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NI产品的高压共轨柴油机电控单元测试系统的开发Developing of Test Equipment for High Pressure Common Rail Diesel Engine ECU with NI Products 作者者：杭勇勇 杨明 陆娟娟 职务务：高级级工程师师 公司司：一汽汽无锡油油泵油嘴嘴研究所所应用领域：汽车挑战： 发动机电控控单元的的开发面面临着开开发效率率和开发发质量的的双重压压力，如如何在产产品开发发过程中中快速地地测试控控制系统统的功能能性、可可靠性，在在保证开开发质量量的前提提下，提提高系统统开发效效率，是是所有开开发人员员面前的的难题。而在实际的

2、发动机台架试验中，人为地产生故障是非常危险的，可能会对控制器、发动机、台架设备或试验人员造成伤害。因此，用测试设备模拟发生各种故障信号组合，可以快速地对ECU进行该项功能的全面测试，节约台架时间，降低测试风险。应用方案利用NI公公司的软软硬件产产品，开开发人员员可以快快速高效效地搭建建出电子子控制系系统（EECU）测测试平台台, 其其灵活的的硬件配配置、图图形化的的编程方方法，使使用户可可以方便便地开发发出从简简单的子子系统测测试到复复杂的全全系统测测试方案案。在此此基础上上应用TTesttStaand建建立了一一套ECCU功能能检测设设备，从从而在整整个开发发流程中中提供了了一个从灵灵活的软

3、软件调试试工具、软软件功能能测试到到硬件电电路检测测的完整整解决方方案。使用的产品品：LabVIIEW 7.11LabVIIEW FPGGA TestSStannd 33.5PXI-662299 M系系列多功功能数据据采集卡卡PXI-778311R 可可重新配配置的多多功能II/O卡卡PXI-665122 低价价位工业业数字输输出卡PXI-884644/2 单口软软件可选选PXII-CAAN接口口PXI-667233 静态态和波形形模拟输输出板卡卡介绍：高压共轨控控制系统统的软件件开发要要求建立立起一套套硬件在在回路仿仿真测试试平台，要要求该平平台能提提供高速速的相位位准确的的发动机机曲轴和和

4、凸轮轴轴信号，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、燃燃油温度度、增压压压力等等，对输输出到执执行器，诸诸如各缸缸的预喷喷、主喷喷以及泵泵油信号号的宽度度和相位位也要求求能准确确捕捉，以以反映出出控制系系统真实实的控制制功能。同同时，要要求测试试系统具具有故障障发生模模块，方方便调试试电控单单元的诊诊断功能能。这样样在控制制软件的的设计过过程中，通通过硬件件在环的的仿真调调试，可可以快速速地确认认算法的的功能，尽尽早地发发现和纠纠正软件件功能错错误，降降低开发发成本，提提高开发发效率和和开发质质量。NNI公司司的虚拟拟仪器理理念克服服传统仪仪

5、器功能能单一，扩扩展开发发困难的的缺点，为电控高压共轨系统控制单元的开发提供灵活、完整的硬件在环（Hardware-in-the-Loop）仿真调试平台，并建立产品ECU功能检测设备。本文介绍了该套系统的设计方案及其特点。正文：软件调试平平台建立立：根据高压共共轨控制制器的输输入信号号相位要要求、输输出信号号高速采采样要求求和故障障发生原原理，基基于NII公司软软硬件产产品，利利用PXXI-778311R FFPGAA板卡高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，该该

6、系统能能够高速速模拟发发生发动动机在不不同工况况下不同同相位关关系的曲曲轴和凸凸轮信号号，结合合其他如如共轨压压力、油油门踏板板和温度度信号的的发生，通通过对喷喷油脉宽宽和相位位、泵油油脉宽和和相位的的捕捉，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NNI的现现场可编编程门阵阵列（FFPGAA）板卡卡PXII-78831RR，一块块用来发发生转速速和捕捉捉同步信信号，实实现了高速、相相位准确确的发动动机曲轴轴和凸轮轮轴信号号的发生生，一块块用来捕捕捉喷油油和泵油油信号。转速信号采用While 循环和平铺

7、式顺序(flat sequence)结构，第一个序列中为一可调计时器，用来控制第二个序列信号点输出的速度，进而改变转速信号的频率，该板卡上的另外5路AO用于发生轨压信号、油门开度及其它温度信号，如图1所示。图1 LaabVIIEW FPGGA中转转速信号号发生程程序程序中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，其其逻辑根根据所需需信号的的种类而而定，本本文中的的曲轴信信号为每每转488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

8、沿沿位置产产生一捕捕捉同步步信号，实实际发生生的发动动机15500转转信号如如图2。图2 实际际发生的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位，对对泵油信信号主要要是获取取精确的的相位，对对脉宽宽宽度测量量精度要要求不高高。图3为LLabVVIEWW FPPGA中中的程序序，显示示了一路路喷油器器控制信信号和一一路泵油油信号的的测量流流程。在在测试程程序中，首首先利用用速度

9、信信号发生生模块中中的捕捉捉同步信信号来触触发测试试开始，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 LaabVIIEW FPGGA中信信号测量量程序图4所示为为电流信信号测量量的原理理图，以以喷油器器电流信信号为例例。首先先针对信信号幅值值确定两两个阈值值，分别别为电流流上升阈阈值upp和下降降阈值ddownn。在测测试中，测测试程序序一经触触发，以以恒定的的采样时时间间隔隔对电流流波形进进行采样样，首先先寻找上上升沿，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

10、，写入入数组第第二行，接接着是后后一个脉脉冲的nn3、nn4，(n2-n1)*和(n4-n3) *则为主主预喷射射的喷油油脉宽。图4 电流流信号测测量原理理图找到每一一缸喷油油信号的的上述时时间，再再考虑各各缸相位位和当前前转速，则则可以最最终计算算出喷油油信号相相对于该该缸上止止点的提提前角。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时时间间隔隔为0.0066ms，相相当于发发动机转转速30000转转时的00.1008。在ECUU控制功功能中，对对故障的的识别和和处理非非常重要要，必须须给予详详细的功功能测试试。但在在实际的的发动机机台架试试验中，人人为地产产生故障障是

11、非常常危险的的，可能能会对控控制器、发发动机、台台架设备备或试验验人员造造成伤害害。因此此，用测测试设备备模拟发发生各种种故障信信号组合合，可以以快速地地对ECCU进行行该项功功能的全全面测试试，节约约台架时时间，降降低测试试风险。方案中采用NI PXI-6512数字量输出板卡和继电器组合，在图5的故障发生控制面板通过对下拉式菜单的选择，实现了各种输入输出信号断路、短路、对地短路或对电源短路等故障模拟。图5 LaabVIIEW中中故障发发生控制制面板另外，结结合软件件中CAAN JJ19339协议议开发的的需要，我我们利用用PXII-84464 CANN卡在LaabVIIEW中中方便地地开发出

12、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，测测试和监监控ECCU节点点单元对对协议的的满足情情况。图6所示示为我们们在标准准的199寸控制制柜中安安装的PPXI控控制器，控控制器上上部安装装有监视视器，下下部则安安装有键键盘鼠标标、接口口电路板板卡及负负载，图7为在LaabVIIEW中中编制的的主控制制界面。图6 119寸控控制柜中中的PXXI控制制器及NNI板卡卡图7 LLabVVIEWW中的主主控制界界面ECU功能能检测设设备开发发在ECUU软件调调试设备备开发成成功后，公司提出了开发一套产品ECU功能检测仪的需求，用于出厂前ECU质量控制。我们在软件

13、调试设备开发的原理基础上，考虑到成本，选用MXI-4接口的PXI-PCI-8331板卡，直接用PC机控制NI硬件。硬件板卡中选用PXI-6229输出转速信号，PXI-6723输出模拟量信号，PXI-6512发生数字量信号，其余DO结合继电器产生故障，PXI-8464实现CAN通讯，并利用TestStand软件进行测试项目管理和报告生成，根据需要增加了相关的产品功能测试项，如ECU上电检测、内存检测、输入输出端口功能检测、驱动电路功能检测等。测试数据主要通过电流传感器和CAN通讯数据获得，为此定义了简单的CAN通讯协议，通过测试设备的请求，ECU回复相应的数据。图8所示为开发完成的检测设备图，图

14、9为TestStand中调用的主要测试步骤。图8 电电控单元元功能检检测仪图9 TTesttStaand中中ECUU测试步步骤主要测试步步骤的测测试内容容如下：初始化：该步骤主主要完成成测试流流程的配配置，包包括哪些些测试步步骤需要要进行，各各步骤中中的具体体测试参参数的设设置等。短路测试：该步骤完完成ECCU上电电时电源源模块测测试，通通过对上上电过程程中供电电电流的的监测，确确定供电电电路中中有无短短路、断断路故障障，确保保ECUU测试的的安全。CAN握手手：完成测试试设备与与ECUU之间的的CANN通讯测测试，并并建立连连接，为为后续测测试的数数据获取取做准备备。获取ECUU IDD：测

15、试设备备按照协协议发出出CANN请求，EECU回回复软件件中的EECU编编号。该该编号将将作为测测试报告告的文件件名，方方便报告告管理。静态数字端端口、模模拟端口口测试：测试设备备不发生生转速信信号，只只按照设设计的时时序依次次改变数字字端口、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，并并将测试试结果打打包通过过CANN发送给给测试设设备，测测试设备备通过比比较发出出与收到到的数据据，进行行判别。该该测试步骤骤覆盖了EECU所所有数字字、模拟拟端口通通道的功功能测试试。动态工况测测试1、22、3：在该步骤骤中，测测试设备备发生曲曲轴和凸凸轮信号号，ECC

16、U驱动动执行器器动作。通通过预设设的3个特定定工况的的运行，对对驱动电电流的峰值大小小、脉宽宽宽度、信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。测试完成成后，生生成报告告，显示示测试通通过与否否，不通通过项在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。上述流程已已经在实实际ECCU检测测中得到到了应用用，能够够准确有有效地发发现新制制ECUU存在的的软硬件件问题，为为生产线线上产品品ECUU的质量量控制提提供了有有效的工工具。结论美国国家家仪器公公司拥有有丰富的的软件、硬件系系列产品品，其强强大的软软硬件功功能，灵灵活方便便的Laab