基于NI产品的高压共轨柴油机电控单元测试系统的开发

1、基于NII产品的的高压共共轨柴油油机电控控单元测测试系统统的开发发Deveeloppingg off Teest Equuipmmentt foor HHighh Prresssuree Coommoon RRaill Diieseel EEngiine ECU witth NNI PProdductts 作作者：杭杭勇 杨明明陆娟 职职务：高高级工程程师 公公司：一一汽无锡锡油泵油油嘴研究究所应用领域域：汽车车挑战： 发动机电电控单元元的开发发面临着着开发效效率和开开发质量量的双重重压力，如何在在产品开开发过程程中快速速地测试试控制系系统的功功能性、可靠性性，在保保证开发发质量的的前提下下，

2、提高高系统开开发效率率，是所所有开发发人员面面前的难难题。而而在实际际的发动动机台架架试验中中，人为为地产生生故障是是非常危危险的，可能会会对控制制器、发发动机、台架设设备或试试验人员员造成伤伤害。因因此，用用测试设设备模拟拟发生各各种故障障信号组组合，可可以快速速地对EECU进进行该项项功能的的全面测测试，节节约台架架时间，降低测测试风险险。应用方案案利用NII公司的的软硬件件产品，开发人人员可以以快速高高效地搭搭建出电电子控制制系统（ECUU）测试试平台, 其灵灵活的硬硬件配置置、图形形化的编编程方法法，使用用户可以以方便地地开发出出从简单单的子系系统测试试到复杂杂的全系系统测试试方案。在

3、此基基础上应应用TeestSStannd建立立了一套套ECUU功能检检测设备备，从而而在整个个开发流流程中提提供了一一个从灵灵活的软软件调试试工具、软件功功能测试试到硬件件电路检检测的完完整解决决方案。使用的产产品：LabVVIEWW 7.1LabVVIEWW FPPGA TesttStaand 3.55PXI-62229 MM系列多多功能数数据采集集卡PXI-78331R 可重新新配置的的多功能能I/OO卡PXI-65112 低低价位工工业数字字输出卡卡PXI-84664/22 单口口软件可可选PXXI-CCAN接接口PXI-67223 静静态和波波形模拟拟输出板板卡介绍：高压共轨轨控制系系

4、统的软软件开发发要求建建立起一一套硬件件在回路路仿真测测试平台台，要求求该平台台能提供供高速的的相位准准确的发发动机曲曲轴和凸凸轮轴信信号，以以及其他他传感器器输入信信号，如如共轨油油压、踏踏板开度度、冷却却水温度度、机油油压力、燃油温温度、增增压压力力等，对对输出到到执行器器，诸如如各缸的的预喷、主喷以以及泵油油信号的的宽度和和相位也也要求能能准确捕捕捉，以以反映出出控制系系统真实实的控制制功能。同时，要求测测试系统统具有故故障发生生模块，方便调调试电控控单元的的诊断功功能。这这样在控控制软件件的设计计过程中中，通过过硬件在在环的仿仿真调试试，可以以快速地地确认算算法的功功能，尽尽早地发发现

5、和纠纠正软件件功能错错误，降降低开发发成本，提高开开发效率率和开发发质量。NI公公司的虚虚拟仪器器理念克克服传统统仪器功功能单一一，扩展展开发困困难的缺缺点，为为电控高高压共轨轨系统控控制单元元的开发发提供灵灵活、完完整的硬硬件在环环（Haardwwaree-inn-thhe-LLoopp）仿真真调试平平台，并并建立产产品ECCU功能能检测设设备。本本文介绍绍了该套套系统的的设计方方案及其其特点。正文：软件调试试平台建建立：根据高压压共轨控控制器的的输入信信号相位位要求、输出信信号高速速采样要要求和故故障发生生原理，基于NNI公司司软硬件件产品，利用PXXI-778311R FFPGAA板卡高

6、高速发生生和采集集关键信信号，利利用PXXI-665122和继电电器组合合实现了了各种故故障的发发生。搭搭建出的的测试系系统在实实际ECCU功能能测试中中的应用用表明，该系统统能够高高速模拟拟发生发发动机在在不同工工况下不不同相位位关系的的曲轴和和凸轮信信号，结结合其他他如共轨轨压力、油门踏踏板和温温度信号号的发生生，通过过对喷油油脉宽和和相位、泵油脉脉宽和相相位的捕捕捉，实实现了对对控制器器在不同同工况下下硬件电电路、软软件功能能的测试试，进而而为控制制器的研研发和调调试提供供了很好好的手段段。利用两块块NI的的现场可可编程门门阵列（FPGGA）板板卡PXXI-778311R，一一块用来来发

7、生转转速和捕捕捉同步步信号，实现了了高速、相位准准确的发发动机曲曲轴和凸凸轮轴信信号的发发生，一一块用来来捕捉喷喷油和泵泵油信号号。转速速信号采采用Whhilee 循环环和平铺铺式顺序序(fllat seqquennce)结构，第一个个序列中中为一可可调计时时器，用用来控制制第二个个序列信信号点输输出的速速度，进进而改变变转速信信号的频频率，该该板卡上上的另外外5路AAO用于于发生轨轨压信号号、油门门开度及及其它温度信信号，如如图1所所示。图1 LLabVVIEWW FPPGA中中转速信信号发生生程序程序中WWhille 循循环中的的循环计计数用来来控制当当前循环环各模拟拟输出口口电平的的高低

8、，其逻辑辑根据所所需信号号的种类类而定，本文中中的曲轴轴信号为为每转448齿缺3齿，凸轮轮轴信号号为每两两转6齿齿加1齿。另外外，为了了实现喷喷油和泵泵油信号号捕捉处处理时与与转速信信号相位位的同步步，在每每两圈曲曲轴信号号第一齿齿上升沿沿位置产产生一捕捕捉同步步信号，实际发发生的发发动机115000转信号号如图22。图2 实实际发生生的转速与与捕捉同同步信号号喷油信号号和泵油油信号的的捕捉是是测试中中的关键键，直接接反映软软件的控控制输出出，设计计中是通通过测量量驱动电电路中电电流波形形来获得得，选用用Honneywwelll的电流流传感器器。对喷喷油信号号需精确确获取喷喷油脉宽宽和喷油油相

9、位，对泵油油信号主主要是获获取精确确的相位位，对脉脉宽宽度度测量精精度要求求不高。图3为为LabbVIEEW FFPGAA中的程程序，显显示了一一路喷油油器控制制信号和和一路泵泵油信号号的测量量流程。在测试试程序中中，首先先利用速速度信号号发生模模块中的的捕捉同同步信号号来触发发测试开开始，确确保测试试开始点点与发动动机工作作相位的的严格同同步，进进而保证证结果中中喷油和和泵油信信号相位位的准确确性。图3 LLabVVIEWW FPPGA中中信号测测量程序序图4所示示为电流流信号测测量的原原理图，以喷油油器电流流信号为为例。首首先针对对信号幅幅值确定定两个阈阈值，分分别为电电流上升升阈值uup

10、和下下降阈值值dowwn。在在测试中中，测试试程序一一经触发发，以恒恒定的采采样时间间间隔对对电流波波形进行行采样，首先寻寻找上升升沿，当当在第nn1个循循环找到到后，把把n1值值写入预预设数组组第一行行，程序序转入寻寻找下降降沿n22，写入入数组第第二行，接着是是后一个个脉冲的的n3、n4，(n22-n11)*和和(n44-n33)*则为主主预喷射射的喷油油脉宽。图4 电电流信号号测量原原理图找到每每一缸喷喷油信号号的上述述时间，再考虑虑各缸相相位和当当前转速速，则可可以最终终计算出出喷油信信号相对对于该缸缸上止点点的提前前角。实实际测量量中，FFPGAA板卡对对各通道道能实现现的最小小采样

11、时时间间隔隔为0.0066ms，相当于于发动机机转速330000转时的的0.1108。在ECCU控制制功能中中，对故故障的识识别和处处理非常常重要，必须给给予详细细的功能能测试。但在实实际的发发动机台台架试验验中，人人为地产产生故障障是非常常危险的的，可能能会对控控制器、发动机机、台架架设备或或试验人人员造成成伤害。因此，用测试试设备模模拟发生生各种故故障信号号组合，可以快快速地对对ECUU进行该该项功能能的全面面测试，节约台台架时间间，降低低测试风风险。方方案中采采用NII PXXI-665122数字量量输出板板卡和继继电器组组合，在在图5的故障障发生控控制面板板通过对对下拉式式菜单的的选择

12、，实现了各种输输入输出出信号断断路、短短路、对对地短路路或对电电源短路路等故障障模拟。图5 LLabVVIEWW中故障障发生控控制面板板另外，结结合软件件中CAAN JJ19339协议议开发的的需要，我们利利用PXXI-884644 CAAN卡在在LabbVIEEW中方便地地开发出出灵活的的、满足足J19939协协议的收收发单元元，与EECU节节点进行行联调，测试和和监控EECU节节点单元元对协议议的满足足情况。图6所所示为我我们在标标准的119寸控控制柜中中安装的的PXII控制器器，控制制器上部部安装有有监视器器，下部部则安装装有键盘盘鼠标、接口电电路板卡卡及负载载，图7为在LaabVIIE

13、W中中编制的的主控制制界面。图6 19寸寸控制柜柜中的PPXI控控制器及及NI板卡卡图7 LabbVIEEW中的的主控制制界面ECU功功能检测测设备开开发在ECCU软件件调试设设备开发发成功后后，公司司提出了了开发一一套产品品ECUU功能检检测仪的的需求，用于出出厂前EECU质质量控制制。我们在在软件调试试设备开开发的原原理基础础上，考考虑到成成本，选选用MXXI-44接口的的PXII-PCCI-88331板卡，直接用用PC机机控制NNI硬件件。硬件件板卡中中选用PPXI-62229输出出转速信信号，PPXI-67223输出出模拟量量信号，PPXI-65112发生生数字量量信号，其余DDO结合

14、合继电器器产生故故障，PPXI-84664实现现CANN通讯，并利用TTesttStaand软软件进行行测试项项目管理和和报告生生成，根根据需要要增加了了相关的的产品功功能测试试项，如如ECUU上电检检测、内内存检测测、输入入输出端口口功能检检测、驱驱动电路路功能检检测等。测试数数据主要要通过电电流传感感器和CCAN通通讯数据据获得，为此定定义了简简单的CCAN通通讯协议议，通过过测试设设备的请请求，EECU回回复相应应的数据据。图8所示为为开发完完成的检检测设备备图，图图9为TeestSStannd中调调用的主主要测试试步骤。图8 电控单单元功能能检测仪仪图9 TesstSttandd中EC

15、CU测试试步骤主要测试试步骤的的测试内内容如下下：初始化：该步骤骤主要完完成测试试流程的的配置，包括哪哪些测试试步骤需需要进行行，各步步骤中的的具体测测试参数数的设置置等。短路测试试：该步骤骤完成EECU上上电时电电源模块块测试，通过对对上电过过程中供供电电流流的监测测，确定定供电电电路中有有无短路路、断路路故障，确保EECU测测试的安安全。CAN握握手：完成测测试设备备与ECCU之间间的CAAN通讯讯测试，并建立立连接，为后续续测试的的数据获获取做准准备。获取ECCU IID：测试设设备按照照协议发发出CAAN请求求，ECCU回复复软件中中的ECCU编号号。该编编号将作作为测试试报告的的文件

16、名名，方便便报告管管理。静态数字字端口、模拟端端口测试试：测试设设备不发发生转速速信号，只按照照设计的的时序依依次改变变数字端端口、模模拟端口口的电平平。在测测试设备备发出CCAN请请求帧后后，ECCU采集集信号，并将测测试结果果打包通通过CAAN发送送给测试试设备，测试设设备通过过比较发发出与收收到的数数据，进进行判别别。该测测试步骤骤覆盖了EECU所所有数字字、模拟拟端口通通道的功功能测试试。动态工况况测试11、2、3：在该步步骤中，测试设设备发生生曲轴和和凸轮信信号，EECU驱驱动执行行器动作作。通过过预设的的3个特定定工况的的运行，对驱动动电流的的峰值大小小、脉宽宽宽度、信号相位位进行监监测，检检测ECCU功率率驱动电电路的功功能和软软件算法法的正确确性。同同时，对对ECUU发出的的基于JJ19339协议议的CAAN报文文进行监监测。测试完完成后，生成报报告，显显示测试试通过与与否，不不通过项项在报告中中高亮显显示，方方便检修修人员定定位。测测试报告告自动以以ECUU编号存存盘，为为后续的的质量跟跟踪服务务。上述流程程已经在在实际EECU检检测中得得到了应应用，能能够准确确有效地地发现新新制ECCU存在在的软硬硬件问题题，为生生产线上上产品EECU的的质量控控制提供供了有效效的工具具。结论美国国国家仪器器公司拥拥有丰富富的软件件、硬件系系列产品品，其强强大的软软硬件功