一种航空发动机控制器BIT测试方法与流程

本发明属于航空发动机控制系统开发领域技术领域，涉及一种航空发动机控制器BIT测试方法。

背景技术：

发动机控制器是发动机管理系统的控制核心，其基本功能是以发动机转速和负荷为基础，采集传感器信号，经过数学模型计算处理后将控制指令发送至相关执行机构，执行预定的控制功能，从而使发动机在实时工况和外界工作条件下始终处于最佳的燃烧状态。

随着大规模集成电路的应用，现代电子设备越来越复杂，一旦电子设备出现故障，故障检测、故障隔离时间长，维修工作量迅速增加，因此它的安全可靠运行和快速维修就显得极为重要。航空发动机控制器机内测试(以下简称BIT)旨在依靠控制自身的电路和程序完成故障诊断、故障隔离，它能对设备/系统内部的故障进行自动检测、诊断和隔离，大大提高控制器中的故障诊断效率和准确性，从而降低维护费用，提高可靠性。

技术实现要素：

根据以上现有技术的不足，本发明提出一种航空发动机控制器BIT测试方法，这种测试方法结合硬件冗余设计及发动机双控制器，根据控制器的运行状态及驾驶员指令，实现对控制器硬件本身、外部输入、执行器的故障诊断、故障隔离。从而保证控制器能够快速发现故障，保证控制器在最合理状态运行，提高发动机控制的安全性能。。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种航空发动机控制器BIT测试方法，发动机控制器BIT测试硬件包括输入信号处理电路、输出信号处理电路、控制器、硬件测试电路、硬件反馈电路，所述输入输出信号处理电路接收传感器、开关的信号，并对接收到的信号进行处理，将处理过后的信号输入到控制器，控制器根据接收到的信号判断控制器输入控制部分的正确性，同时控制器将接收到的信号通过软件计算处理后输出到输出信号处理电路，输出信号处理电路对输出信号进行处理后通过硬件反馈电路反馈到控制器，控制器结合输入输出及反馈信号判断输出控制部分的正确性。所述发动机控制器BIT测试硬件还包括分别和输入信号处理电路连接的多通道模拟输入电路、多通道数字输入电路、多通道频率输入电路；多通道模拟输入获取发动机传感器信号，多通道数字输入获取发动机外部离散输入信号，多通道频率输入获取曲轴传感器、凸轮轴传感器频率输入信号。所述发动机控制器BIT测试分为三种模式，分别为上电BIT测试、运行BIT测试、维修BIT测试；上电BIT测试旨在控制器正常运行之前发现发动机控制系统存在的故障；运行BIT测试旨在发现发动机控制系统正常运行时存在的故障；维修BIT测试旨在发现发动机控制系统售后维修时存在的故障。所述上电BIT测试由控制器自动完成或驾驶员手动触发完成，运行BIT测试则由控制器自动循环检测，维修BIT测试由售后维修人员手动触发完成。所述发动机控制器BIT测试包括控制器BIT测试、输入信号BIT测试、输入信号硬件调理电路BIT测试、输出信号硬件调理电路BIT测试、执行器BIT测试。在发动机控制器上电状态，BIT测试系统将进行控制器完整的MCU BIT测试、输入信号硬件调理电路BIT测试、输出信号硬件调理电路BIT测试；在发动机控制器处于正常运行状态，BIT测试系统将进行控制器部分MCU BIT测试、输入信号硬件调理电路BIT测试、输出信号硬件调理电路BIT测试、执行器BIT测试；在发动机控制器处于维修自检状态时，BIT测试系统将进行控制器完整的MCU BIT测试、输入信号硬件调理电路BIT测试、输出信号硬件调理电路BIT测试。该方法包括上电BIT模式、运行BIT模式、维修BIT模式；当控制器上电后，控制器不断检测上电自检开关状态和维修自检开关状态以判断进入何种BIT模式。当控制器进入上电BIT模式后，控制器首先对MCU进行检测，包括MCU存储、输入输出接口；当MCU BIT测试结束后，控制器根据测试结果返回相应的故障代码；MCU BIT测试完成后，控制器使能BIT测试硬件功能，接着进行自身输入输出接口进行BIT测试，当控制器输入输出接口测试结束后，控制器根据测试结果返回相应的故障代码，控制器输入输出接口测试完成后，控制器进入运行BIT模式。当控制器进入运行BIT模式后，控制器实时检测自检开关状态，当自检开关状态有效时，控制器立即退出运行BIT模式，进入上电BIT模式；当自检开关无效时，控制器继续保持运行BIT模式。

本发明有益效果是:本发明根据控制器的运行状态及驾驶员指令，实现对控制器硬件本身、外部输入、执行器的故障诊断、故障隔离。从而保证控制器能够快速发现故障，保证控制器在最合理状态运行，提高发动机控制的安全性能。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本发明的具体实施方式的BIT测试系统硬件结构框图。

图2是本发明的具体实施方式的发动机控制器结构图。

图3是本发明的具体实施方式的运行BIT测试控制器系统信号流向图。

图4是本发明的具体实施方式的上电/维修BIT测试控制器系统信号流向图。

图5是本发明的具体实施方式的控制器软件流程框图。

图6是本发明的具体实施方式的控制器BIT模式切换过程。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

特征1：BIT测试系统硬件设计

发动机控制器BIT测试硬件由三部分组成：输入/输出信号处理电路、硬件测试电路、硬件反馈电路。输入输出信号处理电路接收来自控制器(以下简称MCU)或者传感器、开关信号，并对接收到的信号进行处理，之后将处理过后的信号输入到MCU，MCU根据接收到的信号判断控制器输入控制部分的正确性，同时MCU将接收到的信号通过软件计算处理后输出到输出控制硬件电路，输出控制电路对输出信号进行处理后通过硬件反馈电路反馈到MCU，MCU结合输入输出及反馈信号判断输出控制部分的正确性，从而实现控制器故障判断，故障定位。特征2：发动机控制器BIT测试三种工作模式

发动机控制器BIT测试分为三种模式，分别为上电BIT测试、运行BIT测试、维修BIT测试。上电BIT测试旨在控制器正常运行之前发现发动机控制系统存在的故障；运行BIT测试旨在发现发动机控制系统正常运行时存在的故障；维修BIT测试旨在发现发动机控制系统售后维修时存在的故障。上电BIT测试可以由控制器自动完成，也可以由驾驶员手动触发完成，运行BIT测试则由控制器自动循环检测，维修BIT测试必须由售后维修人员触发完成。特征3：软硬件全覆盖的控制器BIT测试

发动机控制器BIT测试包括控制器MCU BIT测试、输入信号BIT测试、输入信号硬件调理电路BIT测试、输出信号硬件调理电路BIT测试、执行器BIT测试。它们根据控制器不同运行状态选择性执行，在发动机控制器上电状态，BIT测试系统将进行控制器完整的MCU BIT测试、输入信号硬件调理电路BIT测试、输出信号硬件调理电路BIT测试；在发动机控制器处于正常运行状态，BIT测试系统将进行控制器部分MCU BIT测试、输入信号硬件调理电路BIT测试、输出信号硬件调理电路BIT测试、执行器BIT测试；在发动机控制器处于维修自检状态时，BIT测试系统将进行控制器完整的MCU BIT测试、输入信号硬件调理电路BIT测试、输出信号硬件调理电路BIT测试。

图1清晰的描述了发动机控制器BIT测试系统完整结构图，其中多通道模拟输入获取发动机传感器信号，多通道数字输入获取发动机外部离散输入信号，多通道频率输入获取曲轴传感器、凸轮轴传感器、其他频率输入信号；输入信号处理电路对所有输入信号进行调理，并将调理后的信号输入到处理器；处理器根据输入信号通过软件控制算法得出输出信号，输出信号经过输出信号处理电路、驱动电路驱动执行器输出，同时将经过输出信号处理电路的输出信号反馈到处理器进行下一步计算和处理。

图2描述了发动机控制器结构，按图所示，进行发动机控制器各部分的连接：

1)处理器与信号处理与驱动通过高速总线连接，信号调理与驱动

2)包括开关输入处理、模拟输入处理、频率输入处理、高边驱动、低边驱动、全桥驱动、点火驱动、喷油驱动；

3)制作信号调理与驱动到控制器接插件的连接线束，并实现连接；

4)控制器接插件连接发动机线束接插件；

5)发动机线束接插件连接如图所示的各种传感器与执行器。

连接完成后，控制器硬件系统完成，控制器通过硬件与控制软件实现图3/图4所示的系统信号流向图，信号从传感器依次经过发动机线束接插件、控制器接插件、信号调理与驱动到处理器，在处理器中通过控制软件计算需要的信号输出，信号输出依次经过信号调理与驱动、控制器接插件、发动机线束接插件，最终达到执行器实现需要的操作，实现发动机控制器功能。

图5为控制器BIT测试软件流程框图，描述了控制器BIT测试各个模式的完整运行流程。当控制器上电后，控制器不断检测上电自检开关状态和维修自检开关状态以判断进入何种BIT模式。

当控制器进入上电BIT模式后，控制器首先对MCU进行检测，包括MCU存储、输入输出接口；当MCU BIT测试结束后，控制器根据测试结果返回相应的故障代码；MCU BIT测试完成后，控制器使能BIT测试硬件功能，接着进行自身输入输出接口进行BIT测试，当控制器输入输出接口测试结束后，控制器根据测试结果返回相应的故障代码，控制器输入输出接口测试完成后，控制器进入运行BIT模式。

当控制器进入运行BIT模式后，控制器实时检测自检开关状态，当自检开关状态有效时，控制器立即退出运行BIT模式，进入上电BIT模式；当自检开关无效时，控制器继续保持运行BIT模式。

图6为控制BIT模式切换过程，包括上电BIT模式、运行BIT模式、维修BIT模式之间的切换。

1.上电BIT模式切换

控制器上电后，控制器检测自检开关状态，当自检开关有效时，控制器进入上电BIT模式；当自检开关无效时，控制器进入等待状态，在等待时间超过预先设定等待时间时，控制器直接进入上电BIT模式；控制器在运行过程中实时检测自检开关状态，当检测到自检开关有效时，控制器退出运行BIT模式，进入上电自检模式，当检测到自检开关无效时，控制保持在运行BIT模式。

控制器进入上电BIT模式后，首先进行MCU BIT测试；MCU BIT测试完成后进行控制器输入/输出BIT测试。

1)MCU BIT测试

MCU BIT测试是完成对控制器MCU功能的检查，包括MCU Flash、随机存储区域(以下简称RAM)、非易失性存储区域(以下简称NvRam)、输入/输出接口。Flash BIT测试读取完整的Flash空间数据并进行数据校验和计算，之后与预先写入Flash的数据校验和进行比较，以判断Flash数据完整性；RAM BIT测试是检查RAM空间的读写功能，对RAM空间循环进行读写操作，比较读取数据与预先写入数据进行比较以判断RAM读写性；NvRam BIT测试是检查NvRAM空间的读写功能，在对NvRAM空间进行写数据操作时，在写数据完成后同时将本次所写数据校验和写入NvRam，之后读取该片NvRam空间数据并计算读取数据的校验和，并与预先写入的校验和进行比较判断NvRam读写性能；MCU输入输出接口BIT测试在控制器输入输出测试时同时进行。

2)控制器输入输出BIT测试

控制器输入输出BIT测试是完成对控制器输入输出及MCU输入输出功能的检查，包括模拟输入、数字输入、频率输入、数字输出、频率输出。模拟输入BIT测试过程是：控制器获取模拟信号，通过模拟输入信号处理电路输入到MCU，MCU模拟信号采集模块对输入模拟信号进行采样，并通过直接内存存取模块将采样结果存放到内存指定区域，MCU根据采样结果通过软件控制算法判断控制器模拟输入信号处理电路和MCU模拟输入接口功能的正确性。数字输入BIT测试过程是：控制器输出确定的数字信号，该信号通过数字输出信号处理电路反馈到MCU数字输入引脚和控制器数字输入信号处理电路，MCU通过比较从数字输出信号处理电路反馈到MCU信号和经数字输入信号处理电路反馈到MCU信号判断控制器数字输入信号处理电路、MCU数字输入接口、控制器数字输出信号处理电路功能的正确性。频率输入BIT测试过程是：控制器输出确定频率和占空比的频率信号，该信号通过频率输出信号处理电路反馈到MCU输入引脚和控制器频率输入信号处理电路，MCU通过比较从频率输出信号处理电路反馈到MCU信号和经频率输入信号处理电路反馈到MCU信号判断控制器频率输入信号处理电路、MCU频率输入接口、控制器频率输出信号处理电路功能的正确性。数字输出BIT测试过程是：控制器输出确定电平的数字信号，该信号通过数字输出信号处理电路反馈到MCU输入引脚，MCU检测输入数字信号的电平状态，并与指定电平进行比较判断MCU数字输出和控制器数字输出信号处理电路功能的正确性。频率输出BIT测试过程是：控制器输出确定频率和占空比的频率信号，该信号通过频率输出信号处理电路反馈到MCU输入引脚，MCU捕获输入频率信号的频率和占空比，并与指定频率和占空比进行比较判断MCU频率输出和控制器频率输出信号处理电路功能的正确性。

2.运行BIT模式切换

当控制器上电BIT完成后，控制器进入运行BIT模式，在运行BIT模式，完成MCU指令集、MCU时钟、传感器输入、执行器输出BIT测试。传感器输入BIT测试对水温传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、操纵杆位置传感器、节气门位置传感器进行测试。执行器输出BIT测试对喷油器、点火线圈、电子节气门进行测试。MCU指令集BIT测试过程为：通过软件算法实时得出以系统时间为基准的随机数，将此随机数作为加、减、乘、除、位操作运算的输入，以固定时间为周期的进行以上各种运算，并判断运算结果的正确性以判断MCU指令集的完整性。MCU时钟BIT测试过程为：以固定时间为周期的进行MCU时钟与控制器外部硬件时钟比较，通过比较结果判断MCU时钟的准确性。传感器BIT测试过程为：MCU获取传感器信号，并通过软件算法将该信号转换为具有实际意义的物理值，将得到的物理值与控制器根据当前状态结合软件算法计算得到的物理值进行比较以判断传感器信号的正确性。执行器输出BIT测试过程为：在执行器输出有效时，控制器的执行器输出驱动硬件会实时检测执行器状态，MCU通过读取执行器状态判断执行器的正确性。

3.维修BIT测试切换

当控制器上电后，控制器检测到维修自检开关状态有效时，控制器进入维修BIT模式；当控制器检测到维修开关状态无效时，控制器进入超时等待，当等待时间超过预先设定值后，控制器进入上电BIT状态。控制器进入维修BIT模式后，控制器进行上电BIT测试和运行BIT测试的全部内容。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。