一種通用型汽車故障模擬開關盒的設計與應用

韋相鐸 廖芳林 賈明亮

摘要：在汽車研發做標定或者售后維修手冊開發故障碼驗證時，經常會使用到開關盒。一般的開關盒是專用型的，只能與汽車電控模塊（ECU）一對一匹配使用。本文論述的是開發一種多模塊通用型開關盒，其線束部分與盒體是可分離的，針對不同的ECU接口，定制對應的線束即可實現一對多的匹配。通過使用本開關盒可設置、模擬并驗證汽車電控模塊故障，避免了汽車線束及元器件的破壞，任何一種模塊隨時可以進行故障設置和解除，方便快捷。

關鍵詞：開關盒通用型電控模塊故障模擬

中圖分類號：U463文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）04（B）-0000-00

Abstract：In automobile R & D calibration or DTC verification， often used Break Box.The general Break Box is special， only with automobile electronic control module （ECU） used one-to-one matching.In this paper is to develop a more universal Break Box module， the wire part with the box body is separable， according to different ECU interface， customize the corresponding wiring harness one-to-many matching can be realized.By using the Break Box can be set， fault simulation and validation of car electronic control module， to avoid the damage of automotive wiring harness and components， any kind of module fault set up and ready to be lifted， convenient and quick.

Key words：Break Box， Electronic Control Unit， DTC simulation

0 綜述

隨著公司越來越多的車型集成多種電控模塊以及使用CAN總線通訊，車輛科技感和智能化提高，但是出現故障也呈現系統性、復雜性、偶發性。

為了方便模塊故障維修，每個電控模塊都設置了諸多的故障代碼，并在標定時已經設定好產生和清除故障碼的條件，但是由于涉及的因素較多，可能是線束問題也可能是電控模塊問題，需要開發出對應的故障碼的維修方法。因此在開發維修手冊時，需要盡可能模擬出每一個故障碼是如何生成，可能產生的原因有哪些，編寫成手冊指導服務站進行維修。模塊與模塊或者模塊與電氣元件之間是通過線束連接，模擬單個信號線路的通斷就需要在線束與模塊之間連接一個可以控制每條線路通斷的開關盒。如何借助開關盒，快速準確查找故障部位，判斷控制模塊或者線束故障十分重要。

1開關盒的現狀

開關盒是一種連接于汽車電控模塊與整車線束之間，可以單獨控制每條線路通斷的裝置（如圖1），它通常用于汽車線路檢測和故障模擬。

目前，開關盒一般是電控模塊供應商根據自身的模塊接頭定制開發的，開關盒體與線束部分不能拆分，如圖2所示。由于各種模塊之間的接頭基本不一樣，因此，這種開關盒只能一對一使用在其對應模塊。比如，使用于發動機控制模塊的開關盒不能適應于車身控制模塊，甚至同是發動機控制模塊，不同供應商，開關盒也不能互用。

售后在編寫維修手冊時，需要盡量模擬每個電控模塊的故障碼，以便能夠編寫出排除故障的方法，指導服務站維修。因此急需設計一種多模塊通用型開關盒，在滿足功能需求的同時，降低工具成本。

2 開關盒的功能要求

為了實現開關盒與車輛的方便連接以及一對多要求，開關盒由盒體與線束兩部分組成，并且要求開關盒具有以下功能：

1） 盒體與線束部分可拆分，盒體輸入與輸出端口針腳數至少108PIN。

2） 開關盒可單獨控制每個線路的通斷性，即每個線路都需要有開關器。

3） 每個線路的輸入和輸出端都預留檢測孔，以便對線路進行測量和故障模擬。

3 通用型開關盒的設計

要實現一對多的功能，必須把盒體和線束分離，設計時先確定盒體部分，線束部分可根據對應的電控模塊要求進行設計。

3.1 開關盒體的設計

由于大部分電控模塊實際接線的針腳總數一般在100 PIN以下，根據低成本的原則，因此選用108 PIN的開關盒體，盒體輸入和輸出端接口選用哈丁108 PIN接插件，其接線方法如圖3所示。

為了方便后續測量，開關盒體的1-108標號分別對應哈丁接頭的1-108號針腳。同時，為了滿足通過電流限值的要求，對線路的線徑大小設計如下：

1） 線徑為1.5mm?的有：1-5、7-8、15-16、23-24、31-32、47-48、59-60、63-64、71-72、79-80、83-84、95-96、107-108 共29根；

2） 線徑為1.0mm?的有：6、9-14、17-22、25-30、33-46、49-58、61-62、65-70、73-78、81-82、85-90 共65根；

3） 線徑為0.75mm?的有：91-94、97-106 共14根

4） 雙絞線有：7&8、16&17、19&20、24&86、33&49、73&74 共6對12根。

通過按要求進行線路連接和拼裝，完成開關盒體設計，如圖4所示。該開關盒滿足所有設計功能要求：

1） 接線端A和B可以通過更換線束實現適用多種電控模塊的要求；

2） 撥動開關可以實現每根線路的通斷控制；

3） 檢測孔可以測量電流、電壓、電阻等參數，還可以模擬線路對地、對電源短接的故障。

3.2連接線束的設計

線束部分的設計需要根據使用的電控模塊接插件類型而定，每一個電控模塊需要制作2根線束：

1） 線束1：用于連接開關盒體接線端A與ECU接插件；與開關盒體連接端使用哈丁接插件的公插端，線束的另一端使用原車線束接插件。

2） 線束2：用于連接開關盒體接線端B與整車線束接插件。與開關盒體連接端使用哈丁接插件的公插端，線束的另一端使用原車ECU接插件。

現以81Pin發動機控制模塊的線束設計為例。

為了滿足功能要求以及方便后續測量，線束接線設計要求如下：

1） 線徑為1.5mm?的有：1-5 共5根；其余線徑均為0.75mm?；

2） 19&20為雙絞線；

3） 接線對應關系：哈丁接插件1-81號Pin腳與ECU接插件的1-81號一一對應；

4） 線束主干用黑色網套纏封。

完成線束設計如圖6所示。

至此，通用型的開關盒已設計完成，其滿足了既設定的各項功能要求，成品如圖7所示。

4 通用型開關盒的應用

模擬故障就需要控制信號電路的通斷或者對地、對電短路的情況，為了不破壞線束實現單個信號控制，就需要使用在ECU與線束之間連接開關盒，以達到控制的目的。

以某款發動機進氣壓力傳感器故障模擬為例，如圖8所示為連接開關盒后的電路示意圖，控制開關盒對應序號的撥動開關，即可實現每個線路的通斷。通過對開關盒預留的監測孔，可以測量10#信號電路的電壓值，另外，利用監測孔，可以用導線模擬每條線路對地、對電源短接的情況。由此得出產生DTC的所有故障原因。

進氣壓力傳感器設定的故障代碼及含義如下：

P010600：進氣壓力傳感器信號不合理

P010700：進氣壓力傳感器電路電壓過低

P010800：進氣壓力傳感器電路電壓過高

通過對進氣壓力傳感器各個電路的模擬，得到如下故障列表：

通過故障碼的模擬，編寫維修方法時可以充分考慮多種可能產生故障的情況。比如，報P010800進氣壓力傳感器電路電壓過高故障時，需要排查27#、10#線路是否短接到電源，如排查沒有問題，則繼續排查31#、10#線路是否開路，在排查了線路沒有問題的情況下，才考慮更換發動機控制模塊進行維修，避免服務站維修人員隨意換件。只有維修手冊詳盡寫出排查方法，才能快速精準定位故障點，才能很好地指導服務站對電氣故障進行維修。

通過使用開關盒模擬DTC的排查，可以充分考慮各種可能產生故障碼的原因，并能快速解除故障，恢復功能。因此，開關盒在售后維修手冊編寫時越來越得到廣泛的應用。

5應用效果分析

某車型有10種電控模塊：發動機控制模塊（ECM）、車身控制模塊（BCM）、電動助力轉向控制模塊（EPS）、車身穩定控制模塊（ESC）、安全域控制模塊（DCU）、組合儀表模塊（IPC）、胎壓監控模塊（TPMS）、無鑰匙進入及一鍵啟動控制模塊（PEPS）、安全氣囊控制模塊（SDM）、自動變速器控制模塊（TCU）。

為了充分模擬并驗證各個模塊的故障碼，如果使用專用型開關盒，需要定制10套。專用型開關盒的價格在7000-9000元之間，取均價8000元，那么需要的購買成本為：10×8000元=80000元；

通用型開關盒盒體為6000元，線束1（0.8米）為1300元，線束2（2.0米）為1600元；同樣滿足10個模塊的驗證功能，需要制作10對線束，和一個盒體，那么成本為：

10×（1300元+1600元）+6000元=35000元。

通過以上對單一車型的應用分析可看到，使用通用型開關盒確實可以大大降低工具的購買成本，而且，通用型開關盒可以適用于任何車型的任何模塊，當更多的不同電控模塊應用到車輛時，這種降成本的效果更加顯著。

6 結論

本論文提出了通用型汽車故障模擬開關盒的設計思路及實現方法，它是由開關盒體和線束部分組成。盒體與線束是可拆分的，針對不同電控模塊，只需根據模塊接插件型號定制對應線束即可。實現了由定制整套工具變為定制線束部分的轉變。其與專用型開關盒對比具有更低成本、更靈活的特點，且該通用型開關盒具備一般專用型開關盒所有的功能，可以得到更為廣泛的應用。同時，論文還簡單介紹了利用開關盒模擬故障碼的維修手冊編寫思路和排查電氣故障的方法。最后，本文通過對通用型開關盒的實踐驗證，證明了所設計開發的開關盒對ECU故障模擬工作的有效性。

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