一種新能源汽車電控單元通用測試平臺的制作方法
【專利摘要】本發明提出了一種新能源汽車電控單元通用測試平臺，其特征在于：測試平臺電源回路具有保護及控制功能，能夠識別電源系統適合性以確保待測設備的安全。當外部穩壓電源電壓與待測的ECU不匹配時或者過載時，測試平臺能夠自動識別出這幾種情況并立即切斷電源回路的供電，同時通過蜂鳴器報警。另一方面，測試平臺的各信號發生模塊實現了接口信號電平特性的自動轉換。信號采集方面，實現了對不同電平特性信號的采集功能。本發明的有益的技術效果是：提出了一種新能源汽車電控單元通用測試平臺，對不同的ECU進行功能性測試，只需更換對應的線束，不需要重新開發對應的測試平臺。實現了測試平臺的通用性，降低了設備的維護難度，減小了研發人員的工作量。
【專利說明】一種新能源汽車電控單元通用測試平臺
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電控單元的測試平臺，尤其涉及一種新能源汽車電控單元通用測 試平臺。
【背景技術】
[0002] 隨著汽車電子技術的發展，汽車上的ECU(ElectronicControl Unit，電控單元） 越來越多。新能源汽車同傳統內燃機汽車相比電氣系統更多，涉及的E⑶也更多，如整車控 制單元、電控燃油噴射控制單元、車身控制單元、自動變速箱控制單元等。為了比較方便的 測試這些E⑶的功能，在進行產品設計的同時通常還會開發一款與E⑶對應的測試平臺。由 于E⑶之間的差異性，不同的E⑶測試平臺無法通用。這種情況下，既增加了設備的維護難 度又增加了研發人員的工作量。
[0003]新能源汽車上的這些E⑶雖然功能不同，但其接口信號類型都是類似的，主要包 括：模擬信號(輸入/輸出)，數字開關信號(輸入/輸出)，PWM信號(輸入/輸出），CAN通信 模塊。另一方面，不同的車型E⑶的電源系統不同，例如：轎車使用標稱電壓為+12V的電源 系統；卡車及客車使用標稱電壓為+24V的電源系統。如何識別不同的電源系統并實現有效 的保護，如何做到接口信號的智能匹配是通用測試平臺實現的重點及難點。
【發明內容】
[0004]基于這個背景，我們提出了一種新能源汽車電控單元通用測試平臺，其特征在于： 測試平臺電源回路具有髙邊開關、電流采集，反接保護，過流保護，能夠識別電源系統適合 性，確保待測E⑶的安全。當外部配置的穩壓電源電壓與待測的E⑶不匹配時，或者當外部 電源線正負極接反時，或者當E⑶內部短路導致電源回路過載時，測試平臺能夠自動識別 出這些情況并立即切斷電源回路的供電，同時通過蜂鳴器報警，最大限度的確保了待測K：U 的安全。另一方面，測試平臺的各信號發生模塊采用跟蹤電源進行供電。信號發生模塊供 電電壓在供電范圍內連續可調，通過這種方式實現了接口信號電平特性的自動轉換。信號 采集方面，信號采集模塊利用寬電壓穩壓電路進行穩壓，實現了對不同電平特性信號的采 集功能。針對不同的E⑶，按照E⑶的連接器定義更換不同的測試線束即可完成測試，真正 意義上實現了測試平臺的通用。
[0005] 本發明的有益的技術效果是：提出了一種新能源汽車電控單元通用測試平臺，對 不同的E⑶進行功能性測試，只需要更換對應的線束即可。不需要重新開發對應的測試平 臺，實現了測試平臺的通用性。降低了設備的維護難度，同時也減小了研發人員的工作量。
[0006]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007] 圖1為本發明提出的一種新能源汽車電控單元通用測試平臺總體框圖 圖2為本發明提出的單片機電源適配模塊原理圖 圖3為本發明提出的電源識別模塊原理圖 圖4為本發明提出的電源保護及控制模塊原理圖 圖5為本發明提出的電源控制信號產生電路的原理圖 圖6為本發明提出的電源跟蹤模塊、信號發生模塊原理圖 圖7為本發明提出的信號采集模塊原理圖
【具體實施方式】
[0008] 本發明提出的一種新能源汽車電控單元通用測試平臺，其通用性主要體現在于： 1，能夠自動識別當前電源電壓以及電源輸出電流，當電源電壓與待測E⑶不匹配或者電源 輸出電流過大時，能夠自動關斷對ECU的供電，并且通過蜂鳴器告警；2,能夠根據E⑶的電 源系統自動產生與之相匹配的接口信號；3,能夠自動適配并采集不同電源系統E⑶的輸出 信號。
[0009] 一種新能源汽車電控單元通用測試平臺總體框圖如圖1所示，主要由單片機電源 適配模塊、單片機模塊、撥碼開關模塊、電源識別、電源保護/控制模塊，電壓跟蹤模塊、信 號發生模塊、信號采集模塊、CAN通信模塊以及蜂鳴器報警模塊構成。
[0010] 一種新能源汽車電控單元通用測試工作流程如下：測試平臺上電后，單片機模塊 通過單獨的電源適配模塊進行供電，初始化完成后通過電源識別模塊采集當前電源電壓。 如果發現當前供電電壓與待測的E⑶工作電壓不匹配，則通過電源保護及控制模塊關閉 ECU供電輸出并通過蜂鳴器報警模塊報警。如果電源電壓是符合要求的，則打開ECU供電 輸出，屆時E⑶及板內其他模塊開始上電工作。測試過程中，通過電源保護及控制模塊也會 檢測電流，如果測試電流超過限定值也會關閉E⑶供電輸出并通過蜂鳴器報警模塊報警。 開始測試后，測試平臺電壓跟蹤模塊、信號發生模塊、信號采集模塊、CAN通信模塊均上電工 作。其中電壓跟蹤模塊、信號發生模塊產生與E⑶的電源系統自動產生與之相匹配的接口 信號；信號采集模塊自動適配并采集不同電源系統ECU的輸出信號；CAN通信模塊負責完成 測試平臺、E⑶以及上位機的通信。
[0011] 所述單片機電源適配模塊主要功能為將外部供電轉換為穩定的+5V輸出電壓，以 滿足單片機的供電要求。所使用的電路為汽車電子領域常見的解決方案，使用TLE4471芯 片（圖2 U4器件）完成電源穩壓功能，原理圖如圖2所示。
[0012] 所述單片機模塊相當于控制器的大腦，負責接收、處理外部反饋信號，包括分析工 作電壓,分析工作電流，識別E⑶類型，導通/關閉E⑶電源，控制蜂鳴器報警，控制信號發 生模塊產生輸出信號，接收信號采集模塊信號以及完成CAN通信。
[0013] 所述撥碼開關模塊主要用于配置待測E⑶類型，采用常用的撥碼開關來實現。
[0014] 所述電源識別模塊主要包含電源電壓識別以及電源電流識別兩部分，其原理圖如 圖3所示。電源電壓識別電路通過電阻R36、R37完成外部電源的分壓，分壓后的采集值通 過RC低通濾波器（R38、C45 )濾波后送至單片機信號采集口。單片機根據采集的電壓值，按 照分壓比例進行計算，就可識別出當前電源電壓。電流識別電路通過電源正極串聯功率電 阻（R39)配合差值運放（U1)來實現：E⑶測試過程中，電源電流流過功率電阻R39,差值運 放U1正負極輸入端分別接到功率電阻的兩端。按照差值運放的特性輸出電壓V0=V+ - V-， 即運放輸出電壓等于電阻兩端電壓。單片機根據采集的電壓值，利用歐姆定律就可以計算 出當前電源電流I=V0/R39。
[0015]所述蜂鳴器報警模塊主要用于對識別出的異常情況進行報警，已屬于比較成熟的 電路。
[0016]所述電源保護及控制模塊從原理上可以分為兩部分，即電源保護控制以及電源控 制信號的產生。其中電源保護控制原理圖如圖4所示，電源控制信號的產生原理圖如圖5 所示。
[0017] 電源保護控制電路主體是由兩個NMOS管（V6、V7)構成，只有當兩個NMOS管均處 于導通狀態時，外部穩壓電源才能通過NMOS管正常輸出，否則無法輸出E⑶供電電壓。所 以當外部電源線反接時，此時網絡GND變為電源正極，電源輸入端變為GND屬性。這種情況 下，圖4中三極管VII導通，兩個NMOS管門極電壓被三極管VII通過電阻R18拉低，確保在 反接狀態下兩個NMOS處于關閉狀態，從而實現了電源的反接保護。另一方面，根據電源識 別模塊的識別結果輸出/關閉電源控制信號，以實現V6、V7 NMOS管的導通和關閉，就達到 了導通/關閉電源輸出的功能。
[0018] 根據電源識別模塊的識別結果產生合適的電源控制信號，是電源控制信號產生電 路的主要功能(如圖5所示)。其主要工作流程如下：1，產生高壓門極信號；2,單片機采集反 饋的高壓門極信號；3,根據電源識別模塊的識別結果通過SPI反饋調節高壓門極信號；4， 輸出/關閉電源控制信號。實現流程為：升壓型DC-DC LM2577 (圖5中U3器件)通過外圍 電感L4，肖特基二極管V4形成了一個升壓的續流電路，升壓后的電平通過電容C14、C16濾 波后變成一個穩定的高壓門極信號。這個高壓門極信號的電平可通過反饋電阻進行調節， 輸出電平Vo=1.23 (1 + R5/RD1)，本發明中R5為固定電阻，RD1為可通過SPI配置的可變 電阻（圖5中D1器件)。高壓門極信號通過分壓比例電路（圖5中序號2電路）處理后送至 單片機模擬口采集，單片機根據采集的結果和電源識別模塊的數據以及Ε⑶類型配置信息 進一步調整高壓門極信號電平值。調節過程通過SPI接口配置可變電阻D1完成，按照不同 的電源系統輸出不同的高壓門極信號，便實現了不同電源系統的控制功能。單片機綜合當 前的運行狀況，利用圖5中序號4框內所示的電路輸出/關閉電源控制信號--當單片機 使能控制管腳輸出高電平時，ΝΡΝ三極管V5導通，此時三極管V5的集電極為低電平，通過 Rll、R13分壓后ΡΝΡ三極管V8基極變為低電平，這時它的發射極和集電極變導通了，這樣 高壓門極信號就通過ΡΝΡ三極管V8集電極輸出至電源控制的NM0S管V6, V7門極了，完成 了整個E⑶輸出電源的保護及控制。
[0019] 所述電源跟蹤模塊以及信號發生模塊主要用于產生E⑶測試需要的模擬信號、數 字信號以及頻率信號。其中模擬信號為0?5V的可調信號，按信號通過專用的DA芯片 AD7304產生，屬于比較常見的方案，單片機通過SPI接口即可完成配置。而數字信號以及 頻率信號由于E⑶類型不同，其信號的電平特性也不一樣。為了使測試平臺能夠根據EOT 的類型自動產生與之相匹配的接口信號，本發明設計了電源跟蹤模塊以及對應信號發生模 塊，以保證測試平臺的通用性，原理圖如圖5所示。電源跟蹤模塊主要由tracker電源芯 片TLE4235 U2以及可通過SPI配置的可變電阻D2構成，其基本原理為電源芯片TLE4235 輸出電壓為跟蹤型輸出，其輸出電壓Vo=VI[RD2AR171+RD2)],通過計算可知當RD2=0時， Vo=0V，當 RD2?R171 時，Vo=VI。
[0020] 單片機根據E⑶類型確定其接口電平需求，通過SPI接口配置可調電阻即可獲得 連續可調的接口電平。另外一部分為信號發生模塊，主要生成數字信號以及頻率信號，兩種 信號可共用一種電路，如圖5序號2虛線框所示。所不同的是數字信號生成電路，通過單片 機10 口進行控制，頻率信號生成電路通過單片機P麗口進行控制。其基本流程為：當單片 機GPI0/PWM 口無輸出或者輸出高信號時，PM0S管D：3/D4不導通，這時PM0S管D極輸出低 電平，反之輸出高電平。每一種信號均有多個相同、獨立的產生電路，以滿足 E⑶多接口信 號的需要。
[0021] 所述信號采集模塊主要對涉及的模擬信號、開關信號以及頻率信號進行限流、限 壓、接口濾波處理，其原理圖如圖6所示。幾種接口信號使用同一類型電路進行處理，本發 明中預留了 30路圖6所示采集電路,按照模擬信號、開關信號以及頻率信號不同的信號特 性，配置不同阻值的上/下拉電阻（R114/R126)，不同的濾波截止頻率等，以滿足不同E⑶的 接口要求。
[0022] 所述CAN通信模塊主要用于E⑶和測試平臺之間的信息交互，同時通過這個接口 完成E⑶CAN通信接口的測試，其實現電路為汽車電子常見的方案，本發明采用NXP CAN適 配芯片PCA82C250解決方案。
【權利要求】
1. 本發明提出了一種新能源汽車電控單元通用測試平臺，其特征在于：測試平臺電源 回路能夠識別電源系統適合性以確保待測設備的安全，當外部電源與待測的Ε⑶不匹配或 者過載時，測試平臺能夠切斷電源回路的供電，同時通過蜂鳴器報警；另一方面，測試平臺 實現了接口信號電平特性的自動轉換，以及自動適配并采集不同電源系統Ε⑶的輸出信 號。
2. 如權利要求1所述的一種電源保護及控制模塊，其從原理上可以分為兩部分，即電 源保護控制以及電源控制信號的產生。
3. 如權利要求2所述的電源保護控制電路主體是由兩個NM〇S管構成，當外部電源與待 測的ECU不匹配時，能夠根據電源識別模塊的識別結果輸出/關閉電源控制信號，以實現導 通/關閉電源輸出的功能。
4·如權利要求1所述的電源控制信號產生電路的主要功能是電源識別模塊的識別結 果產生合適的電源，制信號，其主要工作流程為：1，通過升壓型DC-DC LM2577產生高壓門 極信號；2,單片機采集反饋的高壓門極信號；3,根據電源識別模塊的識別結果通過 SPI反 饋調可變電阻，廣生調節后的尚壓門極信號；4,輸出/關閉電源控制信號。
5·如權利要求1所述的一種電源跟蹤模塊以及對應信號發生模塊，電源跟蹤模塊主要 由tracker電源芯片TLE4235以及可通過SPI配置的可變電阻D2構成，單片機根據Ε⑶類 型確定其接口電平需求，通過SPI接口配置可調電阻即可獲得連續可調的接口電平；信號 發生模塊，主要生成數字信號以及頻率信號，兩種信號可共用一種電路。
【文檔編號】G05B23/02GK104216392SQ201310219769
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年6月5日 優先權日:2013年6月5日
【發明者】王懷翊, 萬禮華 申請人:重慶金美通信有限責任公司