专利名称：用于测试电子控制器的测试设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测试设备，更具体地，涉及一种用于测试电子控制器的测试设备。
背景技术：
电子控制器(Electronically Controlled Unit，简称ECU)是一种广泛应用于各 个领域的电子控制装置，该装置通过测量被控对象各部件的运行状态，对对象的各执行机 构进行控制、调节和校准。E⑶通常由微处理器(CPU)、存储器(ROM、RAM)、输入/输出接口(I/O)、模数转换 器(A/D)以及整形、驱动等大规模集成电路组成。在ECU中，CPU是核心，它具有运算与控 制的功能，还实时对存储器(ROM、RAM)、输入/输出接口(1/0)和其他外部电路进行控制， 并具有故障自诊断和保护功能。在研制和开发电子控制器(ECU)的时候，广泛采用了如下的开发流程和/或开发 方式在功能设计和开发阶段，借助于数学建模工具(Matlab/Simulink)抽象出电子控制 器及其控制对象的数学模型，通过仿真的方式对设计进行验证。然后在快速控制原型(RCP)阶段，将前一个阶段抽象出来的电子控制器模型借助 于代码生成器转换成一个可执行程序，该可执行程序在一个硬件平台上运行，该硬件平台 可以通过相应的1/0接口与实际控制对象相互作用。如果控制效果是满意的，则由代码生成器将抽象出来的电子控制器模型生成批量 电子控制器硬件可执行的代码。在批量电子控制器与实际控制对象一起使用之前，需要进 行详细的测试，以判断其是否满足设计要求，或者是否是一件合格的产品。通常使用硬件在 回路(Hardware-In-The-Loop，简称HIL)来进行测试。在HIL测试中，批量电子控制器与测试设备相连接，在测试设备上借助车辆模型 对被测电子控制器的功能进行仿真，车辆模型的状态通过传感器模拟传递给电子控制器， 同时采集电子控制器的输出，从而实现电子控制器和测试设备的交互联系。目前的电子控制器的测试设备针对性都很强，都是只能针对实时仿真机中某一类 1/0接口板的资源来进行测试，一旦遇到1/0接口板的种类和数量很多的情况，则往往不 能满足测试需要，必须重新开发外围板卡或是将已有的设备进行重大的改造来满足测试需 要，缺少一种配置灵活，且扩展性好的测试设备来满足目前不同的测试需求。目前的电子控制器的测试设备中，负载仿真与故障注入单元和实时仿真机中的I/ 0接口之间的相连方式是有局限性的，一般只通过一块背板的连接方式存在缺陷，在实际应 用中，只能针对一块或一类1/0接口板，大多数情况下仅适用于德国dSPACE公司的实时仿 真机的组件系统的1/0接口板(如1/0接口板DS2211或是1/0接口板DS2202)，而对于 dSPACE公司的其他1/0接口板或是其他公司的实时仿真机产品的1/0接口板，则很难适用。 往往不能满足测试要求。此外，电子控制器在正常工作时电流较大，而不工作时会自动将消耗电流降到很 小(例如毫安级)以节省电能，此时的电流称为休眠电流。现有技术中缺少成本低并能灵活方便地集成到测试设备中的对电子控制器休眠电流的有效测试方式。现有技术中缺少信号调理和电流测量的、易操作并能灵活方便的集成到测试设备 中的测试实现方式。
实用新型内容本实用新型所要解决的问题是提供一种用于测试电子控制器的，可配备不同实时 仿真机的测试设备。根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于测试电子控制器的测试设备，包括 一个或多个实时仿真机，具有多个I/O接口 ；外围硬件单元，连接于实时仿真机的I/O接口 和电子控制器之间，包括一个或多个接口适配板，各块接口适配板均具有第一接口、第二 接口和第三接口，其中，第一接口与实时仿真机的I/O接口对应，第一接口和第三接口均与 第二接口相连接，各块接口适配板的第三接口配置为彼此相适配；一个或多个信号调理板， 与接口适配板的第二接口连接；控制器接口，连接至信号调理板，并与电子控制器相连接。进一步地，外围硬件单元还包括一个或多个传感器故障注入板，与信号调理板连 接。进一步地，外围硬件单元还包括一个或多个执行器故障注入板，经由控制器接口 与电子控制器相连接。进一步地，外围硬件单元还包括一个或多个负载模拟板，与执行器故障注入板连接。进一步地，外围硬件单元还包括一个或多个电流测量板，与执行器故障注入板和 控制器接口之间的驱动回路相耦合。进一步地，外围硬件单元还包括控制器供电模块，串接于电子控制器的供电回路 中。进一步地，还包括一个或多个可编程电源，经由外围硬件单元连接至电子控制器。进一步地，还包括一个或多个电源管理单元，连接于测试设备的其他各个设备。进一步地，还包括一个或多个PC机，分别与实时仿真机和外围硬件单元连接。本实用新型具有以下有益效果1.由于外围硬件单元中设置了接口适配板，该接口适配板具有与实时仿真机的 I/O某个接口相对应的第一接口、通道数量和管脚定义统一的第二接口和第三接口，从而可 以将第一接口中的信号按照第二接口中的通道数量和管脚定义要求对应到第二接口中，尤 其，当第一接口中的信号数量大于第二接口中的信号数量时，可以将多出的信号连到第三 接口上，并通过该第三接口连接到另一个有余量的适配板的第三接口。另外，由于外围硬件单元中还设置了信号调理板，该信号调理板与接口适配板的 第二接口连接，将测试设备发出的信号调理成为电子控制器可以接受的范围，也将电子控 制器发出的信号调理成为测试设备可以接受的范围。这样就实现了电子控制器与测试设备的I/O接口之间电气连接的匹配，在进行故 障仿真和负载模拟时不受电子控制器的I/O信号的数量和类型的限制，使得配置灵活简易 有效。此外，接口适配板取代现有技术中简单的背板的方式，也使得可以根据I/O接口板的 资源来灵活配置负载模拟板和传感器故障注入板，有效解决了目前I/O接口板的资源和待测控制器的信号在电气及数量匹配上的局限性，使得该测试设备可灵活配置和扩展。2.由于外围硬件单元还包括一个或多个电流测量板，串接于执行器故障注入板和 负载模拟板之间的驱动回路中，实现了对驱动回路的大电流的测量。3.由于外围硬件单元还包括控制器供电模块，串接于电子控制器的供电回路中， 该控制器供电模块能根据供电电流的大小自动在电流互感器测量方式和精密采样电阻回 路测量方式之间切换，测量供电电流，从而实现了对电子控制器的休眠电流的高精度测量。
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的 示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图 中图1示出了根据本实用新型的用于测试电子控制器的测试设备的总体结构示意 图；图2示出了图1中所示的测试设备的具体结构及连接方式示意图；图3示出了图2中所示的测试设备中接口适配板的具体设置与连接方式示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。如图1所示，根据本实用新型的用于测试电子控制器的测试设备10，包括一个机 柜1，其中安装有该测试设备的各种主要部件，例如实时仿真机11，外围硬件单元12，可编 程电源14，电源管理单元15等。从下文的描述中可以理解，在本实施例中，该测试设备10 可以为用于汽车的电子控制器的测试设备，当然，该汽车的电子控制器的测试设备仅作为 示例描述，而并非将本实用新型限制于汽车领域的汽车电子控制器的测试设备。本实用新 型的所要保护的测试设备可以为汽车、航空、家电、工业控制等各种领域的电子控制器的测 试设备，而其工作原理与本实施例中的汽车电子控制器相同。在本实施例中，实时仿真机11可以用来运行实时模型，模拟汽车的各种传感器信 号，并接收电子控制器30输出的执行器信号。当然，在其他实施例中，实时仿真机11用来模 拟相应被控设备(如家电、工控生产线等)的各种传感器信号，并接收相应被控设备输出的 执行器信号。该实时仿真机11可以是一个工控机或者一个通用的计算机(只要具备实时运 行对象模型功能的计算机都可以)，其具有计算机通常具备的部件，例如处理器，主板，处理 器板卡以及各种I/O接口板卡等，处理器板和I/O接口板之间通过总线相连，主板上还插有 通讯板卡，用于和PC机70通讯。而且该实时仿真机11还具有外部编程接口(如Matlab/ Simulink)，可以方便的将模型下载到实时仿真机11中运行。在本实用新型中，该实时仿真 机11可以采用德国dSPACE公司的组件系统(如DS1006、DS2211等)，也可以采用美国NI 公司的实时仿真系统(如NI PXIe-1075、NIPXIe-8108等)，或是其他公司的实时仿真系统 的仿真机硬件。如上所述，实时仿真机11具有各种I/O接口板，因而具有多个接收/输出数据信 号的I/O接口，根据本实用新型的测试设备的其他组件都可以通过这些I/O接口与实时仿 真机11连接，用于与实时仿真机11进行数据的交换。[0036]根据本实用新型的测试设备还应该具备一个外围硬件单元12，术语“外围”硬件， 是针对实时仿真机里面的硬件而言的。该外围硬件单元12与实时仿真机11所述的I/O接 口之一相连，能够模拟汽车上的各种负载和汽车的各种运行故障。当然，在其他实施例中， 该外围硬件单元12相应地模拟对应被控设备的负载及各种运行故障。下面参照图2对外围硬件单元12的具体结构进行详细的说明。如图2所示，具体 来说，外围硬件单元12具有六个基本功能信号接口适配、信号调理、负载模拟、故障注入、 电流测量、控制器供电及休眠电流测量。其中，接口适配板1201的作用主要是能够将经过线缆21传输的，不同的实时仿真 机中的不同的I/O接口板的信号，通过适配转换成固定接口形式的信号，对应到接插件或 是线束1208上，再通过接插件或线束1208将适配后的信号与信号调理板1202相连。图3中具体示出了接口适配板的具体设置与连接方式，从图3可以看出，外围硬件 单元12可以设置多块接口适配板1201和信号调理板1202，每一块接口适配板1201对应 连接一块信号调理板1202。信号调理板都是一样的，每块信号调理板能通过的信号数量也 是一定的(如40路)。但接口适配板1201却是有可能不一样的，具体来说，每块接口适配 板1201的第二接口 Z都是一样的，通过插接件或线束1208和信号调理板1202相连，信号 数量和管脚定义也是固定的。例如，当来自实时仿真机11中的I/O板卡的线束21上的接插件Al和A2不同时， 需要对应在接口适配板1201上设计成能够和接插件Al和A2分别对应的第一接口 Bl和 B2，使得Al和Bi、A2和B2可以分别对应连接，并要按照Z中的定义和数量要求，分别将第 一接口 Bl和B2中的信号和对应到Bl和B2各自所在的接口适配板的第二接口 Z中。当Bl 或B2中的信号数量和其所在的接口适配板的第二接口 Z中的信号数量(例如40路)不一 致时(尤其是大于40路时)，可以将多出的信号连接到该接口适配板的第三接口 Y上，再通 过第三接口 Y和线束22将多余的信号转移到另外一块第二接口 Z有余量的接口适配板上， 这样，在信号调理板1202都是一样的情况下，只需选择不同数量、配置不同的接口适配板， 就可以将任意实时仿真机中的任意I/O接口板的信号都可以引入到测试设备中。在图2中，可以看出，信号调理板1202 —方面通过插接件或线束1208与接口适配 板1201连接，另一方面通过线缆1209和线缆1215与传感器故障注入板1206和电流测量 板1205连接，进而将测试设备10中的实时仿真机11的I/O接口板的信号与待测控制器30 的信号进行电气上的匹配，将测试设备10发出的信号调理成为待测控制器30可以接受的 范围，也将待测控制器30发出的信号调理成为测试设备10可以接受的范围。例如，实时仿 真机11的I/O接口板的输出开关量的高电平为+5V，则通过信号调理板1202可以将其调 理成为控制器所需的+12V高电平的开关信号。信号调理板1202是一个独立的组件，可以 根据需要调理的信号的数量和类型进行灵活的配置，可随着信号调理需求的改变而改变， 结构比较灵活。下面参照图2对负载模拟板1203和执行器故障注入板1204、传感器故障注入板 1206的具体结构进行详细说明。电子控制器30在工作中，会接收传感器信号，并输出执行 器信号。在对电子控制器30进行测试时，通过I/O接口板输出提供传感器信号，而对于电 子控制器30输出的执行器信号，在这类信号驱动负载的同时，I/O接口板也要采集回来，供 模型计算使用。实时仿真机11通过I/O接口板输出的传感器信号通过接口适配板1201、信号调理板1202后，通过线缆1209接入传感器故障注入板1206，再通过线缆1216接连到接 控制器接口 1217中，进而通过控制器接口 1217和线缆60即可连接电子控制器30的输入。 传感器故障注入板1202通过开关器件(如继电器、M0SFET、CM0S开关等)通断的组合模拟 各种常见的传感器故障，如对电源短路、对地短路、开路等。电子控制器30对接收到的测试 信号进行响应，并相应输出各种指令，这些输出信号就是执行器信号。执行器信号同样通过线缆60接到控制器接口 1217，再通过线缆1211连接到电流 测量板1205进行电流测量，然后通过线缆1212连接到执行器故障注入板1204，再通过线缆 1213到负载模拟板1203，如果需要接真实负载的话，则可以通过线缆1214去进行连接。执 行器故障注入板1204的原理与传感器故障注入板类似，都是通过开关器件通断的组合来 模拟各种故障，区别在于执行器信号通过的电流大。负载模拟板1203用来模拟被控系统上 各种负载，如继电器、喷油电磁阀、点火线圈、电机等，主要目的是补齐电子控制器30的负 载连接，确保电子控制器可以进行正常的测试。总之，执行器故障注入板1204和传感器故障注入板1206是用来实现执行器故障 注入和传感器故障注入这两种方式的故障注入的故障注入单元，故障注入是指模拟被控系 统在运行过程中出现的各种故障，如短路、断路等。故障注入的目的是检测汽电子控制器是 否具有容错处理和保护功能。此外，根据本实用新型的测试设备可以具有多个负载模拟板 1203和故障注入单元。在电子控制器30的执行器信号中，对于某些信号，模型需要知道其驱动负载的电 流值，所以就需要在控制回路中加入电流测量装置，本实用新型测试设备中，依据电流传感 器为基础制作的电流测量板1205串接在驱动回路中，比如串接在控制器接口 1217和执行 器故障注入板1204之间，用以实现电流的测量。通过电流测量板1205采集到的电流信号 通过线缆1215输出给信号调理板1202，再顺次经过信号调理和接口适配，即可被实时仿真 机11的I/O接口板采集。本实用新型测试设备中还提供了控制器供电模块1207，其串接于对电子控制器 30的供电回路中，可以通过其中的继电器来模拟各种被控系统上常用的继电器，用以给待 测控制器供电，可通过线缆1216连接到控制器接口 1217，再通过线缆60给电子控制器30 供电。同时，控制器供电模块1207中还具有控制器休眠电流测量功能，通过电流传感器和 精密采样电阻结合的方式实现微小电流的测量，测量结果通过通讯连接50传送给PC机70。如图1和图2所示，根据本实用新型的测试设备进一步包括一个或多个可编程电 源14，通过线缆20连接至外围硬件单元12中的控制器供电模块，再顺次经由线缆1216、控 制器接口 1217为电子控制器30供电。可编程电源14用来模拟被控对象比如汽车上的蓄 电池的各种运行状态，该电源可以单独对电压编程、单独对电流编程，也可以对电压和电流 同时编程。对电压和电流的编程均是通过0-5V的模拟电压或是0-10的模拟电压来实现 的，而模拟电压可以由实时仿真机11的模拟量输出通道来控制，从而实现在实时仿真机11 中运行模型的同时来调节可编程电源14的电压和/或电流。本实用新型测试设备进一步包括一个或多个电源管理单元15，用于给整个测试设 备的电源进行管理，包括对电源的通断控制、过载保护、急停控制、交流电的分配、设备自身 用电控制等功能。交流电缆16为整个设备的外部供电，通过电源管理单元15的管理后，交 流电缆17为可编程电源14的供电线，交流电缆19为实时仿真机11的供电线。直流电缆18为外围硬件单元12所需的各直流电源的供电线，可能包括+5V、+12V、+15V、-15V和+24V寸。根据本实用新型的测试设备进一步包括一个或多个PC机70，该PC机70与实时仿 真机11通过通讯连接40连接，通讯连接40可以为TCP/IP连接或者专用总线连接，也可以 是光纤电缆或其他种介质的线缆，并通过实时仿真机11的输出信号判断电子控制器30是 否合格。该PC机70还与外围硬件单元12通过通讯连接50连接，通讯连接50可以是RS232 串行总线，CAN总线或是其他的通讯方式。PC机70向外围硬件单元12提供控制信号，例如 通过串口总线或CAN总线控制故障注入的实现，又例如，可以将控制器供电模块1207中的 休眠电流测量值通过通讯连接50传送给PC机70。进一步参照图1，PC机70中运行着试验管理软件71和自动测试软件72，试验管 理软件71实现对测试的管理，包括模型的下载、模型参数的修改、采集数据等。自动测试软 件72主要用来编写和运行自动测试序列，实现自动化测试。如果实时仿真机11使用德国 dSPACE公司的组件系统(如DS1006+DS2211)，则试验管理软件71和自动测试软件72可以 分别是dSPACE公司的ControlDesk和AutomationDesk产品。如果实时仿真机使用美国NI 公司的实时系统(如PXIe 1075+PXIe 8108)，则试验管理软件71和自动测试软件72可以 分别是NI公司的Labview和TestStand产品。本实用新型所提出的上述测试设备脱离了实时仿真机的限制，解决了由一套测试 设备，即可配备市场上不同公司的实时仿真机的难题。通过接口适配模块将任何一台实时 仿真机与硬件在回路测试设备的其他部分连接起来。而且本测试设备中的硬件功能都是以 模块化的形式存在的，可以根据需要进行灵活的配置，还可以方便的满足未来对于设备扩 展的需求，解决了目前此类设备配置不够灵活，经常需要重新开发外围板卡或是将已有的 设备进行重大改造才能满足测试需要的缺陷，是一种配置足够灵活，且扩展性非常好的测 试设备，可以满足目前对于电子控制器的不同的测试需求。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本 领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种用于测试电子控制器的测试设备，其特征在于，包括一个或多个实时仿真机(11)，具有多个I/O接口 ；外围硬件单元(12)，连接于所述实时仿真机的I/O接口和所述电子控制器之间，包括一个或多个接口适配板(1201)，各块接口适配板(1201)均具有第一接口、第二接口 (Z)和第三接口(Y)，其中，所述第一接口与所述实时仿真机(11)的I/O接口对应，所述第 一接口和所述第三接口(Y)均与所述第二接口(Z)相连接，各块接口适配板(1201)的所述 第三接口(Z)配置为彼此相适配；一个或多个信号调理板(1202)，与所述接口适配板(1201)的第二接口(Z)连接；控制器接口(1217)，连接至所述信号调理板(1202)，并与电子控制器(30)相连接。
2.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述外围硬件单元(12)还包括一个 或多个传感器故障注入板(1206)，与所述信号调理板(1202)连接。
3.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述外围硬件单元(12)还包括一个 或多个执行器故障注入板(1204)，经由所述控制器接口(1217)与所述电子控制器(30)相 连接。
4.根据权利要求3所述的测试设备，其特征在于，所述外围硬件单元(12)还包括一个 或多个负载模拟板(1203)，与所述执行器故障注入板(1204)连接。
5.根据权利要求4所述的测试设备，其特征在于，所述外围硬件单元(12)还包括一个 或多个电流测量板(1205)，与所述控制器接口(1217)和所述执行器故障注入板(1204)之 间的驱动回路相耦合。
6.根据权利要求4所述的测试设备，其特征在于，所述外围硬件单元(12)还包括控制 器供电模块(1207)，串接于所述电子控制器(30)的供电回路中。
7.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，还包括一个或多个可编程电源(14)， 经由所述外围硬件单元(12)连接至所述电子控制器(30)。
8.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，还包括一个或多个电源管理单元 (15)。
9.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，还包括一个或多个PC机(70)，分别 与所述实时仿真机(11)和所述外围硬件单元(12)连接。
专利摘要本实用新型提供了一种用于测试电子控制器的测试设备，包括一个或多个实时仿真机，具有多个I/O接口；外围硬件单元，连接于实时仿真机的I/O接口和电子控制器之间，包括一个或多个接口适配板，各块接口适配板均具有第一接口、第二接口和第三接口，其中，第一接口与实时仿真机的I/O接口对应；一个或多个信号调理板，与接口适配板的第二接口连接；控制器接口，与电子控制器相连接。通过本实用新型，使得在进行故障仿真和负载模拟时不受电子控制器I/O信号的数量和类型的限制，并有效解决了目前I/O接口板的资源和电子控制器的信号在电气及数量匹配上的局限性。
文档编号G05B23/02GK201780506SQ20102025052
公开日2011年3月30日 申请日期2010年6月28日 优先权日2010年6月28日
发明者孙强, 张言方, 王永庭, 赵军 申请人:北京经纬恒润科技有限公司