汽車電子產(chǎn)品ECU測試方法

胡艷君，　董世鋼，　姜　波

(1.大陸汽車電子(長春)有限公司， 吉林 長春　130000;2.長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校 機(jī)械工程學(xué)院， 吉林 長春　130011)

0　引　言

近年來,越來越多的電子技術(shù)應(yīng)用到汽車領(lǐng)域，使得汽車電子控制系統(tǒng)的測試更加復(fù)雜,導(dǎo)致汽車電子控制單元的測試開發(fā)周期更長、測試功能不完善和不穩(wěn)定[1]。如何有效的簡化測試系統(tǒng)，設(shè)計(jì)更好的電子控制單元測試方法，是各個汽車電子零部件廠必須考慮或有待解決的問題[2]。文中以助力轉(zhuǎn)向控制單元為實(shí)例，首先對電子控制單元(ECU)軟/硬件的工作原理進(jìn)行闡述并分析，提出測試方案;然后闡述該ECU在Keysight測試系統(tǒng)的構(gòu)建和方法,最后完成測試系統(tǒng)的開發(fā)。驗(yàn)證了此測試方法簡單、方便和開發(fā)周期短，并且測試系統(tǒng)穩(wěn)定、功能強(qiáng)大和方便移植等優(yōu)點(diǎn)，被各個汽車零部件廠商所采用。

1　系統(tǒng)方案

對于汽車零部件廠而言，能夠快速、有效的導(dǎo)入新產(chǎn)品并及時(shí)的發(fā)給客戶，是它們追求的目標(biāo)。而現(xiàn)在市面上比較通用的測試系統(tǒng)有兩種:一種是NI的測試系統(tǒng)[3];另一種是Keysight測試系統(tǒng)。兩個系統(tǒng)在硬件的性能、穩(wěn)定性和價(jià)格基本差不多，差別是在控制軟件上，NI的測試系統(tǒng)使用的Labview,相比Keysight的TestExec語法更加復(fù)雜，技巧性強(qiáng)。所以選用Keysight公司的TS5400測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)能為ECU提供各種電子負(fù)載,并且內(nèi)部集成了標(biāo)準(zhǔn)化的儀器儀表?？梢苑浅７奖愕倪M(jìn)行調(diào)試和移植到其它的測試產(chǎn)品。由于該產(chǎn)品使用的CAN協(xié)議通信[4]，我們選用NI-CAN卡作為產(chǎn)品的通信工具，NI公司提供硬件的同時(shí),還提供了標(biāo)準(zhǔn)的API控制函數(shù)和相應(yīng)的DLL,使用非常方便。其整個系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)硬件框圖

測試軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　測試軟件結(jié)構(gòu)

在軟件方面，基于ECU的汽車電子產(chǎn)品本身主要的測試方法有兩種[5]：一個是把測試程序放到應(yīng)用軟件里(見圖2中Flash1)；另一個是把測試程序單拿出來，固化到內(nèi)部的Flash里(見圖2中Flash2)。前者的優(yōu)點(diǎn)是不需要單獨(dú)開發(fā)測試程序,借用應(yīng)用程序的功能模塊完成測試程序。缺點(diǎn)是測試程序可能會和應(yīng)用程序存在干擾，測試的時(shí)候又要配合應(yīng)用軟件的某些功能需求,所以測試的時(shí)間也要長，而且必須還要等到應(yīng)用軟件發(fā)布后才能發(fā)布測試軟件,所以開發(fā)周期也很長。而第二種方案把測試軟件單獨(dú)拿出來，不需要等到應(yīng)用程序完成就能釋放，減少了開發(fā)周期,而且應(yīng)用軟件和測試軟件相互獨(dú)立，產(chǎn)品的穩(wěn)定性大大提高。缺點(diǎn)是會占用Flash的存儲空間。但一般測試軟件都很小，即使不小也可以把一部分的測試軟件功能下載到控制器的RAM里,這樣控制器的存儲空間利用率可以非常高。所以第二種測試方法被廣泛應(yīng)用，文中就是以第二種方法實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的測試。

2　硬件設(shè)計(jì)

電子助力轉(zhuǎn)向控制單元能夠幫助駕駛者更加靈活輕便操作轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，特別是停車時(shí)的操作力。其原理是該控制單元通過扭力傳感器實(shí)時(shí)采集駕駛?cè)藛T控制轉(zhuǎn)向盤的扭力信號，當(dāng)獲得相應(yīng)的扭力后，主芯片會控制扭力電機(jī)的工作，輔助駕駛者控制前輪的方向[6]。其內(nèi)部的功能模塊主要包括電源部分、主控芯片、電機(jī)驅(qū)動部分、傳感器輸入部分和通信部分。要想ECU能夠正常的工作，必須保證ECU有和真實(shí)汽車一樣的負(fù)載。其中輸入信號包括電源、輪速、扭力要分別和TS5400測試系統(tǒng)的電源、波形發(fā)生器、負(fù)載箱提供。輸出信號電機(jī)與通信部分分別和電子負(fù)載及NI-CAN連接。使用電子負(fù)載和線圈模擬真實(shí)的電機(jī)，并且電子負(fù)載的參數(shù)可以調(diào)節(jié)，所以比使用真實(shí)的電機(jī)更加靈活，方便集成其它的類似項(xiàng)目，硬件接線圖如圖3所示。

圖3硬件接線圖

由于TS5400測試系統(tǒng)有一張大電流的負(fù)載卡，在每個通道都有一個LEM轉(zhuǎn)換器和一個Isense電阻。此電阻能夠感知所流過的電流值，最大能達(dá)到30 A，而該助力轉(zhuǎn)向控制單元需要50 A的電流，所以我們能夠用兩個通道完成對助力轉(zhuǎn)向控制單元的測試，這是非常的方便，不需要另外加入大電流采集電路。整個測試系統(tǒng)的工作過程都是在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制下完成，能夠方便的獲得測試產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

3　軟件設(shè)計(jì)

軟件示意圖如圖4所示。

圖4軟件示意圖

此測試系統(tǒng)僅僅需要兩個測試軟件：一個是TS5400測試系統(tǒng)的上位機(jī)測試軟件；另一個是ECU內(nèi)部所集成的測試軟件(見圖4中的TestExec和Testsoftware)。對于ECU的測試軟件[7]，現(xiàn)在一般也由汽車零部件廠所開發(fā)，保證滿足客戶的需求，文中所使用的是英飛靈XC2300D的微控制器，對該芯片操作時(shí)，首先要對其存儲器映射地址有詳細(xì)的了解,芯片的內(nèi)部存儲空間分配情況見表1。

我們分配測試軟件地址是從0xC04000到0xC08000,測試軟件的大小約9 Kbyte,留出16 Kbyte便于以后功能升級使用。整個測試軟件的執(zhí)行過程如圖5所示。

表1　芯片的內(nèi)部存儲空間分配表

圖5　測試程序的執(zhí)行過程

其過程是當(dāng)ECU上電時(shí)，程序會進(jìn)入BOOT程序，當(dāng)在100 ms內(nèi)收到Seed和Key的正確密鑰(加密算法)后，進(jìn)入測試程序開始執(zhí)行相應(yīng)的功能測試，如果是不正確的密鑰或沒有密鑰程序，則會進(jìn)入應(yīng)用程序執(zhí)行相應(yīng)的功能。在測試軟件執(zhí)行的過程中，可以對Flash的其他區(qū)域進(jìn)行讀寫功能，如出廠信息。為了保證穩(wěn)定性和可移植性，測試軟件與上位機(jī)軟件使用標(biāo)準(zhǔn)的KWP2000通信協(xié)議。

測試程序交互界面如圖6所示。

圖6　測試程序交互界面

對于軟件TestExec，是Keysight公司專為TS5400測試系統(tǒng)所開發(fā)，它最大的特點(diǎn)是順序執(zhí)行,控制語句也很少[8]。能夠結(jié)合ATI的軟件程序，為生產(chǎn)線操作人員提供非常簡潔直觀的測試信息。由圖6可以看出，它是同時(shí)測試兩個產(chǎn)品的測試結(jié)果,出現(xiàn)“×”為位置1，產(chǎn)品沒有通過測試，并顯示在主程中的錯誤ID號1007_309，通過此ID就能夠直接找到錯誤的原因。“√”為通過產(chǎn)品。

4　結(jié)　語

以助力轉(zhuǎn)向控制單元為例，介紹了測試系統(tǒng)硬件和軟件的結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證該測試方法的有效性。其硬件方面集成了國際上標(biāo)準(zhǔn)的儀器儀表，具有穩(wěn)定、精確、獨(dú)立、方便等特性。軟件主要集中在產(chǎn)品的測試軟件開發(fā)，對產(chǎn)品的存儲器進(jìn)行有效的分配。把應(yīng)用軟件和測試軟件分離開來，這樣能夠大大地縮短產(chǎn)品的投放時(shí)間，而且穩(wěn)定性更高，被廣泛應(yīng)用到汽車電子產(chǎn)品的測試中。實(shí)踐證明，此系統(tǒng)有很好的擴(kuò)展性、很高的執(zhí)行效率和穩(wěn)定性，大大提高了汽車電子零部件廠商的生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

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[5]張萬福，黃影平.基于仿真的汽車電子控制器軟件開發(fā)方法研究[J].上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2017(1)：102-109.

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[7]Konrad Reif,孫澤昌.BOSCH汽車電氣于電子[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，2014.

[8]胡艷君，董世鋼，張磊.基于keysight設(shè)備的汽車電子測試系統(tǒng)[J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,37(3):287-291.