CN210119704U - 一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置,括电源模块、脉冲信号设定模块、单片机启明开发板、脉冲信号驱动模块、电阻信号设定模块、脉冲模式控制开关及电阻模式控制开关；脉冲信号设定模块分别提供频率电位器信号、占空比电位器信号、高电压电位器信号及低电压电位器信号输入到单片机启明开发板的模数转换器输入接口。本实用新型一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置，配合使用脉冲信号设定模块、单片机启明开发板、脉冲信号驱动模块及电阻信号设定模块，可同时模拟脉冲信号和电阻信号，提升了电磁阀类部件PVE测试的准确性，并大幅度提高了电磁阀类部件PVE测试的效率。

Description

一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置

技术领域

本实用新型属于汽车测试技术领域，尤其是涉及一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置。

背景技术

现代汽车电控单元(Electronic Control Unit，以下简称ECU)中都配备有车载诊断系统(On Board Diagnostics，以下简称OBD)，该系统可以实时监测发动机各个系统、部件的工作状态和性能，及时发现系统存在的故障。ECU在正常状态下，各个传感器和执行器的电压信号会在一定范围内变化，当ECU监测到电压信号超出规定的数值范围时，OBD就确认该信号出现故障，并点亮驾驶室仪表盘上的故障灯，并在系统中生成相应的故障码以供修理人员调取使用。

依据GB18352.6-2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》的要求，企业需要在车辆上安装车载诊断系统OBD，以监测机动车实际运行中的排放，并且要求对车辆进行OBD量产车辆评估(Production Vehicle Evaluation，以下简称PVE)测试，主要是对汽车电控单元的OBD故障码进行测试与验证。

汽车电控系统包括ECU、传感器(如：温度传感器、压力传感器、转速传感器等)和执行器(如：点火线圈、喷油器等电磁阀)等部件，这些部件的电路故障测试都属于PVE测试的基本要求。在PVE测试过程中，为了保证OBD能够有效地检测出各部件的相关电路故障，就需要模拟各个部件发生各种类型电路故障的情况。

汽车执行器多为电磁阀类部件，其功能性故障多为电路脉冲故障，因此在PVE测试过程中，断开电磁阀类部件与ECU的连接，使用电阻与ECU连接来模拟实际电磁阀，用于ECU控制；而实际电磁阀则与模拟的脉冲信号连接，并根据模拟的脉冲信号执行相应的动作，直至OBD监测到电磁阀工作异常并报出相应的故障码。

在现有技术条件下，常规的信号发生器不具备功率放大功能，无法驱动电磁阀类部件工作；而功能完善的信号发生器，成本比较高，价格昂贵，有的甚至需要编制控制程序，在汽车PVE测试试验中使用较为困难。此外，常规信号发生器不具备电阻模拟功能，还需要额外再连接电阻箱进行电阻信号模拟，造成测试过程中需要连接较多测试设备，使得试验操作过程繁琐，降低了PVE测试试验效率。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置，配合使用脉冲信号设定模块、单片机启明开发板、脉冲信号驱动模块及电阻信号设定模块，可同时模拟脉冲信号和电阻信号，提升了电磁阀类部件PVE测试的准确性，并大幅度提高了电磁阀类部件PVE测试的效率。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置，包括电源模块、脉冲信号设定模块、单片机启明开发板、脉冲信号驱动模块、电阻信号设定模块、脉冲模式控制开关及电阻模式控制开关；

脉冲信号驱动模块包括10倍电压放大器及MOS驱动模块；电源模块分别对单片机启明开发板、脉冲信号驱动模块供电；脉冲信号设定模块分别提供频率电位器信号、占空比电位器信号、高电压电位器信号及低电压电位器信号输入到单片机启明开发板的模数转换器输入接口；

单片机启明开发板根据输入的高电压电位器信号及低电压电位器信号，由单片机启明开发板的数模转换器输出接口输出高电压信号及低电压信号经10倍电压放大器放大后，输入到MOS驱动模块；单片机启明开发板根据输入的频率电位器信号及占空比电位器信号，由单片机启明开发板的定时器接口输出脉冲信号到MOS驱动模块；

MOS驱动模块输出的模拟脉冲信号及汽车电控单元输出的实际信号均对应输入脉冲模式控制开关，脉冲模式控制开关切换模拟脉冲信号或实际信号输入到电磁阀；电阻信号设定模块输出的模拟电阻信号及电磁阀的实际电阻信号均对应输入电阻模式控制开关，电阻模式控制开关切换模拟电阻信号或实际电阻信号输入到汽车电控单元。

进一步的，电源模块是XL6019可调升压电源模块，XL6019可调升压电源模块输出一路12V直流为单片机启明开发板供电，XL6019可调升压电源模块输出另一路36V直流为10倍电压放大器供电。

进一步的，脉冲信号设定模块包括：用于模拟频率的10kΩ电位器、用于模拟占空比的10kΩ电位器、用于模拟高电压的10kΩ电位器以及用于模拟低电压的10kΩ电位器；单片机启明开发板是STM32F407ZGT6单片机启明开发板；四个10kΩ电位器的信号端分别与STM32F407ZGT6单片机启明开发板的引脚PC0/ADC_IN10、引脚PC1/ADC_IN11、引脚PC2/ADC_IN12及引脚PC3/ADC_IN13对应连接，STM32F407ZGT6单片机启明开发板的I/O输出3.3V为四个10kΩ电位器供电。

进一步的，MOS驱动模块是F9530驱动模块；10倍电压放大器包括两个MCP602电压放大器；STM32F407ZGT6单片机启明开发板的引脚PA4/DAC1_OUT发出高电压信号到一个MCP602电压放大器；STM32F407ZGT6单片机启明开发板的引脚PA5/DAC2_OUT发出低电压信号到另一个MCP602电压放大器；经两个MCP602电压放大器放大后的高电压信号及低电压信号输入到F9530驱动模块；STM32F407ZGT6单片机启明开发板的引脚PB0/TIM4_CH3发出脉冲信号到F9530驱动模块。

进一步的，脉冲模式控制开关是脉冲两档波动开关；F9530驱动模块输出的模拟脉冲信号及汽车电控单元输出的实际信号分别连接脉冲两档波动开关的输入端，脉冲两档波动开关的输出端通过脉冲输入输出接口连接电磁阀。

进一步的，电阻信号设定模块包括四个十一档位可变电阻器，四个可变电阻器串联，四个可变电阻器的变化范围分别是：0～10x1Ω、0～10x10Ω、0～10x100Ω及0～10x1000Ω；电阻模式控制开关是电阻两档波动开关；四个可变电阻器串联输出的模拟电阻信号及电磁阀的实际电阻信号均对应输入电阻两档波动开关的输入端，电阻两档波动开关的输出端通过电阻输入输出接口连接汽车电控单元。

进一步的，单片机启明开发板连接启明LCD液晶屏。

相对于现有技术，本实用新型一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置，具有以下优势：

本实用新型一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置，配合使用脉冲信号设定模块、单片机启明开发板、脉冲信号驱动模块及电阻信号设定模块，可同时模拟脉冲信号和电阻信号，提升了电磁阀类部件PVE测试的准确性，并大幅度提高了电磁阀类部件PVE测试的效率，减少了PVE测试所需仪器的数量，简化了试验操作过程，降低了人力和时间成本。

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为本实用新型实施例一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置原理示意图；

图2为本实用新型实施例一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置模拟脉冲信号部分电路示意图；

图3为本实用新型实施例一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置模拟电阻信号部分电路示意图；

图4为本实用新型实施例一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置模拟脉冲信号效果示意图。

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。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

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1-3所示，一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置，包括电源模块、脉冲信号设定模块、单片机启明开发板、脉冲信号驱动模块、电阻信号设定模块、脉冲模式控制开关及电阻模式控制开关；

脉冲信号驱动模块包括10倍电压放大器及MOS驱动模块；电源模块分别对单片机启明开发板、脉冲信号驱动模块供电；脉冲信号设定模块分别提供频率电位器信号、占空比电位器信号、高电压电位器信号及低电压电位器信号输入到单片机启明开发板的模数转换器输入接口；

单片机启明开发板根据输入的高电压电位器信号及低电压电位器信号，由单片机启明开发板的数模转换器输出接口输出高电压信号及低电压信号经10倍电压放大器放大后，输入到MOS驱动模块；单片机启明开发板根据输入的频率电位器信号及占空比电位器信号，由单片机启明开发板的定时器接口输出脉冲信号到MOS驱动模块；

MOS驱动模块输出的模拟脉冲信号及汽车电控单元输出的实际信号均对应输入脉冲模式控制开关，脉冲模式控制开关切换模拟脉冲信号或实际信号输入到电磁阀；电阻信号设定模块输出的模拟电阻信号及电磁阀的实际电阻信号均对应输入电阻模式控制开关，电阻模式控制开关切换模拟电阻信号或实际电阻信号输入到汽车电控单元。

如图1-2所示，电源模块是XL6019可调升压电源模块，XL6019可调升压电源模块输出一路12V直流为单片机启明开发板供电，XL6019可调升压电源模块输出另一路36V直流为10倍电压放大器供电。

如图1-2所示，XL6019可调升压电源模块外部接入直流电源，电压范围为9V～36VDC，可直接从汽车点烟器电源插口取电，也可从其他外部供电电源取电。

如图1-2所示，脉冲信号设定模块包括：用于模拟频率的10kΩ电位器、用于模拟占空比的10kΩ电位器、用于模拟高电压的10kΩ电位器以及用于模拟低电压的10kΩ电位器；单片机启明开发板是STM32F407ZGT6单片机启明开发板；四个10kΩ电位器的信号端分别与STM32F407ZGT6单片机启明开发板的引脚PC0/ADC_IN10、引脚PC1/ADC_IN11、引脚PC2/ADC_IN12及引脚PC3/ADC_IN13对应连接，STM32F407ZGT6单片机启明开发板的I/O输出3.3V为四个10kΩ电位器供电。

如图1-2所示，MOS驱动模块是F9530驱动模块；10倍电压放大器包括两个MCP602电压放大器；STM32F407ZGT6单片机启明开发板的引脚PA4/DAC1_OUT发出高电压信号到一个MCP602电压放大器；STM32F407ZGT6单片机启明开发板的引脚PA5/DAC2_OUT发出低电压信号到另一个MCP602电压放大器；经两个MCP602电压放大器放大后的高电压信号及低电压信号输入到F9530驱动模块；STM32F407ZGT6单片机启明开发板的引脚PB0/TIM4_CH3发出脉冲信号到F9530驱动模块。

如图2所示，脉冲模式控制开关是脉冲两档波动开关；F9530驱动模块输出的模拟脉冲信号及汽车电控单元输出的实际信号分别连接脉冲两档波动开关的输入端，脉冲两档波动开关的输出端通过脉冲输入输出接口连接电磁阀。

如图1及图3所示，电阻信号设定模块包括四个十一档位可变电阻器，四个可变电阻器串联，四个可变电阻器的变化范围分别是：0～10x1Ω、0～10x10Ω、0～10x100Ω及0～10x1000Ω；电阻模式控制开关是电阻两档波动开关；四个可变电阻器串联输出的模拟电阻信号及电磁阀的实际电阻信号均对应输入电阻两档波动开关的输入端，电阻两档波动开关的输出端通过电阻输入输出接口连接汽车电控单元。

如图1所示，单片机启明开发板连接启明LCD液晶屏。

如图1-4所示，在本实施例的实际应用中，在一辆运动型SUV汽车上进行实际应用，对该汽车的高压油泵电磁阀进行故障模拟。该汽车为紧凑型SUV，车身结构为5门5座SUV，燃料为95号汽油，发动机排量为2.0L，进气形式为涡轮增压，配气机构为双顶置式凸轮轴及双气门正时调整机构，供油方式为燃油缸内直喷，变速箱为7挡双离合变速箱，最高车速为205km/h，最大功率为140kW，最大功率转速为4700r/min，最大扭矩为300N·m，最大扭矩转速为1400-4000r/min。

该汽车高压油泵电磁阀的电阻约为12Ω，首先断开电磁阀与汽车电控单元之间的的连接线束；进一步使电磁阀连接本装置的脉冲输入输出接口；汽车电控单元连接本装置的电阻输入输出接口；脉冲两档波动开关切换到模拟脉冲信号状态，电阻两档波动开关切换到模拟电阻信号状态；此时通过电阻信号设定模块，使模拟电阻信号值等于电磁阀的实际阻值12Ω。然后通过脉冲信号设定模块内的四个10kΩ电位器，设定频率300Hz、占空比56％、高电压12V及低电压0V，最终F9530驱动模块输出相应的模拟脉冲信号对电磁阀进行PVE测试；模拟脉冲信号电压范围由高电压设定10kΩ电位器及低电压设定10kΩ电位器决定，模拟脉冲信号的频率及占空比由频率设定10kΩ电位器及占空比设定10kΩ电位器决定。

在本实施例中，当脉冲两档波动开关切换到实际信号状态，或者电阻两档波动开关切换到实际电阻信号状态时，均相当于电磁阀与汽车电控单元按实际使用状态连接。

在本实施例中，可以通过启明LCD液晶屏显示STM32F407ZGT6单片机启明开发板设定的频率、占空比、高电压及低电压设置状态值。

以上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)

1.一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置，其特征在于：包括电源模块、脉冲信号设定模块、单片机启明开发板、脉冲信号驱动模块、电阻信号设定模块、脉冲模式控制开关及电阻模式控制开关；

所述脉冲信号驱动模块包括10倍电压放大器及MOS驱动模块；所述电源模块分别对所述单片机启明开发板、所述脉冲信号驱动模块供电；所述脉冲信号设定模块分别提供频率电位器信号、占空比电位器信号、高电压电位器信号及低电压电位器信号输入到所述单片机启明开发板的模数转换器输入接口；

所述单片机启明开发板根据输入的高电压电位器信号及低电压电位器信号，由所述单片机启明开发板的数模转换器输出接口输出高电压信号及低电压信号经所述10倍电压放大器放大后，输入到所述MOS驱动模块；所述单片机启明开发板根据输入的频率电位器信号及占空比电位器信号，由所述单片机启明开发板的定时器接口输出脉冲信号到所述MOS驱动模块；

所述MOS驱动模块输出的模拟脉冲信号及汽车电控单元输出的实际信号均对应输入所述脉冲模式控制开关，所述脉冲模式控制开关切换模拟脉冲信号或实际信号输入到电磁阀；所述电阻信号设定模块输出的模拟电阻信号及电磁阀的实际电阻信号均对应输入所述电阻模式控制开关，所述电阻模式控制开关切换模拟电阻信号或实际电阻信号输入到汽车电控单元。

2.根据权利要求1所述的一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置，其特征在于：所述电源模块是XL6019可调升压电源模块，所述XL6019可调升压电源模块输出一路12V直流为所述单片机启明开发板供电，所述XL6019可调升压电源模块输出另一路36V直流为所述10倍电压放大器供电。

3.根据权利要求2所述的一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置，其特征在于：所述脉冲信号设定模块包括：用于模拟频率的10kΩ电位器、用于模拟占空比的10kΩ电位器、用于模拟高电压的10kΩ电位器以及用于模拟低电压的10kΩ电位器；所述单片机启明开发板是STM32F407ZGT6单片机启明开发板；四个所述10kΩ电位器的信号端分别与所述STM32F407ZGT6单片机启明开发板的引脚PC0/ADC_IN10、引脚PC1/ADC_IN11、引脚PC2/ADC_IN12及引脚PC3/ADC_IN13对应连接，所述STM32F407ZGT6单片机启明开发板的I/O输出3.3V为四个所述10kΩ电位器供电。

4.根据权利要求3所述的一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置，其特征在于：所述MOS驱动模块是F9530驱动模块；所述10倍电压放大器包括两个MCP602电压放大器；所述STM32F407ZGT6单片机启明开发板的引脚PA4/DAC1_OUT发出高电压信号到一个所述MCP602电压放大器；所述STM32F407ZGT6单片机启明开发板的引脚PA5/DAC2_OUT发出低电压信号到另一个所述MCP602电压放大器；经两个所述MCP602电压放大器放大后的高电压信号及低电压信号输入到所述F9530驱动模块；所述STM32F407ZGT6单片机启明开发板的引脚PB0/TIM4_CH3发出脉冲信号到所述F9530驱动模块。

5.根据权利要求4所述的一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置，其特征在于：所述脉冲模式控制开关是脉冲两档波动开关；所述F9530驱动模块输出的模拟脉冲信号及汽车电控单元输出的实际信号分别连接所述脉冲两档波动开关的输入端，所述脉冲两档波动开关的输出端通过脉冲输入输出接口连接所述电磁阀。

6.根据权利要求5所述的一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置，其特征在于：所述电阻信号设定模块包括四个十一档位可变电阻器，四个所述可变电阻器串联，四个所述可变电阻器的变化范围分别是：0～10x1Ω、0～10x10Ω、0～10x100Ω及0～10x1000Ω；所述电阻模式控制开关是电阻两档波动开关；四个所述可变电阻器串联输出的模拟电阻信号及电磁阀的实际电阻信号均对应输入所述电阻两档波动开关的输入端，所述电阻两档波动开关的输出端通过电阻输入输出接口连接所述汽车电控单元。

7.根据权利要求1所述的一种汽车电控单元电路脉冲故障模拟装置，其特征在于：所述单片机启明开发板连接启明LCD液晶屏。

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