CN216248912U - 用于测试车辆ecu的故障注入装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于测试车辆ECU的故障注入装置，包括：第一故障注入模块，配置成向待测ECU注入多种线路故障；第二故障注入模块，配置成向待测ECU注入多种信号故障；多个线路开关元件，配置成使得待测ECU的多个引脚在电连接于与待测ECU相关联的车用负载和电连接于第一故障注入模块之间切换；网络开关元件，配置成使得待测ECU在通信连接于与待测ECU相关联的车载网络和通信连接于第二故障注入模块之间切换；以及主控机，配置成连接于第一故障注入模块、第二故障注入模块、所述多个线路开关元件以及网络开关元件，以使得多种线路故障和多种信号故障能够被顺序注入待测ECU。本实用新型提供的用于测试车辆ECU的故障注入装置是低成本、自动化、且一体化的。

Description

用于测试车辆ECU的故障注入装置

技术领域

本实用新型涉及故障注入技术领域，更具体地，涉及一种用于测试车辆ECU的故障注入装置。

背景技术

在车辆中使用的电子控制单元(ECU)的类型广泛，例如，包括车身ECU、发动机ECU、变速箱ECU、雨刮洗涤ECU、电动玻璃升降ECU、中控门锁及后备门锁ECU等，这些ECU中的每一个除了连接于相关的传感器和/或执行器之外，还连接于车载控制器区域网络(CAN)和/或FlexRay网络，以实现相互之间的通信。因此，在车辆量产之前，至少需要对车辆的主要ECU进行故障注入测试，以验证这些ECU的鲁棒性、可靠性、以及是否能够向用户及时发送正确的故障码等。

当前，可以通过将接线盒(Breakout Box)设置在待测ECU与相关的传感器和/或执行器之间，以向待测ECU手动注入线路故障，线路故障包括待测ECU的多个引脚对电源短路、对地短路、以及所述多个引脚之间的互短连接。由于ECU的引脚数量巨大，很容易发生接线错误，这不仅导致故障注入测试结果错误，甚至会毁坏发动机或变速箱等车辆的重要部件。而且，接线盒无法向待测ECU注入与车载网络相关的信号故障。此外，在当前的故障注入测试的过程中，需要人为频繁读写测试管理软件中的报告、以及人为执行发动机的启动和停止等操作，导致整个过程重复性高，耗时耗力。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是一种低成本、自动化、且一体化的故障注入装置。

根据本实用新型的一个方面，提供一种用于测试车辆ECU的故障注入装置，包括：第一故障注入模块，其被配置成向待测ECU注入多种线路故障；第二故障注入模块，其被配置成向待测ECU注入多种信号故障；多个线路开关元件，其被配置成使得待测ECU的多个引脚在电连接于与待测ECU相关联的车用负载和电连接于第一故障注入模块之间切换；网络开关元件，其被配置成使得待测ECU在通信连接于与待测ECU相关联的车载网络和通信连接于第二故障注入模块之间切换；以及主控机，其被配置成连接于第一故障注入模块、第二故障注入模块、所述多个线路开关元件、以及网络开关元件，以使得所述多种线路故障和所述多种信号故障能够被顺序注入待测ECU。

可选地，第一故障注入模块包括电连接于所述多个线路开关元件的总导线，且主控机被配置成切换所述多个线路开关元件，以使得所述多个引脚中的任意一个或两个被电连接于总导线。

可选地，第一故障注入模块还包括外部故障电路和电连接于外部故障电路的第一选择开关元件，第一选择开关元件被配置成使得外部故障电路在与总导线电连接和断开之间切换，且主控机被配置成切换所述多个线路开关元件和第一选择开关元件，以使得所述多个引脚中的任意一个电连接于外部故障电路。

可选地，外部故障电路包括第二选择开关元件，第二选择开关元件被配置成在电连接于不同的外部故障负载之间切换，且主控机被配置成切换所述多个线路开关元件、第一选择开关元件、以及第二选择开关元件，以使得所述多个引脚中的任意一个电连接于不同的外部故障负载中的任意一个。

可选地，不同的外部故障负载包括电池正极、电池负极、电源、以及接地中的至少两个。

可选地，第一故障注入模块、所述多个线路开关元件、以及网络开关元件被集成在继电器板卡中。

可选地，所述多个线路开关元件被配置成机械式继电器或固态继电器，且网络开关元件被配置成机械式继电器或固态继电器。

可选地，第二故障注入模块被配置成通信连接于车载网络，且主控机被配置成在网络开关元件被切换至使得待测ECU通信连接于第二故障注入模块的情况下，使得第二故障注入模块从车载网络获取初始报文并且将基于初始报文产生的故障报文发送给待测ECU。

可选地，车载网络被配置成CAN和FlexRay网络中的至少一个。

可选地，用于测试车辆ECU的故障注入装置还包括被配置成连接于车辆发动机的附加开关元件，且主控机被配置成在所述多种线路故障和所述多种信号故障被顺序注入待测ECU期间切换附加开关元件，以使得车辆发动机启动或关闭。

本实用新型提供的故障注入装置将以下功能集成在一起：向待测ECU注入线路故障和信号故障、以及在故障注入测试期间控制发动机的启动和停止，以低成本实现了故障注入装置的自动化和一体化，提高了测试效率。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1是根据本实用新型的一个实施方式的故障注入装置在工作状态下的结构框图。

图2是根据本实用新型的一个实施方式的故障注入装置的第一故障注入模块的电路图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

还应注意到：本文中提到的“车辆”包括使用内燃机的燃油汽车、混合动力车辆、以及纯电动车等。另外，除非另有明确说明，否则本文中提到的“连接”应做广义理解，可以是固定连接、可拆卸连接、或成一体，也可以是直接连接、或通过中间媒介间接连接。此外，在本文中提到的“通信连接”和“电连接”并非是互斥的，应该理解的是，“电连接”在一定条件下可以通过传递信号实现“通信连接”。

例如，车辆的变速箱ECU被配置成电连接于与变速箱相关的传感器和/或执行器、以及车载网络，车载网络可以被配置为CAN和/或FlexRay网络、或其他类型的车载网络。概括而言，变速箱ECU包括被明确定义的多个引脚，所述多个引脚中的一些电连接于与变速箱相关的传感器和/或执行器中的对应接口，以例如从传感器接收数字信号、以及向执行器发送PWM信号等，从而能够与传感器和/或执行器相互通信。所述多个引脚中的另外一些通信连接于车载网络中的对应接口，以从车载网络接收包含其他ECU身份(ID)的网络报文(例如，CAN和/或FlexRay报文)、以及向车载网络发送包含变速箱ECU ID的网络报文。当接收到代表请求变速的信号时，变速箱ECU将基于来自车载网络的网络报文确定车辆适于变速，并且将与变速完成相关的网络报文发送到车载网络，供其他ECU调用。另外，所述多个引脚中的还有一些引脚可以电连接于电源以及接地等。在下文中，可以将变速箱ECU作为被注入故障的待测ECU的其中一个示例，而与变速箱相关的传感器和/或执行器可以作为与待测ECU相关联的车用负载。

参见图1，示例性故障注入装置包括主控机10和连接于主控机10的第一和第二故障注入模块12，14，其中，第一故障注入模块12被配置成向待测ECU 16注入多种线路故障，且第二故障注入模块14被配置成向待测ECU 16注入多种信号故障。主控机10可以通信连接于第一故障注入模块12。例如，当主控机10具有USB通信接口，而第一故障注入模块12具有RS485和/或RS232通信接口时，可以通过USB转RS485和/或RS232电缆将主控机10连接于第一故障注入模块12。补充地或替代地，主控机10可以与第一故障注入模块12进行无线通信。

主控机10被配置成能够运行预设程序的计算机，例如，工业计算机、普通计算机、或甚至笔记本电脑等。预设程序包括单独的或一体的数据库管理软件和第一测试管理软件，在例如Excel的数据库管理软件中，能够以测试用例(Test Case)的方式编写和存储多个控制参数，所述多个控制参数中的一些代表向待测ECU 16注入的多种线路故障的类型，且所述多个控制参数中的另外一些代表向待测ECU 16注入的与车载网络20相关的多种信号故障的类型。例如Labview的第一测试管理软件基于来自数据库管理软件的所述多个控制参数产生多个控制信号。

示例性故障注入装置还包括多个线路开关元件13，其被配置成使得待测ECU 16的多个引脚在电连接于与待测ECU 16相关联的车用负载18和电连接于第一故障注入模块12之间切换。例如，参见图2，所述多个线路开关元件13可以包括第一和第二线路开关元，第一线路开关元件包括第一ECU端子22a、第一接口端子22b、以及第一故障注入端子22c，第一ECU端子22a被配置成电连接于待测ECU 16的第一引脚22d，第一接口端子22b被配置成电连接于车用负载18的与第一引脚22d对应的第一负载接口22e，并且第一故障注入端子22c被配置成电连接于第一故障注入模块12的第一导电线A。类似地，第二线路开关元件包括第二ECU端子24a、第二接口端子24b、以及第二故障注入端子24c，第二ECU端子24a被配置成电连接于待测ECU 16的第二引脚24d，第二接口端子24b被配置成电连接于车用负载18的与第二引脚24d对应的第二负载接口24e，并且第二故障注入端子24c被配置成电连接于第一导电线A。

当主控机10基于控制信号使得第一ECU端子22a从图2中所示的电连接于第一接口端子22b切换至电连接于第一故障注入端子22c时，第一引脚22d被断电。当主控机10基于控制信号使得第二ECU端子24a从图2中所示的电连接于第二接口端子24b切换至电连接于第二故障注入端子24c时，第二引脚24d被断电。当主控机10基于控制信号使得第一ECU端子22a切换至电连接于第一故障注入端子22c且第二ECU端子24a切换至电连接于第二故障注入端子24c时，第一引脚22d和第二引脚24d将被互短连接。因此，主控机10被配置成基于控制信号切换所述多个线路开关元件13，以使得待测ECU 16的多个引脚中的任意一个或两个被电连接于总导线(例如，第一导电线A)，以向待测ECU 16注入所述多个引脚中的任意一个被断开的线路故障或所述多个引脚中的任意两个被互短连接的线路故障。

可选地，总导线还可以包括第二导电线B，在这种情况下，所述多个线路开关元件13还可以包括第三和第四线路开关元件，第三线路开关元件包括第三ECU端子26a、第三接口端子26b、以及第三故障注入端子26c，第三ECU端子26a被配置成电连接于待测ECU 16的第三引脚26d，第三接口端子26b被配置成电连接于车用负载18的与第三引脚26d对应的第三负载接口26e，并且第三故障注入端子26c被配置成电连接于第二导电线B。类似地，第四线路开关元件包括第四ECU端子28a、第四接口端子28b、以及第四故障注入端子28c，第四ECU端子28a被配置成电连接于待测ECU 16的第四引脚28d，第四接口端子28b被配置成电连接于车用负载18的与第四引脚28d对应的第四负载接口28e，并且第四故障注入端子28c被配置成电连接于第二导电线B。

所述多个线路开关元件13还可以包括以与第一和第二线路开关元件并联的方式电连接于第一导电线A的第五线路开关元件30和以与第三和第四线路开关元件并联的方式电连接于第二导电线B的第六线路开关元件32，第五和第六线路开关元件30，32借助于第三导电线C被连接在一起。当主控机10基于控制信号使得第一ECU端子22a从图2中所示的电连接于第一接口端子22b切换至电连接于第一故障注入端子22c且使得第三ECU端子26a从图2中所示的电连接于第三接口端子26b切换至电连接于第三故障注入端子26c、以及第五和第六线路开关元件32从图2中所示的断开状态切换至接通状态时，第一引脚22d和第三引脚26d将被互短连接。

可选地，可以提供与第五线路开关元件30串联的保险丝34a和/或与第六线路开关元件32串联的保险丝34b，以确保向待测ECU 16注入线路故障不会引起ECU的损坏。

可选地，第一故障注入模块12还包括外部故障电路和电连接于外部故障电路的第一选择开关元件36，第一选择开关元件36被配置成使得外部故障电路在与总导线电连接和断开之间切换，且主控机10被配置成基于控制信号切换所述多个线路开关元件13和第一选择开关元件36，以使得所述多个引脚中的任意一个电连接于外部故障电路。在图2中，第一选择开关元件36被配置成与第五和第六开关元件30，32并联的方式电连接于第三导电线C。

外部故障电路包括第二选择开关元件，第二选择开关元件被配置成在电连接于不同的外部故障负载之间切换，且主控机10被配置成基于控制信号切换所述多个线路开关元件13、第一选择开关元件36、以及第二选择开关元件，以使得所述多个引脚中的任意一个电连接于不同的外部故障负载中的任意一个。例如，在图2中，第二选择开关元件的数量为多个且被配置成包括上游选择开关元件38和两个下游选择开关元件，上游选择开关元件38被配置成在电连接于所述两个下游选择开关元件中的任一个之间切换，所述两个下游选择开关元件中的一个包括电连接于电池正极+的电池正极端子40a和电连接于电池负极-的电池负极端子40b，而所述两个下游选择开关元件中的另一个包括电连接于电源(例如，+5V)的电源端子40c和电连接于地的接地端子40d。替代地，第二选择开关元件的数量可以为一个且被配置成在多于两个的外部故障负载之间切换。

例如，当主控机10基于控制信号使得多个第一开关元件中的仅一个从如图2所示的电连接于接口端子切换至电连接于故障注入端子、以及第五开关元件和第一选择开关元件36从如图2所示的断开状态切换至接通状态时，与所述仅一个第一开关元件的ECU端子电连接的待测ECU 16的对应引脚被电连接于电池。又例如，当主控机10基于控制信号进一步使得上游选择开关元件38从如图2所示的电连接于所述两个下游选择开关元件40中的一个且切换至另一个时，所述对应引脚(并非被定义为电连接于电源的引脚)又被直接电连接于电源。因此，不同的外部故障负载包括电池正极、电池负极、电源、以及接地中的至少两个。

再次返回图1，示例性故障注入装置还可以包括连接于主控机10的网络开关元件42，网络开关元件42被配置成使得待测ECU 16在通信连接于与待测ECU 16相关联的车载网络20(例如，CAN和/或FlexRay网络)和通信连接于第二故障注入模块14之间切换。例如，网络开关元件42包括网络ECU端子42a、网络接口端子42b、以及网络故障注入端子42c，网络ECU端子42a被配置成通信连接于待测ECU 16的相关引脚，网络接口端子42b被配置成通信连接于车载网络20的与相关引脚对应的网络接口，并且网络故障注入端子42c被配置成通信连接于第二故障注入模块14。

可选地，第二故障注入模块14被配置成当前已知的第二测试管理软件(例如，CANoe)，第二测试管理软件可以作为主控机10的程序被运行，也可以替代地作为其他计算机的程序被运行，无论如何，第一测试管理软件和第二测试管理软件之间可以进行数据通信。当主控机10基于控制信号使得网络ECU端子42a从连接于网络接口端子42b切换至连接于网络故障注入端子42c时，第二故障注入模块14可以从通信连接于第二故障注入模块14的车载网络20获取初始报文(例如，CAN和/或FlexRay报文)，基于来自第一测试管理软件的控制参数修改初始报文，以产生故障报文，并且向待测ECU 16发送故障报文。故障报文所代表的信号故障的类型是当前已知的，包括报文改值、报文丢帧、更改校验码等。

如上所述，主控机10被配置成连接于第一故障注入模块12(例如，第一故障注入模块12中的第一选择开关元件36和第二选择开关元件等)、第二故障注入模块14、所述多个线路开关元件13、以及网络开关元件42，以使得多种线路故障和多种信号故障能够被顺序注入待测ECU 16。可以理解的是，第一故障注入模块12中的电路的设计是不受限的，只要可以实现相关的线路故障即可。

在本实用新型中，第一故障注入模块12、所述多个线路开关元件13、以及网络开关元件42被集成在继电器板卡、尤其是一张带有总导线的继电器板卡中，使得测试成本显著降低。此外，各个开关元件可以被配置成机械式继电器，例如，电磁继电器。替代地，各个开关元件中的至少一些也可以被配置成固态继电器，例如，MOSFET、IGBT、SiC开关元件，或也可以被配置成其他类型的开关元件。

已知的是，在故障注入装置向待测ECU 16注入线路和/或信号故障的情况下，待测ECU 16将产生相关的故障码，待测ECU 16可以例如通过车载网络20将故障码发送至车辆的OBD接口或主控机10，以在主控机10中自动分析数据库管理软件中以测试用例的方式规定的故障码和从待测ECU 16获取的故障码是否一致。

可选的，示例性故障注入装置还包括被配置成连接于车辆发动机的附加开关元件(未示出)，且主控机10被配置成在多种线路故障和多种信号故障被顺序注入待测ECU 16期间适时地切换附加开关元件，以使得车辆发动机启动或关闭，由此提高示例性故障注入装置在进行故障注入测试期间的自动化程度。

本实用新型提供的故障注入装置适用于当前故障注入测试中流行的硬件在环测试(HIL)、实车故障注入测试等。

虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种用于测试车辆ECU的故障注入装置，其特征在于，包括：

第一故障注入模块(12)，其被配置成向待测ECU(16)注入多种线路故障；

第二故障注入模块(14)，其被配置成向待测ECU(16)注入多种信号故障；

多个线路开关元件(13)，其被配置成使得待测ECU(16)的多个引脚在电连接于与待测ECU(16)相关联的车用负载(18)和电连接于第一故障注入模块(12)之间切换；

网络开关元件(42)，其被配置成使得待测ECU(16)在通信连接于与待测ECU(16)相关联的车载网络(20)和通信连接于第二故障注入模块(14)之间切换；以及

主控机(10)，其被配置成连接于第一故障注入模块(12)、第二故障注入模块(14)、所述多个线路开关元件(13)、以及网络开关元件(42)，以使得所述多种线路故障和所述多种信号故障能够被顺序注入待测ECU(16)。

2.根据权利要求1所述的用于测试车辆ECU的故障注入装置，其特征在于，第一故障注入模块(12)包括电连接于所述多个线路开关元件(13)的总导线，且主控机(10)被配置成切换所述多个线路开关元件(13)，以使得所述多个引脚中的任意一个或两个被电连接于总导线。

3.根据权利要求2所述的用于测试车辆ECU的故障注入装置，其特征在于，第一故障注入模块(12)还包括外部故障电路和电连接于外部故障电路的第一选择开关元件(36)，第一选择开关元件(36)被配置成使得外部故障电路在与总导线电连接和断开之间切换，且主控机(10)被配置成切换所述多个线路开关元件(13)和第一选择开关元件(36)，以使得所述多个引脚中的任意一个电连接于外部故障电路。

4.根据权利要求3所述的用于测试车辆ECU的故障注入装置，其特征在于，外部故障电路包括第二选择开关元件，第二选择开关元件被配置成在电连接于不同的外部故障负载之间切换，且主控机(10)被配置成切换所述多个线路开关元件(13)、第一选择开关元件(36)、以及第二选择开关元件，以使得所述多个引脚中的任意一个电连接于不同的外部故障负载中的任意一个。

5.根据权利要求4所述的用于测试车辆ECU的故障注入装置，其特征在于，不同的外部故障负载包括电池正极、电池负极、电源、以及接地中的至少两个。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于测试车辆ECU的故障注入装置，其特征在于，第一故障注入模块(12)、所述多个线路开关元件(13)、以及网络开关元件(42)被集成在继电器板卡中。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的用于测试车辆ECU的故障注入装置，其特征在于，所述多个线路开关元件(13)被配置成机械式继电器或固态继电器，且网络开关元件(42)被配置成机械式继电器或固态继电器。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的用于测试车辆ECU的故障注入装置，其特征在于，第二故障注入模块(14)被配置成通信连接于车载网络(20)，且主控机(10)被配置成在网络开关元件(42)被切换至使得待测ECU(16)通信连接于第二故障注入模块(14)的情况下，使得第二故障注入模块(14)从车载网络(20)获取初始报文并且将基于初始报文产生的故障报文发送给待测ECU(16)。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的用于测试车辆ECU的故障注入装置，其特征在于，车载网络(20)被配置成CAN和FlexRay网络中的至少一个。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的用于测试车辆ECU的故障注入装置，其特征在于，还包括被配置成连接于车辆发动机的附加开关元件，且主控机(10)被配置成在所述多种线路故障和所述多种信号故障被顺序注入待测ECU(16)期间切换附加开关元件，以使得车辆发动机启动或关闭。

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