劉 凱（江西五十鈴發(fā)動機有限公司，江西南昌330200）

汽車發(fā)動機ECU硬件在環(huán)測試系統(tǒng)設計與實現(xiàn)研究

劉 凱（江西五十鈴發(fā)動機有限公司，江西南昌330200）

發(fā)動機（以下簡稱ECU）是汽車電子控制系統(tǒng)中的一部分，是最為核心的控制部件，直接影響著汽車運行狀態(tài)。本文針對基于ECU硬件作用及結(jié)構，結(jié)合電控ECU發(fā)展需求，對基于dSPACE的ECU硬件在環(huán)測試系統(tǒng)設計與實現(xiàn)進行了分析，著重探討了這一系統(tǒng)的總體設計，為ECU硬件在環(huán)測試系統(tǒng)建構提供建議。

汽車發(fā)動機；環(huán)測試系統(tǒng)；軟硬件

隨著汽車工業(yè)產(chǎn)量的日益擴大、品種的日益增多、使用條件日益復雜，人們對汽車運行的動力性、舒適性提出了更高要求，使得ECU硬件控制功能復雜性越來越高、控制系統(tǒng)自由度越來越大。為保證ECU硬件工作性能適應電控汽車運行需求，必須對ECU硬件進行全面綜合測試。但是，傳統(tǒng)的ECU硬件開發(fā)測試方法已經(jīng)難以適應大規(guī)模的綜合測試需要，亟待構建新型測試系統(tǒng)。

1 汽車發(fā)動機ECU硬件作用及結(jié)構

1.1 作用

ECU硬件是汽車發(fā)動機電子控制系統(tǒng)的控制單元，具備高速數(shù)學運算和邏輯判斷功能。它主要負責接收各種傳感器的輸出信號、開關控制信號，并根據(jù)ECU硬件內(nèi)部已經(jīng)設定好的編碼程序?qū)r下的點火提前角、噴油量等參數(shù)進行計算、判斷等處理，將參數(shù)轉(zhuǎn)化成為電信號，傳輸至執(zhí)行器，從而完成相應任務，使汽車達到最佳運行狀態(tài)控制。

1.2 結(jié)構

ECU硬件主要包括三部分，分別是單片機、輸入信號及處理、輸出信號電路。單片機包括存儲器、中央處理器等部分；輸入信號及處理包括A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字輸入緩沖器，用于將各種脈沖信號、模擬信號、開關信號轉(zhuǎn)化成為單片機可以接收的數(shù)字信號；輸出信號電路是單片機和執(zhí)行器之間的中繼站，具備單片機控制指令譯碼、轉(zhuǎn)換等功能，通過一系列處理將指令轉(zhuǎn)變成為執(zhí)行器工作信號（見圖1）。

2 汽車發(fā)動機ECU硬件在環(huán)測試系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)設計

2.1.1 系統(tǒng)設計目標

圖1 E CU硬件結(jié)構構成示意圖

為滿足電控汽車ECU硬件開發(fā)測試需求，構建在環(huán)測試系統(tǒng)，模擬各種復雜工況，建立一個虛擬測試環(huán)境，適應ECU硬件功能復雜需求。

該系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能：①通過系統(tǒng)的人機交互界面設置汽車ECU硬件的各種參數(shù)，實現(xiàn)對整個ECU硬件的控制，成功完成測試ECU硬件功能；②通過計算機中的控制循環(huán)模擬汽車ECU硬件運行工況，使ECU硬件接收指令并發(fā)出反饋信號，便于進行ECU硬件測試；③讀取、存儲ECU硬件產(chǎn)生的各種測反饋信號，便于日后分析。

2.1.2 系統(tǒng)功能模塊組成

基于以上測試目的和要求，綜合考核被測對象和實時硬件接口等方面，確定本系統(tǒng)功能模塊主要包括PDU電源管理模塊、I/O板卡模塊、實時處理器模塊、負載模塊、故障注入模塊。

2.1.3 系統(tǒng)設計方案確定

為提高ECU硬件在環(huán)測試系統(tǒng)設計的科學性和合理性，需要選擇一套適合的設計方案。目前，ECU硬件開發(fā)測試系統(tǒng)主要有四種型式，分別是自制系統(tǒng)、ADRTS、Xpc-Target、dSPACE。綜合考慮以上四種方案，發(fā)現(xiàn)ECU硬件開發(fā)前和制造后都可以借助dSPACE系統(tǒng)進行全面、詳細測試。為此，本ECU硬件在環(huán)測試系統(tǒng)選擇dSPACE系統(tǒng)平臺作為開發(fā)測試系統(tǒng)的設計方案。

2.1.4 系統(tǒng)模塊化總體設計

根據(jù)設計目標、設計方案，確定ECU硬件在環(huán)測試系統(tǒng)采用模塊化集成設計方法。這種設計方法不僅能對系統(tǒng)進行集成化設計，還能實現(xiàn)對系統(tǒng)的綜合管理控制，優(yōu)勢比較突出。如圖2所示，本測試系統(tǒng)以dSPACE系統(tǒng)平臺為基礎。①設計者設定初始參數(shù)，根據(jù)初始參數(shù)在建模軟件上建立并實時連接ECU電控系統(tǒng)模型，運行實時方針模型，通過通信接口將仿真結(jié)果送往實際被測ECU硬件；②ECU硬件根據(jù)控制策略接收實時仿真結(jié)果并進行計算，再把計算結(jié)果反饋給實時仿真模型，以便對運行狀態(tài)作出相應響應；③通過數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)直觀的觀察控制參數(shù)的變化，在圖形界面上進行仿真模型控制參數(shù)調(diào)整，實現(xiàn)不同參數(shù)下的ECU硬件功能測試。

圖2 E CU硬件在環(huán)測試系統(tǒng)的總體設計示意圖

2.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.2.1 硬件部分

基于dSPACE的ECU硬件在環(huán)測試系統(tǒng)硬件主要包括處理器板和I/O板兩部分，采用標準組件系統(tǒng)，很多的適應了系統(tǒng)設計的多功能需求。

（1）處理器板

dSPACE標準組件的處理器板一般有三種形式，分別是DSP處理器板、PPC處理器板、Alpha處理器板。其中，PPC處理器板是一種高速型處理器板卡，在dSPACE標準組件中應用廣泛。因此，本測試系統(tǒng)采用DS1006 PPC處理器板，用于處理控制被測對象模型，輸出被測對象工作信號，并接收其相應的響應信號。選用DS1006 PPC處理器板的原因主要在于兩個方面：①DS1006 PPC處理器板的主處理器采用64位4核AMD Opteron，主頻是2.8GHz，內(nèi)涵一個1MB的L2 Cache，不僅處理功能強大，還能解決內(nèi)存瓶頸問題；②DS1006 PPC處理器板上有一個256B本地存儲器，可利用它運行實時仿真建模型。還有一個全局存儲器，容量為128MB，可利用它與上位機進行數(shù)據(jù)交換。通過以上兩個存儲器，使得測試系統(tǒng)運行效率較高。

（2）I/O板

配置I/O板，滿足測試系統(tǒng)快讀控制原型及硬件在回路方針需要，保證測試系統(tǒng)功能實現(xiàn)。dSPACE系統(tǒng)平臺中的I/O板有很多種，如Multi-I/O板、簡單的A/D和D/A轉(zhuǎn)換及其他等。在這里，采用專門為模擬和測量汽車信號設計的DS2211 HIL I/O板。選用原由有三個方面：①DS2211 HIL I/O板的適應范圍廣，適合用于所有的dSPACE系統(tǒng)平臺；②DS2211 HIL I/O板的功能強，是業(yè)界公認的最成功的I/O板之一，能為測試系統(tǒng)提供需要的所有信號；③DS2211 HIL I/O板有一個角度處理單元，能夠快速產(chǎn)生和測量曲軸轉(zhuǎn)角相關信號。

2.2.2 軟件部分

（1）程序創(chuàng)建

在汽車ECU各部分模型建立后，需要通過一個中間紐帶把模型和實時系統(tǒng)連接起來，而RTW軟件是最好選擇。RTW軟件是仿真環(huán)境和圖形建模補充的一個功能模塊，通過這一模塊可以直接根據(jù)已設定的目標參數(shù)快速建立實時仿真模型，并將其轉(zhuǎn)換成為實時環(huán)境下的程序代碼，極大提高了實時仿真模型的仿真速度和效果。

通過RTW完全無縫連接軟件模塊實現(xiàn)控制原型仿真實時代碼的步驟主要有四步，具體如下：

第一步：分析仿真模型，根據(jù)分析結(jié)果將其編譯生成模型的描述性文件；

第二步：利用TLC目標語言編譯器從模型中生成代碼；

第三步：根據(jù)生成代碼生成程序的聯(lián)編文件；

第四步：在自定義程序的控制下，將聯(lián)編實用程序生成可執(zhí)行的程序代碼。

（2）監(jiān)控界面構建

通過RTW完全無縫連接軟件模塊生成可執(zhí)行的程序代碼后，需要借助相關的軟件平臺下載實時代碼，設置控制參數(shù)、采集仿真結(jié)果。為完成這些任務，可以基于Control Desk軟件平臺建立了人機友好交互的監(jiān)控界面，負責實時仿真模型代碼的觀察、下載和修改等工作。Control Desk是一種新的綜合測試工具，在在環(huán)仿真測試過程中具備在線修改和存儲仿真控制參數(shù)、模型參數(shù)、以及動態(tài)顯示、記錄采集結(jié)果的功能，適應汽車ECU硬件在環(huán)測試系統(tǒng)設計要求，能實現(xiàn)ECU硬件在環(huán)測試功能。

3 結(jié)語

綜上所述，本文基于dSPACE系統(tǒng)平臺建構了一種新型的汽車發(fā)動機ECU硬件在環(huán)測試系統(tǒng)嗎，對它的設計目標、模塊化功能、設計方案、軟硬件開發(fā)等進行簡單的分析探討，取得的成果顯著。本測試系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，硬件部分選用DS1006 PPC處理器板和DS2211 HIL I/O板。軟件部分通過RTW完全無縫連接軟件模塊實現(xiàn)了實時仿真模型代碼的編譯、生成、下載。同時，基于Control Desk軟件平臺建立了人機友好交互界面，以便進行模型控制參數(shù)修改、觀察輸出參數(shù)變化、自動存儲信息數(shù)據(jù)等任務，為日后的數(shù)據(jù)分析提供支持。

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2016-11-1