专利名称：一种汽车电控单元故障诊断仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种汽车故障诊断装置，尤其是涉及一种汽车电控单元故障诊断仪。
背景技术：
汽车电控系统的故障诊断一般是通过汽车上专用故障诊断接口，用解码器读取来自汽车电控单元(ECU)输出的故障码，对故障码进行解释，显示故障内容。这种诊断模式是一种被动读取故障的诊断模式，不能对ECU的内部故障和动态故障进行诊断。汽车ECU故障码可以有以下几个方面产生1、传感器本身故障，即传感器不能正常工作；2、信号传送介质故障，即汽车线束短路和开路故障；3、ECU内部硬件故障；4、ECU内部软件故障。实际上，ECU本身故障率不小ECU硬件故障包括其引出脚的短路或开路等；ECU软件故障，例如控制程序及参数丢失导致的错误控制以及由此产生的故障码等，造成汽车常常出现无码有故障、有码无故障，以及故障码与故障不对应等问题，使汽车维修人员无法根据解码器读出的故障码直接判定汽车故障部件及原因。目前业内普遍采用“替代法”，即，针对故障码指示的汽车电控系统故障范围，采用合格零部件，从外围(包括传感器、执行器和相关线束)开始进行一一替代。若某合格部件替代后故障消失，则该部件即为故障源；若所有替代均无效，最后才推断为ECU故障。由于汽车传感器和执行器安装位置十分狭小和紧凑，线束铺设和走向十分复杂，有时因没有替代部件需订货而延迟修理，且姗姗来迟的配件未必是故障根本原因。显而易见，这种维修方式不但花费大量人力和时间，还必须库存包括 ECU在内的大量合格零部件。汽车修理企业所修车型越多，所需库存的备件也就越多，占用的流动资金量也就越大。
实用新型内容本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种不仅大大简化汽车电控系统故障的排查流程，缩小故障排查范围，而且还提高了故障诊断率，并有效减少替代部件诊断所带来的维修工作量和库存部件资金占有量，从而大大降低维修成本的一种汽车电控单元故障诊断仪。本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现一种汽车电控单元故障诊断仪，其特征在于，该故障诊断仪包括PC机及控制系统、USB CAN转换器、仿真控制器。所述的PC机及控制系统包括高速处理PC机、监控及人机交互模块、发动机仿真模型存贮器、标准数据库存贮器、故障诊断及显示模块；所述的高速处理PC机通过总线与监控及人机交互模块、发动机仿真模型存贮器、标准数据库存贮器、故障诊断及显示模块连接；所述的PC机及控制系统通过USB CAN转换器与仿真控制器连接。所述的仿真控制器包括至少两路可编程开关量或频率量输出电路、多路可编程D/ A输出电路、多路可编程I/O输出电路、多路I/O输入电路、多路A/D输入电路、高速数据接口，所述的仿真控制器通过高速数据接口与待检电控单元连接。[0007]所述的故障诊断及显示模块包括随机存储器、内部数据存储器、比较器。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点1、运用本实用新型装置，实现汽车电控单元ECU离车诊断，不仅大大简化汽车电控系统故障的排查流程，缩小故障排查范围，而且还提高了故障诊断率，并有效减少替代部件诊断所带来的维修工作量和库存部件资金占有量。2、本实用新型采用数字仿真发动机模型替代真实发动机及其运行环境。当发动机仿真模型与真实汽车电控单元(简称目标ECU)联机，进行实时仿真模拟运行时，该系统可被视为一“黑箱”。采用一已知标准E⑶作为目标E⑶，在设定工况下进行标准E⑶输入-输出参量的系统标识，建立标准ECU输入-输出数据库。3、本实用新型通过在E⑶输入端输入满足其正常工作所需信号，检测E⑶各输出响应信号，并以标准ECU工作状态各输出响应为参照，通过一一比对标准与故障待检ECU输出信号某些特征指标，判断待检ECU输出是否在设定的允许偏差范围内，若所有输出均在各自设定偏差内，则表示待检ECU正常；反之，如超出该范围，即表示待检ECU存在故障。进而判断汽车电控ECU故障性质，对部分ECU软件故障，可在原汽车制造厂的帮助下，通过重新读入控制程序和参数加以修复；对部分ECU硬件故障(如引出脚松脱等)，运用适当工具加以修复，从而大大降低维修成本。4、通过在本实用新型装置界面动态改变ECU某些输入信号，实时显示其相关输出，根据该电控ECU的控制策略，可以准确诊断出ECU故障的性质。
图1为本实用新型工作方法流程图；图2为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。实施例如图1所示，该方法包括以下步骤步骤1)测试人员通过人机交互界面选择标准数据库中的一个设定工况。标准数据库的建立包括以下步骤11)高速处理PC机调用标准数据库读入功能，采集已知标准目标电控单元的输出，并将该工况的输入与标准目标电控单元的输出进行系统标识，建立对应的标准电控单元输入-输出；1 采样3 5个同型号的已知标准目标电控单元在步骤 11)所述的输入下的标准输出，得到标准输出的允许偏差；1 改变步骤11)中的设定工况， 即改变已知标准目标电控单元的输入，重复步骤11)和步骤12)，由此建立不同工况下输入-输出及允许偏差相关联的标准数据库。步骤2、高速处理PC机将某一工况所对应的标准输入信息通过仿真控制器发送给待检电控单元，同时将该工况所对应的标准输出响应信息送入故障诊断及显示模块中的随机存贮器；步骤幻标准输入信息驱动待检电控单元运行，待检电控单元的输出响应信息经仿真控制器采集后输送到故障诊断及显示模块的随机存贮器中；[0021]步骤4)故障诊断及显示模块将标准输出响应信息与待检电控单元输出响应信息进行比对，并判断待检电控单元输出响应是否在设定的允许偏差范围内，如果判断为是则在显示器中显示待检电控单元正常，否则显示待检电控单元存在故障，并进行步骤5)；步骤幻测试人员手动改变某些输入信息；步骤6)高速处理PC机监控及人机交互模块将工况输入信息发送给仿真控制器， 仿真控制器通过高速数据接口向待检电控单元发送经D/A转换的传感器模拟信号、控制开关信号以及发动机此时的相位信号，待检电控单元输出驱动控制信号，该驱动控制信号经仿真控制器后返回高速处理PC机；步骤7)高速处理PC机调用与待检电控单元对应的发动机模型，向其输入驱动控制信号，发动机模型仿真运行得出模拟转速及其他控制参量，将这些信号通过仿真控制器高速数据接口再输送给待检电控单元，待检电控单元输出的驱动控制信号再反馈给发动机模型，重复步骤7)直到待检电控单元各输出信号稳定；步骤8)测试人员改变某些输入信息如节气门开度、发动机负荷、水温、油温、空调开关、变速器档位，实时观测显示屏幕对应输出的改变，根据待检电控单元的控制策略，诊断出待检电控单元的故障性质。如图2所示，一种汽车电控单元故障诊断仪，该装置包括PC机及控制系统1、 USBCAN转换器2、仿真控制器3、待检电控单元4。PC机及控制系统1包括高速处理PC机 11、监控及人机交互模块12、发动机仿真模型存贮器13、标准数据库存贮器14、故障诊断及显示模块15。高速处理PC机11通过总线与监控及人机交互模块12、发动机仿真模型存贮器13、标准数据库存贮器14、故障诊断及显示模块15连接。PC机及控制系统1通过USB CAN转换器2与仿真控制器3连接。仿真控制器3与待检电控单元E⑶4连接。仿真控制器3包括至少两路可编程开关量输出电路、多路可编程D/A输出电路、多路可编程I/O输出电路、多路I/O输入电路、多路A/D输入电路，以及高速数据接口。故障诊断及显示模块15 包括随机存储器、内部数据存储器、比较器。一种汽车电控单元故障诊断仪，用数字仿真发动机模型替代真实发动机及其运行环境，当其与真实汽车电控单元(简称目标ECU)联机后，实时仿真模拟运行，通过检测待检 ECU的输出并与标准ECU输出比较，实现对待检ECU的故障诊断。本实用新型装置设有“模拟运行”、“建立数据库” “诊断”三种工作模式在“模拟运行”时，PC机监控及人机交互模块首先将装置界面上测试人员设定工况输入(如，节气门开度、发动机负荷、水温、油温、空调开关、变速器档位等)发送给仿真控制器；仿真控制器通过高速数据接口向目标E⑶发送经D/A转换的传感器模拟信号、控制开关信号以及发动机此时的相位信号(凸轮轴位置传感器信号和曲轴转速传感器信号)，同时不断接收目标ECU输出的喷油、点火等驱动控制信号，并发送回高速处理PC机；高速处理 PC机调用发动机模型，向其输入驱动控制信号后发动机模型仿真模拟计算得出其模拟转速及其他控制参量，将这些信号通过仿真控制器数据接口再送给目标ECU，ECU的输出再反馈给高速处理PC机的发动机模型……，若干循环后，目标E⑶各输出信号稳定。通过实时显示窗口，可清晰地看到目标ECU模拟运行中输出的喷油、点火等主要波形。当在人机交互界面改变某输入信号，实时观测显示屏对应输出的改变，根据目标ECU的控制策略，可以准确推断ECU的故障性质。当工作在“建立数据库”状态，高速处理PC机调用标准数据库读入功能，采集已知标准目标ECU的输出，并将该工况的输入与目标ECU的输出进行系统标识，建立标准ECU输入-输出。考虑到同型号标准E⑶可能存在一定的输出偏差，采样3 5个完好E⑶相同输入下的标准输出，得到标准输出的允许偏差。改变设定工况，即改变ECU的输入，可得到与之相对应的ECU标准输出，由此建立标准ECU输入-输出数据库。当工作在“诊断”状态，此时进行故障E⑶(简称待检E⑶)的诊断，高速处理PC机调用故障诊断及显示模块和标准数据库存贮器读出功能。测试人员通过人机交互界面选择标准数据库中某设定工况，于是高速处理PC机将该工况下一系列标准输入通过仿真控制器发送给待检ECU，同时将对应的标准输出送入故障诊断及显示模块中的随机存储器，高速处理PC机将接收到的待检ECU输出送入故障诊断及显示模块，进行待检ECU输出与标准 ECU输出的比对，若差异都在规定的偏差范围内，认为待检ECU正常；反之，则认为待检ECU 故障。诊断结果进入内部数据存贮器并显示故障内容。如图2所示，本实用新型装置用高速处理PC机中的发动机模型实时仿真替代真实发动机及其运行环境，需要检测的真实汽车电控单元(简称目标ECU)通过仿真系统的高速数据接口与高速处理PC机相连。其中的PC机及控制系统、仿真控制器、PC机及控制系统与仿真控制器间信息传递的通讯接口 USB CAN等的构成及作用如下1、PC机及控制系统高速处理PC机通过总线控制监控及人机交互模块、发动机仿真模型存贮器、标准数据库存贮器、故障诊断及显示模块等的运行。 监控及人机交互模块提供友好的人机交互操作界面，实时显示目标E⑶状态输出和诊断结果；根据本实用新型装置工作状态转换命令，实现调用发动机仿真模型存贮器进行数值仿真、建立ECU标准输入-输出数据库(调用数据库读入功能)、故障诊断过程控制(数据库读出以及输出数据实时比对、存储结果和相关显示等)。 发动机仿真模型它是整个仿真系统中的虚拟发动机。采用均值发动机模型以准确动态地预测一些发动机必要变量，选用Matlab/Simulink软件进行建模，经Real Time workshop转化为可执行C语言文件，可加快仿真计算。 标准数据库存贮器支持实时读入-读出操作的大容量可读写数据存贮器。 故障诊断及显示模块由随机存储器和内部数据存储器、比较器等组成。随机存储器主要用于临时存放来自标准ECU数据库中的一些标准输出信号；内部数据存储器则用来存放比较结果信息， 并在人机交互接口的窗口中显示。2、仿真控制器仿真控制器作为目标E⑶和PC机及控制系统之间的连接接口，应能根据高速处理 PC机发送的设定工况要求，模拟产生一系列输入信号发送给目标E⑶，驱动E⑶工作，同时， 仿真控制器不断接收目标E⑶输出信号送回高速处理PC机。考虑目标E⑶输入-输出信号要求，与之相连接的仿真系统硬件接口应有 至少2路可编程开关量或频率量输出电路根据高速处理PC机送出的转速信号，产生相应的凸轮轴位置传感器和曲轴转速传感器信号并送入目标E⑶相应输入端口。[0043]·多路可编程D/A输出电路根据高速处理PC机送出的各传感器信号(如节气门位置、冷却水温、进气温度、 进气歧管绝对压力等)，产生相应的模拟电压信号并送入目标ECU相应输入端口。 多路可编程I/O输出电路根据高速处理PC机送出的I/O数字信号(如鉬匙开关、怠速触点开关、空挡开关、空调请求开关、制动开关等)，产生相应的高低电平开关控制信号，并送入目标ECU相应输入端口。眷多路I/O输入电路采集目标ECU输出的驱动继电器开关的高低电平信号经I/O接口转换后，变为数字信号送回高速处理PC机。 多路A/D输入电路采集E⑶输出的模拟量信号，经A/D转换送回高速处理PC机。 采集E⑶输出的驱动喷油器等电磁阀类的电流信号，经整形滤波化处理后，送回高速处理PC机。 高速数据接口支持目标ECU与仿真控制器间输入输出信号的高速传输。3、CAN 通讯接口-USB CAN 转换器采用USB CAN软件驱动程序，实时地向仿真控制器发送高速处理PC机指令，同时接收来自仿真控制器的数据信息，实现PC机及控制系统与仿真系统间的通讯。
权利要求1.一种汽车电控单元故障诊断仪，其特征在于，该故障诊断仪包括PC机及控制系统、 USB CAN转换器、仿真控制器，所述的PC机及控制系统包括高速处理PC机、监控及人机交互模块、发动机仿真模型存贮器、标准数据库存贮器、故障诊断及显示模块，所述的高速处理 PC机通过总线与监控及人机交互模块、发动机仿真模型存贮器、标准数据库存贮器、故障诊断及显示模块连接；所述的PC机及控制系统通过USB CAN转换器与仿真控制器连接。
2.根据权利要求1所述的一种汽车电控单元故障诊断仪，其特征在于，所述的仿真控制器包括至少两路可编程开关量或频率量输出电路、多路可编程D/A输出电路、多路可编程I/O输出电路、多路I/O输入电路、多路A/D输入电路、高速数据接口，所述的仿真控制器通过高速数据接口与待检电控单元连接。
3.根据权利要求1所述的一种汽车电控单元故障诊断仪，其特征在于，所述的故障诊断及显示模块包括随机存储器、内部数据存储器、比较器。
专利摘要本实用新型涉及一种汽车电控单元故障诊断仪，该故障诊断仪包括PC机及控制系统、USB CAN转换器、仿真控制器。所述的PC机及控制系统包括高速处理PC机、监控及人机交互模块、发动机仿真模型存贮器、标准数据库存贮器、故障诊断及显示模块。与现有技术相比，使用本实用新型不仅可以大大简化汽车电控系统故障的排查流程，缩小故障排查范围，而且还提高了故障诊断率，并有效减少替代部件诊断所带来的维修工作量和库存部件资金占有量，从而大大降低维修成本。
文档编号G05B23/02GK202067143SQ20102068887
公开日2011年12月7日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者宋安, 罗素云, 赵超, 郑霞君, 龚元明 申请人:上海工程技术大学, 上海市汽车修理有限公司