CN101923004A

CN101923004A - 便携式usb电源模式模拟器工具

Info

Publication number: CN101923004A
Application number: CN201010170278.5A
Authority: CN
Inventors: J·M·奎扎达; R·F·柯奇霍夫; R·A·德斯蒂芬诺
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2030-04-30
Also published as: DE102010018446A1; US8150671B2; CN101923004B; US20100280813A1

Abstract

本发明涉及便携式USB电源模式模拟器工具。一种模拟工具包括具有内置USB通信口和微控制器的印刷电路板组件即PCBA。主计算机将使用者可选择的配置数据传输到微控制器，微控制器将数据转换为固态信号。这些固态信号被提供到电气测试台或测试车辆内的电源管理器模块。一种可与PMM一起使用的模拟低电流点火开关的方法包括：将使用者可选择的配置数据从主计算机传输到具有微控制器的PCBA，将配置数据转换为模拟一组期望电源模式参数的一组固态信号，和将固态信号传输到PMM以因此模拟低电流点火开关的运行。

Description

便携式USB电源模式模拟器工具

技术领域

本发明总体涉及用于诊断和验证车辆系统的电子测量装置，且特别地涉及用于自动模拟具有低电流点火开关的车辆的多个点火循环的便携式工具。

背景技术

在新车设计和发动期间，利用串行通信的电子部件(即这些电子部件在通信通道上每次以一比特相继传输数据)的集成和验证可能是挑战性的工作。例如，低电流点火开关在车辆发动机的启动和停止期间使用这样的串行结构。通常检测点火开关的位置且通过一个串行数据链接(或多个链接)将其通信到车上的所有电子模块，这通常通过以小于大致25微秒的周期来自动监测且更新点火开关位置的电源模式管理器(PMM)或车身控制模块(BCM)进行。

在车辆发动期间，发动机启动/停止是有时能够作为一定的车辆电气系统故障模式的潜在的触发器事件的状态或条件，这些模式经常是高度地间歇式的且难于隔离和诊断。研究团队经常致力于识别在车辆开发期间的任何故障模式的根本原因。对于高度地可变的点火开关激活时间，电气测试台和/或试验车能够受到一系列重复的点火循环，以试图复现故障模式。

车载串行数据通信系统和诊断软件在初始化期间的相互影响有时能够导致故障，所述故障因其高度地间歇属性而对于诊断和隔离可能尤其具有挑战性。通常的车辆验证过程和时间期限仅允许进行有限数量的点火测试循环，因此使得这样的常规诊断和验证方法并非最优。

发明内容

因此，一种便携式模拟器工具能够在具有低电流点火开关的特定车辆中实现自动点火循环模拟。该工具通过允许相对多很多次的车辆测试情形而增加了软件验证过程的可信性和质量。基于计算机的使用者界面便于设置点火循环配置和次序，因此允许系统电源模式的重复性循环。通过模拟例如离散逻辑点火开关(DLIS)之类的低电流车辆点火开关，固态信号能够具有低电压水平，且具有大于约1微秒(ms)的正时延迟或分辨率。

在车辆开发和验证期间，工具能够与现有的电气系统测试台一起使用以及与测试车辆一起使用以提供低成本解决方案，且与具有USB接口或USB口配置的台式计算机和膝上计算机兼容。工具的运行能够简单地通过改变或修改由主计算机执行的且用于控制工具内的电子电路板或印刷电路板组件(PCBA)的软件而容易地更新。工具能够因此使用在系统耐久性测试和问题诊断中，以确认车辆运行的稳健性。

特别地，工具包括电子电路板或印刷电路板组件(PCBA)，它们在一个示例的实施例中基于从总部位于亚利桑那州Chandler的Microchip Technologies Inc.购得的PIC18F4550微控制器。PCBA具有内置的USB通信口或其他USB通信能力。软件常驻在主机或计算机内或可由主机或计算机可访问，且适合于控制且传输一组模拟低电流点火开关的运行的固态信号。软件代码能够在几分钟内更新，以修改系统的运行或测试参数。点火开关信号因此被传输到电气测试台或测试车辆内的电源模式管理器(PMM)输入端，其中PMM经常实现为且因此在后文中称为车身控制模块或BCM。

一种与车辆电源管理器模块(PMM)可一起使用的模拟低电流点火开关的方法包括将使用者可选择的配置数据从主计算机传输到具有微控制器的印刷电路板组件(PCBA)，将配置数据转换为模拟一组期望电源模式参数的一组固态信号，且将固态信号传输回到PMM或BCM以借此模拟低电流点火开关的运行。

本发明提供以下技术方案：

方案1.一种可操作以模拟低电流点火开关且可与车辆电源管理器模块(PMM)一起使用的便携式工具，所述工具包括：印刷电路板组件(PCBA)，其具有USB连接器和微控制器，所述USB连接器适用于从主计算机接收使用者可选择的配置数据，所述微控制器可操作以将所述配置数据转换为一组固态信号；和可由所述微控制器下载且可由微控制器执行的算法，其中算法包括所述配置数据；其中所述微控制器适用于将所述一组固态信号传输到所述PMM，以借此模拟低电流点火开关的预定运行。

方案2.根据方案1所述的工具，其中所述一组固态信号具有大于约1毫秒的正时延迟或间隔。

方案3.根据方案1所述的工具，其中低电流点火开关构造为离散逻辑点火开关(DLIS)。

方案4.根据方案1所述的工具，其中所述微控制器构造成PIC18F4550装置。

方案5.根据方案1所述的工具，其中所述PMM构造为车辆的车身控制模块(BCM)或测试台的一部分。

方案6.根据方案1所述的工具，其中配置数据包括期望电源模式、对于所述期望电源模式的期望延迟时间和所需要的循环的数量。

方案7.一种可操作以模拟低电流点火开关且可与车辆电源管理器模块(PMM)一起使用的便携式工具，所述工具包括：印刷电路板组件(PCBA)，其具有USB连接器和微控制器，所述USB连接器适用于从主计算机接收配置数据，所述微控制器可操作以将所述配置数据转换为一组固态信号，其中所述一组固态信号具有从大致3伏特至大致12伏特的电压范围；和可由所述微控制器下载且可由所述微控制器执行的算法，其中所述算法包括所述配置数据，且所述配置数据包括多个使用者可选择的值，这些值包括期望电源模式和期望循环数量；其中所述微控制器适用于将所述一组固态信号传输到PMM，以借此模拟低电流点火开关的运行。

方案8.根据方案1所述的工具，其中所述PCBA包括具有多个PNP小信号晶体管和电连接到所述晶体管的多个固态缓冲器的电路。

方案9.根据方案8所述的工具，其中固态缓冲器构造为I.C.7406型反相器缓冲器，所述I.C.7406型反相器缓冲器中的每一个的特征是具有断开的集电极输出，用以选择性地防止电流从所述固态缓冲器流向所述晶体管。

方案10.根据方案8所述的工具，其中所述晶体管每个能够支持大致800mA的电流。

方案11.根据方案8所述的工具，其中每个晶体管的输出连接到不同的10Kohm电阻器，以在PCBA的输出端仅提供两个离散的电压水平。

方案12.根据方案10所述的工具，其中所述两个离散的电压水平为0伏特和12伏特。

方案13.一种可与车辆电源管理器模块(PMM)一起使用的模拟低电流点火开关的方法，所述方法包括：将使用者可选择的配置数据从主计算机传输到具有微控制器的印刷电路板组件(PCBA)；将所述配置数据转换为模拟一组期望电源模式参数的一组固态信号；和将所述固态信号传输到PMM，以借此模拟所述低电流点火开关的运行。

方案14.根据方案13所述的方法，其中所述PMM构造为车辆的车身控制模块(BCM)。

方案15.根据方案13所述的方法，其中从主计算机向PCBA传输使用者可选择的配置数据包括通过USB连接器将所述配置数据传输到内置于所述PCBA的USB口。

方案16.根据方案13所述的方法，其中所述配置数据的转换包括使用多个PNP小信号晶体管和电连接到所述晶体管的多个固态缓冲器处理所述配置数据。

方案17.根据方案16所述的方法，其中固态缓冲器构造为I.C.7406型反相器缓冲器，所述I.C.7406型反相器缓冲器的每一个的特征是具有断开的集电极输出，用以选择地防止电流从所述固态缓冲器流向所述晶体管。

方案18.根据方案13所述的方法，其中所述配置数据包括从主要由以下项组成的组中选择的期望电源模式：OFF、AWAKE、ACCESSORY、RUN和CRANK。

本发明的以上特征和优点和其他特征和优点从如下对于执行本发明的最佳模式的详细描述中结合附图容易地显见。

附图说明

图1是根据本发明的便携式模拟工具的示意性方框图；

图2是描绘图1的便携式工具的电路的一部分的示意性电路图；

图3是描绘使用图1的工具模拟车辆点火循环的方法的流程图；和

图4是可与在图1中示出的工具的主计算机一起使用的示例性的显示屏的图像。

具体实施方式

参考附图，在所有附图中相同的附图标号对应于相同的或类似的部件，且首先参考图1，诊断系统或便携式工具10构造为用于生成且沿整体由箭头B至D指示的通信路径传输一系列用于模拟低电流车辆点火开关的运行和功能的固态信号11。根据示例的实施例，这样的低电流点火开关被具体实施为离散逻辑点火开关即DLIS，或任何其他具有低阈值电流的点火开关设计。根据示例性实施例，固态信号11具有大致3伏特到大致12伏特的电压范围。工具10与例如台式计算机、膝上计算机或其他合适的便携式或固定式电子装置的主计算机或主机12以及具有电源模式管理器(PMM)(在后文中称为车身控制模块(BCM)18)的测试车辆或测试台通信。

主机12能够构造为数字计算机，所述数字计算机具有微处理器或中央处理单元、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)、高速时钟、模数(A/D)电路和数模(D/A)电路、和输入/输出电路和装置(I/O)，以及合适的信号调节和缓冲电路。常驻在主机12内的或由主机12可访问的任何算法，包括如下文中描述的根据本发明的点火开关模拟算法100和软件70，都能够存储在ROM内且被执行以提供各功能。

工具10能够由例如主机12之类的外部电源和/或辅助电池(AUX)21供电，且因此其特征是具有一对电压调节器20A、20B。电压调节器20A能够构造为5伏特调节器，使得能够为工具10以来自通用串行总线(USB)口14的5伏特信号输入供电。电压调节器20B是12伏特调节器，使得能够为工具10通过辅助电池21供电，如在下文中描述。

主机12包括计算机可执行算法100，用于提供如下文中阐述的必需的功能。在本发明的范围内，算法100虽然常驻于主机12内但能够被认为是工具10的一部分。工具10包括电子电路板或印刷电路板组件(PCBA)16。PCBA 16包括如上所述的USB口14，所述USB口14与主机12通信以将按需要从主机12获得5伏特的电力。PCBA 16也包括与USB口14通信的微控制器22，PCBA 16通过USB口14接收从主机12下载的指令、代码或信号时，且USB口14用于将数据传输回到主机12，如在下文中阐述。

仍参考图1，USB口14和USB能力应与至少USB 2.0技术规格相容，以提供充分迅速的数据传输速率。在主机12和工具10之间的有线或无线接口(箭头A)用于两个主要目的：(1)提供PCBA 16的控制以模拟被传输或中继到BCM 18的点火开关信号11，和(2)下载软件或代码用于被PCBA 16执行，使得微控制器22能够快速且容易地通过装载在主机12上的软件70再编程。

根据示例实施例，微控制器22能够是可编程微控制器装置，所述装置具有至少32千字节的闪存程序存储器和至少2千字节的通用静态随机存取存储器或称SRAM。微控制器22能够具体实现为从总部位于亚利桑那州Chandler购得的Microchip Technologies Inc.的PIC18F4550，但也能够使用具有内置全速度USB 2.0或更高级的接口的且提供本文公开的功能的其他微控制器装置而不偏离本发明的意图范围。

USB口14构造为类型B的连接器，其中任何“A转B”型连接器电缆能够插入到该类型B的连接器，该扁平连接器穿过由图1中箭头A指示的路径通向主计算机12。如本领域一般技术人员将理解，在USB电缆内存在四个接头。这些接头的两个将5伏特电力供给到PCBA 16，而其他两个是通信线13，在连接的微控制器22上它们也标记为D+和D-。以此方式，信息能够按需要地自由地从主机12传输到微控制器22，且从微控制器22传输到PCBA 16的剩余部分。

PCBA 16还包括点火开关连接器28，所述点火开关连接器28允许将生成的点火开关信号连接到电源模式管理器即PMM，例如BCM18。如本领域一般技术人员将理解，在具有通过串行数据电路连接的若干控制模块的车辆上，通常将一个上述模块称为电源模式管理器或PMM。在具有一个主体控制器(BCM)的车辆上，BCM具有此责任。因此，BCM 18能够用于此目的，且将在后文中与术语PMM同义地使用。

振荡器电路(O)17将时钟信号19提供到微控制器22，且能够包括一系列合适地布置以提供希望的振荡的电容器和电阻器(未示出)。根据示例实施例，一系列电容器每个大致为15pF，电阻器每个大致为1Mohm，且由这些电子部件所产生的振荡大致为20MHz。然而，在产生希望的结果的情况下，也可改变这些值而不偏离本发明的意图的范围。

再参考图1，当电源提供到PCBA 16时，LED排26的发光二极管(LED)23被点亮。在一些电路中，如果要求超过100mA的电流，则USB电源不能使用，所述100mA是从单个的USB口获取的电流的最大量。为此目的提供了电压调节器20A和20B，如上所述。两个按键30和32能够在应用程序编程期间使用。按键30构造为复位按键，且按键32构造为程序按键。按动或压下按键30等价于将主机12和USB连接器14之间的USB电缆拔出且将其再次插回，该步骤可导致主机12识别PCBA 16且初始化任何相应的驱动器。当按键30与按键32同时按下时，工具10进入预定模式，该模式允许新的应用程序装载到微控制器22内。

5伏特调节器20A适合于将5伏特信号升压到工具10，且能够连接到电池21或辅助电源适配器。即，能够如前所述选择性地使用来自主机12的5伏特电力为PCBA 16供电。12伏特调节器20B从例如从12伏特的车辆电池或测试台电池之类的辅助电池21接收电力，且用作对于如在下文中参考图2描述的一系列固态缓冲器27的保护。调节器20B也确保12伏特的最大电压。一组输出缓冲器24构造为提供特定功能的5伏特缓冲器。一个缓冲器用于激活LED排26的选择LED，而另一个缓冲器用于控制向固态缓冲器27的输入。

参考图2，为提供要求的点火开关模拟信号11，使用固态缓冲器27。对于带有0伏特或12伏特的电压水平的信号，即在典型的点火开关应用中的RUN和ACC线，能够使用具有多个PNP小信号晶体管50的电路40。固态缓冲器27能够构造为I.C.7406型反相器缓冲器(即，U2和U3)，其以断开的集电极输出51为特征从而选择性地防止任何电流流向晶体管50，而到缓冲器27的数字输入52(即，RD00-RD77)连接到每个固态缓冲器27的输入。每个固态缓冲器27的输出通过晶体管50(即，T1至T8)引导，每个晶体管能够支持800mA电流。最后，晶体管50的一系列下拉输出54的每一个连接到电阻器56，在此示出为示例性的10Kohm电阻器，以便仅提供两个离散的电压水平，即0伏特和12伏特。

参考图3，模拟低电流点火开关的方法或算法100能够与图1中示出的工具10一起使用，且现在将参考工具10的多种元件或部件描述。算法100以步骤102开始，其中USB电缆连接在主机12和USB连接器14之间，因此将主机12连接到工具10。一旦连接已被主机12感测到或检测到，则工具10连接到电源管理器模块，例如BCM 18，如上所述。

一旦所有电连接已正确建立，则算法100继续到步骤104。步骤102能够认为是为执行算法100作准备，但在此步骤102包括在算法100的内容之内，以阐述主机12、工具10和BCM 18的电相互连接的正确次序。

在步骤104处，算法100通过打开软件70而初始化或起始。根据示例性的实施例，使用者能够选择多个(x)不同的电源模式模拟。使用者因此从下拉菜单或其他使用者友好的图形界面中选择或选出希望的电源模式。例如，参考图4，主显示屏80能够展示多个不同的实验或过程步骤82，为清晰起见标识为1至8，但可以使用更多或更少的步骤82而不偏离本发明的意图的范围。每个步骤82具有电源模式选项。多个开关位置能够以如所示出的下拉形式提供，例如：“OFF AWAKE KO”，即“钥匙取出”，这能够指示钥匙在模拟的点火开关内的钥匙柱体外部；“OFFAWAKE KI”，即钥匙位于钥匙柱体内，即“钥匙插入”；“ACCESSORY”，即，钥匙位于柱体内的第一接通位置上；“RUN”，即，钥匙位于柱体内的第二接通位置上；和“CRANK”，即，钥匙位于柱体内的第三接通位置上。因此能够选择希望的开关位置，且能以任何希望的次序选择，以模拟一组独特的载荷特征或预定的测试配置。一旦钥匙位置在第一实验步骤82中设定，则算法100继续到步骤106。

在步骤106和108处，使用者分别选择希望的时间延迟和延迟类型。再次参考图4，时间延迟选项84允许使用者选择固定计时器选项或随机计时器选项，以及在选择固定计时器时选择延迟的微秒数。数千ms的延迟是可以的，分辨率最小为1ms。一旦已选择时间延迟选项84，则算法100前进到步骤110。

在步骤110处，如果需要，那么可与在步骤104处选择开关功能的同时选择或指令另外或额外输出的开或关。这样的另外的输出能够用于提供另外的触发器信号。在选择希望的另外的输出后，算法100前进到步骤112。

在图3中表示为“增量x”的步骤112处，算法100查询下一个数据输入，如上文参考步骤104解释。即，预期每个实验步骤82在前进到选择下一个步骤82前完成。可选择地，随后的实验步骤可被备份(ghost)以阻止数据输入直至前一个实验步骤82完成。因此，对于给定的模拟希望少于可利用实验步骤的总数的实验步骤的使用者能够仅针对希望数量的实验步骤82完成数据输入，而不影响算法100的性能，且不要求使用者填满所有用于任何额外的实验步骤82的区域。

在步骤114处，算法100检查所完成的步骤82的当前数量是否等于总数，即，基于图4中示出的示例性的具有八个区域实施例，完成针对一个电源模式的数据输入的使用者仍具有七个剩余的电源模式可选择。因此，在下一个实验步骤82中提示使用者填写，步骤114以循环的形式连续执行步骤104至112直至已完成可利用的实验步骤82的总数，或替代地直至已完成希望的数量，如上所解释。可选择地，算法100能够仅执行在84和86处具有一套完整的相应数据的那些实验步骤82，而忽视具有不完整数据区域的实验步骤82。

在步骤116处，通过选择希望数量的执行循环而改进实验控制。再次参考图4，“实验控制”区域88可以包括具有下拉菜单或其他合适的图形用户界面的“重复”区域。算法100然后前进到步骤118。

在步骤118处，提示使用者配置希望的点火开关设置。在图4中，这样的区域表示为在90处的“点火开关设置”。区域90允许使用者选择或配置点火开关电压水平且激活在步骤104处选择的实验步骤82的每一个。可以基于软件70的特定说明选择点火线的启用/禁止(OFF/RUN/CRANK，RUN，ACC)，以匹配不同的低电流点火开关。算法100然后前进到步骤120。

在步骤120处，算法100记录被使用者选择的计时器类型。当要求延迟长于100ms时，使用者可以从主机12上的计时器即计算机计时器选择。微控制器计时器选项能够提供更精确的1ms的倍数的延迟。这样的选项能够显示在图4中示出的实验控制区域88内。算法100然后前进到步骤122。

在步骤122处，使用者能够通过按下图4中示出的启动按键来开始模拟。模拟的执行因此开始，在步骤124自动以循环的形式连续进行，直至对于图4的每个电源模式82已完成要求数量的循环(y)。能够通过主机12的显示部分用进度条94以图形的形式向客户显示进度的百分比。

虽然用于执行本发明的最佳模式已详细描述，但本发明所涉及的领域的一般技术人员将认识到用于施行本发明的多种替代设计和实施例在附带的权利要求的范围内。

Claims

1.一种可操作以模拟低电流点火开关且可与车辆电源管理器模块(PMM)一起使用的便携式工具，所述工具包括：

印刷电路板组件(PCBA)，其具有USB连接器和微控制器，所述USB连接器适用于从主计算机接收使用者可选择的配置数据，所述微控制器可操作以将所述配置数据转换为一组固态信号；和

可由所述微控制器下载且可由微控制器执行的算法，其中算法包括所述配置数据；

其中所述微控制器适用于将所述一组固态信号传输到所述PMM，以借此模拟低电流点火开关的预定运行。

2.根据权利要求1所述的工具，其中所述一组固态信号具有大于约1毫秒的正时延迟或间隔。

3.根据权利要求1所述的工具，其中低电流点火开关构造为离散逻辑点火开关(DLIS)。

4.根据权利要求1所述的工具，其中所述微控制器构造成PIC18F4550装置。

5.根据权利要求1所述的工具，其中所述PMM构造为车辆的车身控制模块(BCM)或测试台的一部分。

6.根据权利要求1所述的工具，其中配置数据包括期望电源模式、对于所述期望电源模式的期望延迟时间和所需要的循环的数量。

7.一种可操作以模拟低电流点火开关且可与车辆电源管理器模块(PMM)一起使用的便携式工具，所述工具包括：

印刷电路板组件(PCBA)，其具有USB连接器和微控制器，所述USB连接器适用于从主计算机接收配置数据，所述微控制器可操作以将所述配置数据转换为一组固态信号，其中所述一组固态信号具有从大致3伏特至大致12伏特的电压范围；和

可由所述微控制器下载且可由所述微控制器执行的算法，其中所述算法包括所述配置数据，且所述配置数据包括多个使用者可选择的值，这些值包括期望电源模式和期望循环数量；

其中所述微控制器适用于将所述一组固态信号传输到PMM，以借此模拟低电流点火开关的运行。

8.根据权利要求1所述的工具，其中所述PCBA包括具有多个PNP小信号晶体管和电连接到所述晶体管的多个固态缓冲器的电路。

9.根据权利要求8所述的工具，其中固态缓冲器构造为I.C.7406型反相器缓冲器，所述I.C.7406型反相器缓冲器中的每一个的特征是具有断开的集电极输出，用以选择性地防止电流从所述固态缓冲器流向所述晶体管。

10.一种可与车辆电源管理器模块(PMM)一起使用的模拟低电流点火开关的方法，所述方法包括：

将使用者可选择的配置数据从主计算机传输到具有微控制器的印刷电路板组件(PCBA)；

将所述配置数据转换为模拟一组期望电源模式参数的一组固态信号；和

将所述固态信号传输到PMM，以借此模拟所述低电流点火开关的运行。