汽車發(fā)動機控制器(ECU)中待測項目綜述

汽車發(fā)動機控制器(ECU)是汽車中最為復雜且功能最為強大的計算機，它包含電源、MPU、通信鏈路、離散輸入、頻率輸入、模擬輸入、開關輸出、PWM 輸出和頻率輸出等9大模塊，了解這些模塊以及待測試的項目，對于(中國)測試工程師參與汽車ECU的測試具有一定的指導意義，同時也有利于設計工程師從測試角度去全盤考慮汽車發(fā)動機控制器的設計問題。

發(fā)動機電子控制裝置，也稱作發(fā)動機控制器(ECU)，于20世紀70年代誕生。當時，由于石油危機，人們正在尋找一種提高燃油經濟性的方法，他們想要找出一種能夠使發(fā)動機在更為清潔和污染更少的條件下運行的方法。當時的工程師運用一種叫做燃料分配器的機械裝置來控制火花定時，使用化油器來控制燃料混合。這種機械系統(tǒng)的調整能力較差。20世紀70年代微處理器誕生了，這種技術可以實現控制火花定時和燃料混合所需的復雜、高速的運算。在80年代早期ECU成為了大多數車輛中的標準部件。ECU是設計用于解決具體問題的計算機。通常ECU是汽車中最為復雜且功能最為強大的計算機。

車輛中通常含有一個以上的電子控制模塊(ECM)。ECU是負責發(fā)動機控制功能的電子控制模塊，其主要用途是對發(fā)動機中的燃油和點火系統(tǒng)進行閉環(huán)控制，從而提高燃油經濟性并減少發(fā)動機產生的氣體污染物。

為何要測試ECU？

測試通常被認為是一項不會增值的工作。在理想的世界中確實如此，因為在理想的世界中，生產工藝從來都不會產生缺陷，系統(tǒng)設計永遠沒有瑕疵，軟件永遠正常運行，從來不會有客戶退貨，產品和原材料質量問題為零，由于不會出現任何故障，測試就顯得毫無必要。但是世界并非完美，因此需通過測試來實現可測量的、可重復的和可跟蹤的最低質量標準。質量確實有價值，盡管它的價值無法直接衡量。

測試的必要性還體現在其它方面。汽車制造商有自己的質量要求和標準(如QS-9000)以及長期跟蹤和規(guī)章要求。汽車制造商通常都要求元件供應商在將其元件發(fā)往BA(組裝)工廠(元件在此處組裝成整車)之前對元件進行測試。BA工廠是勞動密集型工廠。由于供應商的元件故障造成汽車返工是不可接受的，它會造成極大的損失。供應商合同中通常都包括由于供應商的原因造成的元件缺陷相關的罰款條款。

ECU生產商需要證明其產品符合客戶的規(guī)范，這需要通過DV(設計驗證)測試來實現。生產商還需證明其生產工藝可以正確生產出產品，這需要通過PV (生產驗證)來實現。質量標準通常都要求對一定比例的ECU進行質量評估，以確保生產工藝沒有缺陷。這種質量評估通過連續(xù)一致性(小型設計驗證)測試進行。

測試系統(tǒng)開發(fā)人員面臨的挑戰(zhàn)

如前所述，測試常常被認為是一項不會增值的工作，雖然測試是提高生產流程各階段質量水平的重要手段。這一狀況使測試機構面臨著極大的壓力，它們必須確保測試過程穩(wěn)固、全面、快捷且性價比較高。

測試系統(tǒng)必須穩(wěn)固。測試系統(tǒng)必須能夠全天候運行。大多數汽車元件供應商都有高產量生產線，停產會對帶來巨大損失。JIT(準時)生產不允許分批發(fā)貨、發(fā)貨延遲或數量短缺。根據質量控制程序和流程的要求，出錯會導致停產。由于這些原因，測試設備必須可靠且精準。

測試范圍必須全面。測試系統(tǒng)的測試范圍應盡可能廣而且測試必須精確。測試系統(tǒng)應盡可能防止生產流程的下游出現缺陷。一般而言，越是在下游出現的問題，修復的成本越高。

測試系統(tǒng)必須快速運轉。高產量生產要求生產流程的每一階段都不能比最慢的流程慢。測試過程不應成為一個瓶頸，尤其是在測試被視為不會增值的工作時。測試系統(tǒng)的速度應比最慢的上游流程快。

測試系統(tǒng)必須具有高性價比。測試系統(tǒng)設計人員必須比較性能和成本。一個測試系統(tǒng)的成本不僅僅是其購買價格。測試系統(tǒng)會產生其它明顯的短期成本，如設備、培訓、維護、升級、支持以及連接等。測試系統(tǒng)的長期成本較不明顯，它取決于開發(fā)時間、靈活性、可量測性、可再利用性、模塊性和便攜性等參數。這些因素與測試系統(tǒng)中使用的軟件和硬件直接相關。

除了以上這幾點，測試系統(tǒng)設計人員還必須在有限的預算和越來越短的時間內完成設計。開發(fā)新產品越來越難，產品的生命周期越來越短，新的規(guī)則、技術和客戶需求不斷涌現。面臨這一切，測試系統(tǒng)設計人員必須找到一種使其開發(fā)的系統(tǒng)既可滿足當前需求又可滿足未來需求的方法。

ECU 如何工作？

簡單地說，ECU的工作方法就是根據與發(fā)動機相連的傳感器的反饋來控制燃油混合(空氣燃油比)和火花定時(點火提前及持續(xù)時間)。燃油混合和點火定時的控制相當復雜。ECU需要從多個傳感器獲取數據以實現系統(tǒng)的最佳控制。ECU需要了解地速、發(fā)動機轉速、曲軸位置、空氣質量(氧氣含量)、發(fā)動機溫度、發(fā)動機負荷(如空調(A/C)打開時)、油門位置、油門的變化率、變速齒輪、廢氣排放，等等。前面我們已經講到，ECU是一種用于解決具體問題的計算機。計算機通常無法直接與模擬世界進行交互。因而需要使用一個信號調理/數據采集接口，以將來自傳感器的模擬信號轉換為計算機可以理解的數字信號。而為了控制燃油系統(tǒng)和點火系統(tǒng)，必須將數字信號轉換為模擬信號。

ECU功能模塊

ECU包含以下幾個功能模塊：1. 電源 - 數字和模擬(模擬傳感器的電源)。2. MPU - 微處理器和內存(通常為閃存和RAM)。3. 通信鏈路 - (如CAN總線)。4. 離散輸入 - 開/關型輸入。5. 頻率輸入 - 編碼器型信號(曲軸或車輛速度)。6. 模擬輸入 - 來自傳感器的反饋信號。7. 開關輸出 - 開/關型輸出。8. PWM 輸出 -變頻和占空比(如噴射器或點火器)。9. 頻率輸出 - 恒定的占空比(如步進電機 －怠速控制)。

圖1顯示了ECU的典型輸入/輸出框圖，各框中列出了NI提供的激勵和測量設備的種類以及與負載物和儀器的連接狀況。

電源

ECU的電源是一個直流-直流轉換器。電池電壓被轉換為適合MPU和其它數字電路的電壓。在某些情況下，ECU提供模擬傳感器的電壓源。在這種情況下，ECU提供一個或多個模擬電源電壓(源于電池電壓)。典型的測試包括：