基于硬件在环仿真的汽车电子控制单元测量系统的制作方法

基于硬件在环仿真的汽车电子控制单元测量系统的制作方法
【专利摘要】基于硬件在环仿真的汽车电子控制单元测量系统，属于汽车电子控制单元测试【技术领域】。本发明是为了解决现有汽车电子控制单元的测试模式造成测试成本高，错误来源不明确的问题。它采用硬件在环仿真技术将实际车辆的测试转化为在虚拟车辆中对ECU的测试，它将实车的特性用上位机和下位机共同进行仿真，方便高效的进行测试，并且重复性好，还能模拟实车的很多危险情况；对于在汽车研发初期，通过模拟整车的特性来测试各个ECU的功能和性能，然后将测试通过的ECU组合起来构成一个整车系统。本发明用于汽车电子控制单元的测试。
【专利说明】基于硬件在环仿真的汽车电子控制单元测量系统

【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及基于硬件在环仿真的汽车电子控制单元测量系统，属于汽车电子控制单元测试【技术领域】。

【背景技术】
[0002]随着汽车中高新技术的广泛应用，越来越多的电子控制单元(electroniccontrolunit, E⑶)被嵌入到汽车中，不同种类的E⑶功能差别很大，即使是同类E⑶，也因厂商、车型不同功能有所差别，这使得ECU的诊断测试工作变得越来越复杂。
[0003]传统的汽车ECU测试，需要将ECU安装到实车上或台架上进行测试，在这样的测试模式下，完成一个ECU的测试必须将与其相连的其他ECU的硬件电路和相关软件全都实现出来。也就是说所有ECU测试都是顺序进行的，只有上一个ECU制作完成并测试通过，才能进行下一个ECU的测试，这导致开发周期相对较长，整个测试工作不能并行进行。而且多个ECU的互联测试，很容易造成错误，并且错误来源很难查找；错误发现的阶段越晚，付出的代价就越大，最后可能需要考虑设计是否合理，甚至打破原有设计从头开始。这显然不能满足市场对产品的快速开发要求，而且，这样的测试模式也大大的增加了测试的成本，使公司的产品竞争力明显下降。并且有些测试是在汽车的极限状况下进行的，比较危险，所以必须找到一种高效的、安全的测试方法。


【发明内容】

[0004]本发明目的是为了解决现有汽车电子控制单元的测试模式造成测试成本高，错误来源不明确的问题，提供了一种基于硬件在环仿真的汽车电子控制单元测量系统。
[0005]本发明所述基于硬件在环仿真的汽车电子控制单元测量系统，它包括上位机、下位机和被测电子控制单元，
[0006]上位机通过运行控制程序将测试用例通过USB总线发送给下位机；
[0007]下位机包括USB转SPI模块、微控制模块、总线收发模块、故障模拟模块和负载模拟模块，
[0008]下位机通过USB转SPI模块实现USB数据与SPI数据的相互转换，USB转SPI模块与微控制模块通过SPI总线连接，
[0009]微控制模块根据接收的测试用例通过总线收发模块向被测电子控制单元发送请求报文、控制故障模拟模块进行通信故障模拟以及控制负载模拟模块模拟电子控制单元的外部负载或负载故障；并处理上位机发送的命令或数据、控制总线数据的收发、设置负载模拟的参数、开启或关闭故障模拟模块的继电器；
[0010]总线收发模块遵循车辆诊断协议，用于检测被测电子控制单元能否正确响应请求报文；
[0011]故障模拟模块用于控制继电器的开启或关断，以模拟实车故障，并通过总线收发模块读取相应的故障码；
[0012]负载模拟模块用于模拟被测电子控制单元的外部负载，并检测被测电子控制单元的负载驱动能力、对外部负载短路处理能力及断路故障处理能力；
[0013]总线收发模块、故障模拟模块和负载模拟模块与被测电子控制单元的相应接口连接。
[0014]负载模拟模块包括DSP模块、电源管理模块、MOSFET功率驱动模块、电流和电压采样模块以及CAN通信模块。
[0015]总线收发模块包括CAN总线、K总线及LIN总线。
[0016]本发明的优点:本发明采用硬件在环仿真技术将实际车辆的测试转化为在“虚拟车辆”中对ECU的测试，它将实车的特性用上位机和下位机共同进行仿真，方便高效的进行测试，并且重复性好，还能模拟实车的很多危险情况。对于在汽车研发初期，并没有完成整车的时候，有很重要的应用价值，它通过模拟整车的特性来测试各个ECU的功能和性能，然后将测试通过的ECU组合起来构成一个整车系统，而不是将各种未经过测试的ECU互联起来，更易于判断错误来源；它大大降低了系统开发周期，节省了后期的测试开支。

【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1是本发明所述基于硬件在环仿真的汽车电子控制单元测量系统的原理框图；
[0018]图2是仿真主板的电路原理框图。

【具体实施方式】
[0019]【具体实施方式】一:下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述基于硬件在环仿真的汽车电子控制单元测量系统，它包括上位机1、下位机2和被测电子控制单元3，
[0020]上位机I通过运行控制程序1-1将测试用例1-2通过USB总线发送给下位机2 ；
[0021]下位机2包括USB转SPI模块2_1、微控制模块2_2、总线收发模块2_3、故障模拟模块2-4和负载模拟模块2-5，
[0022]下位机2通过USB转SPI模块2_1实现USB数据与SPI数据的相互转换，USB转SPI模块2-1与微控制模块2-2通过SPI总线连接，
[0023]微控制模块2-2根据接收的测试用例1-2通过总线收发模块2-3向被测电子控制单元3发送请求报文、控制故障模拟模块2-4进行通信故障模拟以及控制负载模拟模块2-5模拟电子控制单元的外部负载或负载故障；并处理上位机I发送的命令或数据、控制总线数据的收发、设置负载模拟的参数、开启或关闭故障模拟模块2-4的继电器；
[0024]总线收发模块2-3遵循车辆诊断协议，用于检测被测电子控制单元3能否正确响应请求报文；
[0025]故障模拟模块2-4用于控制继电器的开启或关断，以模拟实车故障，并通过总线收发模块2-3读取相应的故障码；
[0026]负载模拟模块2-5用于模拟被测电子控制单元3的外部负载，并检测被测电子控制单元3的负载驱动能力、对外部负载短路处理能力及断路故障处理能力；
[0027]总线收发模块2-3、故障模拟模块2-4和负载模拟模块2_5与被测电子控制单元3的相应接口连接。
[0028]本实施方式中，下位机即指测试设备。所述测量系统主要实现了总线通信测试、报文监听、故障模拟和E⑶外部负载模拟。
[0029]下位机2由仿真主板和负载模拟组成，仿真主板主要负责与上位机通信、报文监听、总线通信测试及ECU故障模拟；负载模拟包含两部分:负载模拟单元和USB转CAN模块，负载模拟单元可以由仿真主板通过CAN总线进行控制，也可以通过USB转CAN模块由上位机I直接控制，负载模拟单元用来模拟ECU的外部负载及负载的一些常见故障，如负载短路及负载断路。实际测试中，可能需要负载模拟单元同时模拟多个负载，所以将负载模拟模块和仿真主板模块分开设计，这种模块化设计具有较强的灵活性，可以根据测试需要，连接多个负载模拟单元。负载模拟单元是通过DA转换和电压驱动电路输出MOSFET的栅源电压Ugs，通过电流检测模块采集漏电流Id，通过电压采集模块采集漏源电压Uds，通过CAN收发模块与仿真主板或者是PC机进行通信。电子负载要求可调漏电流在0-15A之间变化，精度为0.1A ;漏源电压在0-30V之间变化，精度为0.1V ;电能消耗功率在0-180W之间变化，精度为 0.5ff0
[0030]仿真主板主要包含七部分:电源管理、MCU控制、USB通信、故障模拟、LED指示、总线数据收发及接插件，如图2所示。
[0031]电源管理模块将12V转为5V ；MCU通过USB数据收发模块与上位机I通信，接收上位机指令和数据，或向上位机发送反馈信息；MCU通过指令分析，得到上位机发送的指令码，并根据指令码进行相应操作，或控制继电器进行通信故障模拟，或点亮熄灭LED灯，或通过总线收发器向被测ECU发送请求报文；需要外接的信号通过接插件引出。
[0032]车辆诊断协议如ISO制定的15765和14230协议。故障模拟模块2_4相对较简单，可用来模拟实车的总线短路或断路故障；负载模拟模块2-5用于部分模拟ECU的外部负载，如车灯、电机等。
[0033]【具体实施方式】二:本实施方式对实施方式一作进一步说明，负载模拟模块2-5包括DSP模块、电源管理模块、MOSFET功率驱动模块、电流和电压采样模块以及CAN通信模块。
[0034]本实施方式通过调整MOSFET的栅源电压Ugs来控制漏电流Id，使漏电流跟踪预定的曲线。假定漏源电压为Uds，若保持Uds/Id为常值，则为恒阻负载；若保持Id为常值则为恒流负载；若保持Uds不变，则为恒压负载；若保持Uds*Id为常值，则为恒功率负载。
[0035]【具体实施方式】三:本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，总线收发模块2-3包括CAN总线、K总线及LIN总线。
【权利要求】
1.一种基于硬件在环仿真的汽车电子控制单元测量系统，其特征在于，它包括上位机(1)、下位机(2)和被测电子控制单元(3)， 上位机(I)通过运行控制程序(1-1)将测试用例(1-2)通过USB总线发送给下位机(2)； 下位机(2)包括USB转SPI模块(2-1)、微控制模块(2-2)、总线收发模块(2_3)、故障模拟模块(2-4)和负载模拟模块(2-5)， 下位机(2)通过USB转SPI模块(2-1)实现USB数据与SPI数据的相互转换，USB转SPI模块(2-1)与微控制模块(2-2)通过SPI总线连接， 微控制模块(2-2)根据接收的测试用例(1-2)通过总线收发模块(2-3)向被测电子控制单元(3)发送请求报文、控制故障模拟模块(2-4)进行通信故障模拟以及控制负载模拟模块(2-5)模拟电子控制单元的外部负载或负载故障；并处理上位机(I)发送的命令或数据、控制总线数据的收发、设置负载模拟的参数、开启或关闭故障模拟模块(2-4)的继电器； 总线收发模块(2-3)遵循车辆诊断协议，用于检测被测电子控制单元(3)能否正确响应请求报文； 故障模拟模块(2-4)用于控制继电器的开启或关断，以模拟实车故障，并通过总线收发模块(2-3)读取相应的故障码； 负载模拟模块(2-5)用于模拟被测电子控制单元(3)的外部负载，并检测被测电子控制单元(3)的负载驱动能力、对外部负载短路处理能力及断路故障处理能力； 总线收发模块(2-3)、故障模拟模块(2-4)和负载模拟模块(2-5)与被测电子控制单元(3)的相应接口连接。
2.根据权利要求1所述的基于硬件在环仿真的汽车电子控制单元测量系统，其特征在于，负载模拟模块(2-5)包括DSP模块、电源管理模块、MOSFET功率驱动模块、电流和电压采样模块以及CAN通信模块。
3.根据权利要求1或2所述的基于硬件在环仿真的汽车电子控制单元测量系统，其特征在于，总线收发模块(2-3)包括CAN总线、K总线及LIN总线。
【文档编号】G05B23/02GK104076814SQ201410325679
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】王献林, 庞博升, 刘志远 申请人:哈尔滨工业大学