汽車發動機ECU硬件在環測試系統設計與實現研究

劉 凱（江西五十鈴發動機有限公司，江西南昌330200）

汽車發動機ECU硬件在環測試系統設計與實現研究

劉 凱（江西五十鈴發動機有限公司，江西南昌330200）

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

汽車發動機；環測試系統；軟硬件

隨著汽車工業產量的日益擴大、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，傳統的ECU硬件開發測試方法已經難以適應大規模的綜合測試需要，亟待構建新型測試系統。

1 汽車發動機ECU硬件作用及結構

1.1 作用

ECU硬件是汽車發動機電子控制系統的控制單元，具備高速數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ECU硬件內部已經設定好的編碼程序對對應工況下的點火提前角、噴油量等參數進行計算、判斷等處理，將參數轉化成為電信號，傳輸至執行器，從而完成相應任務，使汽車達到最佳運行狀態控制。

1.2 結構

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轉換器和數字輸入緩沖器，用于將各種脈沖信號、模擬信號、開關信號轉化成為單片機可以接收的數字信號；輸出信號電路是單片機和執行器之間的中繼站，具備單片機控制指令譯碼、轉換等功能，通過一系列處理將指令轉變成為執行器工作信號（見圖1）。

2 汽車發動機ECU硬件在環測試系統設計與實現

2.1 系統設計

2.1.1 系統設計目標

圖1 E CU硬件結構構成示意圖

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

該系統要實現的功能：①通過系統的人機交互界面設置汽車ECU硬件的各種參數，實現對整個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模擬汽車ECU硬件運行工況，使ECU硬件接收指令并發出反饋信號，便于進行ECU硬件測試；③讀取、存儲ECU硬件產生的各種測反饋信號，便于日后分析。

2.1.2 系統功能模塊組成

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 系統設計方案確定

為提高ECU硬件在環測試系統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硬件開發測試系統主要有四種型式，分別是自制系統、ADRTS、Xpc-Target、dSPACE。綜合考慮以上四種方案，發現ECU硬件開發前和制造后都可以借助dSPACE系統進行全面、詳細測試。為此，本ECU硬件在環測試系統選擇dSPACE系統平臺作為開發測試系統的設計方案。

2.1.4 系統模塊化總體設計

根據設計目標、設計方案，確定ECU硬件在環測試系統采用模塊化集成設計方法。這種設計方法不僅能對系統進行集成化設計，還能實現對系統的綜合管理控制，優勢比較突出。如圖2所示，本測試系統以dSPACE系統平臺為基礎。①設計者設定初始參數，根據初始參數在建模軟件上建立并實時連接ECU電控系統模型，運行實時方針模型，通過通信接口將仿真結果送往實際被測ECU硬件；②ECU硬件根據控制策略接收實時仿真結果并進行計算，再把計算結果反饋給實時仿真模型，以便對運行狀態作出相應響應；③通過數據采集監控系統直觀的觀察控制參數的變化，在圖形界面上進行仿真模型控制參數調整，實現不同參數下的ECU硬件功能測試。

圖2 E CU硬件在環測試系統的總體設計示意圖

2.2 系統實現

2.2.1 硬件部分

基于dSPACE的ECU硬件在環測試系統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，很多的適應了系統設計的多功能需求。

（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，內涵一個1MB的L2 Cache，不僅處理功能強大，還能解決內存瓶頸問題；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據交換。通過以上兩個存儲器，使得測試系統運行效率較高。

（2）I/O板

配置I/O板，滿足測試系統快讀控制原型及硬件在回路方針需要，保證測試系統功能實現。dSPACE系統平臺中的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系統平臺；②DS2211 HIL I/O板的功能強，是業界公認的最成功的I/O板之一，能為測試系統提供需要的所有信號；③DS2211 HIL I/O板有一個角度處理單元，能夠快速產生和測量曲軸轉角相關信號。

2.2.2 軟件部分

（1）程序創建

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連接起來，而RTW軟件是最好選擇。RTW軟件是仿真環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已設定的目標參數快速建立實時仿真模型，并將其轉換成為實時環境下的程序代碼，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，根據分析結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：根據生成代碼生成程序的聯編文件；

第四步：在自定義程序的控制下，將聯編實用程序生成可執行的程序代碼。

（2）監控界面構建

通過RTW完全無縫連接軟件模塊生成可執行的程序代碼后，需要借助相關的軟件平臺下載實時代碼，設置控制參數、采集仿真結果。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，在在環仿真測試過程中具備在線修改和存儲仿真控制參數、模型參數、以及動態顯示、記錄采集結果的功能，適應汽車ECU硬件在環測試系統設計要求，能實現ECU硬件在環測試功能。

3 結語

綜上所述，本文基于dSPACE系統平臺建構了一種新型的汽車發動機ECU硬件在環測試系統嗎，對它的設計目標、模塊化功能、設計方案、軟硬件開發等進行簡單的分析探討，取得的成果顯著。本測試系統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修改、觀察輸出參數變化、自動存儲信息數據等任務，為日后的數據分析提供支持。

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U467.5

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2095-2066（2016）32-0237-02

2016-11-1