CN101498617A - 一种电控单元的功能检测***及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电控单元的功能检测***，包括：信号模拟单元，用于模拟产生电控单元所需的外部传感器信号；电控单元，与所述信号模拟单元连接，用于与所述信号模拟单元相互交换数据信息；控制器，与所述信号模拟单元连接，用于根据所述信号模拟单元与电控单元的数据信息，对所述电控单元进行功能检测。本发明通过利用硬件模拟ECU的运行环境，利用控制器对ECU的运行情况进行检测，从而判断ECU是否出现故障。本发明能对ECU的功能进行准确检测，并且具有结构简单，成本低等优点。

Description

一种电控单元的功能检测***及检测方法

技术领域

本发明涉及发动机领域，特别是涉及一种电控单元的功能检测***及检测方法。

背景技术

汽车发动机ECU(Electronic Control Unit，电控单元)是一个复杂的车载电脑控制***。目前对于ECU的检测方法主要是通过实车检验和基于计算机控制的离车测试两种方法。这两种检测方法的不同主要在ECU的测试环境的不同，实车检测将ECU置于实际的汽车上，ECU所有的输入输出都直接与汽车相连接，所有的数据都是实采实测数据；而计算机控制的离车测试又分台架测试与纯数据仿真测试，台架测试将ECU接在发动机台架上，台架上的汽车发动机提供数据，由台架仪器控制发动机运转，而线数据仿真测试则是完全的模仿汽车发动机，构造一个全仿真的环境，给ECU输入输出数据。

实车检测受机械设备、传感器等多种因素影响，不能很好的判断ECU的好坏；而计算机控制的离车测试方法虽然能够较好的解决参数变化的问题，但由于以往所开发的***及技术都过于庞大，成本过于昂贵，限制了它的应用和推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟实现ECU外部环境，并能够准确检测ECU功能的检测***及检测方法。

为达到上述目的，一方面，本发明的技术方案提供一种电控单元的功能检测***，包括：信号模拟单元，用于模拟产生电控单元所需的外部传感器信号；电控单元，与所述信号模拟单元连接，用于与所述信号模拟单元交换数据信息；控制器，与所述信号模拟单元连接，用于根据所述信号模拟单元与电控单元的数据信息，对所述电控单元进行功能检测。

其中，所述电控单元的功能检测***还包括：负载单元，所述负载单元包括喷油器、点火线圈、火花塞、步进电机，所述负载单元与所述信号模拟单元连接，用于与所述信号模拟单元进行喷油信号、点火信号、步进电机信号的数据交换。

其中，所述控制器还包括：数据采集子单元，与所述信号模拟单元连接，用于所述信号模拟单元传送来物理电信号进行采样计算；数据检测及比对子单元，与所述数据采集子单元连接，用于对经过所述数据采集子单元采样计算的物理电信号进行处理，查找所述电控单元的故障。

其中，所述控制器还包括：控制命令处理子单元，与所述信号模拟单元连接，用于产生对所述信号模拟单元和电控单元的控制信号，并对所述控制信号的反馈信号进行基于消息的命令处理控制。

其中，所述电控单元的功能检测***还包括：显示单元，与所述控制器连接，用于显示所述电控单元的故障。

另一方面，本发明的技术方案提供一种电控单元的功能检测方法，包括以下步骤：信号模拟单元模拟产生电控单元的外部传感器信号；电控单元根据所述外部传感器信号进行计算，得到输出信号，并计算内部数值；控制器根据所述输出信号和内部数值，进行处理，对所述电控的功能进行检测。

其中，根据信号模拟单元上的输入信号或所述控制器发送的控制信号，所述信号模拟单元模拟产生电控单元的外部传感器信号。

其中，所述控制器根据所述输出信号和内部数值，进行处理，对所述电控的功能进行检测具体包括：获取所述输出信号与内部数值之差的绝对值，判断所述绝对值是否在所述内部数值允许的误差范围内，如果是，则忽略该误差，如果否，则根据所述电控单元的故障表，对该故障进行报错。

上述技术方案仅是本发明的一个优选技术方案，具有如下优点：通过利用硬件模拟ECU的运行环境，利用控制器对ECU的运行情况进行检测，从而判断ECU是否出现故障。本发明能对ECU的功能进行准确检测，并且具有结构简单，成本低等优点。

附图说明

图1是本发明实施例的一种电控单元的功能检测***的连接示意图；

图2是本发明实施例的一种电控单元的功能检测***的结构示意图；

图3是本发明实施例的一种电控单元的功能检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1是本发明实施例的一种电控单元的功能检测***的连接示意图，图2是本发明实施例的一种电控单元的功能检测***的结构示意图，结合图1、图2，电控单元的功能检测***包含了4个部分：发动机电控单元ECU1，信号模拟单元2，控制器3，负载单元4。如图所示，在这4个部分中，信号模拟单元2是整个***的关键点，其他3个部分都只与其连接，所有的数据中转及转换都通过信号模拟单元。控制器3可以是个人电脑、服务器或其他满足功能的控制设备，控制器3内装有图形化元件，能够控制电控单元1及信号模拟单元2工作。其连接关系与图所示：信号模拟单元2通过信号采集线5、CAN通信线6、串口通信线(K总线)7与控制器相连接，信号采集线5传输所有的线束传输信号。CAN通信线6符合CAN总线标准命令，一头与信号模拟单元连接，另一头是USB接头接控制器3。串口通信线(K总线)7符合汽车行业KWP2000标准。信号模拟单元2通过线束8与发动机ECU交互所有的数据，线束8传输的信号包括电瓶电压信号，点火钥匙信号，喷油量信号，点火信号，步进电机信号，凸轮轴信号，曲轴信号，发动机转速信号，车速信号，水温信号，节气门开度信号。信号模拟单元2通过负载信号线9与负载单元4相连接，负载信号线9传输的信号包括喷油信号，点火信号，步进电机信号，负载单元4是可选设备，设置有喷油器，点火线圈，火花塞，步进电机，该四个部件直接用负载信号线9上相应的喷油信号、点火信号、步进电机信号等直接驱动工作，不需要另外用电路进行转换，因为使用了实际的发动机部件，这样就弥补了传统离车检测在实际器件及数据上的真实度不足。ECU1与外部所有的数据交互就是与信号模拟单元2进行交互，它将所有的信号通过线束8与信号模拟单元相连接。图中的信号模拟单元2对其他单元传过来的信号有如下的处理：

对于ECU信号及负载单元信号的诊断线信号，信号模拟单元2不进行任何操作，仅仅作一个中转，将这部分信号直接传输给数据采集子单元处理。

对于ECU信号及负载单元信号中的开关量信号(如空调开关信号，继电器开关信号)及状态信号(如发动机工况信号)，信号模拟单元2进行模数转换；对于ECU信号及负载单元信号中幅值范围大于5V的模拟信号，信号模拟单元将这些信号降幅至0～5V间，并将这些转换参数记录，并输入到控制器3中。

对于用户手动输入的控制信号或信号模拟单元及ECU的控制命令信号(如控制是否输出喷油信号，控制节气门开度信号为20％)，信号模拟单元2对它们进行转译，并通过信号模拟单元2内已编程的芯片对命令进行处理，生成相应的电信号传递给其他单元。转译是指将将用户手动输入的控制信号或信号模拟单元及ECU的控制命令信号按照汽车行业标准中转译成ECU可读信号，该转译方法属于现有技术，不再详细描述，表1是本发明中自定义通议协议的命令格式说明。

表1

 

软件端发出的控制命令	命令号	命令参数	较验和	检测箱反馈号
					命令1(如读ECU状态)	01H	00	01	A1???
命令2(如设置节气门开度)	02H	64H(开度100％)	66H(02H+64H)	A2
					命令3(如设置水温)	03H	50H(水温80度)	53H(03H+50H)	A3
......	......	......	......	......

负载单元4仅仅与信号模拟单元2实现数据的交换，信号模拟单元2可以通过命令信号来简单控制负载单元的运行。而负载单元4则将喷油器，点火线圈，火花塞，步进电机的运转情况的电信号传回给信号模拟单元。

信号模拟单元2在接收到了ECU1及负载单元4的信号后，将信号中的电压，频率，脉宽等物理电信号输送给控制器中的数据采集子单元，将从ECU里读取出来的具体的内部数值输送给控制器中的总线通信子单元。控制器3的数据采集子单元，需要将物理信号进行一个分类，并对信号进行采样计算。采样计算就是根据具体的ECU厂家提供的要求进行，例如，某一具体ECU厂家要求采样100次，则采样100，然后进行计算，该采样计算采用通常采用的采样计算手段，因此，不再详述。其中采样点等多种参数设定为可调节。而总线通信子单元包含了串口通信总线(K总线)7和CAN通信线6，及信号采集线5三个部分。在控制器3内使用数据队列用以处理信号采集线5及串口通信总线(K总线)7的通信，CAN通信线6的通信则单独实现。

数据经过数据采集子单元的处理后，交与数据检测及比对子单元进行处理，该单元同时接收外部输入的检测参数及ECU内部数值参数，外部输入的检测参数与ECU内部数值并不完全是一一对应的，也就是说假如外部输入里有一个P1信号，ECU内部数值里并不一定会有一个P1数值，ECU的内部数值是反应ECU内部程序状态的一些数值，其有什么数值以及数值的类型及范围取值由ECU的厂家提供，这些参数根据ECU的不同及检测项目的不同又有不同。数据检测与比对单元将使用一个新的布尔比较算法来判断数据信号是否合理无误。该算法是通过将数据信号值再次采样，并乘以相应的参数值，再对数据本身进行一个叠加的计算，最后得到的值再与检测范围进行比较，确定当前信号是否有效合理；同时，检查处理后的数据与ECU的内部数值是否匹配，ECU内部是否含故障码，以检测信号是否有效。对于大多数的输出信号值，ECU都会在其程序内部有个相应的内部数值来反应它，因此输出信号值与ECU内部数值应该是很接近的，比如两个数值的差值小于该信号量程范围的1％，量程范围是输出信号值与ECU内部数值之差再除以信号可能的最大值与信号可能的最小值之差。如果输出信号值与ECU内部数值之差超过了一定的值(该数值由ECU生产厂家具体提供，不同的厂家数值有所不同)，则会报错，报ECU在该信号下输入输出错误。如果输出信号值与ECU内部数值之差在这个误差范围内，则忽略该误差。

检测比对完输出信号与内部数值的差值后，开始分别检测输出信号的数值范围与内部数值的数值范围。由于开始提到的并不是所有的输出信号都有相应的ECU内部数值，所以对于许多的ECU内部数值以及外部的输出信号，需要对它们分别进行数值合理性的检测。假定以输入信号A为例，其信号的最大最小可调整范围为B，其期望取值范围为C(其中A，B，C均由ECU厂商提供数据)，那么将A与B进行比对，假如A小于B的最小值或是A大于B的最大值，则信号A的数值超出了数值范围，并报错。再将A与C进行比对，假如A的数值不在所预期的数值范围内(A大于C的最大值C_MAX或是A小于C的最小值C_MIN)，根据差值(C_MAX-A或A-C_MIN)，通过相应的故障表(该故障表由ECU原厂提供，它们提供了信号的来源及范围，也就同时定义信号超出范围不正常时的错误)，即可查找到可能的故障及错误。

经过总线通信处理后的数据分为几个部分，一部分是ECU的内部数据及内部的故障码，交与数据检测与比对单元处理，同时传递给显示单元显示给终端用户；另一部分是控制命令的反馈信号，交与控制命令处理子单元处理。

控制命令处理子单元除了依照用户要求或程序本身要求产生对信号模拟单元和ECU的控制信号外，还对控制命令返回来的反馈信号进行基于消息的命令处理控制。其消息包含以下几个方面：信号模拟单元的面板输入的控制命令、ECU的信号反馈、信号错误信息反馈、通信成功或失效的处理、数据采集的处理。

经以上处理完的数据及状态逻辑值最终交与显示单元显示。而显示单元将所有的数据与日志最终存储为文本形态。

本发明包含信号模拟单元手动模拟及计算机自动模拟两种控制情况，手动模拟是通过信号模拟单元面板上的按钮来控制模拟传感器信号的产生，信号模拟单元面板上设置有多个开关量按钮，分别对应各个开关量信号，通过闭合开关量按钮，来达到产生模拟开关量信号的目的。信号模拟单元面板上还设置有多个数字电位器旋扭，分别对应各个外部传感器产生的信号。例如，旋转旋钮，模拟产生节气门开度调至30％的信号，水温调节到90度的信号等。

整理ECU所需要的外部传感器信号，分析其信号特性，信号模拟单元根据它们信号特性的不同，每一个信号都对应其中硬件电路板的一个输入或输出，输入由信号模拟单元面板上的开关、电位器或是ECU的连接线束提供，输出则与ECU线束，面板上的电子显示屏，信号灯连接。对于水温，进气压力，进气温度，发动机转速，车速信号这些信号，硬件电路板则使用可编程芯片记录它们的当前电位器信号的电压幅值，再乘上比例值产生相应的数值信号。比例公式为：比例值＝物理信号最大范围/电位器可调电位最大范围。而因为曲轴信号是带缺齿的信号(比如某款发动机曲轴齿数为30齿缺2齿，即有28个实际齿和一个宽度为2齿的缺齿)，所以在可编程芯片里设置一个计数器，当计数器值每次达到最大齿数时，输出缺齿，并重置计数器，计数器未达到最大齿数时输出一个实际齿，一直往复下去就是模拟出的曲轴信号。

依照ECU的线束定义及信号模拟单元的线束定义制作可方便拆卸的活动转接头。使用数据采集卡将其与信号模拟单元的数据采集接口连接，将ECU线束上的部分信号数据采集并输出到控制器上。控制器上安装有图形化软件。该软件能通过串行通行线与信号模拟单元通信，通过控制信号模拟单元来控制ECU运行环境；该软件通过检测采集来的线束信号的信号范围及逻辑值来判断ECU当前是否运行正常；并且该软件还能通过CAN通信线与ECU直接相连，直接读取ECU中的内部数值。将ECU，控制其，信号模拟单元相互连接好，给信号模拟单元加电，选取信号模拟单元手动控制模式，观测面板上的各项信号灯变化及电子显示屏上的各项数据。将ECU，控制其，信号模拟单元相互连接好，给信号模拟单元加电，选取计算机控制模式，使用软件模拟控制ECU，实时监控ECU的各项数据，检测并读取ECU的错误码。

图3是本发明实施例的一种电控单元的功能检测方法的流程图，结合图3，具体步骤如下：

1.由用户或者是控制器发送控制命令给信号模拟单元，比如用户通过信号模拟单元上的旋钮将节气门开度调至30％，水温调节到90度。

2.信号模拟单元转译控制信号，并产生电信号输出到给ECU的线束上，即信号模拟单元输出30％节气门开度的电压及90度水温的水压信号。

3.ECU检测到电信号后，认为发动机外部环境变化，根据当前电信号进行计算，得到要输出的信号，即喷油信号，点火信号，步进电机信号等。

4.ECU检测到电信号后，在得到要输出的信号(如喷油信号，点火信号，步进电机信号等)的同时，通过CAN通信线，串口通信线(K总线)将其内部计算的喷油时间，点火提前角，步进电机步数，自身内部故障码等内部数值传输给控制器。

5.控制器的采集ECU输出的信号，同时接收ECU传来的内部数值，然后先比对这两个值是否误差小于输入参数值(比如0.1％)，再与正确的数值范围比对(正确数值通过多次实验得到，也可以由发动机厂商提供参数)，使用对比的差值查找故障表，最终显示ECU所出故障及其自身故障码(故障表也由多次实验得到，也可由发动机厂商提供)。该步骤是程序不断的往复执行，对每一个信号都采取以上相同的测试方式。控制器检测ECU线束上的信号的值(比如侦测到电瓶电压为12.16V)，同时使用CAN总线及K总线接收ECU传来的内部数值(比如读到内部的电瓶电压值为12.15V)，将这两个值相减并取绝对值A，假如该信号的取值范围为B，则用A除以B得到C，如果C小于该信号的容错率(比如0.1％)，则认为该信号的物理值与ECU内部的逻辑值一致，则继续下一个检测；如果大于该信号的容错率，则认为该信号物理值与逻辑值不一致，停止测试并给出报错信息

6.最后控制器将测试结果记录成文本，监测结束。

CAN(Controller Area Network)即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN最初出现在80年代末的汽车工业中，由德国Bosch公司最先提出。当时，由于消费者对于汽车功能的要求越来越多，而这些功能的实现大多是基于电子操作的，这就使得电子装置之间的通讯越来越复杂，同时意味着需要更多的连接信号线。提出CAN总线的最初动机就是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯，减少不断增加的信号线。于是，他们设计了一个单一的网络总线，所有的***器件可以被挂接在该总线上。1993年，CAN已成为国际标准ISO11898(高速应用)和ISO11519(低速应用)。

目前，CAN广泛被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理***、变速箱控制器、仪表装备、电子主干***中，均嵌入CAN控制装置。CAN是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10Km时，CAN仍可提供高达50Kbit/s的数据传输速率。

ECU包含一条(K总线)对外的通信线，K总线用于自诊断仪器向ECU的双向数据传输。信号通道检测是给ECU上电，用K总线和PC机通信，将一些通道情况显示到PC机上。

由以上实施例可以看出，本发明实施例通过利用硬件模拟ECU的运行环境，利用控制器对ECU的运行情况进行检测，从而判断ECU是否出现故障。本发明能对ECU的功能进行准确检测，并且具有结构简单，成本低等优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1、一种电控单元的功能检测***，其特征在于，包括：

信号模拟单元，用于模拟产生电控单元所需的外部传感器信号；

电控单元，与所述信号模拟单元连接，用于与所述信号模拟单元交换数据信息；

控制器，与所述信号模拟单元连接，用于根据所述信号模拟单元与电控单元的数据信息，对所述电控单元进行功能检测。

2、如权利要求1所述的电控单元的功能检测***，其特征在于，所述电控单元的功能检测***还包括：

负载单元，所述负载单元包括喷油器、点火线圈、火花塞、步进电机，所述负载单元与所述信号模拟单元连接，用于与所述信号模拟单元进行喷油信号、点火信号、步进电机信号的数据交换。

3、如权利要求2所述的电控单元的功能检测***，其特征在于，所述控制器还包括：

数据采集子单元，与所述信号模拟单元连接，用于所述信号模拟单元传送来物理电信号进行采样计算；

数据检测及比对子单元，与所述数据采集子单元连接，用于对经过所述数据采集子单元采样计算的物理电信号进行处理，查找所述电控单元的故障。

4、如权利要求3所述的电控单元的功能检测***，其特征在于，所述控制器还包括：

控制命令处理子单元，与所述信号模拟单元连接，用于产生对所述信号模拟单元和电控单元的控制信号，并对所述控制信号的反馈信号进行控制。

5、如权利要求1所述的电控单元的功能检测***，其特征在于，所述信号模拟单元还包括：

显示单元，与所述控制器连接，用于显示所述电控单元的故障。

6、一种电控单元的功能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

信号模拟单元模拟产生电控单元的外部传感器信号；

电控单元根据所述外部传感器信号进行计算，得到输出信号，并计算内部数值；

控制器根据所述输出信号和内部数值，进行处理，对所述电控的功能进行检测。

7、如权利要求6所述的电控单元的功能检测方法，其特征在于，根据信号模拟单元上的输入信号或所述控制器发送的控制信号，所述信号模拟单元模拟产生电控单元的外部传感器信号。

8、如权利要求7所述的电控单元的功能检测方法，其特征在于，所述控制器根据所述输出信号和内部数值，进行处理，对所述电控的功能进行检测具体包括：

获取所述输出信号与内部数值之差的绝对值，判断所述绝对值是否在所述内部数值允许的误差范围内，如果是，则忽略该误差，如果否，则根据所述电控单元的故障表，对该故障进行报错。

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