CN103092195A - 基于电动助力转向***ecu的车载信号模拟发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电动助力转向***ECU的车载信号模拟发生器，包括模拟发生器壳体以及设置在模拟发生器壳体内的单片机、点火信号电路、车速脉冲信号电路、发动机转速脉冲信号电路、扭矩信号电路和一个12V转5V的稳压器；车速脉冲信号电路包括车速电位器和电平转换电路Ⅰ，发动机转速脉冲信号电路由电平转换电路Ⅱ组成，扭矩信号电路包括双刀电位器。基于电动助力转向***ECU的车载信号模拟发生器，根据ECU工作时需要采集的汽车上的车载信号，通过电路设计将这些车载信号模拟出来，集中设计到一个仪器上，通过该仪器，可输出ECU工作时需要采集的所有信号，这样检测ECU就不需要再上车检测，而直接可以在室内进行。

Description

基于电动助力转向***ECU的车载信号模拟发生器

技术领域

本发明涉及一种EPS电动助力转向器***电气检测，尤其涉及一种基于电动助力转向***ECU的车载信号模拟发生器。

背景技术

EPS电动助力转向***中的电控部分ECU（以下简称ECU）在生产完毕后，需要对其进行功能、性能检验。由于ECU工作时需要采集汽车上的某些信号（如车速信号、点火信号等），以往的检测手段是，将产品ECU逐个接到汽车上的EPS总成中进行检测。其检测存在以下缺点：

1、效率低：每台ECU必须进行上车试验，搬动、接插、汽车发动、跑动、关闭等一系列准备工作，大大降低了检验效率。

2、成本高：必须用一台专用汽车作为检测用，而且还需对每台ECU进行各种车速下的跑动试验；油费、人工费、工时等一系列费用造成检测成本提高。

3、检测项目单一：由于汽车需要跑动检测，所以不可能携带有源仪器对ECU进行测量（如示波器等）。唯一的检测项目只能是驾驶员的手感，通过手感来判定ECU是否合格，检测项目单一而且不可靠。

4、存在安全隐患：由于ECU上车检测过程中无法对其工作电流、电压进行监测，有些不良品会导致电流过大，烧断车载保险与其它车上部件，从而带来安全隐患。

发明内容

针对现有技术中上述存在的不足之处，本发明提供了一种可输出ECU工作时需要采集的所有信号，且可提高检测效率、降低成本、有助提高检测范围、规避安全隐患的基于电动助力转向***ECU的车载信号模拟发生器。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

基于电动助力转向***ECU的车载信号模拟发生器，包括模拟发生器壳体以及设置在模拟发生器壳体内的单片机、点火信号电路、车速脉冲信号电路、发动机转速脉冲信号电路、扭矩信号电路和一个12V转5V的稳压器；

所述模拟发生器壳体的一端设有12V电源线，该12V电源线与稳压器的输入端口连接；稳压器输出端口其中一路与单片机供电电源管脚连接，为单片机提供5V供电；

所述点火信号电路为一将12V电源线与ECU的点火信号采集电路连接的12V点火信号线；

所述车速脉冲信号电路包括车速电位器和电平转换电路Ⅰ；所述车速电位器电阻的一端连接稳压器的5V电源输出端，车速电位器电阻的另一端接地，车速电位器的滑片连接单片机，所述单片机采集车速电位器的电压信号，并输出0／5V车速脉冲信号频率；所述电平转换电路Ⅰ包括电阻R4、三级管Q2、发光二极管D3和电阻R5，所述单片机的0／5V车速脉冲信号频率输出端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与三级管Q2的基极连接，所述三级管Q2的发射极接地，所述发光二极管D3的正极与12V电源线连接，发光二极管D3的负极与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端分别与三级管Q2的集电极和ECU的车速信号采集电路连接；

所述发动机转速脉冲信号电路由电平转换电路Ⅱ组成，所述电平转换电路Ⅱ包括电阻R6、三级管Q3和电阻R7；单片机输出一0／5V发动机转速脉冲信号，单片机的0／5V发动机转速脉冲信号输出端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与三级管Q3的基极连接，三级管Q3的发射极接地，电阻R7的一端与12V电源线连接，电阻R7的另一端分别与三级管Q3的集电极和ECU的发动机信号采集电路连接；

所述扭矩信号电路包括双刀电位器；所述双刀电位器中的一路电阻的一端与ECU的5V电源连接，一路电阻的另一端与ECU的接地端连接，双刀电位器中的另一路电阻的一端与ECU的5V电源连接，另一路电阻的另一端与ECU的接地端连接；所述双刀电位器的一扭矩信号V1输出端与ECU扭矩信号的一采集电路连接，所述双刀电位器的另一扭矩信号V2输出端与ECU扭矩信号的另一采集电路连接。

作为本发明的一种优选方案，所述扭矩信号电路还包括电阻R12、三级管Q4、电阻R13和发光二级管D4；所述单片机还采集双刀电位器的一扭矩信号V1和另一扭矩信号V2，并判断扭矩信号V1和扭矩信号V2是否相等，扭矩信号V1和扭矩信号V2相等时输出5V高电平；单片机的5V高电平输出端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与三级管Q4的基极连接，三级管Q4的发射极接地，三级管Q4的集电极与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与发光二级管D4的负极连接，发光二级管D4的正极与12V电源线连接。

作为本发明的另一种优选方案，该模拟发生器还包括故障诊断电路，所述故障诊断电路包括发光二级管D2和电阻R9；所述电阻R9的一端与12V电源线连接，电阻R9的另一端与ECU故障控制电路连接。

作为本发明的又一种优选方案，在车速电位器的电阻上并联一滤波电容C14。

与现有技术相比，本发明的基于电动阻力转向***ECU的车载信号模拟发生器具有如下优点：

1、提高检测效率：生产出的ECU，接上车载信号模拟发生器后，可直接在生产线下线处进行检测，省去搬运、上车等环节，节省时间。之前上车检测，检测100台ECU的时间是2个工作日，即16小时；通过车载信号模拟发生器所提供的信号，将ECU的检测转入室内进行，检测100台ECU的时间是1小时30分。

2、降低成本：无需再用专用的汽车作为检测工具，更不需将汽车跑起来后再检测，只需调节车载信号模拟发生器的车速信号，就能模拟各个车速下的环境。大大节约了人力物力。之前上车检测，需要2名工人和1名驾乘人员，检测100台ECU需要行驶200km路程；现只需1名检测人员检测，且无需用车。

3、有助提高检测范围：由于检测环境从车上转移到了室内，所以应有的有源检测设备都能用上。这样可增大对产品的检测力度，提高产品质量。

4、检测数据可靠：之前上车检测，仅凭驾乘人员手感判别，依据不可靠；现通过车载信号模拟发生器进行检测，相应的检测设备都能用上，可直接测出每台ECU在工作时的电压、电流、波形、响应速度等数据，结果精确可靠。

5、规避安全隐患：室内检测，可监测产品通电时的电压、电流，从而规避了不能预见的如短路、错接所来带的严重后果。之前上车检测，由于未知每台ECU是否存在不良现象，可能会对行车带来极大的安全隐患；现通过车载信号模拟发生器测量，一切在模拟情况下进行，不会产生任何不良后果。

附图说明

图1为基于电动助力转向***ECU的车载信号模拟发生器的外形图；

图2为基于电动助力转向***ECU的车载信号模拟发生器的电气组成示意图；

图3为车速电位器的电气原理图；

图4为电平转换电路Ⅰ的电气原理图；

图5为电平转换电路Ⅱ的电气原理图；

图6为扭矩信号的电气原理图；

图7为单片机控制对中指示灯的电气原理图；

图8为故障诊断电路的电气原理图。

附图中：1—模拟发生器壳体； 2—12V电源线； 3—旋钮； 4—车速指示灯； 5—对中指示灯； 6—故障指示灯； 7—旋钮； 8—模拟传感器线束； 9—模拟车载线束。

具体实施方式

    下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。  

如图1、2所示，基于电动助力转向***ECU的车载信号模拟发生器，包括模拟发生器壳体1以及设置在模拟发生器壳体1内的单片机、点火信号电路、车速脉冲信号电路、发动机转速脉冲信号电路、扭矩信号电路和一个12V转5V的稳压器。

模拟发生器壳体1的一端设有12V电源线2，该12V电源线2与稳压器的输入端口连接，模拟发生器壳体1的另一端设有模拟传感器线束8和模拟车载线束9。单片机采用飞思卡尔S9S12P系列单片机，作为脉冲信号发生器，同时承担对车速电位器的电压进行AD采样的功能。

其中，点火信号电路是：将12V电源线2与ECU的点火信号采集电路直接连接，即点火信号直接由车载信号模拟发生器的12V电源通过12V点火信号线传输给ECU。

车速脉冲信号电路包括车速电位器和电平转换电路Ⅰ。如图3所示，车速电位器电阻的一端连接稳压器的5V电源输出端，车速电位器电阻的另一端接地，车速电位器的滑片连接单片机，单片机采集车速电位器的电压信号，并输出0／5V车速脉冲信号频率，可通过旋钮3人工调节其电压，范围0~5VDC，该电压传入单片机，单片机进行AD转换，得到电压值所对应的数字量，然后单片机将该数字量解析成一个频率值，再按该频率值输出脉冲信号。在车速电位器的电阻上并联一滤波电容C14。如图4所示，电平转换电路Ⅰ包括电阻R4、三级管Q2、发光二极管D3（车速指示灯4）和电阻R5，单片机的0／5V车速脉冲信号频率输出端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与三级管Q2的基极连接，三级管Q2的发射极接地，发光二极管D3的正极与12V电源线2连接，发光二极管D3的负极与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端分别与三级管Q2的集电极和ECU的车速信号采集电路连接。其中发光二极管D3是车速指示灯，有脉冲输出时，该灯会闪烁，闪烁频率与信号频率一致，用于提醒操作人员当前车速脉冲信号的频率；电阻R5是限流电阻，限制三极管Q2的C-E极电流。这样就实现了人工通过旋拧车速电位器上的旋钮3就可调节车速信号频率，调节范围0～260Hz，线性对应实际车速0~120km/h。这样就能实现模拟0~120km/h的车速。ECU需要采集的汽车车速信号，是一种方波脉冲信号，且随车速的增加，信号频率成正比例增加。通过车载信号模拟发生器中车速电位器，可人工调节频率的方波脉冲信号来模拟车速信号。其工作原理是，人工旋拧车速电位器的旋钮3，使电位器输出端电压发生改变，单片机采集到该路电压发生变化时，按程序改变输出的脉冲频率。这样就实现了人工通过旋钮可调节信号频率的功能。

发动机转速脉冲信号电路由电平转换电路Ⅱ组成。如图5所示，电平转换电路Ⅱ包括电阻R6、三级管Q3和电阻R7。单片机还与稳压器的5V电源输出端连接，单片机输出一0／5V发动机转速脉冲信号，单片机的0／5V发动机转速脉冲信号输出端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与三级管Q3的基极连接，三级管Q3的发射极接地，电阻R7的一端与12V电源线2连接，电阻R7的另一端分别与三级管Q3的集电极和ECU的发动机信号采集电路连接。由于该路对脉冲频率无特殊要求，故单片机直接输出脉冲为50Hz的固定脉冲频率。后续通过一个接12V的开关型三极管Q3，将0/5V脉冲信号转换成0/12V脉冲信号，其工作原理同车速脉冲信号。ECU在车上工作的必备条件之一是必须检测到有发动机运转的信号，但对其频率无要求，即只要发动机在运转便可（若发动机不运转，而ECU还能工作的话，有可能很快会耗尽车载电池的电能，带来隐患）。车载信号模拟发生器设计了一款固定频率的方波脉冲信号，模拟发动机转速信号。

扭矩信号电路包括双刀电位器，巧妙采用双刀电位器的两个输出端的电压特点，即V1和V2始终按相反的电位进行变化，这恰好能模拟EPS中的扭矩传感器信号，实现模拟扭矩输出而且可调节并且可锁定当前扭矩电压的功能。如图6所示，双刀电位器中的一路电阻的一端与ECU的5V电源连接，一路电阻的另一端与ECU的接地端连接，双刀电位器中的另一路电阻的一端与ECU的5V电源连接，另一路电阻的另一端与ECU的接地端连接。双刀电位器的一扭矩信号V1输出端与ECU扭矩信号的一采集电路连接，双刀电位器的另一扭矩信号V2输出端与ECU扭矩信号的另一采集电路连接。由ECU提供5V直流电和地给双刀电位器（此处不用车载信号模拟发生器自身的5V电源的原因是，2路扭矩信号输出受供电的影响，该2路信号最终要反馈给ECU，由ECU对其进行测量，所以用ECU自身提供的5V供电更为精确）。

扭矩信号电路还包括电阻R12、三级管Q4和电阻R13和发光二级管D4，如图7所示。单片机还采集双刀电位器的一扭矩信号V1和另一扭矩信号V2，并判断扭矩信号V1和扭矩信号V2是否相等，扭矩信号V1和扭矩信号V2相等时输出5V高电平。单片机的5V高电平输出端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与三级管Q4的基极连接，三级管Q4的发射极接地，三级管Q4的集电极与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与发光二级管D4的负极连接，发光二级管D4的正极与12V电源线2连接。设置扭矩信号对中指示灯5（即发光二级管D4），方便检测人员锁定扭矩中间位置。在实际车上的EPS中，在不搬动方向盘时，扭矩传感器两路电压输出均为2.5V±0.2V，此时EPS电机不助力，称之为扭矩对中状态。车载信号模拟发生器也具备扭矩对中的功能，单片机随时检测两路模拟扭矩的电压信号，当检测到电压信号均为2.5V±0.2V时，单片机将对中指示灯5点亮，此时操作人员就能很方便地知道当前位置处于扭矩对中位置，为产品检测提供便利。调节双刀电位器的旋钮7，两路扭矩信号V1和V2发生变化，变化情况如下：V1和V2的变化范围均可达到0~5V，但在任何情况下，其电压值的总和为5V，V1和V2输出后皆分为两路，一路反馈给ECU，提供扭矩信号；另一路提供给车载信号模拟发生器自身的单片机，由单片机采集该2路扭矩信号的电压值，判定其是否处于对中状态（即V1和V2的电压均处于2.5V±0.2V以内），决定是否点亮对中指示灯5，原理图如附图7所示。当前状态若为对中状态，则单片机在对中指示灯5点亮信号电路上输出高电平，根据电气原理，三级管Q4的基极为高电平，三级管Q4的C-E极导通，电源在发光二极管D4和电阻R13上产生电流，发光二极管D4亮。这样就实现了人工通过旋拧双刀电位器上的旋钮7就可调节2路扭矩信号，并可直观地找到扭矩对中状态的位置。

该模拟发生器还包括故障诊断电路，如图8所示。故障诊断电路包括发光二级管D2和电阻R9。电阻R9的一端与12V电源线2连接，电阻R9的另一端与ECU故障控制电路中三级管的集电极连接。其中发光二级管D2是红色发光二极管，电阻R9是1kΩ限流电阻。该路与ECU故障告警通道连接，ECU故障告警时会在该路产生间隔不一的高低电平，发光二极管会按该电平闪烁。设置故障指示灯6（即发光二级管D2），方便查找不良品故障原因。产品ECU在出故障时，自身有专门的故障告警通道，该通道通过输出间隔不一的高低电平来告知其故障现象。车载信号模拟发生器正好设计了由发光二极管D2和限流电阻R9组成的电路与该通道相连，一旦ECU进行故障告警，该发光二极管D2会按高低频率闪烁，这样检验人员能很方便地看出故障原因。

基于电动助力转向***ECU的车载信号模拟发生器，将ECU工作时需要采集的汽车上的车载信号，通过电路设计将这些车载信号模拟出来，集中设计到一个仪器上。其目的在于，通过该仪器，可输出ECU工作时需要采集的所有信号，这样检测ECU就不需要再上车检测，而直接可以在室内进行。

点火信号，即汽车钥匙第二档开启后的电平信号。发动机转速信号，即汽车发动机工作时，产生的脉冲信号。汽车车速信号，即从汽车车轮处获取的脉冲信号，该信号频率与车速成正比。EPS扭矩传感器信号，两路扭矩电压信号V1和V2，通过检测该两个信号的电平，可知当前方向盘转动方向以及扭力大小。车载信号模拟发生器是一款将上述所有信号都容纳到一起的信号发生设备，为ECU检测提供必需的模拟信号，并且单独增加故障灯信号，以备检测故障之用。

车载信号模拟发生器为ECU检测提供了必要的模拟信号，并通过旋钮调节车速、扭矩等信号，满足了ECU检测的任何输入条件，使检测工作变得简易。车载信号模拟发生器全电子化控制，安全可靠、操作简便，大大提升了ECU检测效率。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.基于电动助力转向***ECU的车载信号模拟发生器，其特征在于：包括模拟发生器壳体（1）以及设置在模拟发生器壳体（1）内的单片机、点火信号电路、车速脉冲信号电路、发动机转速脉冲信号电路、扭矩信号电路和一个12V转5V的稳压器；

所述模拟发生器壳体（1）的一端设有12V电源线（2），该12V电源线（2）与稳压器的输入端口连接；稳压器输出端口其中一路与单片机供电电源管脚连接，为单片机提供5V供电；

所述点火信号电路为一将12V电源线（2）与ECU的点火信号采集电路连接的12V点火信号线；

所述车速脉冲信号电路包括车速电位器和电平转换电路Ⅰ；所述车速电位器电阻的一端连接稳压器的5V电源输出端，车速电位器电阻的另一端接地，车速电位器的滑片连接单片机，所述单片机采集车速电位器的电压信号，并输出0／5V车速脉冲信号频率；所述电平转换电路Ⅰ包括电阻R4、三级管Q2、发光二极管D3和电阻R5，所述单片机的0／5V车速脉冲信号频率输出端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与三级管Q2的基极连接，所述三级管Q2的发射极接地，所述发光二极管D3的正极与12V电源线（2）连接，发光二极管D3的负极与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端分别与三级管Q2的集电极和ECU的车速信号采集电路连接；

所述发动机转速脉冲信号电路由电平转换电路Ⅱ组成，所述电平转换电路Ⅱ包括电阻R6、三级管Q3和电阻R7；单片机输出一0／5V发动机转速脉冲信号，单片机的0／5V发动机转速脉冲信号输出端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与三级管Q3的基极连接，三级管Q3的发射极接地，电阻R7的一端与12V电源线（2）连接，电阻R7的另一端分别与三级管Q3的集电极和ECU的发动机信号采集电路连接；

所述扭矩信号电路包括双刀电位器；所述双刀电位器中的一路电阻的一端与ECU的5V电源连接，一路电阻的另一端与ECU的接地端连接，双刀电位器中的另一路电阻的一端与ECU的5V电源连接，另一路电阻的另一端与ECU的接地端连接；所述双刀电位器的一扭矩信号V1输出端与ECU扭矩信号的一采集电路连接，所述双刀电位器的另一扭矩信号V2输出端与ECU扭矩信号的另一采集电路连接。

2.根据权利要求1所述的基于电动助力转向***ECU的车载信号模拟发生器，其特征在于：所述扭矩信号电路还包括电阻R12、三级管Q4、电阻R13和发光二级管D4；所述单片机还采集双刀电位器的一扭矩信号V1和另一扭矩信号V2，并判断扭矩信号V1和扭矩信号V2是否相等，扭矩信号V1和扭矩信号V2相等时输出5V高电平；单片机的5V高电平输出端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与三级管Q4的基极连接，三级管Q4的发射极接地，三级管Q4的集电极与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与发光二级管D4的负极连接，发光二级管D4的正极与12V电源线（2）连接。

3.根据权利要求1所述的基于电动助力转向***ECU的车载信号模拟发生器，其特征在于：该模拟发生器还包括故障诊断电路，所述故障诊断电路包括发光二级管D2和电阻R9；所述电阻R9的一端与12V电源线（2）连接，电阻R9的另一端与ECU故障控制电路连接。

4.根据权利要求1所述的基于电动助力转向***ECU的车载信号模拟发生器，其特征在于：在车速电位器的电阻上并联一滤波电容C14。

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