CN102608990A

CN102608990A - 一种用于发动机hils系统的ecu执行器控制信号故障注入装置

Info

Publication number: CN102608990A
Application number: CN2012100384089A
Authority: CN
Inventors: 吴锋; 冯元; 姜旭锋; 谢煌; 袁浦豪; 张永光; 杨国青; 姚栋伟; 吴朝晖
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2032-02-20
Also published as: CN102608990B

Abstract

本发明公开了一种用于发动机HILS系统的ECU执行器控制信号故障注入装置，包括上位机、执行器控制信号输入端口、执行器控制信号输出端口、小型继电器模块、单片机最小系统模块、RS485通信模块，执行器控制信号输出端口连接小型继电器模块，小型继电器模块连接执行器控制信号输入端口，单片机最小系统模块与所述的小型继电器模块连接，RS485通信模块与单片机最小系统模块连接，另一端与所述上位机连接，上位机通过RS485模块的电平转换电路向所述单片机最小系统模块发送自定义的报文，单片机最小系统模块完成报文接收校验应答后，根据报文中的故障码向小型继电器模块输出控制信号实现所需要的状态，该装置对发动机ECU进行常见的故障注入，并具备过流保护功能。

Description

一种用于发动机HILS系统的ECU执行器控制信号故障注入装置

技术领域

本发明涉及电子产品测试技术，尤其涉及一种用于发动机硬件在环仿真系统的ECU执行器控制信号故障注入装置。

背景技术

目前，汽车电子系统开发的主流方法是基于模型的现代开发流程——V模式开发流程，该流程保证开发人员在开发过程中的每一步都可以得到及时验证。在产品上市之前，需要对ECU进行全面综合的测试，尤其是故障和极限条件下的测试，使用实际的控制对象进行测试，很难实现现实复杂情况，并且实现成本高，开发周期长。为解决这一难题，V模式中提出采用硬件在环仿真(HardwareIn-the-Loop Simulation，HILS)的开发方法：即为了测试ECU性能，在进行整体系统的仿真测试时，控制器采用真实的ECU，被控对象和系统运行环境可以全部或部分采用实时数学模型来模拟。

发动机ECU向发动机的多个执行器输出控制信号。在ECU的执行器信号输出引脚发生常见故障(如信号线端开、信号线对电源短接、信号线对地短接)时，ECU必须根据控制策略，做出及时、合理的响应，保证行车的安全。发动机硬件在环仿真测试必须包含执行器信号故障模拟环节，以测试ECU驱动级故障诊断以及解决故障的能力。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种用于发动机HILS系统的ECU执行器控制信号故障注入装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下；

一种用于发动机HILS系统的ECU执行器控制信号故障注入装置，包括上位机、执行器控制信号输入端口、执行器控制信号输出端口、小型继电器模块、单片机最小系统模块、RS485通信模块，所述的执行器控制信号输出端口连接所述小型继电器模块，所述小型继电器模块连接执行器控制信号输入端口，所述的单片机最小系统模块与所述的小型继电器模块连接，所述的RS485通信模块与所述的单片机最小系统模块连接，另一端与所述上位机连接，所述上位机通过所述RS485模块的电平转换电路向所述单片机最小系统模块发送自定义的报文，所述单片机最小系统模块完成报文接收、校验、应答后，根据报文中的故障码向小型继电器模块输出控制信号实现所需要的状态。

进一步的，所述状态包括：

正常状态：所述的执行器控制信号输入端口与所述的执行器控制信号输出端口连接；

故障1：所述的执行器控制信号输入端口与所述的执行器控制信号输出端口断开；

故障2：所述的执行器控制信号输入端口与12V电源连接且与所述的执行器控制信号输出端口断开；

故障3：所述的执行器控制信号输入端口与地信号连接且与所述的执行器控制信号输出端口断开。

进一步的，所述小型继电器模块包括三个继电器、继电器驱动芯片、稳压二极管、贴片电容和自恢复保险丝，发动机ECU连接执行器信号输入端口，串联自恢复保险丝F1后连接继电器R1和继电器R2的信号输入端，继电器R1的第一输出端连接执行器信号输入端，继电器R2的第一输出端为故障1连接端，继电器R2的第二输出端连接继电器R3的信号输入端，继电器R3的第一输出端与第二输出端分别作为故障2、故障3的连接端，所述继电器R1、继电器R2和继电器R3的信号输入端下拉贴片电容C1、C2、C3接地，上拉稳压二极管D1、D2、D3接12V电源，所述单片机最小系统模块与小型继电器模块之间设有继电器驱动芯片，所述单片机最小系统模块I/O引脚连接继电器驱动芯片，继电器驱动芯片输出引脚连接所述继电器R1、继电器R2和继电器R3的信号输入端。

进一步的，所述上位机可控制多个所述装置，在每个装置内部，所述单片机最小系统模块包含一个唯一的ID号作为每个装置的ID号，每个装置中的所述单片机最小系统模块只有在接受到由上位机发送的含有本装置ID号、校验、应答正确的报文后，才向报文所指明的小型断路器模块输出控制信号。进一步的，本装置定义的报文格式由四个字节组成，字节1表示每个装置的ID号；字节2表示每个装置中执行器控制信号输入端口的编号；字节3的故障码表示四种状态，用固定不变的字符表示；字节4是采用累加求和校验后的值，其值是前三个字节的累加和，每个装置的校验结果都会发送至上位机。

本发明的有益效果在于：该装置能对发动机ECU进行常见的故障注入，同时具备电流过大时的保护功能，安全性高且模拟多种执行器控制信号的故障，处理的信号数多，保护性好，采用RS485总线通信，自定义了报文格式，实现多装置、ECU执行器控制信号故障的注入功能。

附图说明

图1为本发明装置的结构框图；

图2为本发明装置中小型继电器模块的电路原理图；

图3为本发明装置的通信方式示意图；

图4为本发明装置定义的报文格式。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，虚线框中的结构为本发明装置的结构简图，一种用于发动机HILS系统的ECU执行器控制信号故障注入装置，包括：执行器控制信号输入端口、执行器控制信号输出端口、小型继电器模块、单片机最小系统模块、RS485通信模块，所述的执行器控制信号输入端口连接小型继电器模块，小型继电器模块连接执行器控制信号输出端口，所述的单片机最小系统模块输出控制信号至所述的小型继电器模块实现所述的执行器控制信号输入端口与所述的执行器控制信号输出端口的四种状态：所述的执行器控制信号输入端口与所述的执行器控制信号输出端口连接、所述的执行器控制信号输入端口与所述的执行器控制信号输出端口断开、所述的执行器控制信号输入端口与12V电源连接且与所述的执行器控制信号输出端口断开、所述的执行器控制信号输入端口与地信号连接且与所述的执行器控制信号输出端口断开，所述的RS485通信模块连接所述的单片机最小系统模块。

进一步的，本发明装置包含执行器控制信号输入端口、执行器控制信号输出端口、小型继电器模块、单片机最小系统模块、RS485通信模块。执行器信号输入端口连接ECU输出引脚。执行器信号输入端口的数量取决于系统需求和单片机最小系统模块的I/O引脚数目。每一路执行器信号输入端口连接一个小型继电器模块。小型继电器模块根据单片机最小系统模块输出的控制信号，使执行器信号输入端口呈现四种不同的状态：正常状态、断开状态、电源短接状态、地短接状态。后三种状态为故障注入状态(故障1，故障2，故障3)。其中，正常状态下执行器信号输入端口与执行器信号输出端口保持连接，即没有故障的注入；

故障1情况下执行器信号输入端口与执行器信号输出端口断开；

故障2情况下执行器信号输入端口与12V电源短接且与执行器信号输出端口断开；

故障3情况下执行器信号输入端口与地短接且与执行器信号输出端口断开。

执行器信号输出端口与发动机执行器连接并将来自ECU的控制信号输向发动机执行器。单片机最小系统模块包括飞思卡尔16位微控制器MC9S12DP512、晶振、发光二极管、BDM调试电路。可以从本发明装置上自由拆卸，上位机软件与单片机最小系统模块通过RS485通信模块实现点对多的通信，上位机向单片机最小系统发送上述四种状态所对应的指令，单片机最小系统模块成功接收指令后向上位机发送校验结果，若校验正确，单片机最小系统模块根据接收到的指令向小型继电器模块输出相应的控制信号。

小型继电器模块包含三个继电器、继电器驱动芯片、稳压二极管、贴片电容和自恢复保险丝。如图2所示，小型继电器模块的主要电路原理图。发动机ECU连接执行器信号输入端口，串联自恢复保险丝F1后连接继电器R1和继电器R2的信号输入端，继电器R1的输出端口1(引脚4)连接执行器信号输入端口。继电器R2的输出端口1(引脚4)为故障1连接端。继电器R2的输出端2(引脚1)连接继电器R3的信号输入端，继电器R3的输出端1(引脚4)与输出端2(引脚1)分别作为故障2、故障3的连接端。三个继电器控制信号输入端CONTROL1、CONTROL2、CONTROL3的不同电平组合使发动机ECU分别连接到OUTPUT、FAULT1、FAULT2、FAULT3这四种连接段，从而实现正常连接状态和3种故障注入状态。所述继电器R1、继电器R2和继电器R3的信号输入端CONTROL1、CONTROL2、CONTROL3端分别下拉贴片电容C1、C2、C3接地，分别上拉稳压二极管D1、D2、D3稳压二极管接12V电源。单片机最小系统模块与小型继电器之间必须有继电器驱动芯片，因此单片机最小系统模块I/O引脚连接继电器驱动芯片，继电器驱动芯片输出引脚连接CONTROL1、CONTROL2、CONTROL3端。

如图3所示，本发明装置的通信方式图。上位机与本装置通过RS485总线连接，本装置的RS485通信模块实现了这种点对多的通信方式。每个本发明装置的单片机最小系统模块都包含一个唯一的ID号作为装置的ID号。每个装置只有在接受到由上位机发送的、含有本装置ID号、校验正确的报文后，才向小型继电器模块输出控制信号。

图4为本装置定义的正确的报文格式。由四个字节组成，字节1表示ID号，每个装置的ID号不同，字节2表示每个装置中执行器控制信号输入端口的编号，字节3的故障码表示四种状态(正常、故障1、故障2、故障3)，校验采用累加求和校验的方法，因此字节4的值是前三个字节的累加和。每个装置的校验结果都会发送至上位机。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims

1.一种用于发动机HILS系统的ECU执行器控制信号故障注入装置，其特征在于，包括上位机、执行器控制信号输入端口、执行器控制信号输出端口、小型继电器模块、单片机最小系统模块、RS485通信模块，所述的执行器控制信号输出端口连接所述小型继电器模块，所述小型继电器模块连接执行器控制信号输入端口，所述的单片机最小系统模块与所述的小型继电器模块连接，所述的RS485通信模块与所述的单片机最小系统模块连接，另一端与所述上位机连接，所述上位机通过所述RS485模块的电平转换电路向所述单片机最小系统模块发送自定义的报文，所述单片机最小系统模块完成报文接收、校验、应答后，根据报文中的故障码向小型继电器模块输出控制信号实现所需要的状态。

2.根据权利要求1所述的一种用于发动机HILS系统的ECU执行器控制信号故障注入装置，其特征在于，所述状态包括：

3.根据权利要求2所述的一种用于发动机HILS系统的ECU执行器控制信号故障注入装置，其特征在于，所述小型继电器模块包括三个继电器、继电器驱动芯片、稳压二极管、贴片电容和自恢复保险丝，发动机ECU连接执行器信号输入端口，串联自恢复保险丝F1后连接继电器R1和继电器R2的信号输入端，继电器R1的第一输出端连接执行器信号输入端，继电器R2的第一输出端为故障1连接端，继电器R2的第二输出端连接继电器R3的信号输入端，继电器R3的第一输出端与第二输出端分别作为故障2、故障3的连接端，所述继电器R1、继电器R2和继电器R3的信号输入端下拉贴片电容C1、C2、C3接地，上拉稳压二极管D1、D2、D3接12V电源，所述单片机最小系统模块与小型继电器模块之间设有继电器驱动芯片，所述单片机最小系统模块I/O引脚连接继电器驱动芯片，继电器驱动芯片输出引脚连接所述继电器R1、继电器R2和继电器R3的信号输入端。

4.根据权利要求1～3任意一项一种用于发动机HILS系统的ECU执行器控制信号故障注入装置，其特征在于，所述上位机可控制多个所述装置，在每个装置内部，所述单片机最小系统模块包含一个唯一的ID号作为每个装置的ID号，每个装置中的所述单片机最小系统模块只有在接受到由上位机发送的含有本装置ID号、校验、应答正确的报文后，才向报文所指明的小型断路器模块输出控制信号。

5.根据权利要求4所述的一种用于发动机HILS系统的ECU执行器控制信号故障注入装置，其特征在于，本装置定义的报文格式由四个字节组成，字节1表示每个装置的ID号；字节2表示每个装置中执行器控制信号输入端口的编号；字节3的故障码表示四种状态，用固定不变的字符表示；字节4是采用累加求和校验后的值，其值是前三个字节的累加和，每个装置的校验结果都会发送至上位机。