汽车发动机ECU硬件在环测试系统设计与实现研究

刘 凯（江西五十铃发动机有限公司，江西南昌330200）

汽车发动机ECU硬件在环测试系统设计与实现研究

刘 凯（江西五十铃发动机有限公司，江西南昌330200）

发动机（以下简称ECU）是汽车电子控制系统中的一部分，是最为核心的控制部件，直接影响着汽车运行状态。本文针对基于ECU硬件作用及结构，结合电控ECU发展需求，对基于dSPACE的ECU硬件在环测试系统设计与实现进行了分析，着重探讨了这一系统的总体设计，为ECU硬件在环测试系统建构提供建议。

汽车发动机；环测试系统；软硬件

随着汽车工业产量的日益扩大、品种的日益增多、使用条件日益复杂，人们对汽车运行的动力性、舒适性提出了更高要求，使得ECU硬件控制功能复杂性越来越高、控制系统自由度越来越大。为保证ECU硬件工作性能适应电控汽车运行需求，必须对ECU硬件进行全面综合测试。但是，传统的ECU硬件开发测试方法已经难以适应大规模的综合测试需要，亟待构建新型测试系统。

1 汽车发动机ECU硬件作用及结构

1.1 作用

ECU硬件是汽车发动机电子控制系统的控制单元，具备高速数学运算和逻辑判断功能。它主要负责接收各种传感器的输出信号、开关控制信号，并根据ECU硬件内部已经设定好的编码程序对对应工况下的点火提前角、喷油量等参数进行计算、判断等处理，将参数转化成为电信号，传输至执行器，从而完成相应任务，使汽车达到最佳运行状态控制。

1.2 结构

ECU硬件主要包括三部分，分别是单片机、输入信号及处理、输出信号电路。单片机包括存储器、中央处理器等部分；输入信号及处理包括A/D转换器和数字输入缓冲器，用于将各种脉冲信号、模拟信号、开关信号转化成为单片机可以接收的数字信号；输出信号电路是单片机和执行器之间的中继站，具备单片机控制指令译码、转换等功能，通过一系列处理将指令转变成为执行器工作信号（见图1）。

2 汽车发动机ECU硬件在环测试系统设计与实现

2.1 系统设计

2.1.1 系统设计目标

图1 E CU硬件结构构成示意图

为满足电控汽车ECU硬件开发测试需求，构建在环测试系统，模拟各种复杂工况，建立一个虚拟测试环境，适应ECU硬件功能复杂需求。

该系统要实现的功能：①通过系统的人机交互界面设置汽车ECU硬件的各种参数，实现对整个ECU硬件的控制，成功完成测试ECU硬件功能；②通过计算机中的控制循环模拟汽车ECU硬件运行工况，使ECU硬件接收指令并发出反馈信号，便于进行ECU硬件测试；③读取、存储ECU硬件产生的各种测反馈信号，便于日后分析。

2.1.2 系统功能模块组成

基于以上测试目的和要求，综合考核被测对象和实时硬件接口等方面，确定本系统功能模块主要包括PDU电源管理模块、I/O板卡模块、实时处理器模块、负载模块、故障注入模块。

2.1.3 系统设计方案确定

为提高ECU硬件在环测试系统设计的科学性和合理性，需要选择一套适合的设计方案。目前，ECU硬件开发测试系统主要有四种型式，分别是自制系统、ADRTS、Xpc-Target、dSPACE。综合考虑以上四种方案，发现ECU硬件开发前和制造后都可以借助dSPACE系统进行全面、详细测试。为此，本ECU硬件在环测试系统选择dSPACE系统平台作为开发测试系统的设计方案。

2.1.4 系统模块化总体设计

根据设计目标、设计方案，确定ECU硬件在环测试系统采用模块化集成设计方法。这种设计方法不仅能对系统进行集成化设计，还能实现对系统的综合管理控制，优势比较突出。如图2所示，本测试系统以dSPACE系统平台为基础。①设计者设定初始参数，根据初始参数在建模软件上建立并实时连接ECU电控系统模型，运行实时方针模型，通过通信接口将仿真结果送往实际被测ECU硬件；②ECU硬件根据控制策略接收实时仿真结果并进行计算，再把计算结果反馈给实时仿真模型，以便对运行状态作出相应响应；③通过数据采集监控系统直观的观察控制参数的变化，在图形界面上进行仿真模型控制参数调整，实现不同参数下的ECU硬件功能测试。

图2 E CU硬件在环测试系统的总体设计示意图

2.2 系统实现

2.2.1 硬件部分

基于dSPACE的ECU硬件在环测试系统硬件主要包括处理器板和I/O板两部分，采用标准组件系统，很多的适应了系统设计的多功能需求。

（1）处理器板

dSPACE标准组件的处理器板一般有三种形式，分别是DSP处理器板、PPC处理器板、Alpha处理器板。其中，PPC处理器板是一种高速型处理器板卡，在dSPACE标准组件中应用广泛。因此，本测试系统采用DS1006 PPC处理器板，用于处理控制被测对象模型，输出被测对象工作信号，并接收其相应的响应信号。选用DS1006 PPC处理器板的原因主要在于两个方面：①DS1006 PPC处理器板的主处理器采用64位4核AMD Opteron，主频是2.8GHz，内涵一个1MB的L2 Cache，不仅处理功能强大，还能解决内存瓶颈问题；②DS1006 PPC处理器板上有一个256B本地存储器，可利用它运行实时仿真建模型。还有一个全局存储器，容量为128MB，可利用它与上位机进行数据交换。通过以上两个存储器，使得测试系统运行效率较高。

（2）I/O板

配置I/O板，满足测试系统快读控制原型及硬件在回路方针需要，保证测试系统功能实现。dSPACE系统平台中的I/O板有很多种，如Multi-I/O板、简单的A/D和D/A转换及其他等。在这里，采用专门为模拟和测量汽车信号设计的DS2211 HIL I/O板。选用原由有三个方面：①DS2211 HIL I/O板的适应范围广，适合用于所有的dSPACE系统平台；②DS2211 HIL I/O板的功能强，是业界公认的最成功的I/O板之一，能为测试系统提供需要的所有信号；③DS2211 HIL I/O板有一个角度处理单元，能够快速产生和测量曲轴转角相关信号。

2.2.2 软件部分

（1）程序创建

在汽车ECU各部分模型建立后，需要通过一个中间纽带把模型和实时系统连接起来，而RTW软件是最好选择。RTW软件是仿真环境和图形建模补充的一个功能模块，通过这一模块可以直接根据已设定的目标参数快速建立实时仿真模型，并将其转换成为实时环境下的程序代码，极大提高了实时仿真模型的仿真速度和效果。

通过RTW完全无缝连接软件模块实现控制原型仿真实时代码的步骤主要有四步，具体如下：

第一步：分析仿真模型，根据分析结果将其编译生成模型的描述性文件；

第二步：利用TLC目标语言编译器从模型中生成代码；

第三步：根据生成代码生成程序的联编文件；

第四步：在自定义程序的控制下，将联编实用程序生成可执行的程序代码。

（2）监控界面构建

通过RTW完全无缝连接软件模块生成可执行的程序代码后，需要借助相关的软件平台下载实时代码，设置控制参数、采集仿真结果。为完成这些任务，可以基于Control Desk软件平台建立了人机友好交互的监控界面，负责实时仿真模型代码的观察、下载和修改等工作。Control Desk是一种新的综合测试工具，在在环仿真测试过程中具备在线修改和存储仿真控制参数、模型参数、以及动态显示、记录采集结果的功能，适应汽车ECU硬件在环测试系统设计要求，能实现ECU硬件在环测试功能。

3 结语

综上所述，本文基于dSPACE系统平台建构了一种新型的汽车发动机ECU硬件在环测试系统吗，对它的设计目标、模块化功能、设计方案、软硬件开发等进行简单的分析探讨，取得的成果显著。本测试系统包括硬件和软件两部分，硬件部分选用DS1006 PPC处理器板和DS2211 HIL I/O板。软件部分通过RTW完全无缝连接软件模块实现了实时仿真模型代码的编译、生成、下载。同时，基于Control Desk软件平台建立了人机友好交互界面，以便进行模型控制参数修改、观察输出参数变化、自动存储信息数据等任务，为日后的数据分析提供支持。

[1]戎 辉，张明路，张小俊.基于Veristand的硬件在环测试系统设计[J].科学技术与工程，2016，08：167～170.

[2]倪计民，李晓锦，石秀勇.基于NIPXI平台的发动机ECUHIL系统上位机程序开发[J].汽车技术，2014，03：54～58.

[3]吴 昊，李一鸣，付成伟，韩 炜.汽车发动机电子控制单元的自动测试系统开发[J].汽车技术，2014，05：35～39.

U467.5

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2095-2066（2016）32-0237-02

2016-11-1