專利名稱：一種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛故障模擬裝置，特別是關(guān)于ー種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障模擬裝置。
背景技術(shù)：
對于傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)而言，汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)依靠電機提供助力，具有助力特性可變、節(jié)省能源和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，在中小型汽車領(lǐng)域正逐漸取代傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。EPS主要由控制器、轉(zhuǎn)矩傳感器、電機、減速器、機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等構(gòu)成。作為汽車轉(zhuǎn)向的控制裝置，汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制器(EPS控制器)除了控制電機提 供轉(zhuǎn)向助力的功能外，還比須同時具備故障診斷功能，以便在系統(tǒng)發(fā)生異常時，能夠做出正確的響應(yīng)，確保行車安全?，F(xiàn)在一般通過在實車試驗中人為制造故障來驗證EPS控制器的故障診斷功能。這種研發(fā)方式不但需要人力、物力的投入，而且有些危險故障因其難度較大很難實現(xiàn)實車模擬。因此有必要開發(fā)ー種能夠方便地產(chǎn)生故障信號的模擬裝置，借助該模擬裝置，驗證EPS控制器對各種故障信號的響應(yīng)，以檢查控制器的故障診斷功能。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠在仿真環(huán)境下，模擬EPS可能遇到的各種故障，進而檢驗EPS控制器的故障診斷功能的汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障模擬裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案ー種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障模擬裝置，包括人機界面模塊、故障信號生成模塊和故障信號輸出模塊，其特征在干人機界面模塊包括矩陣鍵盤和顯示設(shè)備；故障信號生成模塊包括內(nèi)置有故障信號模擬軟件的單片機；故障信號輸出模塊包括轉(zhuǎn)矩故障信號輸出電路、車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號輸出電路、電機故障輸出電路、控制器異常電壓輸出電路和EUC接ロ電路；矩陣鍵盤和顯示設(shè)備連接單片機；單片機的輸出端連接轉(zhuǎn)矩故障信號輸出電路和車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號輸出電路的輸入端，將故障信號模擬軟件生成的故障信號輸出給轉(zhuǎn)矩故障信號輸出電路和車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號輸出電路；轉(zhuǎn)矩故障信號輸出電路、車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號輸出電路、電機故障輸出電路和控制器異常電壓輸出電路的輸出端通過EUC接ロ電路連接ー汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制器。上述轉(zhuǎn)矩故障信號輸出電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器和運算放大器，將單片機輸出的數(shù)字主、副扭矩故障信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號，放大后輸出。上述車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號輸出電路包括兩晶體三極管，兩晶體三極管分別放大單片機輸出的兩路方波信號功率，使其與實車產(chǎn)生的車速信號和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號相同后輸出。上述電機故障輸出電路通過在汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電機高端接ロ接入兩繼電器，在電機低端接ロ接入兩繼電器，以及在電機與EPS控制器的電機高、低端接ロ之間的回路上串聯(lián)接入ー繼電器構(gòu)成。上述控制器異常電壓輸出電路包括電位器和運算放大器，通過用戶調(diào)節(jié)電位器輸出指定的異常電壓信號。上述控制器異常電壓輸出電路的輸出端在通過EUC接ロ電路連接汽車電動助力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器的模數(shù)采集端ロ的同時，還連接單片機。本發(fā)明由于采取上述技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明由于采用內(nèi)置故障模擬軟件程序的單片機，根據(jù)用戶輸入的指令產(chǎn)生多種故障信號，模擬EPS系統(tǒng)可能遇到的故障，因此可以在仿真環(huán)境下，方便地進行EPS控制器故障診斷程序的開發(fā)和故障響應(yīng)測試，從而能夠降低開發(fā)成本，高效地評估EPS在遇到故障時的可靠性和安全性。2、本發(fā)明由于采用低耦合的模塊化設(shè)計，可以根據(jù)需要再在故障信號輸出模塊中添設(shè)新的電路，配以相應(yīng)的單片機程序模擬新的故障，因此具有較強的拓展能力。本發(fā)明可以廣泛用于汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的測試和研發(fā)。


圖I是本發(fā)明的組成示意2是本發(fā)明的矩陣鍵盤電路示意3是本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩故障信號輸出電路示意4是本發(fā)明的車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號輸出電路的晶體三級管示意5為本發(fā)明的電機故障輸出電路示意6為本發(fā)明的控制器異常電壓輸出電路示意圖
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。如圖I所不,本發(fā)明包括一人機界面模塊、一故障信號生成模塊和一故障信號輸出模塊。人機界面模塊包括矩陣鍵盤和顯示設(shè)備，故障信號生成模塊包括一內(nèi)置有故障信號模擬軟件的單片機，故障信號輸出模塊包括ー轉(zhuǎn)矩故障信號輸出電路、一車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號輸出電路、ー電機故障輸出電路、一控制器異常電壓輸出電路和一EUC (Electronic Control Unit 電子控制單兀)接 ロ 電路。如圖I所示，用戶通過人機界面模塊實現(xiàn)對本發(fā)明的控制。人機界面模塊的矩陣鍵盤和顯示設(shè)備分別與故障信號生成模塊單片機的端ロ連接。由于本發(fā)明的模擬故障種類較多，而單片機的管腳數(shù)量有限，因此采用矩陣鍵盤。用戶通過矩陣鍵盤按鍵輸入指令，每按下ー個按鍵，單片機通過內(nèi)置的故障信號模擬軟件程序，生成相應(yīng)的故障信號。本實施例中，矩陣鍵盤由5行5列25個按鍵SWl SW25構(gòu)成，對應(yīng)于單片機的10個管腳(如圖2所示)，實際使用時，按鍵的數(shù)目可以根據(jù)需要模擬的故障種類數(shù)量而改變。圖中Rl R5為上拉電阻，Cl C25為電容，用以消除按鍵觸點閉合過程中的電平抖動，VCC為電源。矩陣鍵盤按鍵的識別方法如下①將行信號線ROWO R0W4全部置為低電平，檢查列信號線COLO C0L4是否均為高電平如果列信號線COLO C0L4均為高電平，表明沒有按鍵按下，返回步驟①；
如果列信號線COLO C0L4中有低電平，表明有按鍵被按下，進入步驟②；②將行信號線ROWO R0W4依次置為低電平，當某一行信號線為低電平，檢測到某一列信號線也為低電平時，確定該行信號線和列信號線交叉處的按鍵被按下。故障模擬的結(jié)果，各種信號的電壓和頻率，如轉(zhuǎn)矩傳感器故障信號的電壓，車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號的頻率，以及故障測試時間和故障測試狀態(tài)等信息均可以通過顯示設(shè)備顯示。如圖I所示，除了連接矩陣鍵盤和顯示設(shè)備，故障信號生成模塊中的單片機還連接故障信號輸出模塊中的轉(zhuǎn)矩故障信號輸出電路，以及車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號輸出電路的輸入端。單片機根據(jù)用戶輸入的指令，通過內(nèi)置的故障模擬軟件程序生成數(shù)字故障信號，輸出給轉(zhuǎn)矩故障信號輸出電路，以及車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號輸出電路。如圖3所示，轉(zhuǎn)矩故障信號輸出電路的輸入端連接單片機，輸出端通過EUC接ロ電路連接EPS控制器。轉(zhuǎn)矩故障信號輸出電路通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器和運算放大器，將單片機生成 的數(shù)字主、副扭矩故障信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號后放大，輸出給EPS控制器。本實施例中，單片機通過其SPI接ロ與轉(zhuǎn)矩故障信號輸出電路中的一雙路數(shù)模轉(zhuǎn)換器通信連接，雙路數(shù)模轉(zhuǎn)換器同步輸出主、副扭矩故障信號，故障信號可以是各種波形。為模擬轉(zhuǎn)矩傳感器的電源短路故障，這兩路故障信號的最大值應(yīng)當能夠達到蓄電池的供電電壓。由于數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓最高為5V，因此當蓄電池的供電電壓為12V時，需要采用兩同相比例運算放大器將雙路數(shù)模轉(zhuǎn)換器的兩輸出信號分別放大2. 4倍。如圖4所示，車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號輸出電路的兩個輸入端連接單片機，兩個輸出端通過EUC接ロ電路連接EPS控制器。車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號輸出電路將單片機生成的兩路方波信號功率放大，使其與實車產(chǎn)生的車速信號和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號相同，輸出給EPS控制器。本實施例中，單片機可以通過其內(nèi)部定時器中斷生成兩路不同頻率的方波信號。由于方波信號的電壓范圍為O 5V，而單片機管腳的驅(qū)動能力有限，因此兩路方波信號需各經(jīng)過一晶體三極管放大后提供給EPS控制器。兩晶體管結(jié)構(gòu)相同，圖4中所示為兩晶體三極管中的ー個，其中Rll和R12用于設(shè)置晶體三極管的偏置電流，R13為上拉電阻，+BB_EPS為EPS控制器電源。如圖5所示，電機故障輸出電路包括一組繼電器，通過其觸點的開合模擬電機故障。電機故障輸出電路通過在汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電機高端接ロ接入兩繼電器K2和K3，在電機低端接ロ接入兩繼電器K4和K5，以及在電機與EPS控制器的電機高、低端接ロ之間的回路上串聯(lián)接入一繼電器Kl構(gòu)成。本實施例中，通過以下Kl K5觸點的開合，模擬
三種故障①閉合K2或K4，模擬電機的H橋高端場效應(yīng)管對電源短路故障；②閉合K2和K3或閉合K4和K5，模擬電機的H橋低端場效應(yīng)管對地短路故障；③斷開Kl，模擬電機斷路故障。圖中R21和R22用于模擬電機故障時,將電機故障輸出電路中的電流限制于安全范圍內(nèi)。汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電機的高、低端接ロ通過EUC接ロ電路對應(yīng)連接EPS控制器的電機高、低端接ロ，構(gòu)成回路。如圖6所示，控制器異常電壓輸出電路包括電位器和運算放大器?？刂破鳟惓ｋ妷狠敵鲭娐吠ㄟ^用戶調(diào)整電位器的阻值，輸出指定的異常電壓信號，該信號通過運算放大器放大后，一方面輸出給單片機，以供用戶通過顯示終端檢查異常電壓信號是否符合預(yù)定要求，另ー方面通過EUC接ロ電路傳遞給EPS控制器的模數(shù)采集端ロ，以實現(xiàn)EPS控制器模數(shù)采集故障和EPS控制器繼電器觸點故障模擬。圖中所示R31、R32、R33為電阻，VCC為電源。如圖I所示，EUC接ロ電路的輸出端連接EPS控制器，在將故障信號傳送給EPS控制器的同吋，還獲取EPS控制器的電源支持。上述實施例中，還可以在故障信號輸出模塊中添設(shè)新的電路單元，配以相應(yīng)的單片機故障信號模擬軟件程序，以模擬新的故障。上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部 件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進行的等同變換和改進，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障模擬裝置，包括人機界面模塊、故障信號生成模塊和故障信號輸出模塊，其特征在于所述人機界面模塊包括矩陣鍵盤和顯示設(shè)備；所述故障信號生成模塊包括內(nèi)置有故障信號模擬軟件的單片機；所述故障信號輸出模塊包括轉(zhuǎn)矩故障信號輸出電路、車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號輸出電路、電機故障輸出電路、控制器異常電壓輸出電路和EUC接口電路； 所述矩陣鍵盤和所述顯示設(shè)備連接所述單片機； 所述單片機的輸出端連接所述轉(zhuǎn)矩故障信號輸出電路和所述車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號輸出電路的輸入端，將所述故障信號模擬軟件生成的故障信號輸出給所述轉(zhuǎn)矩故障信號輸出電路和所述車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號輸出電路； 所述轉(zhuǎn)矩故障信號輸出電路、車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號輸出電路、電機故障輸出電路和控制器異常電壓輸出電路的輸出端通過所述EUC接口電路連接一汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制器。
2.如權(quán)利要求I所述的一種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障模擬裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)矩故障信號輸出電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器和運算放大器，將所述單片機輸出的數(shù)字主、副扭矩故障信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號，放大后輸出。
3.如權(quán)利要求I所述的一種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障模擬裝置，其特征在于所述車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號輸出電路包括兩晶體三極管，兩所述晶體三極管分別放大所述單片機輸出的兩路方波信號功率，使其與實車產(chǎn)生的車速信號和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號相同后輸出。
4.如權(quán)利要求2所述的一種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障模擬裝置，其特征在于所述車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號輸出電路包括兩晶體三極管，兩所述晶體三極管分別放大所述單片機輸出的兩路方波信號功率，使其與實車產(chǎn)生的車速信號和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號相同后輸出。
5.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的一種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障模擬裝置，其特征在于所述電機故障輸出電路通過在所述汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電機高端接口接入兩繼電器，在電機低端接口接入兩繼電器，以及在所述電機與所述EPS控制器的電機高、低端接口之間的回路上串聯(lián)接入一繼電器構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的一種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障模擬裝置，其特征在于所述控制器異常電壓輸出電路包括電位器和運算放大器，通過用戶調(diào)節(jié)所述電位器輸出指定的異常電壓信號。
7.如權(quán)利要求5所述的一種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障模擬裝置，其特征在于所述控制器異常電壓輸出電路包括電位器和運算放大器，通過用戶調(diào)節(jié)所述電位器輸出指定的異常電壓信號。
8.如權(quán)利要求I或2或3或4或7所述的一種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障模擬裝置，其特征在于所述控制器異常電壓輸出電路的輸出端在通過所述EUC接口電路連接所述汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器的模數(shù)采集端口的同時，還連接所述單片機。
9.如權(quán)利要求5所述的一種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障模擬裝置，其特征在于所述控制器異常電壓輸出電路的輸出端在通過所述EUC接口電路連接所述汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器的模數(shù)采集端口的同時，還連接所述單片機。
10.如權(quán)利要求6所述的一種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障模擬裝置，其特征在于所述控制器異常電壓輸出電路的輸出端在通過所述EUC接口電路連接所述汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器的模數(shù)采集端口的同時，還連接所述單片機。
全文摘要
一種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障模擬裝置，它包括人機界面模塊、故障信號生成模塊和故障信號輸出模塊。其中，人機界面模塊包括矩陣鍵盤和顯示設(shè)備，故障信號生成模塊包括內(nèi)置有故障信號模擬軟件的單片機，故障信號輸出模塊包括轉(zhuǎn)矩故障信號輸出電路、車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速故障信號輸出電路、電機故障輸出電路、控制器異常電壓輸出電路，分別放大單片機通過軟件生成的故障信號，或完成繼電器觸點開合動作，以模擬汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS可能遇到的各種故障，并將相應(yīng)的結(jié)果通過一EUC接口電路輸出給EPS控制器。本發(fā)明可以用于仿真模擬EPS可能遇到的各種故障，進行EPS控制器故障診斷程序的開發(fā)和故障響應(yīng)測試，評估EPS在遇到故障時的可靠性和安全性。
文檔編號G05B23/02GK102662394SQ20121014103
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者劉亞輝, 呂榮華, 姜殿鑫, 季學武, 朱盡崎 申請人:武漢捷隆汽車電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有限公司, 清華大學