HIL测试设备
技术领域
本实用新型涉及ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)测试领域，更具体地说，涉及HIL测试设备。
背景技术
HIL(Hardware-in-the-Loop，硬件在环)测试设备，是以实时处理器运行车辆仿真模型来模拟车辆的运行状态，通过I/O接口与被测ECU连接，为被测ECU提供输入信号，并采集被测ECU的输出信号和必要的输入信号，实现被测ECU对车辆仿真模型的闭环控制，进而对被测ECU进行全方面的测试。
目前的HIL测试设备包括实时仿真系统、IO板卡、信号调理板卡、故障注入板卡、电流采集板卡、电源模拟器及负载模块等板卡，这些板卡通过各自对应的独立转接板或连接板进行连接，且这些板卡需要独立的机柜插箱进行安装，占用空间较大，设备复杂度高，导致给设备的集成安装、布线和后期维护等带来很大困难。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出一种HIL测试设备，欲减小设备占用面积，降低设备复杂度，进而降低设备的集成安装、布线和后期维护的难度。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种HIL测试设备，包括：上位机、实时仿真系统、直流电源、程控电源、背板、执行器故障注入板、中间板、传感器故障注入板、电流采集板和负载板；
所述上位机与所述实时仿真系统连接，所述上位机经过所述背板和所述中间板与所述执行器故障注入板连接，所述上位机经过所述背板与所述传感器故障注入板连接；
所述程控电源经过所述背板为被测ECU供电；
所述直流电源为所述背板、所述执行器故障注入板、所述传感器故障注入板和所述电流采集板供电；
所述电流采集板的采集端连接在负载板与所述执行器故障注入板之间，所述电流采集板的输出端经过所述中间板、所述背板与所述实时仿真系统连接；
所述实时仿真系统经过所述背板以及所述传感器故障注入板与所述被测ECU连接；
所述执行器故障注入板连接在所述负载板与所述被测ECU之间；
所述执行器故障注入板经过所述中间板与所述负载板连接。
可选的，所述实时仿真系统包括总线仿真板卡、模拟综合仿真板卡、数字综合仿真板卡、电阻仿真板卡、电机仿真板卡和超声波仿真板卡；
所述背板具体包括：故障注入控制输入接口、程控电源控制接口、ECU电源输入接口、背板供电输入接口、总线信号输入接口、模拟信号输入接口、数字信号输入接口、电阻信号输入接口、电机仿真信号输入接口、超声波仿真信号输入接口、ECU供电控制电路、ECU供电输出接口、总线信号输出接口、中间板控制信号接口、传感器仿真信号输出接口和地线配置电路；
所述故障注入控制输入接口外接所述上位机，且内接所述中间板控制信号接口以及所述传感器仿真信号输出接口，所述中间板控制信号接口外接所述中间板，所述传感器仿真信号输出接口外接所述传感器故障注入板的控制端和输入端；
所述ECU电源输入接口外接所述程控电源，所述ECU电源输入接口内接所述ECU供电控制电路的输入端，所述ECU供电输出接口内接所述ECU供电控制电路的输出端，所述背板供电输入接口内接所述ECU供电控制电路的供电端，所述数字信号输入接口内接所述ECU供电控制电路的控制端，所述数字信号输入接口外接所述数字综合仿真板卡，所述背板供电输入接口外接所述直流电源，所述ECU供电输出接口外接被测ECU；
所述中间板控制信号接口还内接所述模拟信号输入接口，所述模拟信号输入接口外接所述模拟综合仿真板卡；
所述总线信号输入接口外接所述总线仿真板卡，且内接所述总线信号输出接口和所述传感器仿真信号输出接口，所述总线信号输出接口外接被测ECU；
所述模拟信号输入接口还内接所述程控电源控制接口、所述传感器仿真信号输出接口，所述程控电源控制接口外接所述程控电源；
所述数字信号接口还内接所述中间板控制信号接口和所述传感器仿真信号输出接口；
所述传感器仿真信号输出接口还内接所述电阻信号输入接口、所述电机仿真信号输入接口和所述超声波仿真信号输入接口，所述电阻信号输入接口外接所述电阻仿真板卡，所述电机仿真信号输入接口外接所述电机仿真板卡，所述超声波仿真信号输入接口外接所述超声波仿真板卡。
可选的，所述地线配置电路包括：
分别连接在所述模拟信号输入接口的模拟输入信号参考端、所述模拟信号输入接口的模拟输出信号参考端、所述电机仿真信号输入接口的信号参考端以及所述电阻仿真信号输入接口的信号参考端，与所述传感器仿真输出接口的信号地端之间的单刀双掷拨码开关；
分别连接在所述传感器仿真输出接口的信号地端、所述电流采集板的地端以及所述中间板的地端，与所述ECU电源输入接口的系统地端之间的并联在一起的电阻和电容。
可选的，所述ECU供电控制电路包括：多个供电控制支路；
每个所述供电控制支路包括继电器和可恢复保险丝，所述继电器的线圈一端作为所述ECU供电控制电路的供电端，所述线圈的另一端作为所述ECU供电控制电路的控制端，所述继电器的常开触点的一端作为所述ECU供电控制电路的输入端，所述常开触点的另一端与所述可恢复保险丝的一端连接，所述可恢复保险丝的另一端作为所述ECU供电控制电路的输出端。
可选的，所述背板还包括：第一电压转换电路和第二电压转换电路；
所述第一电压转换电路内接所述背板供电输入接口和所述中间板控制信号接口，为所述电流采集板供电；
所述第二电压转换电路内接所述背板供电输入接口和所述传感器仿真信号输出接口，为所述传感器故障注入板供电。
可选的，所述电流采集板通过接插件与所述中间板连接；
所述背板通过接插件与所述被测ECU连接；
所述传感器故障注入板通过接插件与所述被测ECU连接。
可选的，所述电流采集板的采集端与输出端之间连接有低通滤波器。
可选的，所述执行器故障注入板和所述传感器故障注入板均包括多个故障注入通道。
可选的，所述背板、所述中间板、所述执行器故障注入板、所述传感器故障注入板、所述负载板和所述电流采集板，均安装在系统板卡箱。
可选的，所述HIL测试设备的设备机箱包括通风结构。
与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：
上述技术方案提供的一种HIL测试设备，包括上位机、实时仿真系统、直流电源、程控电源、背板、执行器故障注入板、中间板、传感器故障注入板、电流采集板和负载板。实时仿真系统通过背板与中间板、程控电源、被测ECU等连接，实现对仿真资源的分配；上位机通过背板对执行器故障注入板和传感器故障注入板控制。执行器故障注入板、电流采集板和负载板通过中间板连接。本实用新型提供的HIL测试设备通过背板和中间板的设计，省去了多个模块之间的线束连接，简化了模块之间的连接安装，且降低了后期维护的难度；且各个模块集成在背板和中间板上，实现了设备的紧凑型设计，减小了设备占用面积。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种HIL测试设备的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种中间板的示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种背板的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的一种地线配置电路的结构示意图；
图5为本实用新型实施例提供的一种供电控制支路的结构示意图；
图6为本实用新型实施例提供的执行器故障注入板的一个故障注入通道的结构示意图；
图7为本实用新型实施例提供的传感器故障注入板的一个故障注入通道的结构示意图；
图8为本实用新型实施例提供的电流采集板卡的一个电流采集通道的结构示意图；
图9为本实用新型实施例提供的一种负载板的结构示意图；
图10为图9所示负载板配置为内部单端负载时的示意图；
图11为图9所示负载板配置为内部双端负载时的示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供的HIL测试设备用于对车辆的ECU进行测试。具体可以对新能源相关控制器及智能驾驶相关控制器的功能测试。新能源相关控制器包括MCU(Motor ControlUnit，电机控制器)和VCU(Vehicle control unit，整车控制器)等。智能驾驶相关控制器包括ADV(智能驾驶控制器)和APA(全景泊车控制器)等。HIL测试设备基于仿真技术为被测ECU搭建虚拟模型，模拟实车测试中遇到的典型工况，并模拟传感器信号发送给被测ECU，同时采集被测ECU发出的控制命令，对被测ECU的功能进行全面测试。
图1为本实用新型的实施例提供的一种HIL测试设备。该HIL测试设备包括上位机、实时仿真系统、直流电源、程控电源、背板、执行器故障注入板、中间板、传感器故障注入板、电流采集板和负载板。
上位机通过以太网与实时仿真系统连接，由上位机控制仿真测试工作的运行。上位机经过背板和中间板与执行器故障注入板连接，上位机经过背板与传感器故障注入板连接，实现电气故障注入的控制。
程控电源经过背板为被测ECU供电。程控电源用于模拟车载蓄电池的供电波动。
直流电源为背板、执行器故障注入板、传感器故障注入板和电流采集板供电。当背板、执行器故障注入板、传感器故障注入板供电和电流采集板所需供电电压不同时，可以利用不同直流电源进行供电；或者在背板设置电压转换模块，对直流电源提供的电压进行升压或降压，以提供所需电压。中间板还可以实现电源切换功能，给负载板提供参考电源。中间板还用于为执行器故障注入板和电流采集板传递信号。
电流采集板的采集端连接在负载板与执行器故障注入板之间，电流采集板的输出端经过中间板、背板与实时仿真系统连接。电流采集板将采集的负载电流通过背板反馈到实时仿真系统。
实时仿真系统经过背板以及传感器故障注入板与被测ECU连接。传感器故障注入板用于实现传感器的信号开路、对电源短路、对地短路以及线间短路等故障模拟。
执行器故障注入板连接在负载板与被测ECU之间；执行器故障注入板用于实现执行器的信号开路、对电源短路、对地短路以及线间短路等故障模拟。
执行器故障注入板经过中间板与负载板连接。负载板可以方便设备内部连接虚拟负载，也可以选择外置负载箱连接真实负载，并且可以检测负载的工作状态。图2为中间板的示意图，中间板为一个电路板，主要实现线束的连接功能。负载板与执行器故障注入板通过中间板一一对应相连。在一个具体实施例中，中间板采用单排10针接插件，实现与执行器故障注入板以及电流采集板的连接；中间板与背板的连接也通过接插件连接；背板通过接插件与被测ECU连接；以及传感器故障注入板通过接插件与被测ECU连接。
实时仿真系统具体包括总线仿真板卡、模拟综合仿真板卡、数字综合仿真板卡、电阻仿真板卡、电机仿真板卡和超声波仿真板卡。实时仿真系统包括的各个板卡直接插件在背板相应的输入接口。图3为本实用新型提供的一种背板。该背板包括故障注入控制输入接口、程控电源控制接口、ECU电源输入接口、背板供电输入接口、总线信号输入接口、模拟信号输入接口、数字信号输入接口、电阻信号输入接口、电机仿真信号输入接口、超声波仿真信号输入接口、ECU供电控制电路、ECU供电输出接口、总线信号输出接口、中间板控制信号接口、传感器仿真信号输出接口和地线配置电路。
故障注入控制输入接口外接上位机，且内接中间板控制信号接口以及传感器仿真信号输出接口，中间板控制信号接口外接中间板，传感器仿真信号输出接口外接传感器故障注入板的控制端和输入端。故障注入控制输入接口具体为EFI(Extensible FirmwareInterface，可扩展固件接口)。上位机通过RS232串口与EFI连接。上位机具体通过指令发送到传感器故障注入板的微控制器，传感器故障注入板的微控制器根据上位机的指令控制继电器动作，实现相应故障类型注入。上位机还将指令发送到执行器故障注入板的微控制器，执行器故障注入板的微控制器根据上位机的指令控制继电器动作，实现相应故障类型注入。
ECU电源输入接口外接程控电源，ECU电源输入接口内接ECU供电控制电路的输入端，ECU供电输出接口内接ECU供电控制电路的输出端，背板供电输入接口内接ECU供电控制电路的供电端，数字信号输入接口内接ECU供电控制电路的控制端，数字信号输入接口外接数字综合仿真板卡，背板供电输入接口外接直流电源。
中间板控制信号接口还内接模拟信号输入接口，模拟信号输入接口外接模拟综合仿真板卡。总线信号输入接口外接总线仿真板卡，且内接总线信号输出接口和传感器仿真信号输出接。模拟信号输入接口还内接程控电源控制接口、传感器仿真信号输出接口，程控电源控制接口外接程控电源。数字信号接口还内接中间板控制信号接口和传感器仿真信号输出接口。传感器仿真信号输出接口还内接电阻信号输入接口、电机仿真信号输入接口和超声波仿真信号输入接口，电阻信号输入接口外接电阻仿真板卡，电机仿真信号输入接口外接电机仿真板卡，超声波仿真信号输入接口外接超声波仿真板卡。总线信号输出接口和ECU供电输出接口均外接被测ECU。
图4为本实用新型实施例提供的一种地线配置电路。该地线配置电路采用拨码开关对地线进行配置。具体的，分别在模拟信号输入接口的模拟输入信号参考端ADC-、模拟信号输入接口的模拟输出信号参考端DAC-、电机仿真信号输入接口的信号参考端Motor_REF-以及电阻仿真信号输入接口的信号参考端RES-，与传感器仿真输出接口的信号地端SGND之间连接单刀双掷拨码开关K1、K2、K3、K4。在HIL测试设备使用过程中，可以通过拨动单刀双掷拨码开关K1、K2、K3和K4，将信号参考端ADC-、DAC-、Motor_REF-和RES-，统一连接到SGND。分别在传感器仿真输出接口的信号地端SGND、电流采集板的地端CMB_GND以及中间板的地端Mid_GND，与ECU电源输入接口的系统地端GND之间的并联在一起的电阻R和电容C。
ECU供电控制电路具体可以包括多个供电控制支路，数字信号输入接口分配多路数字输出信号，以实现多路独立供电控制；进而实现KL30、KL15及KL87等ECU电源的供电，以模拟实车环境中ECU上电的过程；例如一个供电控制支路为被测ECU的KL30管脚进行供电，另一个供电控制支路为被测ECU的KL15管脚供电，从而实现仿真测试工程中的ECU有序上电。每个供电控制支路还配置可恢复保险丝，以实现过流保护功能。图5为一种供电控制支路的示意图。供电控制支路包括继电器和可恢复保险丝FU。继电器的线圈KA1的一端作为ECU供电控制电路的供电端；线圈KA1的另一端作为ECU供电控制电路的控制端；继电器的常开触点KA2的一端作为ECU供电控制电路的输入端；常开触点KA2的另一端与可恢复保险丝FU的一端连接；可恢复保险丝FU的另一端作为ECU供电控制电路的输出端。
在一个具体实施例中，背板还包括第一电压转换电路和第二电压转换电路；第一电压转换电路内接背板供电输入接口和中间板控制信号接口，为电流采集板供电；第二电压转换电路内接背板供电输入接口和传感器仿真信号输出接口，为传感器故障注入板供电。
执行器故障注入板和传感器故障注入板均可以包括多个故障注入通道。每个故障注入通道均可以实现故障模拟。图6为执行器故障注入板的一个故障注入通道的示意图。通过4个单刀双掷继电器S1、S2、S3、S4的控制，可以实现信号开路、对电源短路、对地短路以及线间短路。具体的，S1、S2、S3和S4均断开，实现信号开路的故障模拟；S1和S2接通，S3接到电源KL30，实现对电源短路的故障模拟；S1和S2接通，S3接到非电源端，S4接到地KL31，实现对地短路的故障模拟；S1和S2接通，S3接到非电源端，S4接到电气管脚COM，实现线间短路的故障模拟。
执行器故障注入板的故障注入通道还包括连接在被测ECU与单刀双掷继电器S1之间的可恢复保险丝，以及连接在负载板与单刀双掷继电器S1之间的自恢复保险丝；这两个可恢复保险丝允许最大电流均是8A，且允许的最高电压均是60V，实现了故障注入通道的过流、过压保护功能。可恢复保险丝在过载时会断开，并在停用一段时间后恢复到正常状态。间接板可插入多个执行器故障注入板卡，可以根据地址选择开关设定执行器故障注入板卡的地址，执行器故障注入板卡的地址范围可设定为00～FF。
图7为传感器故障注入板的一个故障注入通道的示意图。通过4个单刀双掷继电器Relay1、Relay2、Relay3、Relay4的控制，可以实现信号开路、对电源短路、对地短路以及线间短路。传感器故障注入板的故障注入通道还包括连接在单刀双掷继电器Relay1与单刀双掷继电器Relay2之间的可恢复保险丝，该可恢复保险丝允许最大电流均是140mA，且允许的最高电压均是60V。背板可插入多个传感器故障注入板卡，可以根据地址选择开关设定传感器器故障注入板卡的地址，执行器故障板卡与传感器故障板卡统一编址，执行器故障板卡与传感器故障板卡的地址范围可设定为00～FF。
电流采集板可以包括多个电流采集通道。图8为电流采集板卡的一个电流采集通道的示意图。在采集端与输出端之间连接低通滤波器，用来滤除高频噪音。该低通滤波器具体为可配置截止频率50HZ、500HZ、1kHZ、30kHZ的低通滤波器。在一个具体实施例中，电流采集通道的量程为8A，电流采集通道的采集的电流范围-8A～+8A对应输出的电压范围为-9.6V～+9.6V。
图9为一种负载板的示意图，可以根据负载的驱动情况灵活的通过跳线配置为单端负载或双端负载。LOAD1和LOAD2均可外接真实负载。图10为负载板配置成内部单端负载时跳线配置示意图，I1和R1用导线连接，L3和L2用导线连接，可通过在负载参考跳线V1、V2、V3、V4、GND上配置实现高端、地端驱动类型的选择。V1、V2、V3、V4表示四种外接的参考电源，GND表示接地。图11为负载板配置为内部双端负载时，跳线配置及信号流向示意图，负载的参考端配置无效。在对外输出和配置接插件上，将第一通道的I1和第二通道的LOAD2用导线连接起来。即可实现双端负载的配置。
在一个具体实施例中背板、中间板、执行器故障注入板、传感器故障注入板、负载板和电流采集板，均安装在系统板卡箱。HIL测试设备的设备机箱包括通风结构。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对实用新型所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
