專利名稱：用于測試電子控制器的測試設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及測試設備，更具體地，涉及一種用于測試電子控制器的測試設備。
背景技術：
電子控制器(Electronically Controlled Unit，簡稱ECU)是一種廣泛應用于各 個領域的電子控制裝置，該裝置通過測量被控對象各部件的運行狀態(tài)，對對象的各執(zhí)行機 構進行控制、調節(jié)和校準。E⑶通常由微處理器(CPU)、存儲器(ROM、RAM)、輸入/輸出接口(I/O)、模數(shù)轉換 器(A/D)以及整形、驅動等大規(guī)模集成電路組成。在ECU中，CPU是核心，它具有運算與控 制的功能，還實時對存儲器(ROM、RAM)、輸入/輸出接口(1/0)和其他外部電路進行控制， 并具有故障自診斷和保護功能。在研制和開發(fā)電子控制器(ECU)的時候，廣泛采用了如下的開發(fā)流程和/或開發(fā) 方式在功能設計和開發(fā)階段，借助于數(shù)學建模工具(Matlab/Simulink)抽象出電子控制 器及其控制對象的數(shù)學模型，通過仿真的方式對設計進行驗證。然后在快速控制原型(RCP)階段，將前一個階段抽象出來的電子控制器模型借助 于代碼生成器轉換成一個可執(zhí)行程序，該可執(zhí)行程序在一個硬件平臺上運行，該硬件平臺 可以通過相應的1/0接口與實際控制對象相互作用。如果控制效果是滿意的，則由代碼生成器將抽象出來的電子控制器模型生成批量 電子控制器硬件可執(zhí)行的代碼。在批量電子控制器與實際控制對象一起使用之前，需要進 行詳細的測試，以判斷其是否滿足設計要求，或者是否是一件合格的產品。通常使用硬件在 回路(Hardware-In-The-Loop，簡稱HIL)來進行測試。在HIL測試中，批量電子控制器與測試設備相連接，在測試設備上借助車輛模型 對被測電子控制器的功能進行仿真，車輛模型的狀態(tài)通過傳感器模擬傳遞給電子控制器， 同時采集電子控制器的輸出，從而實現(xiàn)電子控制器和測試設備的交互聯(lián)系。目前的電子控制器的測試設備針對性都很強，都是只能針對實時仿真機中某一類 1/0接口板的資源來進行測試，一旦遇到1/0接口板的種類和數(shù)量很多的情況，則往往不 能滿足測試需要，必須重新開發(fā)外圍板卡或是將已有的設備進行重大的改造來滿足測試需 要，缺少一種配置靈活，且擴展性好的測試設備來滿足目前不同的測試需求。目前的電子控制器的測試設備中，負載仿真與故障注入單元和實時仿真機中的I/ 0接口之間的相連方式是有局限性的，一般只通過一塊背板的連接方式存在缺陷，在實際應 用中，只能針對一塊或一類1/0接口板，大多數(shù)情況下僅適用于德國dSPACE公司的實時仿 真機的組件系統(tǒng)的1/0接口板(如1/0接口板DS2211或是1/0接口板DS2202)，而對于 dSPACE公司的其他1/0接口板或是其他公司的實時仿真機產品的1/0接口板，則很難適用。 往往不能滿足測試要求。此外，電子控制器在正常工作時電流較大，而不工作時會自動將消耗電流降到很 小(例如毫安級)以節(jié)省電能，此時的電流稱為休眠電流?，F(xiàn)有技術中缺少成本低并能靈活方便地集成到測試設備中的對電子控制器休眠電流的有效測試方式。現(xiàn)有技術中缺少信號調理和電流測量的、易操作并能靈活方便的集成到測試設備 中的測試實現(xiàn)方式。

實用新型內容本實用新型所要解決的問題是提供一種用于測試電子控制器的，可配備不同實時 仿真機的測試設備。根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種用于測試電子控制器的測試設備，包括 一個或多個實時仿真機，具有多個I/O接口 ；外圍硬件單元，連接于實時仿真機的I/O接口 和電子控制器之間，包括一個或多個接口適配板，各塊接口適配板均具有第一接口、第二 接口和第三接口，其中，第一接口與實時仿真機的I/O接口對應，第一接口和第三接口均與 第二接口相連接，各塊接口適配板的第三接口配置為彼此相適配；一個或多個信號調理板， 與接口適配板的第二接口連接；控制器接口，連接至信號調理板，并與電子控制器相連接。進一步地，外圍硬件單元還包括一個或多個傳感器故障注入板，與信號調理板連 接。進一步地，外圍硬件單元還包括一個或多個執(zhí)行器故障注入板，經(jīng)由控制器接口 與電子控制器相連接。進一步地，外圍硬件單元還包括一個或多個負載模擬板，與執(zhí)行器故障注入板連接。進一步地，外圍硬件單元還包括一個或多個電流測量板，與執(zhí)行器故障注入板和 控制器接口之間的驅動回路相耦合。進一步地，外圍硬件單元還包括控制器供電模塊，串接于電子控制器的供電回路 中。進一步地，還包括一個或多個可編程電源，經(jīng)由外圍硬件單元連接至電子控制器。進一步地，還包括一個或多個電源管理單元，連接于測試設備的其他各個設備。進一步地，還包括一個或多個PC機，分別與實時仿真機和外圍硬件單元連接。本實用新型具有以下有益效果1.由于外圍硬件單元中設置了接口適配板，該接口適配板具有與實時仿真機的 I/O某個接口相對應的第一接口、通道數(shù)量和管腳定義統(tǒng)一的第二接口和第三接口，從而可 以將第一接口中的信號按照第二接口中的通道數(shù)量和管腳定義要求對應到第二接口中，尤 其，當?shù)谝唤涌谥械男盘枖?shù)量大于第二接口中的信號數(shù)量時，可以將多出的信號連到第三 接口上，并通過該第三接口連接到另一個有余量的適配板的第三接口。另外，由于外圍硬件單元中還設置了信號調理板，該信號調理板與接口適配板的 第二接口連接，將測試設備發(fā)出的信號調理成為電子控制器可以接受的范圍，也將電子控 制器發(fā)出的信號調理成為測試設備可以接受的范圍。這樣就實現(xiàn)了電子控制器與測試設備的I/O接口之間電氣連接的匹配，在進行故 障仿真和負載模擬時不受電子控制器的I/O信號的數(shù)量和類型的限制，使得配置靈活簡易 有效。此外，接口適配板取代現(xiàn)有技術中簡單的背板的方式，也使得可以根據(jù)I/O接口板的 資源來靈活配置負載模擬板和傳感器故障注入板，有效解決了目前I/O接口板的資源和待測控制器的信號在電氣及數(shù)量匹配上的局限性，使得該測試設備可靈活配置和擴展。2.由于外圍硬件單元還包括一個或多個電流測量板，串接于執(zhí)行器故障注入板和 負載模擬板之間的驅動回路中，實現(xiàn)了對驅動回路的大電流的測量。3.由于外圍硬件單元還包括控制器供電模塊，串接于電子控制器的供電回路中， 該控制器供電模塊能根據(jù)供電電流的大小自動在電流互感器測量方式和精密采樣電阻回 路測量方式之間切換，測量供電電流，從而實現(xiàn)了對電子控制器的休眠電流的高精度測量。

附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分，本實用新型的 示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖 中圖1示出了根據(jù)本實用新型的用于測試電子控制器的測試設備的總體結構示意 圖；圖2示出了圖1中所示的測試設備的具體結構及連接方式示意圖；圖3示出了圖2中所示的測試設備中接口適配板的具體設置與連接方式示意圖。
具體實施方式
下面將參考附圖并結合實施例，來詳細說明本實用新型。如圖1所示，根據(jù)本實用新型的用于測試電子控制器的測試設備10，包括一個機 柜1，其中安裝有該測試設備的各種主要部件，例如實時仿真機11，外圍硬件單元12，可編 程電源14，電源管理單元15等。從下文的描述中可以理解，在本實施例中，該測試設備10 可以為用于汽車的電子控制器的測試設備，當然，該汽車的電子控制器的測試設備僅作為 示例描述，而并非將本實用新型限制于汽車領域的汽車電子控制器的測試設備。本實用新 型的所要保護的測試設備可以為汽車、航空、家電、工業(yè)控制等各種領域的電子控制器的測 試設備，而其工作原理與本實施例中的汽車電子控制器相同。在本實施例中，實時仿真機11可以用來運行實時模型，模擬汽車的各種傳感器信 號，并接收電子控制器30輸出的執(zhí)行器信號。當然，在其他實施例中，實時仿真機11用來模 擬相應被控設備(如家電、工控生產線等)的各種傳感器信號，并接收相應被控設備輸出的 執(zhí)行器信號。該實時仿真機11可以是一個工控機或者一個通用的計算機(只要具備實時運 行對象模型功能的計算機都可以)，其具有計算機通常具備的部件，例如處理器，主板，處理 器板卡以及各種I/O接口板卡等，處理器板和I/O接口板之間通過總線相連，主板上還插有 通訊板卡，用于和PC機70通訊。而且該實時仿真機11還具有外部編程接口(如Matlab/ Simulink)，可以方便的將模型下載到實時仿真機11中運行。在本實用新型中，該實時仿真 機11可以采用德國dSPACE公司的組件系統(tǒng)(如DS1006、DS2211等)，也可以采用美國NI 公司的實時仿真系統(tǒng)(如NI PXIe-1075、NIPXIe-8108等)，或是其他公司的實時仿真系統(tǒng) 的仿真機硬件。如上所述，實時仿真機11具有各種I/O接口板，因而具有多個接收/輸出數(shù)據(jù)信 號的I/O接口，根據(jù)本實用新型的測試設備的其他組件都可以通過這些I/O接口與實時仿 真機11連接，用于與實時仿真機11進行數(shù)據(jù)的交換。[0036]根據(jù)本實用新型的測試設備還應該具備一個外圍硬件單元12，術語“外圍”硬件， 是針對實時仿真機里面的硬件而言的。該外圍硬件單元12與實時仿真機11所述的I/O接 口之一相連，能夠模擬汽車上的各種負載和汽車的各種運行故障。當然，在其他實施例中， 該外圍硬件單元12相應地模擬對應被控設備的負載及各種運行故障。下面參照圖2對外圍硬件單元12的具體結構進行詳細的說明。如圖2所示，具體 來說，外圍硬件單元12具有六個基本功能信號接口適配、信號調理、負載模擬、故障注入、 電流測量、控制器供電及休眠電流測量。其中，接口適配板1201的作用主要是能夠將經(jīng)過線纜21傳輸?shù)?，不同的實時仿真 機中的不同的I/O接口板的信號，通過適配轉換成固定接口形式的信號，對應到接插件或 是線束1208上，再通過接插件或線束1208將適配后的信號與信號調理板1202相連。圖3中具體示出了接口適配板的具體設置與連接方式，從圖3可以看出，外圍硬件 單元12可以設置多塊接口適配板1201和信號調理板1202，每一塊接口適配板1201對應 連接一塊信號調理板1202。信號調理板都是一樣的，每塊信號調理板能通過的信號數(shù)量也 是一定的(如40路)。但接口適配板1201卻是有可能不一樣的，具體來說，每塊接口適配 板1201的第二接口 Z都是一樣的，通過插接件或線束1208和信號調理板1202相連，信號 數(shù)量和管腳定義也是固定的。例如，當來自實時仿真機11中的I/O板卡的線束21上的接插件Al和A2不同時， 需要對應在接口適配板1201上設計成能夠和接插件Al和A2分別對應的第一接口 Bl和 B2，使得Al和Bi、A2和B2可以分別對應連接，并要按照Z中的定義和數(shù)量要求，分別將第 一接口 Bl和B2中的信號和對應到Bl和B2各自所在的接口適配板的第二接口 Z中。當Bl 或B2中的信號數(shù)量和其所在的接口適配板的第二接口 Z中的信號數(shù)量(例如40路)不一 致時(尤其是大于40路時)，可以將多出的信號連接到該接口適配板的第三接口 Y上，再通 過第三接口 Y和線束22將多余的信號轉移到另外一塊第二接口 Z有余量的接口適配板上， 這樣，在信號調理板1202都是一樣的情況下，只需選擇不同數(shù)量、配置不同的接口適配板， 就可以將任意實時仿真機中的任意I/O接口板的信號都可以引入到測試設備中。在圖2中，可以看出，信號調理板1202 —方面通過插接件或線束1208與接口適配 板1201連接，另一方面通過線纜1209和線纜1215與傳感器故障注入板1206和電流測量 板1205連接，進而將測試設備10中的實時仿真機11的I/O接口板的信號與待測控制器30 的信號進行電氣上的匹配，將測試設備10發(fā)出的信號調理成為待測控制器30可以接受的 范圍，也將待測控制器30發(fā)出的信號調理成為測試設備10可以接受的范圍。例如，實時仿 真機11的I/O接口板的輸出開關量的高電平為+5V，則通過信號調理板1202可以將其調 理成為控制器所需的+12V高電平的開關信號。信號調理板1202是一個獨立的組件，可以 根據(jù)需要調理的信號的數(shù)量和類型進行靈活的配置，可隨著信號調理需求的改變而改變， 結構比較靈活。下面參照圖2對負載模擬板1203和執(zhí)行器故障注入板1204、傳感器故障注入板 1206的具體結構進行詳細說明。電子控制器30在工作中，會接收傳感器信號，并輸出執(zhí)行 器信號。在對電子控制器30進行測試時，通過I/O接口板輸出提供傳感器信號，而對于電 子控制器30輸出的執(zhí)行器信號，在這類信號驅動負載的同時，I/O接口板也要采集回來，供 模型計算使用。實時仿真機11通過I/O接口板輸出的傳感器信號通過接口適配板1201、信號調理板1202后，通過線纜1209接入傳感器故障注入板1206，再通過線纜1216接連到接 控制器接口 1217中，進而通過控制器接口 1217和線纜60即可連接電子控制器30的輸入。 傳感器故障注入板1202通過開關器件(如繼電器、M0SFET、CM0S開關等)通斷的組合模擬 各種常見的傳感器故障，如對電源短路、對地短路、開路等。電子控制器30對接收到的測試 信號進行響應，并相應輸出各種指令，這些輸出信號就是執(zhí)行器信號。執(zhí)行器信號同樣通過線纜60接到控制器接口 1217，再通過線纜1211連接到電流 測量板1205進行電流測量，然后通過線纜1212連接到執(zhí)行器故障注入板1204，再通過線纜 1213到負載模擬板1203，如果需要接真實負載的話，則可以通過線纜1214去進行連接。執(zhí) 行器故障注入板1204的原理與傳感器故障注入板類似，都是通過開關器件通斷的組合來 模擬各種故障，區(qū)別在于執(zhí)行器信號通過的電流大。負載模擬板1203用來模擬被控系統(tǒng)上 各種負載，如繼電器、噴油電磁閥、點火線圈、電機等，主要目的是補齊電子控制器30的負 載連接，確保電子控制器可以進行正常的測試。總之，執(zhí)行器故障注入板1204和傳感器故障注入板1206是用來實現(xiàn)執(zhí)行器故障 注入和傳感器故障注入這兩種方式的故障注入的故障注入單元，故障注入是指模擬被控系 統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)的各種故障，如短路、斷路等。故障注入的目的是檢測汽電子控制器是 否具有容錯處理和保護功能。此外，根據(jù)本實用新型的測試設備可以具有多個負載模擬板 1203和故障注入單元。在電子控制器30的執(zhí)行器信號中，對于某些信號，模型需要知道其驅動負載的電 流值，所以就需要在控制回路中加入電流測量裝置，本實用新型測試設備中，依據(jù)電流傳感 器為基礎制作的電流測量板1205串接在驅動回路中，比如串接在控制器接口 1217和執(zhí)行 器故障注入板1204之間，用以實現(xiàn)電流的測量。通過電流測量板1205采集到的電流信號 通過線纜1215輸出給信號調理板1202，再順次經(jīng)過信號調理和接口適配，即可被實時仿真 機11的I/O接口板采集。本實用新型測試設備中還提供了控制器供電模塊1207，其串接于對電子控制器 30的供電回路中，可以通過其中的繼電器來模擬各種被控系統(tǒng)上常用的繼電器，用以給待 測控制器供電，可通過線纜1216連接到控制器接口 1217，再通過線纜60給電子控制器30 供電。同時，控制器供電模塊1207中還具有控制器休眠電流測量功能，通過電流傳感器和 精密采樣電阻結合的方式實現(xiàn)微小電流的測量，測量結果通過通訊連接50傳送給PC機70。如圖1和圖2所示，根據(jù)本實用新型的測試設備進一步包括一個或多個可編程電 源14，通過線纜20連接至外圍硬件單元12中的控制器供電模塊，再順次經(jīng)由線纜1216、控 制器接口 1217為電子控制器30供電。可編程電源14用來模擬被控對象比如汽車上的蓄 電池的各種運行狀態(tài)，該電源可以單獨對電壓編程、單獨對電流編程，也可以對電壓和電流 同時編程。對電壓和電流的編程均是通過0-5V的模擬電壓或是0-10的模擬電壓來實現(xiàn) 的，而模擬電壓可以由實時仿真機11的模擬量輸出通道來控制，從而實現(xiàn)在實時仿真機11 中運行模型的同時來調節(jié)可編程電源14的電壓和/或電流。本實用新型測試設備進一步包括一個或多個電源管理單元15，用于給整個測試設 備的電源進行管理，包括對電源的通斷控制、過載保護、急?？刂?、交流電的分配、設備自身 用電控制等功能。交流電纜16為整個設備的外部供電，通過電源管理單元15的管理后，交 流電纜17為可編程電源14的供電線，交流電纜19為實時仿真機11的供電線。直流電纜18為外圍硬件單元12所需的各直流電源的供電線，可能包括+5V、+12V、+15V、-15V和+24V寸。根據(jù)本實用新型的測試設備進一步包括一個或多個PC機70，該PC機70與實時仿 真機11通過通訊連接40連接，通訊連接40可以為TCP/IP連接或者專用總線連接，也可以 是光纖電纜或其他種介質的線纜，并通過實時仿真機11的輸出信號判斷電子控制器30是 否合格。該PC機70還與外圍硬件單元12通過通訊連接50連接，通訊連接50可以是RS232 串行總線，CAN總線或是其他的通訊方式。PC機70向外圍硬件單元12提供控制信號，例如 通過串口總線或CAN總線控制故障注入的實現(xiàn)，又例如，可以將控制器供電模塊1207中的 休眠電流測量值通過通訊連接50傳送給PC機70。進一步參照圖1，PC機70中運行著試驗管理軟件71和自動測試軟件72，試驗管 理軟件71實現(xiàn)對測試的管理，包括模型的下載、模型參數(shù)的修改、采集數(shù)據(jù)等。自動測試軟 件72主要用來編寫和運行自動測試序列，實現(xiàn)自動化測試。如果實時仿真機11使用德國 dSPACE公司的組件系統(tǒng)(如DS1006+DS2211)，則試驗管理軟件71和自動測試軟件72可以 分別是dSPACE公司的ControlDesk和AutomationDesk產品。如果實時仿真機使用美國NI 公司的實時系統(tǒng)(如PXIe 1075+PXIe 8108)，則試驗管理軟件71和自動測試軟件72可以 分別是NI公司的Labview和TestStand產品。本實用新型所提出的上述測試設備脫離了實時仿真機的限制，解決了由一套測試 設備，即可配備市場上不同公司的實時仿真機的難題。通過接口適配模塊將任何一臺實時 仿真機與硬件在回路測試設備的其他部分連接起來。而且本測試設備中的硬件功能都是以 模塊化的形式存在的，可以根據(jù)需要進行靈活的配置，還可以方便的滿足未來對于設備擴 展的需求，解決了目前此類設備配置不夠靈活，經(jīng)常需要重新開發(fā)外圍板卡或是將已有的 設備進行重大改造才能滿足測試需要的缺陷，是一種配置足夠靈活，且擴展性非常好的測 試設備，可以滿足目前對于電子控制器的不同的測試需求。以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本 領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則 之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種用于測試電子控制器的測試設備，其特征在于，包括一個或多個實時仿真機(11)，具有多個I/O接口 ；外圍硬件單元(12)，連接于所述實時仿真機的I/O接口和所述電子控制器之間，包括一個或多個接口適配板(1201)，各塊接口適配板(1201)均具有第一接口、第二接口 (Z)和第三接口(Y)，其中，所述第一接口與所述實時仿真機(11)的I/O接口對應，所述第 一接口和所述第三接口(Y)均與所述第二接口(Z)相連接，各塊接口適配板(1201)的所述 第三接口(Z)配置為彼此相適配；一個或多個信號調理板(1202)，與所述接口適配板(1201)的第二接口(Z)連接；控制器接口(1217)，連接至所述信號調理板(1202)，并與電子控制器(30)相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的測試設備，其特征在于，所述外圍硬件單元(12)還包括一個 或多個傳感器故障注入板(1206)，與所述信號調理板(1202)連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的測試設備，其特征在于，所述外圍硬件單元(12)還包括一個 或多個執(zhí)行器故障注入板(1204)，經(jīng)由所述控制器接口(1217)與所述電子控制器(30)相 連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的測試設備，其特征在于，所述外圍硬件單元(12)還包括一個 或多個負載模擬板(1203)，與所述執(zhí)行器故障注入板(1204)連接。
5.根據(jù)權利要求4所述的測試設備，其特征在于，所述外圍硬件單元(12)還包括一個 或多個電流測量板(1205)，與所述控制器接口(1217)和所述執(zhí)行器故障注入板(1204)之 間的驅動回路相耦合。
6.根據(jù)權利要求4所述的測試設備，其特征在于，所述外圍硬件單元(12)還包括控制 器供電模塊(1207)，串接于所述電子控制器(30)的供電回路中。
7.根據(jù)權利要求1所述的測試設備，其特征在于，還包括一個或多個可編程電源(14)， 經(jīng)由所述外圍硬件單元(12)連接至所述電子控制器(30)。
8.根據(jù)權利要求1所述的測試設備，其特征在于，還包括一個或多個電源管理單元 (15)。
9.根據(jù)權利要求1所述的測試設備，其特征在于，還包括一個或多個PC機(70)，分別 與所述實時仿真機(11)和所述外圍硬件單元(12)連接。
專利摘要本實用新型提供了一種用于測試電子控制器的測試設備，包括一個或多個實時仿真機，具有多個I/O接口；外圍硬件單元，連接于實時仿真機的I/O接口和電子控制器之間，包括一個或多個接口適配板，各塊接口適配板均具有第一接口、第二接口和第三接口，其中，第一接口與實時仿真機的I/O接口對應；一個或多個信號調理板，與接口適配板的第二接口連接；控制器接口，與電子控制器相連接。通過本實用新型，使得在進行故障仿真和負載模擬時不受電子控制器I/O信號的數(shù)量和類型的限制，并有效解決了目前I/O接口板的資源和電子控制器的信號在電氣及數(shù)量匹配上的局限性。
文檔編號G05B23/02GK201780506SQ20102025052
公開日2011年3月30日 申請日期2010年6月28日 優(yōu)先權日2010年6月28日
發(fā)明者孫強, 張言方, 王永庭, 趙軍 申請人:北京經(jīng)緯恒潤科技有限公司