一种通用型汽车故障模拟开关盒的设计与应用

韦相铎 廖芳林 贾明亮

摘要：在汽车研发做标定或者售后维修手册开发故障码验证时，经常会使用到开关盒。一般的开关盒是专用型的，只能与汽车电控模块（ECU）一对一匹配使用。本文论述的是开发一种多模块通用型开关盒，其线束部分与盒体是可分离的，针对不同的ECU接口，定制对应的线束即可实现一对多的匹配。通过使用本开关盒可设置、模拟并验证汽车电控模块故障，避免了汽车线束及元器件的破坏，任何一种模块随时可以进行故障设置和解除，方便快捷。

关键词：开关盒通用型电控模块故障模拟

中图分类号：U463文献标识码：A 文章编号：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 综述

随着公司越来越多的车型集成多种电控模块以及使用CAN总线通讯，车辆科技感和智能化提高，但是出现故障也呈现系统性、复杂性、偶发性。

为了方便模块故障维修，每个电控模块都设置了诸多的故障代码，并在标定时已经设定好产生和清除故障码的条件，但是由于涉及的因素较多，可能是线束问题也可能是电控模块问题，需要开发出对应的故障码的维修方法。因此在开发维修手册时，需要尽可能模拟出每一个故障码是如何生成，可能产生的原因有哪些，编写成手册指导服务站进行维修。模块与模块或者模块与电气元件之间是通过线束连接，模拟单个信号线路的通断就需要在线束与模块之间连接一个可以控制每条线路通断的开关盒。如何借助开关盒，快速准确查找故障部位，判断控制模块或者线束故障十分重要。

1开关盒的现状

开关盒是一种连接于汽车电控模块与整车线束之间，可以单独控制每条线路通断的装置（如图1），它通常用于汽车线路检测和故障模拟。

目前，开关盒一般是电控模块供应商根据自身的模块接头定制开发的，开关盒体与线束部分不能拆分，如图2所示。由于各种模块之间的接头基本不一样，因此，这种开关盒只能一对一使用在其对应模块。比如，使用于发动机控制模块的开关盒不能适应于车身控制模块，甚至同是发动机控制模块，不同供应商，开关盒也不能互用。

售后在编写维修手册时，需要尽量模拟每个电控模块的故障码，以便能够编写出排除故障的方法，指导服务站维修。因此急需设计一种多模块通用型开关盒，在满足功能需求的同时，降低工具成本。

2 开关盒的功能要求

为了实现开关盒与车辆的方便连接以及一对多要求，开关盒由盒体与线束两部分组成，并且要求开关盒具有以下功能：

1） 盒体与线束部分可拆分，盒体输入与输出端口针脚数至少108PIN。

2） 开关盒可单独控制每个线路的通断性，即每个线路都需要有开关器。

3） 每个线路的输入和输出端都预留检测孔，以便对线路进行测量和故障模拟。

3 通用型开关盒的设计

要实现一对多的功能，必须把盒体和线束分离，设计时先确定盒体部分，线束部分可根据对应的电控模块要求进行设计。

3.1 开关盒体的设计

由于大部分电控模块实际接线的针脚总数一般在100 PIN以下，根据低成本的原则，因此选用108 PIN的开关盒体，盒体输入和输出端接口选用哈丁108 PIN接插件，其接线方法如图3所示。

为了方便后续测量，开关盒体的1-108标号分别对应哈丁接头的1-108号针脚。同时，为了满足通过电流限值的要求，对线路的线径大小设计如下：

1） 线径为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） 线径为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） 线径为0.75mm?的有：91-94、97-106 共14根

4） 双绞线有：7&8、16&17、19&20、24&86、33&49、73&74 共6对12根。

通过按要求进行线路连接和拼装，完成开关盒体设计，如图4所示。该开关盒满足所有设计功能要求：

1） 接线端A和B可以通过更换线束实现适用多种电控模块的要求；

2） 拨动开关可以实现每根线路的通断控制；

3） 检测孔可以测量电流、电压、电阻等参数，还可以模拟线路对地、对电源短接的故障。

3.2连接线束的设计

线束部分的设计需要根据使用的电控模块接插件类型而定，每一个电控模块需要制作2根线束：

1） 线束1：用于连接开关盒体接线端A与ECU接插件；与开关盒体连接端使用哈丁接插件的公插端，线束的另一端使用原车线束接插件。

2） 线束2：用于连接开关盒体接线端B与整车线束接插件。与开关盒体连接端使用哈丁接插件的公插端，线束的另一端使用原车ECU接插件。

现以81Pin发动机控制模块的线束设计为例。

为了满足功能要求以及方便后续测量，线束接线设计要求如下：

1） 线径为1.5mm?的有：1-5 共5根；其余线径均为0.75mm?；

2） 19&20为双绞线；

3） 接线对应关系：哈丁接插件1-81号Pin脚与ECU接插件的1-81号一一对应；

4） 线束主干用黑色网套缠封。

完成线束设计如图6所示。

至此，通用型的开关盒已设计完成，其满足了既设定的各项功能要求，成品如图7所示。

4 通用型开关盒的应用

模拟故障就需要控制信号电路的通断或者对地、对电短路的情况，为了不破坏线束实现单个信号控制，就需要使用在ECU与线束之间连接开关盒，以达到控制的目的。

以某款发动机进气压力传感器故障模拟为例，如图8所示为连接开关盒后的电路示意图，控制开关盒对应序号的拨动开关，即可实现每个线路的通断。通过对开关盒预留的监测孔，可以测量10#信号电路的电压值，另外，利用监测孔，可以用导线模拟每条线路对地、对电源短接的情况。由此得出产生DTC的所有故障原因。

进气压力传感器设定的故障代码及含义如下：

P010600：进气压力传感器信号不合理

P010700：进气压力传感器电路电压过低

P010800：进气压力传感器电路电压过高

通过对进气压力传感器各个电路的模拟，得到如下故障列表：

通过故障码的模拟，编写维修方法时可以充分考虑多种可能产生故障的情况。比如，报P010800进气压力传感器电路电压过高故障时，需要排查27#、10#线路是否短接到电源，如排查没有问题，则继续排查31#、10#线路是否开路，在排查了线路没有问题的情况下，才考虑更换发动机控制模块进行维修，避免服务站维修人员随意换件。只有维修手册详尽写出排查方法，才能快速精准定位故障点，才能很好地指导服务站对电气故障进行维修。

通过使用开关盒模拟DTC的排查，可以充分考虑各种可能产生故障码的原因，并能快速解除故障，恢复功能。因此，开关盒在售后维修手册编写时越来越得到广泛的应用。

5应用效果分析

某车型有10种电控模块：发动机控制模块（ECM）、车身控制模块（BCM）、电动助力转向控制模块（EPS）、车身稳定控制模块（ESC）、安全域控制模块（DCU）、组合仪表模块（IPC）、胎压监控模块（TPMS）、无钥匙进入及一键启动控制模块（PEPS）、安全气囊控制模块（SDM）、自动变速器控制模块（TCU）。

为了充分模拟并验证各个模块的故障码，如果使用专用型开关盒，需要定制10套。专用型开关盒的价格在7000-9000元之间，取均价8000元，那么需要的购买成本为：10×8000元=80000元；

通用型开关盒盒体为6000元，线束1（0.8米）为1300元，线束2（2.0米）为1600元；同样满足10个模块的验证功能，需要制作10对线束，和一个盒体，那么成本为：

10×（1300元+1600元）+6000元=35000元。

通过以上对单一车型的应用分析可看到，使用通用型开关盒确实可以大大降低工具的购买成本，而且，通用型开关盒可以适用于任何车型的任何模块，当更多的不同电控模块应用到车辆时，这种降成本的效果更加显著。

6 结论

本论文提出了通用型汽车故障模拟开关盒的设计思路及实现方法，它是由开关盒体和线束部分组成。盒体与线束是可拆分的，针对不同电控模块，只需根据模块接插件型号定制对应线束即可。实现了由定制整套工具变为定制线束部分的转变。其与专用型开关盒对比具有更低成本、更灵活的特点，且该通用型开关盒具备一般专用型开关盒所有的功能，可以得到更为广泛的应用。同时，论文还简单介绍了利用开关盒模拟故障码的维修手册编写思路和排查电气故障的方法。最后，本文通过对通用型开关盒的实践验证，证明了所设计开发的开关盒对ECU故障模拟工作的有效性。

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