CN205720461U - 一种程控电气故障注入系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种程控电气故障注入系统，包括故障注入箱、若干块故障注入板卡、上位机、LOAD端线束连接器、ECU端线束连接器、整车供电模块、机箱供电模块和香蕉插头。每块板卡上设有20个继电器，其中每2个继电器构成1路通道，继电器的触点形式为两组转换，即单个通道由4个开关控制，通过改变这4个继电器开关的组合状态，即可实现相应的故障注入功能。本电气故障注入系统具有7种故障注入模式，可接入到HIL设备与ECU之间，既能用于执行器故障注入，也能用于传感器故障注入。应用于车载电子电器自动化测试系统中，用来仿真被测单元的电气故障，可以有效、准确的验证在故障条件下模块的可靠性及故障处理策略是否正确。

Description

一种程控电气故障注入系统

技术领域

本实用新型属于电气故障测试领域，尤其是涉及一种程控电气故障注入系统。

背景技术

在进行车载电子电器自动化测试中，需要仿真被测单元的电气故障，以验证在故障条件下模块可靠性及故障处理策略是否正确。目前，故障注入主要有以下方式：(1)采用真实的电气设备。此种方式虽然能够很好地模拟实际故障，但成本太高。(2)采用计算机仿真。此种方式是通过建立数学模型来模拟故障，因此缺乏真实性。(3)采用手动断路盒。此种方式虽然能够实现常规电气故障注入功能，但是需要人去操作，存在故障注入设备效率低、操作不方便等缺点，而且故障注入需要短路到电源，存在一定的危险性。因此，研发一种安全、可靠的能够仿真车载电子电器故障的自动注入系统是个亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种具有自保护功能的程控电气故障注入系统，可接入到ECU与HIL设备之间，通过程序控制实现任意通道的开路、对地或对电源短路(带负载或不带负载)及任意两通道之间短路的故障注入。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种程控电气故障注入系统，包括故障注入箱、若干块故障注入板卡、上位机、LOAD端线束连接器、ECU端线束连接器、整车供电模块、机箱供电模块和香蕉插头；每块所述故障注入板卡上设有20个继电器，其中每2个 继电器构成1路通道故障注入电路，因此一块故障注入板卡上有10路通道故障注入电路，所述故障注入板卡包括CAN收发模块、RS232收发模块、拨码开关模块、LED指示灯、继电器驱动电路和MCU，在所述故障注入板卡上设有4个接插件，分别为ECU端接插件P1、ECU端接插件P2、MCU端接插件和LOAD端接插件，所述MCU分别与所述拨码开关模块和LED指示灯相连，所述MCU通过所述继电器驱动电路与每个通道故障注入电路相连，所述通道故障注入电路分别与所述ECU端接插件P1、ECU端接插件P2和LOAD端接插件相连，所述LOAD端接插件通过所述LOAD端线束连接器与负载相连，所述ECU端接插件P2依次通过所述香蕉插头、ECU端线束连接器与待测ECU相连，所述ECU端接插件P1与所述待测ECU的POWER管脚相连，所述MCU分别通过所述CAN收发模块和RS232收发模块与所述MCU端接插件相连，所述MCU端接插件与所述机箱供电模块相连，所述MCU端接插件还通过RS232或CAN总线与所述上位机相连，实现远程自动控制。

进一步的，根据故障注入测试的需要，在所述故障注入箱中可以设有1-9块故障注入板卡。

进一步的，所述故障注入板卡上的继电器的触点形式为两组转换触点形式，即单个通道由4个开关控制。通过改变这4个继电器开关的组合状态，即可实现相应的故障注入功能。

进一步的，由于单个通道的连续电流可达10A，为了防止硬件损坏，在每个通道故障注入电路中均设有10A的自恢复保险丝。

进一步的，所述MCU采用飞思卡尔MC9S12XS_112微控制器，用C语言编写其控制程序。

进一步的，所述香蕉插头为双排香蕉插头。

进一步的，所述香蕉插头设置在所述故障注入箱的前面板上，所述故障 注入板卡、LOAD端线束连接器、ECU端线束连接器和机箱供电模块设置在所述故障注入箱内。

相对于现有技术，本实用新型所述的程控电气故障注入系统具有以下优势：

(1)本程控电气故障注入系统可提供90个通道，单通道上允许通过的电流可达10A，具有7种故障注入模式，可接入到HIL设备与ECU之间，既能用于执行器故障注入，也能用于传感器故障注入，故障注入板卡通道具有自我保护功能。

(2)故障注入箱可通过故障仿真软件控制，包括手动故障注入控制软件和能够实现精确定时控制的自动故障注入功能软件，控制软件可同时监控相关故障是否被成功注入。

(3)本程控电气故障注入系统应用于车载电子电器自动化测试系统中，用来仿真被测单元的电气故障，可以有效、准确的验证在故障条件下模块的可靠性及故障处理策略是否正确。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型的原理框图；

图2中的2-A至2-D是本实用新型中4个接插件的电路图；

图3中3-A是本实用新型中MCU的电路图，3-B和3-C是MCU的外围电路图；

图4是本实用新型中CAN收发模块的电路图；

图5是本实用新型中RS232收发模块的电路图；

图6是本实用新型中拨码开关模块的电路图；

图7中7-A至7-J是本实用新型中10路通道故障注入电路的电路图；

图8中8-A至8-C是本实用新型中LED指示灯的电路图；

图9是本实用新型中继电器驱动电路的电路图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1所示，一种程控电气故障注入系统，包括故障注入箱、若干块故障注入板卡、上位机、LOAD端线束连接器、ECU端线束连接器、整车供电模块、机箱供电模块和香蕉插头；所述香蕉插头为双排香蕉插头，所述香蕉插头设置在所述故障注入箱的前面板上，所述故障注入板卡、LOAD端线束连接器、ECU端线束连接器和机箱供电模块设置在所述故障注入箱内。根据故障注入测试的需要，在所述故障注入箱中可以设有1-9块故障注入板卡，每块所述故障注入板卡上设有20个继电器，其中每2个继电器构成1路通道故障注入电路，因此一块故障注入板卡上有10路通道故障注入电路，所述继电器的触点形式为两组转换触点形式，即单个通道由4个开关控制，通过改变这4个继电器开关的组合状态，即可实现相应的故障注入功能，由于单个通道的连续电流可达10A，为了防止硬件损坏，在每个通道故障注入电路中均设有10A的自恢复保险丝。所述故障注入板卡包括CAN收发模块、RS232收发模块、拨码开关模块、LED指示灯、继电器驱动电路和MCU，所述MCU采用飞思卡尔MC9S12XS_112微控制器，在所述故障注入板卡上设有4个接 插件，分别为ECU端接插件P1、ECU端接插件P2、MCU端接插件和LOAD端接插件，所述MCU分别与所述拨码开关模块和LED指示灯相连，所述MCU通过所述继电器驱动电路与每个通道故障注入电路相连，所述通道故障注入电路分别与所述ECU端接插件P1、ECU端接插件P2和LOAD端接插件相连，所述LOAD端接插件通过所述LOAD端线束连接器与负载相连，所述ECU端接插件P2依次通过所述香蕉插头、ECU端线束连接器与待测ECU相连，所述ECU端接插件P1与所述待测ECU的POWER管脚相连，所述MCU分别通过所述CAN收发模块和RS232收发模块与所述MCU端接插件相连，所述MCU端接插件与所述机箱供电模块相连，所述MCU端接插件还通过RS232或CAN总线与所述上位机相连，实现远程自动控制。

以在故障注入箱中设有9块故障注入板卡为例：

故障注入箱的前面板排列有90个双排香蕉插头，通过拔出故障注入箱前面板上的双排香蕉插头，即可手动断开ECU端和LOAD端的连接。拔出双排香蕉插头，用测试线把前面板上的ECU插座(拔出香蕉插头可见)分别与待测ECU的电源正极(ECU_KL30、ECU_KL15)、地(ECU_GND)和任意通道(FIU_COM)相连接，即可实现ECU端信号不带负载短路到电源正极、不带负载短路到地、不带负载短路到任意通道。插上双排香蕉插头，从香蕉插头上引出信号连接到待测ECU的电源正极(ECU_KL30、ECU_KL15)、地(ECU_GND)和任意通道(FIU_COM)，即可实现带负载故障注入。

如图7所示，每块故障注入板卡上有20个继电器，其中每2个继电器构成1路通道，因此一块板块上有10路通道，总共90通道。在故障注入板卡上的每个通道故障注入电路的工作原理相同。以第1通道为例，信号从ECU_CH_1输入，经过自恢复保险丝F1、继电器Relay-13(内含开关K42和K11)、继电器Relay-14(内含开关K40和K41)、自恢复保险丝F2，从LOAD 端输出。

当K42、K11、K40和K41四个开关均断开时，ECU端与LOAD端接通，此为正常工况。

当K42吸合、K11断开、K40断开、K41断开时，ECU端与LOAD端断路。

当K42断开、K11吸合、K40断开、K41断开时，ECU短路到地带负载。

当K42吸合、K11吸合、K40断开、K41断开时，ECU短路到地不带负载。

当K42断开、K11吸合、K40吸合、K41断开时，ECU短路到Ubat带负载。

当K42吸合、K11吸合、K40吸合、K41断开时，ECU短路到Ubat不带负载。

当K42断开、K11吸合、K40断开、K41吸合时，ECU短路到任意通道带负载。

当K42吸合、K11吸合、K40断开、K41吸合时，ECU短路到任意通道不带负载。

故障注入箱使用220VAC，经机箱供电模块转换为12VDC给故障注入板卡供电。故障注入板卡中的MCU采用飞思卡尔MC9S12XS_112微控制器，用C语言编写其控制程序，基于此程序，所有的故障注入板卡可以通过CAN收发模块或RS232收发模块来控制。各个故障注入板卡之间通过不同的地址来识别，地址通过故障注入板卡上的拨码开关模块设置。为了避免在一条线中传输多个信号，必须先设置故障注入板卡地址，才能实现故障注入功能。

用RS232串口通信控制时，有两种故障注入方式：

故障注入方式一：故障能够持续任意时间，直至人为停止故障注入。

故障注入方式二：故障持续特定时间，然后自动恢复为正常状态。开关切换的速度很快，其动作时间的典型值为3ms、释放时间的典型值为1.3ms，能够仿真松动的触点、或在十分精确的时段内注入故障。

用CAN通信控制时，可实现故障注入方式一。CAN报文共有8个字节，其中前7个字节用于设置寄存器状态，每个字节的高四位为板卡通道，低四位为相应通道状态，最后一个字节为命令字节，无效时设置为0xFF。0xF0用于板卡所有通道状态寄存器清零、继电器恢复正常，本报文其他指令同时也为无效。0xFE用于设置状态寄存器响应到继电器输出。

上位机可以实现导入测试配置文件、多通道故障注入、监控故障注入状态等功能。上位机通过RS232或CAN总线与故障注入箱通信，实现对电气故障注入系统的远程自动控制。

本电气故障注入系统具有7种故障注入模式，可接入到HIL设备与ECU之间，既能用于执行器故障注入，也能用于传感器故障注入。故障注入板卡通道具有自我保护功能。故障注入箱可通过故障仿真软件控制，包括手动故障注入控制软件和能够实现精确定时控制的自动故障注入功能软件，控制软件可同时监控相关故障是否被成功注入。通过程序控制实现任意通道的开路、对地或对电源短路(带负载或不带负载)及任意两通道之间短路的故障注入，可有效提高故障注入效率，而且本电气故障注入系统还可以集成到自动化测试系统中。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种程控电气故障注入系统，其特征在于：包括故障注入箱、若干块故障注入板卡、上位机、LOAD端线束连接器、ECU端线束连接器、整车供电模块、机箱供电模块和香蕉插头；每块所述故障注入板卡上设有20个继电器，其中每2个继电器构成1路通道故障注入电路，所述故障注入板卡包括CAN收发模块、RS232收发模块、拨码开关模块、LED指示灯、继电器驱动电路和MCU，在所述故障注入板卡上设有4个接插件，分别为ECU端接插件P1、ECU端接插件P2、MCU端接插件和LOAD端接插件，所述MCU分别与所述拨码开关模块和LED指示灯相连，所述MCU通过所述继电器驱动电路与每个通道故障注入电路相连，所述通道故障注入电路分别与所述ECU端接插件P1、ECU端接插件P2和LOAD端接插件相连，所述LOAD端接插件通过所述LOAD端线束连接器与负载相连，所述ECU端接插件P2依次通过所述香蕉插头、ECU端线束连接器与待测ECU相连，所述ECU端接插件P1与所述待测ECU的POWER管脚相连，所述MCU分别通过所述CAN收发模块和RS232收发模块与所述MCU端接插件相连，所述MCU端接插件与所述机箱供电模块相连，所述MCU端接插件还通过RS232或CAN总线与所述上位机相连。

2.根据权利要求1所述的一种程控电气故障注入系统，其特征在于：在所述故障注入箱中可以设有1-9块故障注入板卡。

3.根据权利要求1或2所述的一种程控电气故障注入系统，其特征在于：所述故障注入板卡上的继电器的触点形式为两组转换触点形式，即单个通道由4个继电器开关控制，通过改变这4个继电器开关的组合状态，即可实现相应的故障注入功能。

4.根据权利要求3所述的一种程控电气故障注入系统，其特征在于：在每个通道故障注入电路中均设有10A的自恢复保险丝。

5.根据权利要求3所述的一种程控电气故障注入系统，其特征在于： 所述MCU采用飞思卡尔MC9S12XS_112微控制器。

6.根据权利要求3所述的一种程控电气故障注入系统，其特征在于：所述香蕉插头为双排香蕉插头。

7.根据权利要求4所述的一种程控电气故障注入系统，其特征在于：所述香蕉插头设置在所述故障注入箱的前面板上，所述故障注入板卡、LOAD端线束连接器、ECU端线束连接器和机箱供电模块设置在所述故障注入箱内。