汽车发动机ECU的测试技术与PXI平台系统开发发动机ECU测试技术PXI平台系统开发

1、    汽车发动机ECU的测试技术与PXI平台系统开发，发动机，ECU，测试技术，PXI平台系统开发ECU的测试目的测试通常被认为是一项不会增值的工作。在理想的世界中确实如此，因为在理想的世界中，生产工艺从来都不会产生缺陷，系统设计永远没有瑕疵，软件永远正常运行，从来不会有客户退货，产品和原材料质量问题为零，因此，由于不会出现任何故障，测试就显得毫无必要。但是由于存在各种各样的问题、故障，因此需通过测试来实现可测量的、可重复的和可跟踪的最低质量标准。质量确实有价值，尽管它的价值无法直接衡量。测试的ECU的测试目的测试通常被认为是一项不会增值的工作。在理想

2、的世界中确实如此，因为在理想的世界中，生产工艺从来都不会产生缺陷，系统设计永远没有瑕疵，软件永远正常运行，从来不会有客户退货，产品和原材料质量问题为零，因此，由于不会出现任何故障，测试就显得毫无必要。但是由于存在各种各样的问题、故障，因此需通过测试来实现可测量的、可重复的和可跟踪的最低质量标准。质量确实有价值，尽管它的价值无法直接衡量。测试的必要性还体现在其它方面。汽车制造商有自己的质量要求和标准(如QS-9000)以及长期跟踪和规章要求。汽车制造商通常都要求元件供应商在将其元件发往B&A(组装)工厂之前对元件进行测试，B&A工厂是劳动密集型工厂。由于元件故障造成汽车返

3、工是不可接受的，它会造成极大的损失。供应商合同中通常都包括由于供应商的原因造成的元件缺陷相关的罚款条款。ECU生产商需要证明其产品符合客户的规范，这需要通过DV(设计验证)测试来实现。生产商还需证明其生产工艺可以正确生产出产品，这需要通过PV(生产验证)来实现。质量标准通常都要求对一定比例的ECU进行质量评估，以确保生产工艺没有缺陷。这种质量评估通过连续一致性(小型设计验证)测试进行。测试系统的要求如前所述，测试常被认为是一项不会增值的工作，虽然测试是提高生产流程各阶段质量水平的重要手段。这一状况使测试机构面临着极大的压力，它们必须确保测试过程稳固、全面、快捷且性价比较高。测试系统必须稳固测试

4、系统必须能够全天候运行。大多数汽车元件供廊商都有高产量生产线，停产会带来巨大的损失。JIT(准时)生产不允许分批发货、发货延迟或数量短缺。根据质量控制程序和流程的要求，出错会导致停产。由于这些原因，测试设备必须可靠且精准。测试范围必须全面测试系统的测试范围应尽可能广而且测试必须精确。测试系统应尽可能防止生产流程的下游出现缺陷。一般而言，越是在下游出现的问题，修复的成本越高。     测试系统必须快速运转高产量生产要求生产流程的每一阶段部不能比最慢的流程慢。测试过程不应成为一个瓶颈，尤其是在测试被视为不会增值的工作时。测试系统的速度应比最慢的上游流程快。测

5、试系统必须具有高性价比测试系统设计员必须比较性能和成本。一个测试系统的成本不仅仅是其购买价格。测试系统会产生其它明显的短期成本，如设备、培训、维护、升级、支持以及连接等。测试系统的长期成本较不明显，它取决于开发时间、灵活性、可测量性、可再利用性、模块性和便携性等参数。这些因素与测试系统中使用的软件和硬件直接相关。     除了以上这几点，测试系统设计员还必须在有限的预算和有限的时间内完成设计。开发新产品越来越难，产品的生命周期越来越短，新的规则、技术和客户需求不断涌现。面临这一切，测试系统设计员必须找到一种使其开发的系统既可满足当前需求又可满足未来需求的

6、方法。ECU的工作方式所谓ECU的工作方式，就是根据与发动机相连的传感器的反馈来控制燃油混合(空气燃油比)和火花定时(点火提前及持续时间)。燃油混合和点火定时的控制相当复杂。ECU需要从多个传感器获取数据以实现系统的最佳控制。ECU需要了解地速、发动机转速、曲轴位置、空气质量(氧气含量)、发动机温度、发动机负荷(如空调(AC)打开时)、油门位置、油门的变化率、变速齿轮、废气排放等等。前面我们已经讲到，ECU是一种用于解决具体问题的计算机。计算机通常无法直接与模拟世界进行交互。因而需要使用一个信号调理数据采集接口，将来自传感器的模拟信号转换为计算机可以理解的数字信号。而为了控制燃油系统和点火系统

7、，必须将数字信号转换为模拟信号。ECU的功能模块与典型测试ECU包含以下几个功能模块：(1)电源，数字和模拟(模拟传感器的电源)；(2)MPU，微处理器和内存(通常为闪存和RAM)；(3)通信，如CAN总线；(4)开关输入，开关型输入；(5)频率输入，编码器型信号(曲轴或车辆速度)；(6)模拟输入，来自传感器的反馈信号；(7)开关输出，开关型输出；(8)PWM输出，变频和占空比(如喷射器或点火器)；(9)频率输出，恒定的占空比(如步进电机、怠速控制)。典型ECU的输人输出结构框图如图1所示。电源ECU的电源是一个直流-直流转换器。电池电压被转换为适合MPU和其它数字电路的电压。在某些情况下，E

8、CU提供模拟传感器的电压源。在这种情况下，ECU提供一个或多个模拟电源电压(源于电池电压)。典型的测试包括：(1)开关检查，检查电源和接地之间是否路或开路；(2)电源负载测试，在最大负载条件下验证电源电压(采用模拟电源时)；(3)电源噪声测试，检查输出噪声大小(采用模拟电源时)。此外，常见的还有唤醒电流和睡眠电流的测试，即分别在点火键处于"开"和"关"位置时检查VBATT上的电流。频率输入通常用于监测测试速度(如车辆速度)或速度和位置(如曲轴)的传感器。对于ECU最为重要的反馈信号是曲轴信号。在有些发动机应用中，曲轴和凸轮信号都被用于向ECU提供速度(转

9、速)和位置(曲轴角度)信息。曲轴和凸轮传感器可以采用可变磁阻型(VAR)传感器或红外传感器(IR)。这两种类型的传感器都能产生编码器信号，ECU通过这些信号来确定燃油和点火输出参数。典型的频率测试包括：(1)用具有可变振幅和或频率和或占空比的信号来驱动ECU频率输入；(2)对输入进行开路测试；(3)在输入短接的条件下进行测试。开关输入它是用于监测汽车中各组件和附件的开关状态。最重要的开关输入是点火开关。ECU需要掌握点火开关的位置(起动、运行、关闭、辅助)，以确定何时和如何控制燃油和点火系统。其它开关输入还有停车开关、制动开关和AC开关。在ECU测试系统中，通常由通用和或矩阵继电器组成的负载激

10、励模块将一个测试源与ECU上的开关输入相连接。典型的测试包括：IO移动测试(对于移动1，先将所有离散输入置0，然后再将输入由高切换为低，移动0则与此相反)、模式测试、开路测试等。处理器MPU包含有处理器和内存组件。在大多数情况下用闪存来存储应用软件(也称为应用码)。应用软件中包括校准查找表。这些表根据输入的反馈设定最佳燃油混合和点火定时参数。利用闪存可以在任何时候对ECU进行重新编程。在某些情况下，应用软件包括用于生产测试的特定模式。典型的测试包括：(1)RAM测试，通常为某种形式的写和读；(2)Flash测试，检查制造商产品编号，校验总和；(3)"看门狗"计时器洲试，将应

11、用软件和或嵌入式测试码下载到闪存中的输入和输出测试。开关输出开关输出有时也称作离散输出，通常为小电流驱动器。用于控制行驶控制离合器和燃油泵的信号就属于开关输出。有时根据开关输出向系统中的其它组件提供参考电源还是参考地而将其分为大电流驱动器和小电流驱动器。这些输出驱动的负载可以是电阻性负载(如检查发动机灯)，也可以是电抗性负载(如气动电磁阀)。典型测试包括：(1)箝位电压回扫电压；(2)输出漏电流；(3)诊断；(4)将输出短路测试。此外，ECU还具有数据链路、模拟输入、脉宽调制(PWM)输出、频率输出等功能模块。ECU测试系统与PXI平台在汽车生产企业中，ECU测试系统又称为虚拟仪器，即基于计算

12、机的设备，可依靠数控数据采集或信号发生硬件和软件算法来定义其功能。一台虚拟仪器就可执行多台号用设备的测量工作，因为软件定义了设备功能。如果需要新的设备，可以通过编写新的软件或购买具有所需功能的软件工具包来实现。所以软件是测试系统的主要组成部分，通常决定着整个测试系统的成本。硬件为一次性购买，而软件开发则需在测试系统的整个生命周期内不断改进，故软件成本常会超过硬件成本。开发实用的ECU测试系统需要有功能强大的开发平台，目前应用较多的是NationalInstruments公司的PXI系统，它是一种由计算机操作的新型模块化仪器平台。PXI平台和虚拟仪器在成本和性能方面的优势使得ECU测试系统开发员可以轻松应对系统设计的挑战。PXI平台开发的ECU测试系统是基于工业计算机技术，而且采用了标准PCI总线架构，所以工作非常稳固可靠，系统运行速度也很快。此外，测试系统的成本还可以根据应用对速度和性能的要求进行控制。有多种不同速度和特性(影响成本)的控制器可供选择。用户可从具有不同性能(成本也相应不同)的测试设备中进行选择。采用PXI平台和虚拟设备