CAN总线故障检测装置
阅读：555发布：2020-05-12
专利汇可以提供CAN总线故障检测装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 申请 涉及 汽车 电子 电器设备领域，提供一种CAN总线故障检测装置，用于检测ECU，包括有测试主机、可编程电源模 块 、CAN 信号 收发模块和继电器模块。测试主机控制可编程电源模块根据ECU的工作需求输出不同幅值的 电压 ，并通过控制继电器模块各继电器的吸合和断开来实现故障注入功能和模拟点火、熄火动作。本申请通过测试主机的统一管理，克服了手动测试的各种缺点，同时能够将CAN总线的物理容错能 力 、点火及熄火时ECU各通信行为、高 低电压 下的通信能力进行一体化检测。，下面是CAN总线故障检测装置专利的具体信息内容。
1.一种CAN总线故障检测装置，其特征在于，所述CAN总线故障检测装置用于检测ECU，包括测试主机、可编程电源模块、CAN信号收发模块和继电器模块；
所述测试主机通过通信端口连接所述可编程电源模块，并通过CAN端口连接所述CAN信号收发模块；
所述CAN信号收发模块通过CAN总线连接被测ECU；
所述继电器模块，包括第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器，所述第一继电器中的第一开关的第一端、第二继电器中的第二开关的第一端、第三继电器中的第三开关的第一端和第四继电器中的第四开关的第一端均与所述可编程电源模块的电压输出端相连，所述第一继电器中的第一开关的第二端通过K15线与所述被测ECU相连，所述第二继电器中的第二开关的第二端通过K30线与所述被测ECU相连，所述第三继电器中的第三开关的第二端通过所述CAN总线中的CAN_H线与所述被测ECU相连，所述第四继电器中的第四开关的第二端通过所述CAN总线中的CAN_L线与被测ECU相连，且所述第一继电器中的第一线圈、第二继电器中的第二线圈、第三继电器中的第三线圈、第四继电器中的第四线圈的第一端分别与所述测试主机的四个控制信号输出端口一一对应相连，所述第一继电器中的第一线圈、第二继电器中的第二线圈、第三继电器中的第三线圈、第四继电器中的第四线圈的第二端均接收参考电压。
2.如权利要求1所述的CAN总线故障检测装置，其特征在于，所述继电器模块还包括第五继电器、第六继电器和第七继电器，所述第五继电器中的第五开关和第六继电器中的第六开关的第一端均接地，所述第五继电器中的第五开关的第二端通过所述CAN_H线与所述被测ECU相连，所述第六继电器中的第六开关的第二端通过所述CAN_L线与所述被测ECU相连，所述第七继电器中的第七开关的第一端与所述CAN_H线相连，所述第七继电器中的第七开关的第二端与所述CAN_L线相连，且所述第五继电器中的第五线圈、第六继电器中的第六线圈和第七继电器中的第七线圈的第一端分别与所述测试主机的三个控制信号输出端口一一对应相连，所述第五继电器中的第五线圈、第六继电器中的第六线圈和第七继电器中的第七线圈的第二端均接收所述参考电压。
3.如权利要求2所述的CAN总线故障检测装置，其特征在于，所述测试主机包括单片机和七个外围电路，每个外围电路均包括晶体管；
所述晶体管的控制电极通过第一电阻与所述单片机的一个IO输出端口相连，且通过第二电阻接地，所述晶体管的第一通路电极作为所述测试主机的一个电压输出端口，且通过分压电阻接收所述参考电压，所述晶体管的第二通路电极接地。
4.如权利要求1所述的CAN总线故障检测装置，其特征在于，所述CAN信号收发模块包括CAN收发器和第八继电器，所述第八继电器的第八开关的第一端通过第一终端电阻与所述CAN_H线相连，所述第八继电器的第八开关的第二端通过第二终端电阻与所述CAN_L线相连，且所述第八继电器的第八线圈的第一端与所述测试主机的一个电压输出端口相连，所述第八继电器的第八线圈的第二端接收所述参考电压。
5.如权利要求3所述的CAN总线故障检测装置，其特征在于，所述CAN信号收发模块还包括连接于所述CAN_H线与所述CAN_L线之间的第三终端电阻。
6.如权利要求1所述的CAN总线故障检测装置，其特征在于，所述测试主机采用单片机MC9812XEMAL。
7.如权利要求1所述的CAN总线故障检测装置，其特征在于，所述可编程电源模块采用MAX232芯片。
8.如权利要求4所述的CAN总线故障检测装置，其特征在于，所述CAN收发器采用TJA1040芯片。
CAN总线故障检测装置
技术领域
背景技术
[0002] 目前汽车上电子器件越来越多，而CAN总线作为一种成熟的通信方式，在汽车上被广泛采用，随着现在车辆研发周期越来越短，导致试制装车的时间也被大大压缩，所以就需要一种简易快速验证CAN总线通信的测试装置，来检测各ECU，以保障各电器件装到车内可以正常通信。
[0003] 但现有的CAN总线检测装置存在着缺点，其一实际的车辆供电电压是波动的，它们都不能模拟实际车辆电压来检测CAN通信是否正常，如冬天电压掉到8V以下再恢复到12V，CAN总线是否能正常通信。其二现在汽车厂家为了实现在点火及熄火时的特殊功能，都会要求 ECU做网络管理，故也需要检测在点火及熄火时的CAN总线通信行为，而现有的CAN总线检测装置也未涉及。
[0006] 为解决上述技术问题，本申请提供一种CAN总线故障检测装置，该装置用于检测ECU，包括测试主机、可编程电源模块、CAN信号收发模块和继电器模块；测试主机通过通信端口连接可编程电源模块，并通过CAN端口连接CAN信号收发模块；CAN信号收发模块通过CAN 总线连接被测ECU；继电器模块，包括第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器，第一继电器中的第一开关的第一端、第二继电器中的第二开关的第一端、第三继电器中的第三开关的第一端和第四继电器中的第四开关的第一端均与可编程电源模块的电压输出端相连，第一继电器中的第一开关的第二端通过K15线与被测ECU相连，第二继电器中的第二开关的第二端通过K30线与被测 ECU相连，第三继电器中的第三开关的第二端通过CAN总线中的CAN_H 线与被测ECU相连，第四继电器中的第四开关的第二端通过CAN总线中的CAN_L线与被测ECU相连，且第一继电器中的第一线圈、第二继电器中的第二线圈、第三继电器中的第三线圈、第四继电器中的第四线圈的第一端分别与测试主机的四个控制信号输出端口一一对应相连，第一继电器中的第一线圈、第二继电器中的第二线圈、第三继电器中的第三线圈、第四继电器中的第四线圈的第二端均接收参考电压。
[0007] 在一实施方式中，继电器模块还包括第五继电器、第六继电器和第七继电器，第五继电器中的第五开关和第六继电器中的第六开关的第一端均接地，第五继电器中的第五开关的第二端通过CAN_H线与被测ECU相连，第六继电器中的第六开关的第二端通过CAN_L线与被测 ECU相连，第七继电器的第七开关的第一端与CAN_H线相连，第七继电器的第七开关的第二端与CAN_L线相连，且第五继电器中的第五线圈、第六继电器中的第六线圈和第七继电器中的第七线圈的第一端分别与测试主机的三个控制信号输出端口一一对应相连，第五继电器中的第五线圈、第六继电器中的第六线圈和第七继电器中的第七线圈的第二端均接收参考电压。
[0008] 在一实施方式中，测试主机包括单片机和七个外围电路，每个外围电路包括晶体管；晶体管的控制电极通过第一电阻与单片机的一个 IO输出端口相连，且通过第二电阻接地，晶体管的第一通路电极作为测试主机的一个电压输出端口，且通过分压电阻接收参考电压，晶体管的第二通路电极接地。
[0009] 在一实施方式中，CAN信号收发模块包括CAN收发器和第八继电器，第八继电器的第八开关的第一端通过第一终端电阻与CAN_H线相连，第八继电器的第八开关的第二端通过第二终端电阻与CAN_L线相连，且第八继电器的第八线圈的第一端与测试主机的一个电压输出端口相连，第八继电器的第八线圈的第二端接收参考电压。
[0010] 在一实施方式中，CAN信号收发模块还包括连接于CAN_H线与 CAN_L线之间的第三终端电阻。
[0011] 在一实施方式中，测试主机采用单片机MC9812XEMAL。
[0012] 在一实施方式中，可编程电源模块采用MAX232芯片。
[0013] 在一实施方式中，CAN收发器采用TJA1040芯片。
[0014] 本申请的CAN总线测试装置包括测试主机、可编程电源模块、CAN 信号收发模块和继电器模块，并通过测试主机的统一管理，克服了手动测试的各种缺点，同时能够将CAN总线的物理容错能力、点火及熄火时ECU各通信行为、高低电压下的通信能力进行一体化检测。
[0015] 上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
[0016] 图1为一实施方式中的CAN总线测试装置的结构示意图。
[0017] 图2为一实施方式中的继电器模块中继电器的结构示意图。
[0018] 图3为一实施方式中的测试主机的结构示意图。
[0019] 图4为一实施方式中的CAN信号收发模块的结构示意图。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
[0021] 图1是本申请一实施方式中的CAN总线测试装置的结构示意图。请参阅图1，本申请的CAN总线检测装置用于检测ECU，包括测试主机11、可编程电源模块12、CAN信号收发模块13和继电器模块 14。
[0022] 如图1所示，测试主机11通过通信端口TXD、RXD连接可编程电源模块12，并通过CAN端口RXCAN、TXCAN连接CAN信号收发模块13。CAN信号收发模块13通过CAN总线连接被测ECU15。
[0023] 具体地，可编程模块12可以但不限于采用MAX232芯片。测试主机11与可编程电源模块12间进行通信，从而将测试主机11输出串口信号，通过MAX232芯片转换为可编程电压模块12能够识别的串口电平信号，从而实现了通过测试主机11与可编程电源模块12的通信，来调节电压供应给被测ECU。
[0024] 具体地，在一实施方式中，测试主机11的通信端口TXD、RXD 输出信号控制可编程电源模块12的电压输出端Vout输出不同的电压值的电压例如上电电压、点火电压等等，并通过控制信号输出端口P1～P2控制继电器模块14中的开关的导通与否,从而控制是否将可编程电源模块12的电压输出端Vout输出的电压输出至被测ECU15，及通过控制信号输出端口P3～P4分别控制是否将可编程电源模块12的电压输出端Vout与CAN总线中的CAN_L线和CAN_H线短路。此外，测试主机11还通过CAN端口RXCAN、RXCAN与CAN信号收发模块13之间进行CAN测试信号的传输。
[0025] 其中，CAN信号收发模块13用于CAN测试信号进行电平转换，以使得测试主机11与被测ECU15之间能进行正常的CAN测试信号的通信。
[0026] 继电器模块14包括第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器 K3和第四继电器K4。第一继电器K1的开关的第一端、第二继电器 K2的开关的第一端、第三继电器K3中的开关的第一端和第四继电器 K4的开关的第一端均与可编程电源模块12的电压输出端Vout相连，第一继电器K1的开关的第二端通过K15线与被测ECU15相连，第二继电器K2的开关的第二端通过K30线与被测ECU15相连，第三继电器K3的开关的第二端通过CAN总线中的CAN_H线与被测ECU15相连，第四继电器K4的开关第二端通过CAN总线中的CAN_L线与被测ECU15 相连，且继电器K1的线圈、K2的线圈、K3的线圈、K4的线圈的第一端分别与测试主机11的第一控制信号输出端口P1、第二控制信号输出端口P2、第三控制信号输出端口P3、第四控制信号输出端口P4 一一对应相连，且继电器K1的线圈、K2的线圈、K3的线圈、K4的线圈的第二端均接收参考电压VDD。
[0027] 具体地，当需要模拟点火或熄火动作时，测试主机11输出信号给可编程电源模块12，以控制可编程电源模块12输出对应电压值例如13.5V的电压，并控制第二继电器K2闭合，从而使被测ECU15上电，然后控制第一继电器K1闭合，从而使被测ECU15通过K15线接收点火电压后，模拟点火动作，然后通过断开第一继电器K1，模拟熄火动作，从而实现模拟点火和熄火动作时，被测ECU的通信行为是否符合要求。
[0028] 执行总线故障注入操作时，需要测试主机先输出信号给可编程电源模块，控制第一继电器K1、第二继电器K2闭合，被测ECU15进入正常通信状态，然后测试主机输出信号控制第三继电器K3、第四继电器K4闭合或断开。闭合第三继电器K4可实现CAN_H线与电压输出端Vout短路，闭合第四继电器可实现CAN_L线与电压输出端Vout短路。
[0029] 具体地，第一继电器K1用来控制K15线(对应于ECU点火电压) 与可编程电源模块12的电压输出端Vout的短路与开路，第二继电器 K2用来控制K3O线(ECU常电电压)与可编程电源模块12的电压输出端Vout的短路与开路。
[0030] 具体地，当测试主机11的控制信号输出端P2端口输出低电平时，控制第二继电器K2的开关吸合，可编程电源模块的电压输出端Vout 与K30线短路，使被测ECU15就上电。当测试主机11的第一控制信号输出端P1端口为低电平时，控制第一继电器K1的开关吸合，可编程电源模块12的电压输出端Vout与K15线短路，此时被测ECU15就进入正常通信状态。
[0031] 同样原理，测试主机11的第三控制信号输出端P3、第四控制信号输出端P4用来控制第三继电器K3、第四继电器K4的开关的吸合，从而实现CAN_H线与可编程电源模块12的电压输出端Vout、CAN_L 线与可编程电源模块12的电压输出端Vout的短路与开路，以验证短路再恢复后，被测ECU15能否正常通信。
[0032] 图2为一实施方式中的继电器模块中继电器的结构示意图，如图 2所示，继电组模块14还可以包括第五继电器K5、第六继电器K6和第七继电器K7，第五继电器K5的开关和第六继电器K6的开关的第一端均接地，第五继电器K5的开关的第二端通过CAN_H线与被测 ECU15相连，第六继电器K6的开关的第二端通过CAN_L线与被测 ECU15相连，第七继电器K7的开关的第一端与CAN_H线相连，第七继电器K7的开关的第二端与CAN_L线相连，且继电器K5的线圈、K6 的线圈和K7的线圈的第一端分别与测试主机11的第五控制信号输出端口P5、第六控制信号输出端口P6和第七控制信号输出端口P7一一对应相连，继电器K5的第五线圈、K6的第六线圈和K7的线圈的第二端均接收参考电压VDD。
[0033] 具体地，执行总线故障输入操作时，闭合第五继电器可实现CAN_H 线对地短路，闭合第六继电器可实现CAN_L线对地短路，闭合第七继电器可实现CAN_H线对CAN_L线短路。
[0034] 具体地，当测试主机11的第五控制信号输出端P5、第六控制信号输出端P6和第七控制信号输出端P7用来控制第五继电器K5、第六继电器K6和第七继电器K7继电器的开关的吸合，从而实现CAN_H 线与接地端GND、CAN_L线与接地端GND、CAN_H线与CAN_L线的短路与开路。
[0035] 具体地，在本实施方式中，每个继电器的线圈的第一端与测试主机11的电压输出端之间均包括一个阻值为500欧姆的电阻。
[0036] 图3为一实施方式中的测试主机11的结构示意图，如图3所示，测试主机11包括单片机MC9812XEMAL111及外围电路112，每个外围电路包括一个晶体管。
[0037] 具体地，在一实施方式中，晶体管可以但不限于采用NPN型三极管，如图3所示，以单片机111的一个IO输出端PP1与对应的NPN 型三极管T1的结构为例，NPN三级管T1的基极通过第一电阻R31与单片机的IO输出端口PP1相连，通过第二电阻R32接地，NPN三级管T1的集电极作为测试主机11的电压输出端口P1，并且通过第三电阻R33接收参考电压VDD。单片机的IO输出端口PP2、PP3、PP4、 PP5、PP6、PP7与其他外围电路中的三极管连接方式与PP1与外围电路中的三级管的连接方式相同，故此不在赘述。
[0038] 具体地，单片机通过外围电路控制继电器的原理如下：以继电器 K1为例，请参阅图1与图3，单片机通过IO输出端口PP1输出高电平导致外围电路中NPN型三极管T1发射极与集电极导通，NPN三级管T1的集电极即第一控制信号输出端口P1为低电平(第一控制信号输出端口P1与地导通)，此时图1中继电器K1就导通。反之，单片机通过IO输出端口PP1输出低电平，导致外围电路中NPN三极管T1 的发射极与集电极不导通，第一控制信号输出端口P1为高电平，此时图1中继电器K1就断开。同样原理，单片机通过IO输出端口PP2、 PP3、PP4、PP5、PP6、PP7输出高低电平来控制继电器K2、K3、K4、 K5、K6、K7的吸合与断开。
[0039] 图4为一实施方式中的CAN信号收发模块13的结构示意图。如图4 所示，CAN信号收发模块13包括CAN收发器u1和继电器K8，测试主机11 的RXCAN端口和TXCAN端口分别与CAN收发器u1的TXD端和RXD端相连，CAN收发器u1CANH端口和CANL端口通过CAN_H线和CAN_L线与被测ECU15相连，继电器K8开关的第一端通过终端电阻R1与CAN_H 线相连，继电器K8的开关的第二端通过终端电阻R2与CAN_L线相连，且继电器K8的线圈的第一端与所述测试主机的一个电压输出端口P8 相连，继电器K8的线圈的第二端接收参考电压VDD。
[0040] 具体地，本实施方式中，CAN信号收发模块13还包括连接于CAN_H 与CAN_L之间的终端电阻R3。
[0041] 具体地，在本实施方式中，CAN收发器u1采用NXP的TJA1040 芯片，用于将单片机的电平转换为CAN总线电平，使得单片机与被测 ECU正常通信。
[0042] 具体地，在本实施方式中，第一终端电阻R1与第二终端电阻R2 的阻值为60欧姆，第三终端电阻R3的阻值为120欧姆。若被测ECU15 带终端电阻(通常为120欧姆，ISO 11898-2的Table 9推荐值)，测试主机11的第八控制信号输出端P8控制继电器K8断开。若被测 ECU15不带终端电阻，测试主机11的第八控制信号输出端P8控制继电器K8闭合，以实现本发明装置的CAN_H线与CAN_L线间的电阻与被测ECU15的CAN_H线与CAN_L线连接起来为60欧姆。
[0043] 值得说明的是，测试主机11的第八控制信号输出端控制继电器 K8的吸合与断开的原理与控制继电器K1至K7吸合和断开的原理相同，故此不再赘述。
[0044] 本申请的CAN总线检测装置中的测试主机存储有计算机程序，该计算机程序用于执行各个测试用例。结合图1至图4，以一个不带终端电阻的ECU在高压下进行CAN_H与地短路再恢复通信测试为例子进行举例，包括：首先通过测试主机11的TXD发送串口信号给可编程电源模块，使可编程电源模块输出端Vout的输出电压为13.5V；通过第八控制信号输出端P8为高电平，来断开K8继电器，使得CAN_H 与CAN_L的电阻为120欧姆，与被测ECU15的CAN_H与CAN_L连接起来刚好为60欧姆；通过测试主机11控制信号输出端P2为低电平，来吸合K2继电器，可编程电源模块12的电压输出端Vout与K30线短路，使得被测ECU15就上电；通过测试主机11的第一控制信号输出端P1输出高电平，来吸合K1继电器，可编程电源模块的电压输出端Vout与K15线短路，使得被测ECU15就进入正常通信状态。
[0045] 然后测试主机11的CAN通信来检测被测ECU15是否有CAN信号发送，若没有CAN信号发送则记录ECU通信有问题。若有CAN信号发送则通过测试主机11的TXD发送串口信号给可编程电源模块12，使可编程电源模块12输出端Vout的输出电压为18V，通过测试主机11的CAN通信来检测被测ECU15是否有CAN信号发送，若没有CAN信号发送则记录ECU 通信有问题。若有CAN信号发送，则通过测试主机11的第五控制信号输出端P5输出低电平，来吸合K5继电器，CAN_H与地短路。等待一段时间，具体时间按具体项目确定。然后通过测试主机11的第五控制信号输出端P5输出高电平，来断开K5继电器，使得CAN_H线与地开路。通过测试主机11的CAN通信来检测被测ECU15是否有CAN信号发送，若没有CAN信号发送则记录ECU通信有问题。
[0046] 通过以上步骤就可以检测ECU在高压下进行CAN_H与地短路再开路，通信行为是否符合要求。
[0047] 由于汽车厂家为了实现在点火及熄火时的特殊功能，都会要求ECU做网络管理，因此本申请的CAN总线检测装置还能检测在点火及熄火时的CAN总线通信行为。
[0048] 下面以一个不带终端电阻的ECU在点火或熄火下进行通信是否符合要求来举例说明。
[0049] 首先通过测试主机11的TXD发送串口信号给可编程电源模块12，使可编程电源模块12输出端Vout的输出电压为13.5V；通过测试主机 11的第八控制信号输出端P8来控制吸合K8继电器，使得与被测ECU15 的CAN_H线与CAN_L线连接起来也为60欧姆。通过测试主机11的第二控制信号输出端P2来吸合K2继电器，可编程电源模块12的电压输出端 Vout与K30线短路，使得ECU上电。
[0050] 然后通过测试主机11的第一控制信号输出端P1来吸合K1继电器，可编程电源模块12的电压输出端Vout与K15线短路，模拟点火动作。测试主机11通过CAN端口来检测被测ECU15发送的CAN信号是否正确，包括信号值、周期、数据长度等。通过测试主机的第一控制信号输出端P1来断开K1继电器，可编程电源模块12的电压输出端Vout与 K15线开路，模拟熄火火动作。测试主机11通过CAN端口来检测被测 ECU15发送的CAN信号否是按要求顺序来停发报文。测试主机11并且通过CAN端口，发送特定CAN报文给被测ECU15，检测被测ECU15能否按要求来进行一定的通信行为。
[0051] 通过以上步骤就可以检测一个带不终端电阻的ECU在点火或熄火下通信行为是否符合要求。
[0052] 值得说明的是，其他测试用例只需要改变可编程电源模块输出端Vout的输出电压模拟车辆实际电压来检测CAN通信是否正常，以及实现不同的故障注入，如CAN低与地短路、CAN高与电源短路、CAN 低与电源短路、CAN高与CAN低短路，以验证短路再恢复后，ECU能否正常通信。即其他测试用例与以上举例类同，故此不在赘述。
[0053] 本申请的本申请的CAN总线测试装置包括测试主机、可编程电源模块、CAN信号收发模块和继电器模块，通过测试主机的统一管理，克服了手动测试的各种缺点，同时能够将CAN总线的物理容错能力、点火及熄火时ECU各通信行为、高低电压下的通信能力进行一体化检测。
[0054] 在本文中，用于描述元件的序列形容词“第一”、“第二”等仅仅是为了区别属性类似的元件，并不意味着这样描述的元件必须依照给定的顺序，或者时间、空间、等级或其它的限制。
[0055] 以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制，虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本申请技术方案内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本申请技术方案的范围内。
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