CN108255156A - 具有通用性的汽车整车控制器emc测试负载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有通用性的汽车整车控制器EMC测试负载装置，本发明总结不同项目整车控制器对负载装置的要求，设置足够数量的PWM、模拟和开关量输出通路，以及足够数量的PWM、开关量输入采样通路，以微控制器来灵活配置负载装置的输入输出接口，和输出的PWM量的频率和占空比，输出的模拟量大小，输出的开关量选择范围(包括高阻、高电平、低电平三种电平状态)，以及输入的开关量的负载为高端驱动负载或低端驱动负载，使本发明负载装置一次开发后，能满足90％以上整车控制器的测试需求，避免重复开发，可减少整车控制器的开发时长和开发成本，有利于提高整车控制器的开发效率。

Description

具有通用性的汽车整车控制器EMC测试负载装置

技术领域

本发明涉及一种汽车整车控制器EMC测试负载装置。

背景技术

新能源汽车整车控制器(Vehicle Control Unit,VCU)是新能源汽车动力系统的总成控制器，与传统的汽车电控部件的直接和简单控制不同，整车控制器通过对整车上各种传感器、开关信号、总线信号以及相应的环境状况进行综合判断，在此基础上协调发动机、驱动电机、变速箱、动力电池等各电控部件工作，实现对整车的经济性、动力性、安全性控制并降低排放污染。

目前为了满足整车的电磁兼容性能法规要求，提高整车电磁兼容性能，汽车电控部件装车前需要按照相关电磁兼容测试标准进行测试验证，以评估其电磁兼容性能是否满足要求。

为保证电磁兼容测试的准确性和有效性，需要有能够提供整车控制器整车工作所需的各种输入信号，同时并能模拟整车控制器输出所接的负载的测试装置，该装置被称为汽车整车控制器EMC测试负载装置，下文简称为负载装置。

一般情况下，开发一款整车控制器(即使控制器新项目的开发)，在其测试验证阶段，都会特别定制一款适配的负载装置，该负载装置专用于该整车控制器的测试，即使只是同款控制器新项目的开发，也是如此，造成时间和资源的浪费。

另外，为了保证负载装置的电磁辐射干扰不会影响整车控制器的测试结果，要求负载装置有较小的电磁辐射水平。现有负载装置均通过厚重的屏蔽外壳来降低其电磁辐射，这很大程度上增加了负载装置的造价，基本占据负载装置成本的大部分。

综上而言，现有负载装置存在通用性差和成本高的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种通用性好的负载装置，从而减少整车控制器开发时间和开发成本。

不同整车控制器通常作为不同项目独立开发，不同项目之间很少有人去关注资源的重复利用问题。申请人跳出单一项目，观察总结不同项目整车控制器负载装置的特点，发现现有负载装置通用性差的原因主要有以下两点：1)不同整车控制器的连接器不一样，一台负载装置的连接器无法匹配全部整车控制器。2)不同客户对整车控制器测试参数的选择和/或限制标准有差异。对1)整车控制器与负载装置物理连接上的不匹配问题，可简单通过转接器解决。针对2)，申请人研究不同整车控制器的测试过程发现，虽然不同整车控制器客户要求的测试参数和/或限制标准不同，但大部分基本90％以上客户的需求都可以通过灵活配置负载装置的PWM输出、开关量输出和模拟信号输出，以及灵活配置开关量输入的负载和开关量、PWM输入的检测标准(或限制标准)来满足。本发明主要针对问题2)提出解决方案，提供一种通用性的负载装置。

本发明通用性好的负载装置具体通过如下技术方案实现：一种具有通用性的汽车整车控制器EMC测试负载装置，包括外壳，外壳的控制面板上设有用于与整车控制器连接的接头，所述外壳内设置有电源电路、微控制器、PWM量输入采样电路、开关量输入采样及负载电路、模拟量输出调理电路、开关量输出调理电路和PWM量输出调理电路、CAN总线电路；

所述模拟量输出调理电路，具有20路以上，不超过32路(通常整车控制器VCU的模拟量输入IO少于32路，一般为20路以内，整车控制器和负载装置的输入、输出正好相对，即整车控制器输入对应负载装置输出，整车控制器输出对应负载装置输入)；

所述开关量输出调理电路，具有24路以上，不超过32路(通常整车控制器VCU的开关量输入IO少于32路，一般为24路以内)；

所述PWM量输出调理电路，具有8路以上，不超过16路(通常整车控制器VCU的PWM量输入IO少于16路，一般为8路以内)；

所述PWM量输入采样电路，具有8路以上，不超过16路(通常整车控制器VCU的PWM量输出IO少于16路，一般为8路以内)；

所述开关量输入采样及负载电路，具有24路以上，不超过32路(通常整车控制器VCU的开关量输出IO少于32路，一般为24路以内)；

所述电源电路为所述负载装置内部各电路模块供电，所述模拟量输出调理电路、开关量输出调理电路、PWM量输出调理电路、开关量输入采样及负载电路、PWM量输入采样电路分别连于所述微处理器与所述接头之间，所述CAN总线电路与所述微处理器连接，以便连接PC(personal computer)与PC通信；

所述微控制器被配置为：

3)在负载装置上电后，发送PC握手信号，接收PC自检确认信号，并在收到所述PC自检确认信号后，接收PC的模式设定指令；

4)根据所述模式设定指令，输出频率和占空比可调的PWM波形，然后控制通过相应路的所述PWM量输出调理电路输出并控制输出的时序；根据所述模式设定指令，设置通过相应路的所述模拟量输出调理电路输出的模拟信号的大小并控制输出的时序；根据所述模式设定指令，控制相应路的所述开关量输出调理电路输出高阻、高电平(Vbat)、低电平(GND)三种电平状态中的一种并控制输出的时序；

3)延时一段时间后，根据所述模式设定指令，控制通过相应路的所述PWM量输入采样电路采样整车控制器的PWM量输出，并计算得出所述整车控制器输出的PWM波形的频率和占空比，和控制通过相应路的所述开关量输入采样及负载电路检测所述整车控制器的开关量输出，同时控制对应整车控制器开关量输出的各路所述开关量输入采样及负载电路为高端驱动或低端驱动；

4)将采样数据发送给PC。

作为简化整车控制器接线的方案：所述CAN总线电路还与所述接头连接，在PC连接负载装置后，PC即通过CAN总线电路与微处理器和所述接头连接，以便PC通过负载装置的接头连接整车控制器；在电源接入所述负载装置后，电源通过所述电源电路与所述接头连接，以便通过所述接头为整车控制器供电。

作为推荐方案：所述PWM量输出调理电路包括第一多路复用开关芯片、MOSFET管，所述微控制器输出的频率和占空比可调的PWM波形，经MOSFET管增加驱动能力，然后通过控制所述第一多路复用开关芯片进行输出通路选择后输出，从而作为整车控制器的PWM量输入。

所述模拟量输出调理电路包括第二多路复用开关芯片、数模转换器和电压跟随器，所述微控制器通过SPI总线设置所述数模转换器的模拟输出大小，经所述电压跟随器提高驱动能力后，再由微处理器控制所述第二多路复用开关芯片进行输出通路选择后输出，从而作为整车控制器的模拟量输入。

所述开关量输出调理电路由第三多路复用开关芯片、第一继电器构成，所述第一继电器包括常闭和常开两个触点，所述第一继电器的常开和常闭两个触点分别连接高电平端、低电平端，然后另一端均与所述第三多路复用开关芯片连接，微处理器通过控制所述继电器选择电平，然后通过控制所述第三多路复用开关芯片进行输出通路选择后输出，同时，所述微控制器还通过对所述第三多路复用开关芯片的使能控制，实现高阻端输出。

所述开关量输入采样及负载电路包括开关量输入的模拟负载、串化器芯片和第二继电器，所述第二继电器包括常闭和常开两个触点，所述接头中的各整车控制器开关量输入端分别连接所述模拟负载后再通过所述第二继电器的常开触点和常闭触点分别连接高电位端和低电位端，以实现高端驱动负载、低端驱动负载选择，同时各所述整车控制器开关量输入端接入所述串化器芯片，串化器芯片采样整车控制器的开关量输入信息并将并向输入转化为串行输出，然后输出到所述微处理器。

所述PWM量输入采样电路包括第四多路复用开关芯片、迟滞比较器和电阻限流，所述接头的整车控制器PWM量输入端经所述第四多路复用开关芯片后依次连接所述迟滞比较器和电阻限流，所述微处理器通过控制所述第四多路复用开关芯片进行输入通路选择，所述迟滞比较器对经所述第四多路复用开关芯片相应通路输入的整车控制器PWM量进行滤波和整形，再经所述电阻限流限流后输出到所述微处理器进行采样。

所述负载装置采用蓄电池供电。现有负载装置的电源电路都是采用开关电源将蓄电池电压转换成期望电压然后供给各用电部件，为了减小开关电源的开关噪声及其谐波对整个负载装置对外辐射水平的影响，本发明电源电路采用1级以上的LDO(low dropoutregulator，即低压差线性稳压器)将蓄电池电压转换成期望电压。优选采用2级LDO降压，先将蓄电池电压转换为9V，再将9V转换为5V，从而减小对负载装置屏蔽度的要求，有利于降低负载装置的制造成本。

有益效果：1)本发明总结不同项目整车控制器对负载装置的要求，设置足够数量的PWM、模拟和开关量输出通路，以及足够数量的PWM、开关量输入采样通路，以微控制器来灵活配置负载装置的输入输出接口，和输出的PWM量的频率和占空比，输出的模拟量大小，输出的开关量选择范围(包括高阻、高电平(Vbat)、低电平(GND)三种电平状态)，以及输入的开关量的负载为高端驱动负载或低端驱动负载，使本发明负载装置一次开发后，能满足90％以上整车控制器的测试需求，避免重复开发，可减少整车控制器的开发时长和开发成本，有利于提高整车控制器的开发效率；

2)本发明负载装置设计上采用2级LDO电路取代1级开关电源电路，减小了开关噪声及其谐波(频率约数K至数百K)带来的电磁干扰，降低了对负载装置外壳的屏蔽度要求，有利于节约成本。

附图说明

图1为本发明整车控制器的电磁兼容测试场景示意图；

图2为本发明负载装置的电路原理框图；

图3为本发明负载装置PWM量输出调理电路的原理框图；

图4为本发明负载装置模拟量输出调理电路的原理框图；

图5为本发明负载装置开关量输出调理电路的原理框图；

图6为本发明负载装置开关量输入采样及负载电路的原理框图；

图7为本发明负载装置PWM量输入采样电路的原理框图；

图8为本发明的测试流程图；

图9为负载装置的处理流程图；

图10为VCU(整车控制器)的处理流程图；

图11为负载装置的电源架构图。

具体实施方式

图1为整车控制器的电磁兼容测试场景示意图。测试过程在电波暗室中进行。整车控制器通过转接器与负载装置连接。转接器为一独立部件，它由线束和由线束连接的两端的连接头构成，两端的连接头分别与负载装置和整车控制器的接头适配。如此负载装置在面对接头不匹配的整车控制器时，可通过定制相应的转接器转接解决匹配问题，相比于重新开发负载装置，该方式无疑是一种优选。

负载装置通过CAN总线输出电信号，经过光桥转换为光信号，通过光纤传递到电波暗室外，在暗室外再通过光桥转换成电信号，经过CAN卡转换后接到PC的USB口。

图2为本实施例负载装置的电路原理框图，包括电源电路、微控制器(MCU)、模拟量输出调理电路、开关量输出调理电路、PWM量输出调理电路、开关量输入采样及负载电路、PWM量输入采样电路和CAN总线电路,负载装置外壳的控制面板上还设置有两个用于与整车控制器通过转接器连接的接头，分别为接头A和接头B(图2中未画出)。

电源电路将蓄电池的输出转换成不同等级的电压，分别给负载装置的微控制器(MCU)、CAN总线电路、模拟量输出调理电路、开关量输出调理电路、PWM量输出调理电路、开关量输入采样和负载电路、PWM量输入采样电供电。

接入负载装置的蓄电池还通过电源电路实现与接头A的直连，以便通过转接器为整车控制供电。模拟量输出调理电路、开关量输出调理电路、PWM量输出调理电路连于微处理器MCU与接头A之间，开关量输入采样及负载电路、PWM量输入采样电路、CAN总线电路连于微处理器MCU与接头B之间，在PC连接负载装置后，PC通过CAN总线电路与微处理器MCU和接头B连接，以便PC通过接头B与整车控制器连接。图2中画有斜杠连线，表示多根连线。

图3为本实施例负载装置PWM量输出调理电路的原理框图。PWM量输出调理电路包括第一多路复用开关芯片和MOSFET管。微处理器MCU(包括其外围的晶振电路、RST处理电路等)的PWM模块输出频率和占空比可调的PWM波形，经MOSFET管增强驱动能力后，通过第一多路复用开关芯片进行输出通路选择后输出(由微控制器MCU控制)，作为整车控制器的PWM量输入。本实施例负载装置具有16路PWM量输出，不同输出连接接头的不同pin(下文同)。

图4为本实施例负载装置模拟量输出调理电路原理框图。模拟量输出调理电路包括2个第二多路复用开关芯片、数模转换器和电压跟随器，微控制器MCU通过SPI总线设置数模转换器的模拟输出大小，经电压跟随器提高驱动能力后，经过2个第二多路复用开关芯片进行输出通路选择后输出(由微控制器MCU控制)，以便作为整车控制器的模拟量输入。本实施例负载装置具有32路模拟量输出。

图5为本实施例负载装置开关量输出调理电路的原理框图。本实施例开关量输出调理电路由2个第三多路复用开关芯片、1个第一继电器(常开和常闭两个触点)构成，微控制器MCU控制继电器常开和常闭两个触点的状态切换和多路复用开关芯片的EN管脚输出Vbat端的高电平、GND端的低电平或高阻状态。负载装置开关量输出调理电路按不同项目整车控制器的有效和无效电平定义进行配置输出，作为整车控制器的开关量输入。本实施例负载装置具有32路开关量输出(所以采用了2个多路复用开关芯片)。

图6为本实施例负载装置开关量输入采样及负载电路的原理框图。开关量输入采样及负载电路包括开关量输入的模拟负载、4个串化器芯片(将并向输入转化为串行输出)和4个第二继电器(每个包括常闭和常开两个触点)。微控制器MCU通过配置4个继电器常开、常闭触点的吸合与打开，实现不同负载类型的配置(高端驱动负载或低端驱动负载)，根据不同项目整车控制器的开关量输出类型定义进行配置，作为整车控制器的开关量输出负载。4路串化器芯片组成菊花链(级联)，形成一个32位的输出，将采样到的开关量输入信息反馈给微控制器MCU。

图7为本实施例负载装置PWM量输入采样电路的原理框图。PWM量输入采样电路包括1路第四多路复用开关芯片、迟滞比较器和电阻限流，整车控制器VCU的PWM量输出与第四多路复用开关芯片的输入相连，迟滞比较器的输入端与第四多路复用开关芯片的输出端连接，迟滞比较器对输入的整车控制器的PWM量输出进行滤波和整形，经电阻限流限流后，输出到微处理器MCU的PWM模块进行采样。

图8为本发明整个测试流程。负载装置上电启动后，上位机软件自检控制器和负载装置CAN总线连接是否正常，判决正常后，对于已经测试过的控制器，直接选择已有的配置文件(控制器输入输出是否正常的判据)，如果是未测试过的新项目的控制器，则需要根据控制器的连接器管脚IO输入输出类型和数量来新建配置文件，设定控制器的输入输出门限设定，比如模拟量输入参数(通道ID、电压范围、误差)、开关量输入输出参数(通道ID、有效电平、无效电平)，PWM量输入输出(通道ID、频率范围及误差、占空比范围及误差)的门限值，然后保存文件再选择该配置文件，之后设定工作模式(整车控制器和负载装置的输出设置)，比如负载装置的模拟量输出(模拟电压值)，负载装置的开关量输出(有效电平或无效电平)，负载装置的PWM量输出(输出的PWM波形的频率值，占空比大小)，整车控制器的PWM量输出(频率值，占空比大小)，整车控制器的开关量输出(有效电平或无效电平)，然后是设定好运行时间，点击确认即可，电磁兼容测试过程中，负载装置实时监控控制器运行时输入输出状态参数变化，测试结束后自动生成测试报告，记录测试过程中整车控制器的输入输出状态参数的变化情况。

图9为本实施例的负载装置的处理流程图。微处理器MCU被配置为：

1)在负载装置上电后，发送PC握手信号，接收PC自检确认信号，并在收到所述PC自检确认信号后，接收PC的模式设定指令；

2)根据所述模式设定指令，输出频率和占空比可调的PWM波形，并控制通过相应路的所述PWM量输出调理电路输出和输出的时序；根据所述模式设定指令，设置通过相应路的所述模拟量输出调理电路输出的模拟信号的大小和输出的时序；根据所述模式设定指令，控制相应路的所述开关量输出调理电路输出高阻、高电平(Vbat)、低电平(GND)三种电平状态中的一种和输出的时序；

3)在延时一段时间后，根据所述模式设定指令，控制通过相应路的所述PWM量输入采样电路采样整车控制器的PWM量输出，并计算得出所述整车控制器输出的PWM波形的频率和占空比，和控制通过相应路的所述开关量输入采样及负载电路检测所述整车控制器的开关量电平输出，同时控制对应整车控制器开关量输出的各路所述开关量输入采样及负载电路为高端驱动或低端驱动；

4)将采样数据发送给PC,PC根据判决门限进行数据比对，从而考察整车控制器的输出误差。

图10为VCU(整车控制器)的处理流程图，其过程与本发明负载装置类似，在此不细叙。

图11为负载装置的电源架构图。为了减小开关电源的开关噪声及其谐波对整个负载装置对外辐射水平的影响，采用2级LDO(线性稳压器)降压取代1级开关电源降压，采用2级LDO将蓄电池电压先转换为9V，再转换为5V，从而减小对装置屏蔽度的要求，降低了设计难度和成本。9V电压主要供给多路复用开关、迟滞比较器、电压跟随器等，5V电压主要供给微处理器MCU、数模转换器等。

本发明装置适用于整车控制器电磁兼容测试，具有通用性，不同项目的整车控制器开发不必反复做负载装置，减小产品开发时间和成本，同时负载装置的电源电路设计大大降低整个电路板的电磁辐射水平，减小了对负载装置屏蔽度要求，降低了成本。

Claims (9)

1.一种具有通用性的汽车整车控制器EMC测试负载装置，其特征在于，包括外壳，外壳的控制面板上设有用于与整车控制器连接的接头，所述外壳内设置有电源电路、微控制器、PWM量输入采样电路、开关量输入采样及负载电路、模拟量输出调理电路、开关量输出调理电路和PWM量输出调理电路、CAN总线电路；

所述模拟量输出调理电路，具有20路以上；所述开关量输出调理电路，具有24路以上；所述PWM量输出调理电路，具有8路以上；所述PWM量输入采样电路，具有8路以上；所述开关量输入采样及负载电路，具有24路以上；

所述电源电路为所述负载装置内部各电路模块供电，所述模拟量输出调理电路、开关量输出调理电路、PWM量输出调理电路、开关量输入采样及负载电路、PWM量输入采样电路分别连于所述微处理器与所述接头之间，所述CAN总线电路与所述微处理器连接，以便连接PC与PC通信；

所述微控制器被配置为：

1)在负载装置上电后，发送PC握手信号，接收PC自检确认信号，并在收到所述PC自检确认信号后，接收PC的模式设定指令；

2)根据所述模式设定指令，输出频率和占空比可调的PWM波形，然后控制通过相应路的所述PWM量输出调理电路输出并控制输出的时序；根据所述模式设定指令，设置通过相应路的所述模拟量输出调理电路输出的模拟信号的大小并控制输出的时序；根据所述模式设定指令，控制相应路的所述开关量输出调理电路输出高阻、高电平、低电平三种电平状态中的一种并控制输出的时序；

3)延时一段时间后，根据所述模式设定指令，控制通过相应路的所述PWM量输入采样电路采样整车控制器的PWM量输出，并计算得出所述整车控制器输出的PWM波形的频率和占空比，和控制通过相应路的所述开关量输入采样及负载电路检测所述整车控制器的开关量输出，同时控制对应整车控制器开关量输出的各路所述开关量输入采样及负载电路为高端驱动或低端驱动；

4)将采样数据发送给PC。

2.根据权利要求1所述的负载装置，其特征在于，所述CAN总线电路还与所述接头连接，在PC连接负载装置后，PC即通过CAN总线电路与微处理器和所述接头连接。

3.根据权利要求2所述的负载装置，其特征在于，在电源接入所述负载装置后，电源通过所述电源电路与所述接头连接。

4.根据权利要求1所述的负载装置，其特征在于，所述PWM量输出调理电路包括第一多路复用开关芯片、MOSFET管，所述微控制器输出的频率和占空比可调的PWM波形，经MOSFET管增加驱动能力，然后通过控制所述第一多路复用开关芯片进行输出通路选择后输出，从而作为整车控制器的PWM量输入。

5.根据权利要求1所述的负载装置，其特征在于，所述模拟量输出调理电路包括第二多路复用开关芯片、数模转换器和电压跟随器，所述微控制器通过SPI总线设置所述数模转换器的模拟输出大小，经所述电压跟随器提高驱动能力后，再由微处理器控制所述第二多路复用开关芯片进行输出通路选择后输出，从而作为整车控制器的模拟量输入。

6.根据权利要求1所述的负载装置，其特征在于，所述开关量输出调理电路由第三多路复用开关芯片、第一继电器构成，所述第一继电器包括常闭和常开两个触点，所述第一继电器的常开和常闭两个触点分别连接高电平端、低电平端，然后另一端均与所述第三多路复用开关芯片连接，微处理器通过控制所述继电器选择电平，然后通过控制所述第三多路复用开关芯片进行输出通路选择后输出，同时，所述微控制器还通过对所述第三多路复用开关芯片的使能控制，实现高阻端输出。

7.根据权利要求1所述的负载装置，其特征在于，所述开关量输入采样及负载电路包括开关量输入的模拟负载、串化器芯片和第二继电器，所述第二继电器包括常闭和常开两个触点，所述接头中的各整车控制器开关量输入端分别连接所述模拟负载后再通过所述第二继电器的常开触点和常闭触点分别连接高电位端和低电位端，以实现高端驱动负载、低端驱动负载选择，同时各所述整车控制器开关量输入端接入所述串化器芯片，串化器芯片采样整车控制器的开关量输入信息并将并向输入转化为串行输出，然后输出到所述微处理器。

8.根据权利要求1所述的负载装置，其特征在于，所述PWM量输入采样电路包括第四多路复用开关芯片、迟滞比较器和电阻限流，所述接头的整车控制器PWM量输入端经所述第四多路复用开关芯片后依次连接所述迟滞比较器和电阻限流，所述微处理器通过控制所述第四多路复用开关芯片进行输入通路选择，所述迟滞比较器对经所述第四多路复用开关芯片相应通路输入的整车控制器PWM量进行滤波和整形，再经所述电阻限流限流后输出到所述微处理器进行采样。

9.根据权利要求1所述的负载装置，其特征在于，所述负载装置采用蓄电池供电，所述电源电路采用1级以上的LDO将所述蓄电池电压转换成期望电压。