部功能，可在ECU生产线上对其功能进行检测的装置是非常必要的。国内外ECU生产企业已设计出类似的装置，各种装置性能各有千秋，其适用性通常针对特定的ECU。本发明基于ECU工作特性，提出一种采用模拟ECU所连接的外部信号和驱动对ECU共性的输入/输出接口进行检测的方法，并设计出特定的ECU模拟功能检测装置。

发明内容

为了克服台架检测既不经济又不方便的缺点，适应大规模ECU的生产测试，本发明设计一种发动机电控单元ECU检测装置及检测方法。

为达到上述目的，一方面本发明的技术方案提供一种发动机电控单元ECU检测装置，包括主控芯片单元(101)，BDM(Background Debug Mode背景调试模式)单元(102)，电源模块(103)，ECU电源控制单元(104)，ECU电压测试单元(105)，过电流保护单元(106)，传感器模拟量产生单元(112)，开/关量数字信号单元(111)，ECU输出电感性执行部件模拟负载及保护单元(110)，ECU输出电阻性模拟负载单元(109)，通讯单元(107)，信号线束(108)，所有单元分布在同一块检测主板上。

其中所述主控芯片单元(101)，包括：

主控芯片，与各单元连接，用于产生所需控制信号；

复位电路，与所述主控芯片连接，用于产生复位信号；

时钟电路，与所述主控芯片连接，用于产生时钟信号。

其中所述BDM单元(102)，包括：

BDM1电路，与主控芯片连接，用于对主控芯片进行程序的烧写及调试；

BDM2电路，通过信号线束与ECU连接，用于对ECU进行程序的烧写及调试，方便联合调试。

其中所述电源模块(103)，与主控芯片和各测试单元连接，用于给主控芯片和各测试单元提供电源。

其中所述ECU电源控制单元(104)，包括：

控制电路，与主控芯片连接，由主控芯片产生控制命令；与继电器连接，用于控制继电器的开和关。

开关电路，与控制电路连接，由控制电路来控制继电器的开关；通过信号线束与ECU连接，用于向ECU提供电池电压。

显示电路，与开关电路连接，用于显示各继电器的工作状态。

其中所述ECU电压测试单元(105)，包括：

高位电压测试单元，通过信号线束与ECU连接，用于把ECU的高位电压信号引至检测装置，与所述主控芯片连接，用于采集高位电压信号，并把采集结果发送给诊断平台；

中位电压测试单元，通过信号线束与ECU连接，用于把ECU的高位电压信号引至检测装置，与所述主控芯片连接，用于采集中位电压信号，并把采集结果发送给诊断平台；

5V电压测试单元，通过信号线束与ECU连接，用于把ECU的高位电压信号引至检测装置，与所述主控芯片连接，用于采集高位电压信号，并把采集结果发送给诊断平台；

12V电压测试单元，通过信号线束与ECU连接，用于把ECU的高位电压信号引至检测装置，与所述主控芯片连接，用于采集12V电压信号，并把采集结果发送给诊断平台。

其中所述过电流保护单元(106)，包括：

采样电路，把总电流的部分电流转换为采样电阻上对应的压降；

放大电路，与采样电路连接，用于把所述压降进行10倍放大；

比较电路，与放大电路连接，用于把放大后的电压与标准电压进行比较；

保护电路，与所述主控芯片连接，用于产生保护信号通知主控芯片切断ECU电源。

其中所述传感器模拟量产生单元(112)，包括：

数模转换单元，主要由数模转换芯片组成，与所述主控芯片单元连接，用于产生ECU所需的测试电压；与数字控制开关连接，用于把产生的ECU所需模拟电压送往各个通道。

通道选择单元，主要由数字控制模拟开关组成，通过信号线束与ECU连接，用于把产生的ECU所需模拟电压传送给ECU。

其中所述开/关量数字信号产生单元(111)，包括：

控制电路，与所述主控芯片连接，用于产生所需要的测试状态，三态、高电平和低电平三种状态，与同相三态缓冲器连接，用于产生ECU所需的电压信号送往三态缓冲器各通道。

同相三态缓冲器，通过信号线束与ECU连接，用于把电平的状态输送给ECU开关量部分。

其中所述ECU输出电感性执行部分模拟负载及保护单元(110)，包括：

比较保护电路，与放大电路连接，用于将采集放大后的电压与标准电压进行比较，与所述主控芯片连接，用于把比较结果输入给主控芯片。

放大电路，与比较保护电路连接，用于将放大后的电压信号输入给比较保护电路，与采集电路连接，用于将采集后的电压信号进行放大。

采集电路，与放大电路连接，用于将采集后的电压信号输入到放大电路，与模拟负载电路连接，用于将电流信号转换为电压信号。

模拟负载电路，由感性负载和功率电阻混联组成，与电控单元ECU连接，用于模拟各种负载，如燃油喷射电磁阀，点火线圈等。

其中所述ECU输出电阻性模拟负载单元(109)，包括：

控制电路，与所述主控芯片连接，用于控制开关的打开与闭合，与电阻性模拟负载连接，用于控制产生测试环境；

电阻性模拟负载，通过信号线束与ECU连接，用于提供所需要的电流。

其中所述通讯单元(107)，包括：

K线通讯单元，与所述主控芯片和电控单元连接，用于检测装置通过信号线束与ECU进行通讯测试；

CAN0通讯单元，与所述主控芯片和电控单元ECU连接，用于检测装置与ECU之间进行通讯；

CAN1通讯单元，与所述主控芯片和诊断平台连接，用于检测装置与诊断平台交换测试数据。

其中所述信号线束(108)，与检测装置各测试单元和ECU连接，用于在检测装置和ECU之间传送信号。

另一方面本发明的技术方案提供一种发动机电控单元ECU模拟检测方法，其特征在于，包括以下步骤：检测装置CAN1通讯单元接收诊断平台发送给CAN通讯模块的测试命令(S1)，解读测试命令(S2)，判断是否是握手命令(S3)，若是则接通ECU电源并把握手命令中转给电控单元ECU(S31)，否则判断是否为测试结束命令(S322)，若是则关闭ECU电源，测试结束(S321)，否则判断是否由检测装置直接测试(S322)，若是则由检测装置直接进行测试，并存储测试结果(S3221)，否则由检测装置产生测试环境(S3222)并中转测试命令给CAN0通讯单元，同时检测装置也进行同步测试(S4)，由CAN0(Controller Area Network)通讯单元发送测试命令给ECU，并接收ECU测试结果(S5)，把测试结果与ECU的测试结果整合在一帧CAN数据中(S6)，存储测试结果(S7)，发送整合后的测试结果给CAN1通讯单元(S8)，CAN1通讯单元通过CAN通讯模块(3)把测试结果发送给诊断平台。

在整个流程中，主控芯片实时监控PE0输入脚是否为低电平，若为低电平，则立即切断ECU的电源，以此保护ECU相关电路。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

1，电控单元；2，诊断平台

101，主控芯片单元；102，BDM单元；103，电源模块；104，ECU电源控制单元；105，ECU电压测试单元；106，过电流保护单元；107，通讯单元；108，，信号线束；109，ECU输出电阻性模拟负载单元；110，ECU输出电感性执行部件模拟负载及保护单元；111，开/关量数字信号单元；112，传感器模拟量产生单元

图2是本发明的方法流程图；

3，CAN通讯模块

图3是本发明实施例的一种电控单元的模拟检测装置的ECU电源控制单元电路图；

图4是本发明实施例的一种电控单元的模拟检测装置的ECU电压测试单元电路图；

图5是本发明实施例的一种电控单元的模拟检测装置的传感器模拟量产生单元电路图；

图6是本发明实施例的一种电控单元的模拟检测装置的开/关量数字信号产生单元电路图；

图7是本发明实施例的一种电控单元的模拟检测装置的电感性执行部件模拟负载及保护单元电路图；

图8是本发明实施例的一种电控单元的模拟检测装置的ECU输出电阻性模拟负载单元电路图；

图9是本发明实施例的一种电控单元的模拟检测装置的通讯接口单元电路图；

图10是本发明实施例的一种电控单元的过电流保护电路图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

由图1可知，电控单元检测装置包括主控芯片单元(101)、电源模块(103)、BDM单元(102)、ECU电源控制单元(104)、ECU电压测试单元(105)、过电流保护单元(106)、传感器模拟量产生单元(112)、开/关量数字信号产生单元(111)、ECU输出电感性执行部件模拟负载及保护单元(110)、ECU输出电阻性模拟负载单元(109)、通讯单元(107)和信号线束(108)。其中电源模块(103)给主控芯片和各测试单元提供电源；主控芯片与各测试单元连接，用于产生对各测试单元的控制信号。另外通讯单元(107)中的CAN1通讯单元通过CAN总线、CAN通讯模块、USB转接线与诊断平台(2)连接，用于与诊断平台交换测试数据；其CAN0通讯单元通过CAN总线与电控单元连接，用于与电控单元(1)进行通讯；其K线通讯单元通过K总线与电控单元ECU连接，用于测试电控单元的K线通讯。同时，检测装置通过信号线束与电控单元ECU连接。

本实施方式中主控芯片采用MC9S12DP256，MC9S12DP256包括256K bytes的FLASH EEPROM，12K bytes的RAM，4K bytes字节的EEPROM，2个8通道10位模数转换器，一个8通道pwm(Pulse-Width Modulator)调节器，5个可利用的CAN通讯模块，复位电路采用简单的上电复位电路，BDM电路可以方便在线调试烧写程序。

图3是ECU电源控制单元，主要由三级控制电路组成，每一级控制电路又分别由控制电路和开关电路组成，用于控制继电器的吸合与断开。第一级控制电路用于控制继电器K1，控制引脚与主控芯片的PK4端口连接，当PK4引脚电平为高电平时，继电器K1吸合，使电池电源电压送至VBAT_PROTECTED，VBAT_PROTECTED用于给ECU输出电感性执行部件模拟负载及保护单元、ECU输出电阻性模拟负载单元、第二级控制电路、第三级控制电路提供电压，发光二极管D4用于显示外电池电压的接入状态，如果电池电压接通至检测装置，则D4将被点亮；当继电器K1吸合后发光二极管D5将被点亮；第二级控制电路是IG测试电路，用来控制继电路K7的吸合与断开，控制引脚与主控芯片的PT1端口连接，当PT1端口为高电平时，IG信号通过信号线束进入ECU，并把信号反馈到第三级控制电路的控制脚RLY_ON上，这时发光二极管D12将被点亮，RLY_ON通过信号线束和ECU连接；第三级控制电路用来控制继电器K2的吸合与断开，将检测装置的电压VBAT_PROTECTED送至VRLY，信号VRLY通过信号线束与ECU连接，发光二极管D7将点亮说明ECU已通电。

图4是ECU电压测试单元，主要包括ECU的12V电压测试、5V电压测试、喷油高位电压测试，喷油中位电压测试。5V的测试主要由控制电路、模拟负载、诊断电路组成。控制引脚连接至主控芯片，模拟负载是16R/2W的电阻，当继电器吸合后可提供300mA的测试电流，诊断脚连接到主控芯片的AN08口，测试ECU的5V电源在300mA电流下的电压值。12V电源测试类似5V电源的测试，测试条件提供1A的电流。喷油高中位的测试是由简单的分压电路组成，当ECU喷油高中位打开的时候，通过分压电路可以测试出高位，中位的电压是否正常，以此判断相关电路是否正常。

图5是传感器模拟量产生单元输出电路图，对于模拟信号的产生，由主控芯片的SPI传送数据来控制DA转换芯片DAC7512N产生ECU所需电压，并在信号A，B，C的控制下将产生的模拟电压信号送入CD4051BCM的某一通道，并通过信号线束与ECU连接。

图6是开/关量数字信号单元输出电路图。它包括控制电路和同相三态缓冲器CD4503，通过主控芯片控制电路可以使CD4503产生三态、12V电压和0V电压的信号并送至ECU的开关量控制单元。

图7是ECU输出电感性执行部件模拟负载及保护单元。包括喷油低位测试和4A低位测试。下面以喷油低位测试为例说明，它由包括保护电路和模拟负载两部分组成，保护电路由NCV2902的两路比较电路和采样电阻组成，模拟负载由感性负载共轨电磁铁和2R/10W的功率电阻混联组成。一路比较器和采样电阻组成了减法电路，另一路比较器用来比较减法电路的输出与所设定的标准电压值进行比较，当模拟负载通路的电流超过30A时，减法电路的输出就会高于设定的电压值3V，PJ6脚电平就会由低电平反转为高电平，主控芯片查询到PJ6有高电平后就会切断ECU的电源来保护ECU。4A低位测试保护电流限制在4A，电流超过4A，检测装置将切断ECU的电源以保护ECU。信号D1、D2与EMV1、EMV2、EMV3、EMV4、EMV5、EMV6经信号线束与ECU连接。

图8是ECU输出电阻性模拟负载单元。主要完成对ECU所需要继电器的模拟，如电子风扇继电器、辅助冷启动继电器、排气继电器驱动等。ECU输出电阻性模拟负载单元可提供350mA、断路和短路三种情况的测试，350mA的电流是由33R/5W的电阻和12V的电源提供的。状态的选择是由控制电路和主控芯片共同来完成控制的，信号LOUT0-LOUT7通过信号线束与ECU相连接。

图9是通讯测试单元电路图，包括K线通讯测试，CAN线通讯测试。主要部件SN65HVD251芯片和SI9243EY。其中SI9243EY芯片为串口数据转K线数据的数据转换芯片；SN65HVD251芯片为CAN通讯芯片。具体控制过程如下：当SI9243EY的7脚加+12V电压，3脚加+5V电压时，芯片开始工作，此时1、4脚的串口数据即可和6脚的K线数据进行转换了，3脚K线数据需要加上拉电阻，电压+12V，电阻510R，+12V电源和+5V电源都要加滤波电容。CAN通讯包括两部分，一部分与ECU连接，与EUC连接的一片SN65HVD251的1、4脚接主控芯片MC9S12DP256，为数据传输引脚，3脚接+5V电源VCC，2脚接地DGND，6、7脚两路CAN差分信号CAN0H、CAN0L通过信号线束与电控单元ECU连接如图9所示；另一部分与诊断平台连接，用于检测装置与诊断平台交换数据，与诊断平台连接的一片SN65HVD251的6、7脚CAN1H，CAN1L两路CAN差分信号通过信号线束与诊断平台相连接如图9所示。

图10是过电流保护电路图，该电路主要由放大电路和比较电路、采样电阻、隐压管和发光二极管组成。放大电路的输出端连接到主控芯片的PE0脚，非屏蔽中断脚。当总电流经过采样电阻0.01R流入地时，采样电阻两端的电压差将输入到放大电路的输入端，经十倍放大后进入到比较电路的负极，并和基准电压3.57V进行比较，当总电流为35.7A时，采样电阻的压差为35.7*0.01＝0.357V，经放大电路放大10倍后为3.57V，与基准电压相等，当总电流大于35.7A后放大电路的输出端电平就会翻转至低电平，当主控芯片监测到PE0口为低电平时就会作出处理使主控芯片的引脚PK4置为低电平，将使继电器K1断开如图3所示，从而切断ECU的电源。

图2是本发明的方法流程图，具体步骤如下：

步骤S1：模拟检测装置的CAN1通讯单元接收诊断平台发送给CAN通讯模块的测试命令。

步骤S2：解读诊断平台的测试命令。

步骤S3：判断是否为握手命令，若是则接通ECU电源并把握手命令中转给电控单元ECU，否则判断是否为测试结束命令，若是则关闭ECU电源，测试结束，否则判断是否由检测装置直接测试，若是则由检测装置直接进行测试，并转向步骤S7，否则由检测装置产生测试环境。

步骤S4：测试命令中转给CAN0通讯单元，同时检测装置也进行同步测试。

步骤S5：CAN0通讯单元将测试命令中转给ECU，并接收存储ECU测试结果，。

步骤S6：把ECU的测试结果与检测装置的测试结果整合至一帧CAN数据中。

步骤S7：存储测试结果。

步骤S8：把测试结果送给CAN1通讯单元。

步骤S9：CAN1通讯单元通过CAN通讯模块把测试结果发送给诊断平台。

在整个流程中，主控芯片实时监控PE0输入脚是否为低电平，若为低电平，则立即切断ECU的电源，以此保护ECU相关电路。

Claims (7)

1.一种发动机电控单元ECU模拟检测装置，其特征在于，包括主控芯片单元、BDM单元、ECU电源控制单元、ECU电压测试单元、过电流保护单元、传感器模拟量产生单元、开/关量数字信号产生单元，ECU输出电感性执行部件模拟负载及保护单元，ECU输出电阻性模拟负载单元、通讯单元、信号线束和电源模块，所有单元分布在同一块检测主板上，其中：主控芯片单元：用于控制分布在同一个检测主板上的各单元产生测试环境，与ECU连接，用于和ECU进行通信；

BDM单元：与主控芯片单元和ECU连接，用于烧写调试程序；

ECU电源控制单元，与主控芯片单元连接，由主控芯片单元提供控制命令，通过信号线束与ECU连接，用于给ECU提供电池电压；

ECU电压测试单元，与主控芯片单元连接，用于测试ECU所需各种电压是否符合要求，通过信号线束与ECU连接，用于把ECU的各测试电压信号引出至检测装置；

过电流保护单元，与主控芯片单元连接，用于在ECU或检测装置存在短路或电流过大时切断ECU的电源；

传感器模拟量产生单元：与主控芯片单元连接，用于产生各种传感器的模拟信号，通过信号线束与ECU连接，用于把各种模拟信号传送至ECU；

开/关量数字信号产生单元：与主控芯片单元连接，用于产生各种开关量状态信号，通过信号线束与ECU连接，用于把各种数字信号传送至ECU；

ECU输出电感性执行部件模拟负载及保护单元，通过信号线束与ECU连接，用于提供ECU工作所需的各种电感性负载，测试ECU相关电路是否正常；

ECU输出电阻性模拟负载单元：通过信号线束与ECU连接，用于提供ECU工作所需的电阻性负载，测试ECU相关电路是否正常；

通讯单元：与ECU连接，用于检测装置和ECU进行CAN线和K线通讯；与诊断平台PC连接，用于和诊断平台PC进行CAN通讯，交换测试数据；

信号线束：与ECU连接，用于在检测装置和ECU间传输各种测试信号；

电源模块：与分布在同一检测主板上的各单元连接，用于给主控芯片单元和各单元提供电源。

2.如权利要求1所述的一种发动机电控单元ECU模拟检测装置，其特征在于，所述ECU电源控制单元包括三级控制电路，每一级控制电路分别由控制电路和开关电路组成，用于控制继电器的吸合与断开，其中： 

第一级控制电路用于控制继电器K1，使电池电源电压送至VBAT_PROTECTED，VBAT_PROTECTED用于给ECU输出电感性执行部件模拟负载及保护单元、ECU输出电阻性模拟负载单元、第二级控制电路、第三级控制电路提供电压，发光二极管D4用于显示外电池电压的接入状态，如果电池电压接通至检测装置，则D4被点亮，当继电器K1吸合后发光二极管D5被点亮；第二级控制电路是IG测试电路，用来控制继电器K7的吸合与断开，控制IG信号通过信号线束进入ECU，并把信号反馈到第三级控制电路的控制脚RLY_ON上，这时发光二极管D12被点亮，RLY_ON通过信号线束和ECU连接；第三级控制电路用来控制继电器K2的吸合与断开，将检测装置的电压VBAT_PROTECTED送至VRLY，信号VRLY通过信号线束与ECU连接，发光二极管D7点亮说明ECU已通电。

3.如权利要求1所述的一种发动机电控单元ECU模拟检测装置，其特征在于，所述ECU电压测试单元还包括：

高位电压测试单元，通过信号线束与ECU连接，用于把ECU的高位电压信号引至检测装置，并与主控芯片单元连接，用于采集高位电压信号，并把采集结果发送给诊断平台；

中位电压测试单元，通过信号线束与ECU连接，用于把ECU的中位电压信号引至检测装置，并与主控芯片单元连接，用于采集中位电压信号，并把采集结果发送给诊断平台；

5V电压测试单元，通过信号线束与ECU连接，用于把ECU的5V电压信号引至检测装置，并与所述主控芯片单元连接，用于采集5V电压信号，并把采集结果发送给诊断平台；

12V电压测试单元，通过信号线束与ECU连接，用于把ECU的12V电压信号引至检测装置，并与所述主控芯片单元连接，用于采集12V电压信号，并把采集结果发送给诊断平台。

4.如权利要求1所述的一种发动机电控单元ECU模拟检测装置，其特征在于，所述过电流保护单元还包括：

采样电路，将总电流通过一个采样电阻，将总电流大小转换为采样电阻上对应的压降；

放大电路，与采样电路连接，用于把所述压降进行10倍放大；

比较电路，与放大电路连接，用于把放大后的电压与标准电压进行比较；

保护电路，与主控芯片连接，用于产生保护中断信号。

5.如权利要求1所述的一种发动机电控单元ECU模拟检测装置，其特征在于，所述ECU输出电感性执行部件模拟负载及保护单元，还包括：

模拟负载，由感性负载和功率电阻混联组成，与电控单元ECU连接，用于模拟喷射控制电磁阀、点火线圈； 

保护单元，由比较保护电路、放大电路和采集电路组成，其中：

比较保护电路，与放大电路连接，用于将采集放大后的电压与标准电压进行比较，与所述主控芯片连接，用于把比较结果输入给主控芯片；

放大电路，与比较保护电路连接，用于将放大后的电压信号输入给比较保护电路，与采集电路连接，用于将采集后的电压信号进行放大；

采集电路，与放大电路连接，用于将采集后的电压信号输入到放大电路，与模拟负载电路连接，用于将电流信号转换为电压信号。

6.一种用于如权利要求1所述的发动机电控单元ECU模拟检测装置的检测方法，其特征在于，检测装置通过其通讯单元中的CAN0通讯单元、信号线束与ECU连接，通过其通讯单元中的CAN1通讯单元、CAN通讯模块与诊断平台PC连接，该方法包括以下步骤：检测装置中通讯单元的CAN1通讯单元接收诊断平台发送给CAN通讯模块的测试命令，解读测试命令，判断是否是握手命令，若是则接通ECU电源并把握手命令中转给电控单元ECU，否则判断是否为测试结束命令，若是则关闭ECU电源，测试结束，否则判断是否由检测装置直接测试，若是则由检测装置直接进行测试，并存储测试结果，否则由检测装置产生测试环境并中转测试命令给通讯单元中的CAN0通讯单元，同时检测装置也进行同步测试，由CAN0通讯单元发送测试命令给ECU，并接收ECU测试结果，把测试结果与ECU的测试结果整合在一帧CAN数据中，存储测试结果，发送整合后的测试结果给通讯单元中的CAN1通讯单元，CAN1通讯单元通过CAN通讯模块把测试结果发送给诊断平台。

7.如权利要求6所述的检测方法，其特征在于，当总电流超过35.7A或测试完毕时，检测装置自动关闭ECU电源。 

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