专利名称：一种用于发动机hils系统的ecu传感器信号故障注入装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子产品测试技术，更具体的说，涉及一种用于发动机硬件在环仿真系统的E⑶传感器信号故障注入装置。
背景技术：
目前，汽车电子系统开发的主流方法是基于模型的现代开发流程——V模式开发流程，该流程保证开发人员在开发过程中的每一步都可以得到及时验证。在产品上市之前， 需要对ECU进行全面综合的测试，尤其是故障和极限条件下的测试，使用实际的控制对象进行测试，很难实现现实复杂情况，并且实现成本高，开发周期长。为解决这一难题，V模式中提出采用硬件在环仿真(Hardware In-the-Loop Simulation，HILS)的开发方法即为了测试ECU性能，在进行整体系统的仿真测试时，控制器采用真实的ECU，被控对象和系统运行环境可以全部或部分采用实时数学模型来模拟。发动机E⑶接收多个发动机传感器参数信号。在E⑶的传感器信号输入引脚发生故障(如信号线端开、信号线对电源短接、信号线对地短接、信号线与信号线短接)时，ECU 必须根据控制策略，做出及时、合理的响应，保证行车的安全。发动机硬件在环仿真测试必须包含执行器信号故障模拟环节，以测试ECU驱动级故障诊断以及解决故障的能力。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出一种一种用于发动机硬件在环仿真系统的ECU传感器信号故障注入装置。为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下；一种用于发动机HILS系统的E⑶传感器信号故障注入装置，包括上位机、传感器信号输入端口、传感器信号输出端口、多路通道选择模块、单片机最小系统模块、RS485通信模块，所述的传感器信号输出端口连接所述多路通道选择模块，所述多路通道选择模块连接传感器信号输入端口，所述的单片机最小系统模块与所述的多路通道选择模块连接，所述的RS485通信模块一端与所述的单片机最小系统模块连接，另一端与所述上位机连接， 所述上位机通过所述RS485模块的电平转换电路向所述单片机最小系统模块发送自定义的报文，所述单片机最小系统模块完成报文接收、校验、应答后，根据报文中的故障码向多路通道选择模块输出控制信号实现所需的故障注入。进一步的，所述故障包括正常状态，此状态下传感器信号输入端口与传感器信号输出端口相连，信号无故障输入ECU中；故障1 :ECU传感器信号输入引脚断开状态，此状态下传感器信号输出端口与传感器信号输入端口保持端开状态；故障2 :ECU传感器信号输入引脚与5V电源短接状态，此状态下传感器信号输出端口只与5V电源短接而不与传感器信号输入端口连接；
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故障3 :E⑶传感器信号输入引脚与地短接状态，此状态下传感器信号输出端口只与地短接而不与传感器信号输入端口连接；故障4 :E⑶传感器信号输入引脚与引脚短接。进一步的，所述多路通道选择模块的数量取决于使用需求和所述单片机最小系统模块的单片机I/O引脚数量。进一步的，，所述多路通道选择模块包括MAX4617多路通道选择芯片及其外围电路，发动机ECU pin端连接传感器信号输出端口，串联自恢复保险丝后接多路通道选择芯片的输出端口 X，输入端口 XO串联自恢复保险丝后连接发动机传感器输入端口，输入端口 Xl 悬空实现信号输入引脚断开状态故障，输入端口 X2接5V电源实现信号输入引脚与5V电源短接状态故障，输入端口 X4接地实现信号输入引脚与地短接状态故障，输入端口 X3连接其他多路通道选择芯片的输出端入X3实现信号输入引脚与引脚短接故障；所述MAX4617多路通道选择芯片的A，B, C端口为控制信号端，连接所述单片机最小系统模块的I/O引脚和连接下拉电阻Rl，R2，R3。进一步的，所述上位机可控制多个所述装置，在每个装置内部，所述单片机最小系统模块包含一个唯一的ID号作为每个装置的ID号，每个装置上所有的多路通道选择模块都有一个唯一的编号，每个装置中的所述单片机最小系统模块只有在接受到由上位机发送的含有本装置ID号、校验、应答正确的报文后，才向报文所指明的多路通道选择芯片输出控制信号。进一步的，本装置定义的报文格式由四个字节组成，字节1表示每个装置的ID号； 字节2的故障码表示四种状态，用固定不变的字符表示；字节3当为正常、故障1、故障2、故障3这四种状态时表示所选择的多路通道选择模块号，当为故障4时，此时字节3包含了所选择的两个多路通道选择模块号，分别将这两个模块号放在字节3的高4位和低4位；字节 4是采用累加求和校验后的值，其值是前三个字节的累加和，每个装置的校验结果都会发送至上位机。本发明的有益效果在于该装置能对发动机ECU的传感器信号输入引脚进行常见的故障注入，同时具备电流过大时的保护功能，安全性高，且能模拟多种发动机传感器信号的故障，处理的信号数多，保护性好，采用RS485总线通信，自定义了报文格式，实现多装置、多通道执行器控制信号故障的注入功能。
图1为本发明装置的结构框图；图2为本发明装置多通道选择模块的电路原理图；图3为本发明装置的通信方式示意图；图4为本发明装置定义的报文格式图。
具体实施例方式下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。如图1所示，一种用于发动机HILS系统的E⑶传感器信号故障注入装置，包括上位机、传感器信号输入端口、传感器信号输出端口、多路通道选择模块、单片机最小系统模块、RS485通信模块，所述的传感器信号输出端口连接所述多路通道选择模块，所述多路通道选择模块连接传感器信号输入端口，所述的单片机最小系统模块与所述的多路通道选择模块连接，所述的RS485通信模块一端与所述的单片机最小系统模块连接，另一端与所述上位机连接，所述上位机通过所述RS485模块的电平转换电路向所述单片机最小系统模块发送自定义的报文，所述单片机最小系统模块完成报文接收、校验、应答后，根据报文中的故障码向多路通道选择芯片输出控制信号实现所需的故障注入。本装置上的多路通道选择模块的数量取决于使用需求和单片机最小系统模块的单片机I/O引脚数量。如图2所示，是两个对称的多路通道选择模块的电路原理图，以图2 中的一个多路通道选择模块进行说明，发动机ECU的传感器信号输入引脚连接本装置的传感器信号输出端口，传感器信号输出端口连接多路通道选择模块的MAX4617多路通道选择芯片的输出端口 X即引脚3，发动机传感器信号线连接传感器信号输入端口，传感器信号输入端口连接多路通道选择芯片的输入端口 XO即引脚13，多路通道选择模块由MAX4617多路通道选择芯片及其外围电路组成，每片多路通道选择芯片的三个控制端引脚连接单片机最小系统模块的I/O引脚，根据单片机最小系统模块I/O引脚输出的控制信号，多路通道选择芯片的输出端口与不同的输入端口连通，以此实现传感器信号输出端口的不同故障注入1.正常状态，此状态下传感器信号输入端口与传感器信号输出端口相连，信号无故障输入ECU中；2.故障1 :ECU传感器信号输入引脚断开状态，此状态下传感器信号输出端口与传感器信号输入端口保持端开状态；3.故障2 :ECU传感器信号输入引脚与5V电源短接状态，此状态下传感器信号输出端口只与5V电源短接而不与传感器信号输入端口连接；4.故障3 :E⑶传感器信号输入引脚与地短接状态，此状态下传感器信号输出端口只与地短接而不与传感器信号输入端口连接；5.故障4 :E⑶传感器信号输入引脚与引脚短接此状态下本发明装置上任意两个多路通道选择芯片的通道X3即引脚12连通。上位机通过RS485模块的电平转换电路向单片机最小系统模块发送自定义的报文，单片机最小系统模块完成报文接收、校验、应答后，根据报文中的故障码向多路通道选择芯片输出控制信号实现所需的故障注入。进一步的，发动机E⑶pin端连接传感器信号输出端口，串联自恢复保险丝后接多路通道选择芯片的输出端口 X机即引脚3，输入端口 XO即引脚13串联自恢复保险丝后连接传感器输入端口，输入端口 Xl即引脚14悬空实现故障1，输入端口 X2即引脚15接5V电源实现故障2，输入端口 X4即引脚1接地实现故障3，输入端口 X3即引脚12连接其他多路通道选择芯片的输出端入X3即引脚12实现故障4。A，B，C端口为控制信号端，连接单片机最小系统模块的I/O引脚和连接下拉电阻Rl，R2，R3。如图3所示，本发明装置的通信方式图，上位机与本装置通过RS485总线连接，本装置的RS485通信模块实现了点对多的通信方式。每个本发明装置的单片机最小系统模块都必须包含一个与其他装置不同的ID号，每个装置上所有的多路通道选择模块都有一个唯一的编号。每个装置只有在接受到由上位机发送的含有本装置ID号、校验、应答正确的报文后，才向报文所指明的多路通道选择芯片输出控制信号。
图4为本装置定义的报文格式。由四个字节组成，字节1表示ID号，每个装置的 ID号不同，字节2的故障码表示四种状态(正常、故障1、故障2、故障3、故障4)，用固定不变的字符表示，字节3对于正常、故障1、故障2、故障3这四种状态表示所选择的多路通道选择模块号，对于故障4，由于其表示任意两个ECU引脚的短接，因此此时字节3包含了所选择的两个多路通道选择模块号，分别将这两个模块号放在字节3的高4位和低4位，字节 4是采用累加求和校验方式，其值是前三个字节的累加和，每个装置的校验结果都会发送至上位机。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。
权利要求
1.一种用于发动机HILS系统的E⑶传感器信号故障注入装置，其特征在于，包括上位机、传感器信号输入端口、传感器信号输出端口、多路通道选择模块、单片机最小系统模块、 RS485通信模块，所述的传感器信号输出端口连接所述多路通道选择模块，所述多路通道选择模块连接传感器信号输入端口，所述的单片机最小系统模块与所述的多路通道选择模块连接，所述的RS485通信模块一端与所述的单片机最小系统模块连接，另一端与所述上位机连接，所述上位机通过所述RS485模块的电平转换电路向所述单片机最小系统模块发送自定义的报文，所述单片机最小系统模块完成报文接收、校验、应答后，根据报文中的故障码向多路通道选择模块输出控制信号实现所需的故障注入。
2.根据权利要求1所述的一种用于发动机HILS系统的ECU传感器信号故障注入装置， 其特征在于，所述故障包括正常状态，此状态下传感器信号输入端口与传感器信号输出端口相连，信号无故障输入ECU中；故障1 :ECU传感器信号输入引脚断开状态，此状态下传感器信号输出端口与传感器信号输入端口保持端开状态；故障2 :ECU传感器信号输入引脚与5V电源短接状态，此状态下传感器信号输出端口只与5V电源短接而不与传感器信号输入端口连接；故障3 :E⑶传感器信号输入引脚与地短接状态，此状态下传感器信号输出端口只与地短接而不与传感器信号输入端口连接；故障4 :ECU传感器信号输入引脚与引脚短接。
3.根据权利要求2所述的一种用于发动机HILS系统的ECU传感器信号故障注入装置， 其特征在于，所述多路通道选择模块的数量取决于使用需求和所述单片机最小系统模块的单片机I/O引脚数量。
4.根据权利要求1 3任意一项所述的一种用于发动机HILS系统的ECU传感器信号故障注入装置，其特征在于，所述多路通道选择模块包括MAX4617多路通道选择芯片及其外围电路，发动机ECU pin端连接传感器信号输出端口，串联自恢复保险丝后接多路通道选择芯片的输出端口 X，输入端口 XO串联自恢复保险丝后连接发动机传感器输入端口，输入端口 Xl悬空实现信号输入引脚断开状态故障，输入端口 X2接5V电源实现信号输入引脚与5V 电源短接状态故障，输入端口 X4接地实现信号输入引脚与地短接状态故障，输入端口 X3连接其他多路通道选择芯片的输出端入X3实现信号输入引脚与引脚短接故障；所述MAX4617 多路通道选择芯片的A，B, C端口为控制信号端，连接所述单片机最小系统模块的I/O引脚和连接下拉电阻Rl，R2，R3。
5.根据权利要求1 3任意一项所述的一种用于发动机HILS系统的ECU传感器信号故障注入装置，其特征在于，所述上位机可控制多个所述装置，在每个装置内部，所述单片机最小系统模块包含一个唯一的ID号作为每个装置的ID号，每个装置上所有的多路通道选择模块都有一个唯一的编号，每个装置中的所述单片机最小系统模块只有在接受到由上位机发送的含有本装置ID号、校验、应答正确的报文后，才向报文所指明的多路通道选择芯片输出控制信号。
6.根据权利要求5所述的一种用于发动机HILS系统的ECU传感器信号故障注入装置， 其特征在于，本装置定义的报文格式由四个字节组成，字节1表示每个装置的ID号；字节2的故障码表示四种状态，用固定不变的字符表示；字节3当为正常、故障1、故障2、故障3这四种状态时表示所选择的多路通道选择模块号，当为故障4时，此时字节3包含了所选择的两个多路通道选择模块号，分别将这两个模块号放在字节3的高4位和低4位；字节4是采用累加求和校验后的值，其值是前三个字节的累加和，每个装置的校验结果都会发送至上位机。
全文摘要
本发明公开了一种用于发动机HILS系统的ECU传感器信号故障注入装置，包括上位机、传感器信号输入端口、传感器信号输出端口、多路通道选择模块、单片机最小系统模块、RS485通信模块，传感器信号输出端口连接所述多路通道选择模块，多路通道选择模块连接传感器信号输入端口，单片机最小系统模块与所述的多路通道选择模块连接，RS485通信模块一端与单片机最小系统模块连接，另一端与上位机连接，上位机通过所述RS485模块的电平转换电路向所述单片机最小系统模块发送自定义的报文，单片机最小系统模块完成报文接收校验应答后，根据报文中的故障码向多路通道选择模块输出控制信号实现所需的故障注入，该装置能对发动机ECU的传感器信号进行常见的故障注入等功能。
文档编号G05B23/02GK102566567SQ20121003819
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月20日 优先权日2012年2月20日
发明者冯元, 吴朝晖, 吴锋, 姚栋伟, 方正, 李红, 袁浦豪, 谢煌 申请人:浙江大学