CN201210253Y - 一种用于测试汽车电子控制器的测试设备 - Google Patents

一种用于测试汽车电子控制器的测试设备 Download PDF

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CN201210253Y CNU2008201085897U CN200820108589U CN201210253Y CN 201210253 Y CN201210253 Y CN 201210253Y CN U2008201085897 U CNU2008201085897 U CN U2008201085897U CN 200820108589 U CN200820108589 U CN 200820108589U CN 201210253 Y CN201210253 Y CN 201210253Y
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Abstract

一种用于测试汽车电子控制器的测试设备包括:至少一个实时运行对象模型的实时仿真机,所述实时仿真机具有多个接收/输出数据信号的I/O接口,所述实时仿真机模拟汽车的各种传感器信号,并接收所述汽车电子控制器输出的执行器信号;至少一个负载仿真与故障模拟单元,该负载仿真与故障模拟单元与所述实时仿真机的所述I/O接口之一相连,并模拟汽车上的各种负载和汽车的各种运行故障;所述汽车电子控制器与所述负载仿真与故障模拟单元相连,并接收来自所述负载仿真与故障模拟单元输出的测试信号,以及将输出的执行器信号传给所述负载仿真与故障模拟单元。该测试设备满足了各种汽车电子控制器测试的需要,克服了现有技术的缺陷。

Description

一种用于测试汽车电子控制器的测试设备
技术领域
本实用新型涉及一种用于测试汽车电子控制器的设备,其中待测汽车电子 控制器可以是一个(如发动机控制器)、几个(如发动机控制器+变速箱控制器+ 制动防抱死控制器)也可以是汽车上所有电子控制器组成的控制器网络。其中
待测汽车电子控制器通过i/o接口和通讯接口与测试设备相连接,测试设备中实
时运行着用来模拟汽车的某一部分或者整个汽车运行状态的模型,该测试设备
能够模拟各种车用传感器信号从而将汽车运行状态传递给电子控制器;同时, 通过测量电子控制器的输出,按照汽车运转的原理修改运行状态,通过电子控 制器与测试设备的交互作用实现对电子控制器的各种功能进行测试。
背景技术
汽车电子控制器(ECU)是一种广泛应用于汽车领域的电子控制装置,该 装置通过测量汽车各部件的运行状态,对汽车进行调节和校准。
在研制和开发汽车电子控制器(ECU)的时候,广泛采用了如下的开发流 程和/或开发方式:在功能设计和开发阶段,借助于数学建模工具 (Matlab/Simulink)抽象出汽车电子控制器及其控制对象的数学模型,通过仿 真的方式对设计进行验证。
然后在快速控制原型(RCP)阶段,将前一个阶段抽象出来的汽车电子控 制器模型借助于代码生成器转换成一个可执行程序,该可执行程序在一个硬件 平台上运行,该硬件平台可以通过相应的1/0接口与实际控制对象相互作用。
如果控制效果是满意的,则由代码生成器将抽象出来的汽车电子控制器模 型生成批量电子控制器硬件可执行的代码。在批量汽车电子控制器与实际控制 对象一起使用之前,需要进行详细的测试,通常使用硬件在回路测试 (Hardware國ln-The國Loop ,简称HIL测试)。
在HIL测试中,批量汽车电子控制器与测试设备相连接,在测试设备上借助 车辆模型对被测电子控制器的功能进行仿真,车辆模型的状态通过传感器模拟 传递给电子控制器,同时采集电子控制器的输出,从而实现电子控制器和测试
设备的交互联系。
EP1898282A中公开了一种测试电子控制系统的方法和装置,其中提及所述 控制系统可以是一个电动机控制设备,或者是整部汽车的行驶和发动机动态模 型。但是该现有技术中所公开的内容十分宽泛而笼统,使得本领域技术人员在 试图将其中的内容付诸实施的时候,难以将其应用于任何一种具体的领域和/或 控制系统中,例如,虽然该现有技术提及了汽车,但是,其具体如何应用于汽 车领域缺乏相应的技术解决手段,本领域技术人员在不花费任何创造性劳动的 情况下,难以将其付诸于汽车领域某一具体的方向上,例如ECU的测试。
实用新型内容
因此,本实用新型旨在提供一种用于测试汽车电子控制器的测试设备,以 满足各种汽车电子控制器测试的需求,从而避免和克服了上述现有技术中所述 的缺陷。
本实用新型基于HIL (Hardware-ln-The-Loop)测试技术提出了一种测试设 备,以发动机电子控制器的测试设备为例来说,该测试设备中实时运行着车辆
模型(包括发动机、变速箱、底盘等),发动机电子控制器的i/o接口与测试设备
相连,模型在运行过程中,将发动机的运行状态以测试设备模拟的传感器信号 的形式传递给发动机电子控制器,同时,测试设备测量发动机电子控制器发出 的喷油和(或)点火等输出信号并传递给模型,改变发动机的运行状态。在发 动机电子控制器和测试设备的交互过程中,借助于PC机上与测试设备相连的软 件进行实验管理、参数修改、数据采集等操作。该测试设备的本质是模拟一个 真实的工作环境对电子控制器的功能进行仿真,从而实现对电子控制器的测试。 为解决上述技术问题,本实用新型提供了一种用于测试汽车电子控制器的 测试设备,该测试设备包括:至少一个实时运行对象模型的实时仿真机,所述 实时仿真机具有多个接收/输出数据信号的1/0接口,所述实时仿真机模拟汽车 的各种传感器信号,并接收所述汽车电子控制器输出的执行器信号;至少一个 负载仿真与故障模拟单元,该负载仿真与故障模拟单元与所述实时仿真机的所
述l/0接口之一相连,并模拟汽车上的各种负载和汽车的各种运行故障;其中,
所述汽车电子控制器与所述负载仿真与故障模拟单元相连,并接收来自所述负 载仿真与故障模拟单元输出的测试信号,以及将输出的执行器信号传给所述负 载仿真与故障模拟单元。
优选地,所述负载仿真与故障模拟单元包括至少一块模拟传感器故障的传 感器故障模拟板,所述测试信号通过所述传感器故障模拟板输入所述汽车电子
控制器。
优选地,所述负载仿真与故障模拟单元包括至少一块执行器故障模拟板, 该执行器故障模拟板接收来自所述汽车电子控制器的输出信号,并模拟各种执 行器故障。
优选地,所述执行器故障模拟板至少与一块负载板连接,所述负载板与至 少一个模拟负载或至少一个真实负载连接在一起。
优选地,所述测试设备进一步包括至少一个可编程电源,该可编程电源模 拟汽车上的蓄电池的各种运行状态,并与所述负载仿真与故障模拟单元相连。
优选地,所述测试设备进一步包括至少一个断路测试盒,该断路测试盒使 所述汽车电子控制器与所述测试设备断开/连接。
优选地,所述测试设备进一步包括至少一个系统供电及保护单元,该系统 供电及保护单元给所述测试设备供电,并对所述测试设备提供过载保护。
优选地,所述测试设备进一步包括至少一个信号调理单元,该信号调理单 元匹配所述汽车电子控制器与所述测试设备的接口,将所述测试设备输出的信 号调理为所述电子控制器可以接受的范围,将所述电子控制器输出的信号调理 为所述测试设备可以接受的范围。
优选地,所述测试设备进一步包括至少一个PC机,该PC机与所述实时仿
真机连接,并通过所述实时仿真机的输入和/或输出信号判断所述汽车电子控制 器是否合格。
优选地,所述PC机与所述负载仿真与故障模拟单元连接,并向所述负载仿
真与故障模拟单元提供控制信号。
本实用新型所提出的上述测试设备,通过模拟一个真实的运行环境,对汽 车电子控制器的功能进行仿真。闭环实时模型实现了对车辆电子控制器的动态 全工况测试,减少了实际的实验从而节省了测试成本。自动测试的实现能够大 幅縮短测试时间,减少工程师的投入。满足了各种汽车电子控制器测试的需要, 克服了现有真实测试台架手动测试的缺陷。
附图说明
以下附图仅对本实用新型做示意性说明和解释,并不限定本实用新型的范
围。其中-
图1显示的是根据本实用新型的一种用于测试汽车电子控制器的测试设备 的原理示意图;
图2显示的是图1所示用于测试汽车电子控制器的测试设备的负载仿真与故 障模拟单元结构示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附 图说明本实用新型的具体实施方式,在各图中相同的标号表示相同的部分。在 本文的说明中,"一个"包括"一个"和"多于一个"。
图1显示的是根据本实用新型的一种用于测试汽车电子控制器的测试设备 的原理示意图。如图1所示,根据本实用新型的测试设备用于对汽车电子控制
器(Electronic Control Unit ,简称ECU)进行测试。
ECU是一种广泛应用于汽车领域的电子控制装置,该装置通过测量汽车各 部件的运行状态,对汽车进行调节和校准。ECU通常由微处理器(CPU)、存 储器(R0M、 RAM)、输入/输出接口 (I/O)、模数转换器(A/D)以及整形、驱 动等大规模集成电路组成。在ECU中,CPU是核心部分,它具有运算与控制 的功能,还实时对存储器(ROM、 RAM)、输入/输出接口 (I/O)和其它外部电 路的控制,并具有故障自诊断和保护功能。在本实用新型中,ECU仅仅是用于 测试的产品,即,ECU经设计生产成样品之后,需要对其进行测试,以判断其 是否满足设计要求,或者是否是一件合格的产品。因此,本实用新型中,所述 汽车电子控制装置(ECU)并非某种特定型号的产品,而是任何一种现有技术 可获得的装置,本实用新型所提出的测试设备用于对这些汽车电子控制装置进 行测试,以判断其是否合格。
如图1所示,根据本实用新型的用于测试汽车电子控制器的测试设备,包 括一个机柜1,其中安装有该测试设备的各种主要部件,例如可编程电源2、实 时仿真机3、负载仿真与故障模拟单元4、信号调理单元5、断路测试盒6、系 统供电及保护单元7等。
其中,实时仿真机3可用来运行实时模型,该实时仿真机可以是一个工控 机或者一个通用的计算机(只要具备实时运行对象模型功能的计算机都可以), 其具有计算机通常所具备的部件,例如处理器,主板,处理器板卡以及各种l/0
接口板卡等,处理器板和i/o接口板之间通过总线相连,主板上还插有通讯卡,
用于和PC机通讯。而且该实时仿真机3还具有外部编程接口 (如 Matlab/Simulink),可以方便的将模型下载到实时仿真机3中运行。在本实用新 型中,该实时仿真机3可以采用德国dSPACE公司的组件系统(如ds1006、 ds2211等),所述dSPACE公司的组件系统乃是业界通常采用的现有产品,在 此不对其结构进行详细描述。
如上所述,实时仿真机3具有各种1/0接口板卡,因而具有多个接收/输出 数据信号的I/O接口,根据本实用新型的测试设备的其他组件都可以通过这些 I/O接口与实时仿真机3连接,用于与实时仿真机3进行数据的交换。
根据本实用新型的测试设备还可以具备多个负载仿真与故障模拟单元4,该 负载仿真与故障模拟单元4与所述实时仿真机3的所述I/O接口之一相连,并 模拟汽车上的各种负载和汽车的各种运行故障。其中,需要测试的汽车电子控 制器与所述负载仿真与故障模拟单元4相连,并接收来自所述负载仿真与故障 模拟单元4输出的测试信号。
具体来说,负载仿真与故障模拟单元4具有两个基本的功能:负载仿真和 故障模拟。其中,负载仿真用来模拟汽车上各种负载,如继电器、喷油电磁阀、 点火线圈、电机等,主要目的是补齐汽车电子控制器的负载连接,确保电子控 制器可以进行正常的测试;故障模拟用来模拟汽车在运行过程中出现的各种故 障,如短路、断路等,目的是模拟各种故障状态,以检测汽车电子控制器是否 具有容错处理和保护功能。根据本实用新型的测试设备可以具有多个负载仿真 与故障模拟单元4,每个负载仿真与故障模拟单元4针对一块或一类实时仿真机 3的l/0接口板的l/0接口。
下面参照图2对负载仿真与故障模拟单元4的具体结构进行详细说明。如 图2所示,4是负载仿真和故障模拟单元,其中背板13起连接作用,用于将实 时仿真机3的I/O接口板与负载仿真和故障模拟单元4连接在一起,它具有路
由的功能,对i/o接口板的硬件资源按照输入和输出进行划分,此外,它还能通
过板载的继电器模拟各种汽车上常用的继电器。
负载仿真与故障模拟单元4输出的测试信号从背板13连接到传感器故障模 拟板18,再通过安装在负载仿真和故障模拟单元4面板上的电子控制器接口 19 连接到电子控制器的输入。传感器故障模拟板18通过开关器件(如继电器、
MOSFET、 CMOS开关等)通断的组合模拟各种常见的传感器故障,如对电源 短路、对地短路、开路等。电子控制器对接收到的测试信号进行响应,并相应 地输出各种指令,这些输出信号同样通过电子控制器接口 19连接到测试设备, 再连接到执行器故障模拟板15,再到中间板17,再到负载板16。
如果有模拟负载,则模拟负载固定在负载板16上,由电子控制器的输出信 号驱动其动作或响应;如果没有模拟负载,则负载板16相当于导线,将电子控 制器的输出信号与外部真实负载连接在一起。也就是说,负载仿真和故障模拟 单元4上可以连接各种模拟负载,以模拟汽车上各种负载,如继电器、喷油电 磁阀、点火线圈、电机等,或者也可以连接各种真实负载,例如真实的继电器、 喷油电磁阀、点火线圈、电机等。
执行器故障模拟板15的原理与传感器故障模拟板18类似,都是通过开关 器件(如继电器、MOSFET、 CMOS开关等)通断的组合来模拟各种故障,区 别在于后者通过的电流大。中间板17除了固定执行器故障模拟板15和负载板 16之外,还提供与l/0板输入资源的接口,从而在电子控制器驱动负载的同时, 对驱动信号进行测量。
侧板14实现一定的辅助功能,如电流采集、特殊传感器信号的模拟等信号 调理功能。负载仿真与故障模拟单元4中的背板13和中间板17各有一块,其 他板卡都可以有多块,具体数目视连接的I/O接口板而定。如果使用德国 dSPACE公司的ds2211板,则执行器故障模拟板15和负载板16各有5块, 传感器故障模拟板18可以有1块、2块,侧板14视需求而定,最多2块。
仍然参照附图1对根据本实用新型的测试设备的其他部件进行进一步的说明。
如图1所示,根据本实用新型的测试设备进一步包括至少一个可编程电源 2,其与所述负载仿真与故障模拟单元4中的背板13相连。即,实时仿真机3 的接口板先全部接到背板13上,电源2再和背板13相连,也就是说电源2和 实时仿真机3之间是间接相连。可编程电源2用来模拟汽车上的蓄电池的各种 运行状态,该电源可以单独对电压编程、单独对电流编程,也可以对电压和电 流同时编程。对电压和电流的编程均是通过0-5V的模拟电压来实现的,而模拟 电压可以由实时仿真机3的模拟量输出通道来控制,从而实现在实时仿真机3 中运行模型的同时来调节可编程电源2的电压和(或)电流。
根据本实用新型的测试设备进一步包括至少一个断路测试盒6,该断路测试 盒6使所述汽车电子控制器与所述测试设备断开/连接。亦即,断路测试盒6可 以方便断开和连接待测电子控制器与测试设备,主要用于测试时方便的测量信 号,还可以引入测试信号。断路测试盒6 —般由一定数量的通道组成,通道数 取决于使用的接插件。原理类似于跳线:跳线插上,则回路接通,拔开跳线, 则回路断开,因此,断路测试盒6同时还具有不中断连接进行测量的功能。
根据本实用新型的测试设备进一步包括至少一个系统供电及保护单元7,用 于给整个测试设备供电,并对所述测试设备提供过载保护,即,具有过压、过 流、短路保护和紧急停止功能。
根据本实用新型的测试设备进一步包括至少一个信号调理单元5,该信号调 理单元5用来匹配待测汽车电子控制器与测试设备的接口,将测试设备发出的 信号调理为电子控制器可以接受的范围,将电子控制器发出的信号调理为测试 设备可以接受的范围。当然,信号调理单元5并不是必需的一个独立的组件, 根据具体设计的需要,也可以将信号调理单元5与负载仿真和故障模拟单元4 做成一个单元。例如,如图2所示,负载仿真和故障模拟单元4中的侧板14只 能负责一小部分的信号调理功能,如果需要调理的信号比较特殊,或者数量比 较多,则需要信号调理单元5,它随着信号调理需求的改变而改变,结构比较灵 活。目的只有一个,匹配电子控制器与实时仿真机3中1/0接口板的连接。
根据本实用新型的测试设备进一步包括至少一个PC机,该PC机与所述实 时仿真机3连接,并通过所述实时仿真机3的输出信号判断所述汽车电子控制 器是否合格。所述PC机还与所述负载仿真与故障模拟单元4连接,并向所述 负载仿真与故障模拟单元4提供控制信号。
进一步参照图1 , PC机10中运行着试验管理软件11和自动测试软件12, 试验管理软件11实现对测试的管理包括模型下载、模型参数的修改、采集数据 等。自动测试软件12主要用来编写和运行自动测试序列,实现自动化测试。如 果实时仿真机3使用德国dSPACE公司的组件系统(如ds1006+ds2211),则 试验管理软件11和自动测试软件12可以分别为ControlDesk和 AutomationDesk。 PC机10通过通讯连接8与实时仿真机3连接,实现上下位 机的通讯。通讯连接8可以是TCP/IP连接或者专用总线连接。通讯连接9实现 负载仿真与故障模拟单元4与PC机10的连接,用于PC机对故障模拟的控制, 通讯连接9可以是RS232、 CAN等连接方式。
本实用新型所提出的上述测试设备满足了各种汽车电子控制器测试的需 要,克服了现有技术的缺陷。
下面参照附图对本实用新型的测试设备的工作流程进行进一步的详细说明。
如图1所示,首先以图1所示的方式将本实用新型的测试设备的各个组件
安装到机柜1中,并将各组件分别通过各1/0接口连接在一起。将需要测试的汽 车电子控制器(ECU)的输入输出端口分别连接在负载仿真与故障模拟单元4 的电子控制器接口19 (该接口既包括输入端也包括输出端),使PC机10通过 通讯连接8与实时仿真机3连接,实现上下位机的通讯,通过通讯连接9实现 负载仿真与故障模拟单元4与PC机10的连接,用于PC机对故障模拟的控制。
然后,PC机10中运行的试验管理软件11进行模型下载、模型参数的修改、 采集数据等管理操作,而自动测试软件12可以将试验管理软件11中的各种操 作编程为操作序列,实现自动化测试。
艮P, PC机10通过试验管理软件11和通讯连接8将车辆模型(发动机、变 速箱、底盘、车轮等)下载到实时仿真机3中运行,实时仿真机3中的I/O接 口板和负载仿真与故障模拟单元4连接,在车辆模型运行的同时,1/0接口板将 模型运算的车辆状态以各种传感器信号的形式发出去,并通过传感器故障模拟 板18和电子控制器接口 19与待测电子控制器的传感器输入端连接到一起。待 测电子控制器根据接收到的传感器信号计算输出,其执行器输出端通过电子控 制器19与执行器故障模拟板15连接在一起,再通过中间板17和负载板16连 接到真实负载(继电器、喷油电磁阀、点火线圈、电机等)或者模拟负载,在 电子控制器驱动负载的同时,由i/o接口板进行测量,并传递给模型用于计算下 一个状态的传感器输出。PC机10通过通讯连接9控制传感器故障模拟板18 和执行器故障模拟板15模拟各种硬件故障,如对地短路、对电源短路、开路等。
在测试过程中,PC机10中运行的试验管理软件10可以测量和记录测试设 备和电子控制器的输出,并将电子控制器的输出与期望值进行对比,以判断电 子控制器是否合格。
当然,在测试过程中,该测试设备的其他部件,例如可编程电源2、信号调 理单元5、断路测试盒6、系统供电及保护单元7各自发挥其辅助作用,在此不 一一赘述。
如上所述,本实用新型所提出的上述测试设备满足了各种汽车电子控制器
测试的需要,克服了现有技术的缺陷。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的 具体说明,它们并非用以限制本实用新型的保护范围,凡未脱离本实用新型技 艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种用于测试汽车电子控制器的测试设备,其特征在于,该测试设备包括:至少一个实时运行对象模型的实时仿真机(3),所述实时仿真机(3)具有多个接收/输出数据信号的I/O接口,所述实时仿真机(3)模拟汽车的各种传感器信号,并接收所述汽车电子控制器输出的执行器信号;至少一个负载仿真与故障模拟单元(4),该负载仿真与故障模拟单元(4)与所述实时仿真机(3)的所述I/O接口之一相连,并模拟汽车上的各种负载和汽车的各种运行故障;其中,所述汽车电子控制器与所述负载仿真与故障模拟单元(4)相连,并接收来自所述负载仿真与故障模拟单元(4)输出的测试信号,以及将输出的执行器信号传给所述负载仿真与故障模拟单元(4)。
2. 根据权利要求1所述的测试设备,其中,所述负载仿真与故障模拟单元 (4)包括至少一块模拟传感器故障的传感器故障模拟板(18),所述测试信号通过所述传感器故障模拟板(18)输入所述汽车电子控制器。
3. 根据权利要求1所述的测试设备,其中,所述负载仿真与故障模拟单元 (4)包括至少一块执行器故障模拟板(15),该执行器故障模拟板(15)接收来自所述汽车电子控制器的输出信号,并模拟各种执行器故障。
4. 根据权利要求3所述的测试设备,其中,所述执行器故障模拟板(15) 至少与一块负载板(16)连接,所述负载板(16)与至少一个模拟负载或至少 一个真实负载连接在一起。
5. 根据权利要求1所述的测试设备,其中,所述测试设备进一步包括至少 一个可编程电源(2),该可编程电源(2)模拟汽车上的蓄电池的各种运行状态, 并与所述负载仿真与故障模拟单元(4)相连。
6. 根据权利要求1所述的测试设备,其中,所述测试设备进一步包括至少 一个断路测试盒(6),该断路测试盒(6)使所述汽车电子控制器与所述测试设 备断开/连接。
7. 根据权利要求1所述的测试设备,其中,所述测试设备进一步包括至少 一个系统供电及保护单元(7),该系统供电及保护单元(7)给所述测试设备供 电,并对所述测试设备提供过载保护。
8. 根据权利要求1所述的测试设备,其中,所述测试设备进一步包括至少 一个信号调理单元(5),该信号调理单元(5)匹配所述汽车电子控制器与所述 测试设备的接口,将所述测试设备输出的信号调理为所述电子控制器可以接受 的范围,将所述电子控制器输出的信号调理为所述测试设备可以接受的范围。
9. 根据权利要求1所述的测试设备,其中,所述测试设备进一步包括至少 一个PC机(10),该PC机(10)与所述实时仿真机(3)连接,并通过所述 实时仿真机(3)的输入和/或输出信号判断所述汽车电子控制器是否合格。
10. 根据权利要求1所述的测试设备,其中,所述PC机(10)与所述负 载仿真与故障模拟单元(4)连接,并向所述负载仿真与故障模拟单元(4)提 供控制信号。
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