專利名稱：一種汽車電控單元故障診斷儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種汽車故障診斷裝置，尤其是涉及一種汽車電控單元故障診斷儀。
背景技術：
汽車電控系統(tǒng)的故障診斷一般是通過汽車上專用故障診斷接口，用解碼器讀取來自汽車電控單元(ECU)輸出的故障碼，對故障碼進行解釋，顯示故障內容。這種診斷模式是一種被動讀取故障的診斷模式，不能對ECU的內部故障和動態(tài)故障進行診斷。汽車ECU故障碼可以有以下幾個方面產生1、傳感器本身故障，即傳感器不能正常工作；2、信號傳送介質故障，即汽車線束短路和開路故障；3、ECU內部硬件故障；4、ECU內部軟件故障。實際上，ECU本身故障率不小ECU硬件故障包括其引出腳的短路或開路等；ECU軟件故障，例如控制程序及參數(shù)丟失導致的錯誤控制以及由此產生的故障碼等，造成汽車常常出現(xiàn)無碼有故障、有碼無故障，以及故障碼與故障不對應等問題，使汽車維修人員無法根據(jù)解碼器讀出的故障碼直接判定汽車故障部件及原因。目前業(yè)內普遍采用“替代法”，即，針對故障碼指示的汽車電控系統(tǒng)故障范圍，采用合格零部件，從外圍(包括傳感器、執(zhí)行器和相關線束)開始進行一一替代。若某合格部件替代后故障消失，則該部件即為故障源；若所有替代均無效，最后才推斷為ECU故障。由于汽車傳感器和執(zhí)行器安裝位置十分狹小和緊湊，線束鋪設和走向十分復雜，有時因沒有替代部件需訂貨而延遲修理，且姍姍來遲的配件未必是故障根本原因。顯而易見，這種維修方式不但花費大量人力和時間，還必須庫存包括 ECU在內的大量合格零部件。汽車修理企業(yè)所修車型越多，所需庫存的備件也就越多，占用的流動資金量也就越大。

實用新型內容本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種不僅大大簡化汽車電控系統(tǒng)故障的排查流程，縮小故障排查范圍，而且還提高了故障診斷率，并有效減少替代部件診斷所帶來的維修工作量和庫存部件資金占有量，從而大大降低維修成本的一種汽車電控單元故障診斷儀。本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)一種汽車電控單元故障診斷儀，其特征在于，該故障診斷儀包括PC機及控制系統(tǒng)、USB CAN轉換器、仿真控制器。所述的PC機及控制系統(tǒng)包括高速處理PC機、監(jiān)控及人機交互模塊、發(fā)動機仿真模型存貯器、標準數(shù)據(jù)庫存貯器、故障診斷及顯示模塊；所述的高速處理PC機通過總線與監(jiān)控及人機交互模塊、發(fā)動機仿真模型存貯器、標準數(shù)據(jù)庫存貯器、故障診斷及顯示模塊連接；所述的PC機及控制系統(tǒng)通過USB CAN轉換器與仿真控制器連接。所述的仿真控制器包括至少兩路可編程開關量或頻率量輸出電路、多路可編程D/ A輸出電路、多路可編程I/O輸出電路、多路I/O輸入電路、多路A/D輸入電路、高速數(shù)據(jù)接口，所述的仿真控制器通過高速數(shù)據(jù)接口與待檢電控單元連接。[0007]所述的故障診斷及顯示模塊包括隨機存儲器、內部數(shù)據(jù)存儲器、比較器。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)點1、運用本實用新型裝置，實現(xiàn)汽車電控單元ECU離車診斷，不僅大大簡化汽車電控系統(tǒng)故障的排查流程，縮小故障排查范圍，而且還提高了故障診斷率，并有效減少替代部件診斷所帶來的維修工作量和庫存部件資金占有量。2、本實用新型采用數(shù)字仿真發(fā)動機模型替代真實發(fā)動機及其運行環(huán)境。當發(fā)動機仿真模型與真實汽車電控單元(簡稱目標ECU)聯(lián)機，進行實時仿真模擬運行時，該系統(tǒng)可被視為一“黑箱”。采用一已知標準E⑶作為目標E⑶，在設定工況下進行標準E⑶輸入-輸出參量的系統(tǒng)標識，建立標準ECU輸入-輸出數(shù)據(jù)庫。3、本實用新型通過在E⑶輸入端輸入滿足其正常工作所需信號，檢測E⑶各輸出響應信號，并以標準ECU工作狀態(tài)各輸出響應為參照，通過一一比對標準與故障待檢ECU輸出信號某些特征指標，判斷待檢ECU輸出是否在設定的允許偏差范圍內，若所有輸出均在各自設定偏差內，則表示待檢ECU正常；反之，如超出該范圍，即表示待檢ECU存在故障。進而判斷汽車電控ECU故障性質，對部分ECU軟件故障，可在原汽車制造廠的幫助下，通過重新讀入控制程序和參數(shù)加以修復；對部分ECU硬件故障(如引出腳松脫等)，運用適當工具加以修復，從而大大降低維修成本。4、通過在本實用新型裝置界面動態(tài)改變ECU某些輸入信號，實時顯示其相關輸出，根據(jù)該電控ECU的控制策略，可以準確診斷出ECU故障的性質。

圖1為本實用新型工作方法流程圖；圖2為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。實施例如圖1所示，該方法包括以下步驟步驟1)測試人員通過人機交互界面選擇標準數(shù)據(jù)庫中的一個設定工況。標準數(shù)據(jù)庫的建立包括以下步驟11)高速處理PC機調用標準數(shù)據(jù)庫讀入功能，采集已知標準目標電控單元的輸出，并將該工況的輸入與標準目標電控單元的輸出進行系統(tǒng)標識，建立對應的標準電控單元輸入-輸出；1 采樣3 5個同型號的已知標準目標電控單元在步驟 11)所述的輸入下的標準輸出，得到標準輸出的允許偏差；1 改變步驟11)中的設定工況， 即改變已知標準目標電控單元的輸入，重復步驟11)和步驟12)，由此建立不同工況下輸入-輸出及允許偏差相關聯(lián)的標準數(shù)據(jù)庫。步驟2、高速處理PC機將某一工況所對應的標準輸入信息通過仿真控制器發(fā)送給待檢電控單元，同時將該工況所對應的標準輸出響應信息送入故障診斷及顯示模塊中的隨機存貯器；步驟幻標準輸入信息驅動待檢電控單元運行，待檢電控單元的輸出響應信息經仿真控制器采集后輸送到故障診斷及顯示模塊的隨機存貯器中；[0021]步驟4)故障診斷及顯示模塊將標準輸出響應信息與待檢電控單元輸出響應信息進行比對，并判斷待檢電控單元輸出響應是否在設定的允許偏差范圍內，如果判斷為是則在顯示器中顯示待檢電控單元正常，否則顯示待檢電控單元存在故障，并進行步驟5)；步驟幻測試人員手動改變某些輸入信息；步驟6)高速處理PC機監(jiān)控及人機交互模塊將工況輸入信息發(fā)送給仿真控制器， 仿真控制器通過高速數(shù)據(jù)接口向待檢電控單元發(fā)送經D/A轉換的傳感器模擬信號、控制開關信號以及發(fā)動機此時的相位信號，待檢電控單元輸出驅動控制信號，該驅動控制信號經仿真控制器后返回高速處理PC機；步驟7)高速處理PC機調用與待檢電控單元對應的發(fā)動機模型，向其輸入驅動控制信號，發(fā)動機模型仿真運行得出模擬轉速及其他控制參量，將這些信號通過仿真控制器高速數(shù)據(jù)接口再輸送給待檢電控單元，待檢電控單元輸出的驅動控制信號再反饋給發(fā)動機模型，重復步驟7)直到待檢電控單元各輸出信號穩(wěn)定；步驟8)測試人員改變某些輸入信息如節(jié)氣門開度、發(fā)動機負荷、水溫、油溫、空調開關、變速器檔位，實時觀測顯示屏幕對應輸出的改變，根據(jù)待檢電控單元的控制策略，診斷出待檢電控單元的故障性質。如圖2所示，一種汽車電控單元故障診斷儀，該裝置包括PC機及控制系統(tǒng)1、 USBCAN轉換器2、仿真控制器3、待檢電控單元4。PC機及控制系統(tǒng)1包括高速處理PC機 11、監(jiān)控及人機交互模塊12、發(fā)動機仿真模型存貯器13、標準數(shù)據(jù)庫存貯器14、故障診斷及顯示模塊15。高速處理PC機11通過總線與監(jiān)控及人機交互模塊12、發(fā)動機仿真模型存貯器13、標準數(shù)據(jù)庫存貯器14、故障診斷及顯示模塊15連接。PC機及控制系統(tǒng)1通過USB CAN轉換器2與仿真控制器3連接。仿真控制器3與待檢電控單元E⑶4連接。仿真控制器3包括至少兩路可編程開關量輸出電路、多路可編程D/A輸出電路、多路可編程I/O輸出電路、多路I/O輸入電路、多路A/D輸入電路，以及高速數(shù)據(jù)接口。故障診斷及顯示模塊15 包括隨機存儲器、內部數(shù)據(jù)存儲器、比較器。一種汽車電控單元故障診斷儀，用數(shù)字仿真發(fā)動機模型替代真實發(fā)動機及其運行環(huán)境，當其與真實汽車電控單元(簡稱目標ECU)聯(lián)機后，實時仿真模擬運行，通過檢測待檢 ECU的輸出并與標準ECU輸出比較，實現(xiàn)對待檢ECU的故障診斷。本實用新型裝置設有“模擬運行”、“建立數(shù)據(jù)庫” “診斷”三種工作模式在“模擬運行”時，PC機監(jiān)控及人機交互模塊首先將裝置界面上測試人員設定工況輸入(如，節(jié)氣門開度、發(fā)動機負荷、水溫、油溫、空調開關、變速器檔位等)發(fā)送給仿真控制器；仿真控制器通過高速數(shù)據(jù)接口向目標E⑶發(fā)送經D/A轉換的傳感器模擬信號、控制開關信號以及發(fā)動機此時的相位信號(凸輪軸位置傳感器信號和曲軸轉速傳感器信號)，同時不斷接收目標ECU輸出的噴油、點火等驅動控制信號，并發(fā)送回高速處理PC機；高速處理 PC機調用發(fā)動機模型，向其輸入驅動控制信號后發(fā)動機模型仿真模擬計算得出其模擬轉速及其他控制參量，將這些信號通過仿真控制器數(shù)據(jù)接口再送給目標ECU，ECU的輸出再反饋給高速處理PC機的發(fā)動機模型……，若干循環(huán)后，目標E⑶各輸出信號穩(wěn)定。通過實時顯示窗口，可清晰地看到目標ECU模擬運行中輸出的噴油、點火等主要波形。當在人機交互界面改變某輸入信號，實時觀測顯示屏對應輸出的改變，根據(jù)目標ECU的控制策略，可以準確推斷ECU的故障性質。當工作在“建立數(shù)據(jù)庫”狀態(tài)，高速處理PC機調用標準數(shù)據(jù)庫讀入功能，采集已知標準目標ECU的輸出，并將該工況的輸入與目標ECU的輸出進行系統(tǒng)標識，建立標準ECU輸入-輸出。考慮到同型號標準E⑶可能存在一定的輸出偏差，采樣3 5個完好E⑶相同輸入下的標準輸出，得到標準輸出的允許偏差。改變設定工況，即改變ECU的輸入，可得到與之相對應的ECU標準輸出，由此建立標準ECU輸入-輸出數(shù)據(jù)庫。當工作在“診斷”狀態(tài)，此時進行故障E⑶(簡稱待檢E⑶)的診斷，高速處理PC機調用故障診斷及顯示模塊和標準數(shù)據(jù)庫存貯器讀出功能。測試人員通過人機交互界面選擇標準數(shù)據(jù)庫中某設定工況，于是高速處理PC機將該工況下一系列標準輸入通過仿真控制器發(fā)送給待檢ECU，同時將對應的標準輸出送入故障診斷及顯示模塊中的隨機存儲器，高速處理PC機將接收到的待檢ECU輸出送入故障診斷及顯示模塊，進行待檢ECU輸出與標準 ECU輸出的比對，若差異都在規(guī)定的偏差范圍內，認為待檢ECU正常；反之，則認為待檢ECU 故障。診斷結果進入內部數(shù)據(jù)存貯器并顯示故障內容。如圖2所示，本實用新型裝置用高速處理PC機中的發(fā)動機模型實時仿真替代真實發(fā)動機及其運行環(huán)境，需要檢測的真實汽車電控單元(簡稱目標ECU)通過仿真系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)接口與高速處理PC機相連。其中的PC機及控制系統(tǒng)、仿真控制器、PC機及控制系統(tǒng)與仿真控制器間信息傳遞的通訊接口 USB CAN等的構成及作用如下1、PC機及控制系統(tǒng)高速處理PC機通過總線控制監(jiān)控及人機交互模塊、發(fā)動機仿真模型存貯器、標準數(shù)據(jù)庫存貯器、故障診斷及顯示模塊等的運行。 監(jiān)控及人機交互模塊提供友好的人機交互操作界面，實時顯示目標E⑶狀態(tài)輸出和診斷結果；根據(jù)本實用新型裝置工作狀態(tài)轉換命令，實現(xiàn)調用發(fā)動機仿真模型存貯器進行數(shù)值仿真、建立ECU標準輸入-輸出數(shù)據(jù)庫(調用數(shù)據(jù)庫讀入功能)、故障診斷過程控制(數(shù)據(jù)庫讀出以及輸出數(shù)據(jù)實時比對、存儲結果和相關顯示等)。 發(fā)動機仿真模型它是整個仿真系統(tǒng)中的虛擬發(fā)動機。采用均值發(fā)動機模型以準確動態(tài)地預測一些發(fā)動機必要變量，選用Matlab/Simulink軟件進行建模，經Real Time workshop轉化為可執(zhí)行C語言文件，可加快仿真計算。 標準數(shù)據(jù)庫存貯器支持實時讀入-讀出操作的大容量可讀寫數(shù)據(jù)存貯器。 故障診斷及顯示模塊由隨機存儲器和內部數(shù)據(jù)存儲器、比較器等組成。隨機存儲器主要用于臨時存放來自標準ECU數(shù)據(jù)庫中的一些標準輸出信號；內部數(shù)據(jù)存儲器則用來存放比較結果信息， 并在人機交互接口的窗口中顯示。2、仿真控制器仿真控制器作為目標E⑶和PC機及控制系統(tǒng)之間的連接接口，應能根據(jù)高速處理 PC機發(fā)送的設定工況要求，模擬產生一系列輸入信號發(fā)送給目標E⑶，驅動E⑶工作，同時， 仿真控制器不斷接收目標E⑶輸出信號送回高速處理PC機?？紤]目標E⑶輸入-輸出信號要求，與之相連接的仿真系統(tǒng)硬件接口應有 至少2路可編程開關量或頻率量輸出電路根據(jù)高速處理PC機送出的轉速信號，產生相應的凸輪軸位置傳感器和曲軸轉速傳感器信號并送入目標E⑶相應輸入端口。[0043]·多路可編程D/A輸出電路根據(jù)高速處理PC機送出的各傳感器信號(如節(jié)氣門位置、冷卻水溫、進氣溫度、 進氣歧管絕對壓力等)，產生相應的模擬電壓信號并送入目標ECU相應輸入端口。 多路可編程I/O輸出電路根據(jù)高速處理PC機送出的I/O數(shù)字信號(如鉬匙開關、怠速觸點開關、空擋開關、空調請求開關、制動開關等)，產生相應的高低電平開關控制信號，并送入目標ECU相應輸入端口。眷多路I/O輸入電路采集目標ECU輸出的驅動繼電器開關的高低電平信號經I/O接口轉換后，變?yōu)閿?shù)字信號送回高速處理PC機。 多路A/D輸入電路采集E⑶輸出的模擬量信號，經A/D轉換送回高速處理PC機。 采集E⑶輸出的驅動噴油器等電磁閥類的電流信號，經整形濾波化處理后，送回高速處理PC機。 高速數(shù)據(jù)接口支持目標ECU與仿真控制器間輸入輸出信號的高速傳輸。3、CAN 通訊接口-USB CAN 轉換器采用USB CAN軟件驅動程序，實時地向仿真控制器發(fā)送高速處理PC機指令，同時接收來自仿真控制器的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)PC機及控制系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)間的通訊。
權利要求1.一種汽車電控單元故障診斷儀，其特征在于，該故障診斷儀包括PC機及控制系統(tǒng)、 USB CAN轉換器、仿真控制器，所述的PC機及控制系統(tǒng)包括高速處理PC機、監(jiān)控及人機交互模塊、發(fā)動機仿真模型存貯器、標準數(shù)據(jù)庫存貯器、故障診斷及顯示模塊，所述的高速處理 PC機通過總線與監(jiān)控及人機交互模塊、發(fā)動機仿真模型存貯器、標準數(shù)據(jù)庫存貯器、故障診斷及顯示模塊連接；所述的PC機及控制系統(tǒng)通過USB CAN轉換器與仿真控制器連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種汽車電控單元故障診斷儀，其特征在于，所述的仿真控制器包括至少兩路可編程開關量或頻率量輸出電路、多路可編程D/A輸出電路、多路可編程I/O輸出電路、多路I/O輸入電路、多路A/D輸入電路、高速數(shù)據(jù)接口，所述的仿真控制器通過高速數(shù)據(jù)接口與待檢電控單元連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種汽車電控單元故障診斷儀，其特征在于，所述的故障診斷及顯示模塊包括隨機存儲器、內部數(shù)據(jù)存儲器、比較器。
專利摘要本實用新型涉及一種汽車電控單元故障診斷儀，該故障診斷儀包括PC機及控制系統(tǒng)、USB CAN轉換器、仿真控制器。所述的PC機及控制系統(tǒng)包括高速處理PC機、監(jiān)控及人機交互模塊、發(fā)動機仿真模型存貯器、標準數(shù)據(jù)庫存貯器、故障診斷及顯示模塊。與現(xiàn)有技術相比，使用本實用新型不僅可以大大簡化汽車電控系統(tǒng)故障的排查流程，縮小故障排查范圍，而且還提高了故障診斷率，并有效減少替代部件診斷所帶來的維修工作量和庫存部件資金占有量，從而大大降低維修成本。
文檔編號G05B23/02GK202067143SQ20102068887
公開日2011年12月7日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權日2010年12月24日
發(fā)明者宋安, 羅素云, 趙超, 鄭霞君, 龔元明 申請人:上海工程技術大學, 上海市汽車修理有限公司