NI軟硬件平臺(tái)在汽車ECU開發(fā)和測(cè)試中的應(yīng)用-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯NI軟硬件平臺(tái)在汽車ECU開發(fā)和測(cè)試中的應(yīng)用-設(shè)計(jì)應(yīng)用引言當(dāng)今汽車行業(yè)，法規(guī)對(duì)安全性、動(dòng)力性、舒適性、排放等提出了日益嚴(yán)格的要求，而這些性能又很大程度受ECU性能和質(zhì)量的影響。因此在汽車中，ECU不僅數(shù)量持續(xù)上升，其功能也不斷增強(qiáng)。

在汽車中，分單個(gè)ECU系統(tǒng)和多個(gè)ECU互聯(lián)系統(tǒng)，前者如安全氣囊ECU，后者如發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(EMS)ECU。EMS涉及數(shù)千個(gè)參數(shù)和多個(gè)電子設(shè)備，而且這些參數(shù)之間存在數(shù)據(jù)共享和傳遞，需要通過不同的汽車總線將各個(gè)電子設(shè)備互聯(lián)，以形成車載網(wǎng)絡(luò)，并完成復(fù)雜的智能控制和故障診斷。ECU復(fù)雜性和功能性不斷增加，為確保終產(chǎn)品質(zhì)量，需要通過自動(dòng)化測(cè)試手段來減少?gòu)亩x、分析、設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品周期環(huán)節(jié)的人為失誤。此外，還面臨如何在短的開發(fā)周期內(nèi)以經(jīng)濟(jì)的成本將產(chǎn)品推向市場(chǎng)的挑戰(zhàn)。

控制器開發(fā)“V”模式

經(jīng)過多年探索，業(yè)界普遍采用基于計(jì)算機(jī)模型的控制器開發(fā)“V”模式，如圖1所示。該模式可以很大程度地減少反復(fù)過程、縮短開發(fā)周期，以節(jié)省成本。該模式除應(yīng)用于汽車用ECU開發(fā)外，也已成功應(yīng)用到航空、國(guó)防、“白色”家電、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)過程控制等領(lǐng)域。下面按照“V”模式圖橫向?qū)?yīng)的先后環(huán)節(jié)順序作簡(jiǎn)單闡述。

系統(tǒng)定義：根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，完成設(shè)計(jì)規(guī)范，如控制算法、控制對(duì)象參數(shù)等。往往需要以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)作參考。

設(shè)計(jì)、仿真：根據(jù)控制系統(tǒng)定義，將整個(gè)系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)軟件環(huán)境下實(shí)現(xiàn)，即對(duì)控制器的控制邏輯、控制對(duì)象環(huán)境進(jìn)行建模仿真，以幫助設(shè)計(jì)者在先期就對(duì)系統(tǒng)指標(biāo)、誤差等進(jìn)行快速評(píng)估。仿真工具主要有NILabVIEW、TheMathWorks,Inc.Simulink、MATRIXx等。其中LabVIEW允許設(shè)計(jì)者在圖形化環(huán)境中借助提供的控制仿真模塊對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模和動(dòng)態(tài)仿真，又可集成第三方軟件開發(fā)的模型和代碼，包括TheMathWorks,Inc.Simulink、MSCCarSim，甚至C代碼。MATRXx則提供一整套系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真工具，尤其適合開發(fā)和管理大型的、復(fù)雜的模型。

圖2發(fā)動(dòng)機(jī)控制器硬件原型

圖3發(fā)動(dòng)機(jī)原型上位機(jī)測(cè)試界面

應(yīng)用舉例二：MicroNova發(fā)動(dòng)機(jī)硬件在環(huán)測(cè)試

德國(guó)MicroNova公司面臨在短時(shí)間內(nèi)開發(fā)緊湊的、高精度的板卡用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)硬件在環(huán)測(cè)試，要求能夠仿真2缸、4缸、6缸和12缸完整的測(cè)試環(huán)境的項(xiàng)目需求。

基于對(duì)PXI平臺(tái)模塊化、靈活性的了解，MicroNova選擇了NIPXI平臺(tái)，包含PXI-8196實(shí)時(shí)嵌入式控制器、PXI-7831FPGA板卡、PXI-6723模擬輸出板卡以及PXICAN模塊。其中，PXI-7831是能提供模擬的輸入輸出、數(shù)字的輸入輸出、PWM生成和測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)板卡，并可通過LabVIEWFPGA編程實(shí)現(xiàn)曲軸、凸輪軸、爆震、點(diǎn)火等非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。通過LabVIEW仿真接口工具包集成已有的在Simulink環(huán)境下開發(fā)的仿真器模型，協(xié)同TESISDYNAware提供的發(fā)動(dòng)機(jī)模組來構(gòu)建虛擬的測(cè)試環(huán)境，并運(yùn)行于PXI實(shí)時(shí)控制器中。MicroNova開發(fā)了信號(hào)調(diào)理模塊，對(duì)信號(hào)大小、I/U、U/I、U/R等進(jìn)行調(diào)理，以滿足類似ECU電流在休眠模式下為幾個(gè)μA，而工作模式時(shí)可達(dá)50A的需求。此外，系統(tǒng)還包括MagnetiMarelliECU、故障輸入模塊和真實(shí)負(fù)載。

整個(gè)硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如圖4所示，包括FPGA目標(biāo)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)和上位機(jī)三個(gè)部分，其中上位機(jī)為用戶操作界面和自動(dòng)化測(cè)試管理程序。該系統(tǒng)具有小型化、高精度、開發(fā)時(shí)間短、低成本的特點(diǎn)。不僅可直接使用已有的模型、接口板等；又可根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行模塊替換或擴(kuò)展；板載FPGA便于實(shí)現(xiàn)靈活的可重復(fù)配置，但無需復(fù)雜的軟件硬件知識(shí)；通過PXI背板總線實(shí)現(xiàn)數(shù)量眾多的I/O在不同的總線速度下同步。

圖4MicroNova發(fā)動(dòng)機(jī)硬件在環(huán)測(cè)試軟件架構(gòu)

該平臺(tái)已成功用作BMW某12缸直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的硬件在環(huán)仿真器；還可用于其它不同系列發(fā)動(dòng)機(jī)，如：含可變氣門驅(qū)動(dòng)、可調(diào)式凸輪軸控制、直噴技術(shù)的V-12和6缸直列發(fā)動(dòng)機(jī)；帶渦輪增壓、空氣中冷4缸直列共軌柴油機(jī)；用于摩托車的進(jìn)氣管噴射、2個(gè)爆震傳感器和雙節(jié)氣門的V-2發(fā)動(dòng)機(jī)。

總結(jié)：

目前，基于PC技術(shù)的控制器開發(fā)“V”模式已成為汽車ECU開發(fā)一套行之有效的方法。對(duì)于其中快速原型和硬件在環(huán)兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)者可根據(jù)ECUI/O數(shù)量和