一种新能源汽车电控单元通用测试平台的制作方法

xiaoxiao2020-7-23  3

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一种新能源汽车电控单元通用测试平台的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种新能源汽车电控单元通用测试平台,其特征在于:测试平台电源回路具有保护及控制功能,能够识别电源系统适合性以确保待测设备的安全。当外部稳压电源电压与待测的ECU不匹配时或者过载时,测试平台能够自动识别出这几种情况并立即切断电源回路的供电,同时通过蜂鸣器报警。另一方面,测试平台的各信号发生模块实现了接口信号电平特性的自动转换。信号采集方面,实现了对不同电平特性信号的采集功能。本发明的有益的技术效果是:提出了一种新能源汽车电控单元通用测试平台,对不同的ECU进行功能性测试,只需更换对应的线束,不需要重新开发对应的测试平台。实现了测试平台的通用性,降低了设备的维护难度,减小了研发人员的工作量。
【专利说明】一种新能源汽车电控单元通用测试平台

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电控单元的测试平台,尤其涉及一种新能源汽车电控单元通用测 试平台。

【背景技术】
[0002] 随着汽车电子技术的发展,汽车上的ECU(ElectronicControl Unit,电控单元) 越来越多。新能源汽车同传统内燃机汽车相比电气系统更多,涉及的E⑶也更多,如整车控 制单元、电控燃油喷射控制单元、车身控制单元、自动变速箱控制单元等。为了比较方便的 测试这些E⑶的功能,在进行产品设计的同时通常还会开发一款与E⑶对应的测试平台。由 于E⑶之间的差异性,不同的E⑶测试平台无法通用。这种情况下,既增加了设备的维护难 度又增加了研发人员的工作量。
[0003]新能源汽车上的这些E⑶虽然功能不同,但其接口信号类型都是类似的,主要包 括:模拟信号(输入/输出),数字开关信号(输入/输出),PWM信号(输入/输出),CAN通信 模块。另一方面,不同的车型E⑶的电源系统不同,例如:轿车使用标称电压为+12V的电源 系统;卡车及客车使用标称电压为+24V的电源系统。如何识别不同的电源系统并实现有效 的保护,如何做到接口信号的智能匹配是通用测试平台实现的重点及难点。


【发明内容】

[0004]基于这个背景,我们提出了一种新能源汽车电控单元通用测试平台,其特征在于: 测试平台电源回路具有髙边开关、电流采集,反接保护,过流保护,能够识别电源系统适合 性,确保待测E⑶的安全。当外部配置的稳压电源电压与待测的E⑶不匹配时,或者当外部 电源线正负极接反时,或者当E⑶内部短路导致电源回路过载时,测试平台能够自动识别 出这些情况并立即切断电源回路的供电,同时通过蜂鸣器报警,最大限度的确保了待测K:U 的安全。另一方面,测试平台的各信号发生模块采用跟踪电源进行供电。信号发生模块供 电电压在供电范围内连续可调,通过这种方式实现了接口信号电平特性的自动转换。信号 采集方面,信号采集模块利用宽电压稳压电路进行稳压,实现了对不同电平特性信号的采 集功能。针对不同的E⑶,按照E⑶的连接器定义更换不同的测试线束即可完成测试,真正 意义上实现了测试平台的通用。
[0005] 本发明的有益的技术效果是:提出了一种新能源汽车电控单元通用测试平台,对 不同的E⑶进行功能性测试,只需要更换对应的线束即可。不需要重新开发对应的测试平 台,实现了测试平台的通用性。降低了设备的维护难度,同时也减小了研发人员的工作量。
[0006]

【专利附图】

【附图说明】
[0007] 图1为本发明提出的一种新能源汽车电控单元通用测试平台总体框图 图2为本发明提出的单片机电源适配模块原理图 图3为本发明提出的电源识别模块原理图 图4为本发明提出的电源保护及控制模块原理图 图5为本发明提出的电源控制信号产生电路的原理图 图6为本发明提出的电源跟踪模块、信号发生模块原理图 图7为本发明提出的信号采集模块原理图

【具体实施方式】
[0008] 本发明提出的一种新能源汽车电控单元通用测试平台,其通用性主要体现在于: 1,能够自动识别当前电源电压以及电源输出电流,当电源电压与待测E⑶不匹配或者电源 输出电流过大时,能够自动关断对ECU的供电,并且通过蜂鸣器告警;2,能够根据E⑶的电 源系统自动产生与之相匹配的接口信号;3,能够自动适配并采集不同电源系统E⑶的输出 信号。
[0009] 一种新能源汽车电控单元通用测试平台总体框图如图1所示,主要由单片机电源 适配模块、单片机模块、拨码开关模块、电源识别、电源保护/控制模块,电压跟踪模块、信 号发生模块、信号采集模块、CAN通信模块以及蜂鸣器报警模块构成。
[0010] 一种新能源汽车电控单元通用测试工作流程如下:测试平台上电后,单片机模块 通过单独的电源适配模块进行供电,初始化完成后通过电源识别模块采集当前电源电压。 如果发现当前供电电压与待测的E⑶工作电压不匹配,则通过电源保护及控制模块关闭 ECU供电输出并通过蜂鸣器报警模块报警。如果电源电压是符合要求的,则打开ECU供电 输出,届时E⑶及板内其他模块开始上电工作。测试过程中,通过电源保护及控制模块也会 检测电流,如果测试电流超过限定值也会关闭E⑶供电输出并通过蜂鸣器报警模块报警。 开始测试后,测试平台电压跟踪模块、信号发生模块、信号采集模块、CAN通信模块均上电工 作。其中电压跟踪模块、信号发生模块产生与E⑶的电源系统自动产生与之相匹配的接口 信号;信号采集模块自动适配并采集不同电源系统ECU的输出信号;CAN通信模块负责完成 测试平台、E⑶以及上位机的通信。
[0011] 所述单片机电源适配模块主要功能为将外部供电转换为稳定的+5V输出电压,以 满足单片机的供电要求。所使用的电路为汽车电子领域常见的解决方案,使用TLE4471芯 片(图2 U4器件)完成电源稳压功能,原理图如图2所示。
[0012] 所述单片机模块相当于控制器的大脑,负责接收、处理外部反馈信号,包括分析工 作电压,分析工作电流,识别E⑶类型,导通/关闭E⑶电源,控制蜂鸣器报警,控制信号发 生模块产生输出信号,接收信号采集模块信号以及完成CAN通信。
[0013] 所述拨码开关模块主要用于配置待测E⑶类型,采用常用的拨码开关来实现。
[0014] 所述电源识别模块主要包含电源电压识别以及电源电流识别两部分,其原理图如 图3所示。电源电压识别电路通过电阻R36、R37完成外部电源的分压,分压后的采集值通 过RC低通滤波器(R38、C45 )滤波后送至单片机信号采集口。单片机根据采集的电压值,按 照分压比例进行计算,就可识别出当前电源电压。电流识别电路通过电源正极串联功率电 阻(R39)配合差值运放(U1)来实现:E⑶测试过程中,电源电流流过功率电阻R39,差值运 放U1正负极输入端分别接到功率电阻的两端。按照差值运放的特性输出电压V0=V+ - V-, 即运放输出电压等于电阻两端电压。单片机根据采集的电压值,利用欧姆定律就可以计算 出当前电源电流I=V0/R39。
[0015]所述蜂鸣器报警模块主要用于对识别出的异常情况进行报警,已属于比较成熟的 电路。
[0016]所述电源保护及控制模块从原理上可以分为两部分,即电源保护控制以及电源控 制信号的产生。其中电源保护控制原理图如图4所示,电源控制信号的产生原理图如图5 所示。
[0017] 电源保护控制电路主体是由两个NMOS管(V6、V7)构成,只有当两个NMOS管均处 于导通状态时,外部稳压电源才能通过NMOS管正常输出,否则无法输出E⑶供电电压。所 以当外部电源线反接时,此时网络GND变为电源正极,电源输入端变为GND属性。这种情况 下,图4中三极管VII导通,两个NMOS管门极电压被三极管VII通过电阻R18拉低,确保在 反接状态下两个NMOS处于关闭状态,从而实现了电源的反接保护。另一方面,根据电源识 别模块的识别结果输出/关闭电源控制信号,以实现V6、V7 NMOS管的导通和关闭,就达到 了导通/关闭电源输出的功能。
[0018] 根据电源识别模块的识别结果产生合适的电源控制信号,是电源控制信号产生电 路的主要功能(如图5所示)。其主要工作流程如下:1,产生高压门极信号;2,单片机采集反 馈的高压门极信号;3,根据电源识别模块的识别结果通过SPI反馈调节高压门极信号;4, 输出/关闭电源控制信号。实现流程为:升压型DC-DC LM2577 (图5中U3器件)通过外围 电感L4,肖特基二极管V4形成了一个升压的续流电路,升压后的电平通过电容C14、C16滤 波后变成一个稳定的高压门极信号。这个高压门极信号的电平可通过反馈电阻进行调节, 输出电平Vo=1.23 (1 + R5/RD1),本发明中R5为固定电阻,RD1为可通过SPI配置的可变 电阻(图5中D1器件)。高压门极信号通过分压比例电路(图5中序号2电路)处理后送至 单片机模拟口采集,单片机根据采集的结果和电源识别模块的数据以及Ε⑶类型配置信息 进一步调整高压门极信号电平值。调节过程通过SPI接口配置可变电阻D1完成,按照不同 的电源系统输出不同的高压门极信号,便实现了不同电源系统的控制功能。单片机综合当 前的运行状况,利用图5中序号4框内所示的电路输出/关闭电源控制信号--当单片机 使能控制管脚输出高电平时,ΝΡΝ三极管V5导通,此时三极管V5的集电极为低电平,通过 Rll、R13分压后ΡΝΡ三极管V8基极变为低电平,这时它的发射极和集电极变导通了,这样 高压门极信号就通过ΡΝΡ三极管V8集电极输出至电源控制的NM0S管V6, V7门极了,完成 了整个E⑶输出电源的保护及控制。
[0019] 所述电源跟踪模块以及信号发生模块主要用于产生E⑶测试需要的模拟信号、数 字信号以及频率信号。其中模拟信号为0?5V的可调信号,按信号通过专用的DA芯片 AD7304产生,属于比较常见的方案,单片机通过SPI接口即可完成配置。而数字信号以及 频率信号由于E⑶类型不同,其信号的电平特性也不一样。为了使测试平台能够根据EOT 的类型自动产生与之相匹配的接口信号,本发明设计了电源跟踪模块以及对应信号发生模 块,以保证测试平台的通用性,原理图如图5所示。电源跟踪模块主要由tracker电源芯 片TLE4235 U2以及可通过SPI配置的可变电阻D2构成,其基本原理为电源芯片TLE4235 输出电压为跟踪型输出,其输出电压Vo=VI[RD2AR171+RD2)],通过计算可知当RD2=0时, Vo=0V,当 RD2?R171 时,Vo=VI。
[0020] 单片机根据E⑶类型确定其接口电平需求,通过SPI接口配置可调电阻即可获得 连续可调的接口电平。另外一部分为信号发生模块,主要生成数字信号以及频率信号,两种 信号可共用一种电路,如图5序号2虚线框所示。所不同的是数字信号生成电路,通过单片 机10 口进行控制,频率信号生成电路通过单片机P丽口进行控制。其基本流程为:当单片 机GPI0/PWM 口无输出或者输出高信号时,PM0S管D:3/D4不导通,这时PM0S管D极输出低 电平,反之输出高电平。每一种信号均有多个相同、独立的产生电路,以满足 E⑶多接口信 号的需要。
[0021] 所述信号采集模块主要对涉及的模拟信号、开关信号以及频率信号进行限流、限 压、接口滤波处理,其原理图如图6所示。几种接口信号使用同一类型电路进行处理,本发 明中预留了 30路图6所示采集电路,按照模拟信号、开关信号以及频率信号不同的信号特 性,配置不同阻值的上/下拉电阻(R114/R126),不同的滤波截止频率等,以满足不同E⑶的 接口要求。
[0022] 所述CAN通信模块主要用于E⑶和测试平台之间的信息交互,同时通过这个接口 完成E⑶CAN通信接口的测试,其实现电路为汽车电子常见的方案,本发明采用NXP CAN适 配芯片PCA82C250解决方案。
【权利要求】
1. 本发明提出了一种新能源汽车电控单元通用测试平台,其特征在于:测试平台电源 回路能够识别电源系统适合性以确保待测设备的安全,当外部电源与待测的Ε⑶不匹配或 者过载时,测试平台能够切断电源回路的供电,同时通过蜂鸣器报警;另一方面,测试平台 实现了接口信号电平特性的自动转换,以及自动适配并采集不同电源系统Ε⑶的输出信 号。
2. 如权利要求1所述的一种电源保护及控制模块,其从原理上可以分为两部分,即电 源保护控制以及电源控制信号的产生。
3. 如权利要求2所述的电源保护控制电路主体是由两个NM〇S管构成,当外部电源与待 测的ECU不匹配时,能够根据电源识别模块的识别结果输出/关闭电源控制信号,以实现导 通/关闭电源输出的功能。
4·如权利要求1所述的电源控制信号产生电路的主要功能是电源识别模块的识别结 果产生合适的电源,制信号,其主要工作流程为:1,通过升压型DC-DC LM2577产生高压门 极信号;2,单片机采集反馈的高压门极信号;3,根据电源识别模块的识别结果通过 SPI反 馈调可变电阻,广生调节后的尚压门极信号;4,输出/关闭电源控制信号。
5·如权利要求1所述的一种电源跟踪模块以及对应信号发生模块,电源跟踪模块主要 由tracker电源芯片TLE4235以及可通过SPI配置的可变电阻D2构成,单片机根据Ε⑶类 型确定其接口电平需求,通过SPI接口配置可调电阻即可获得连续可调的接口电平;信号 发生模块,主要生成数字信号以及频率信号,两种信号可共用一种电路。
【文档编号】G05B23/02GK104216392SQ201310219769
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年6月5日 优先权日:2013年6月5日
【发明者】王怀翊, 万礼华 申请人:重庆金美通信有限责任公司

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