汽車電子產品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.長春汽車工業高等專科學校 機械工程學院， 吉林 長春　130011)

0　引　言

近年來,越來越多的電子技術應用到汽車領域，使得汽車電子控制系統的測試更加復雜,導致汽車電子控制單元的測試開發周期更長、測試功能不完善和不穩定[1]。如何有效的簡化測試系統，設計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]。文中以助力轉向控制單元為實例，首先對電子控制單元(ECU)軟/硬件的工作原理進行闡述并分析，提出測試方案;然后闡述該ECU在Keysight測試系統的構建和方法,最后完成測試系統的開發。驗證了此測試方法簡單、方便和開發周期短，并且測試系統穩定、功能強大和方便移植等優點，被各個汽車零部件廠商所采用。

1　系統方案

對于汽車零部件廠而言，能夠快速、有效的導入新產品并及時的發給客戶，是它們追求的目標。而現在市面上比較通用的測試系統有兩種:一種是NI的測試系統[3];另一種是Keysight測試系統。兩個系統在硬件的性能、穩定性和價格基本差不多，差別是在控制軟件上，NI的測試系統使用的Labview,相比Keysight的TestExec語法更加復雜，技巧性強。所以選用Keysight公司的TS5400測試系統。該系統能為ECU提供各種電子負載,并且內部集成了標準化的儀器儀表。可以非常方便的進行調試和移植到其它的測試產品。由于該產品使用的CAN協議通信[4]，我們選用NI-CAN卡作為產品的通信工具，NI公司提供硬件的同時,還提供了標準的API控制函數和相應的DLL,使用非常方便。其整個系統硬件框圖如圖1所示。

圖1系統硬件框圖

測試軟件結構如圖2所示。

圖2　測試軟件結構

在軟件方面，基于ECU的汽車電子產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，固化到內部的Flash里(見圖2中Flash2)。前者的優點是不需要單獨開發測試程序,借用應用程序的功能模塊完成測試程序。缺點是測試程序可能會和應用程序存在干擾，測試的時候又要配合應用軟件的某些功能需求,所以測試的時間也要長，而且必須還要等到應用軟件發布后才能發布測試軟件,所以開發周期也很長。而第二種方案把測試軟件單獨拿出來，不需要等到應用程序完成就能釋放，減少了開發周期,而且應用軟件和測試軟件相互獨立，產品的穩定性大大提高。缺點是會占用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用，文中就是以第二種方法實現對產品的測試。

2　硬件設計

電子助力轉向控制單元能夠幫助駕駛者更加靈活輕便操作轉向系統，特別是停車時的操作力。其原理是該控制單元通過扭力傳感器實時采集駕駛人員控制轉向盤的扭力信號，當獲得相應的扭力后，主芯片會控制扭力電機的工作，輔助駕駛者控制前輪的方向[6]。其內部的功能模塊主要包括電源部分、主控芯片、電機驅動部分、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有和真實汽車一樣的負載。其中輸入信號包括電源、輪速、扭力要分別和TS5400測試系統的電源、波形發生器、負載箱提供。輸出信號電機與通信部分分別和電子負載及NI-CAN連接。使用電子負載和線圈模擬真實的電機，并且電子負載的參數可以調節，所以比使用真實的電機更加靈活，方便集成其它的類似項目，硬件接線圖如圖3所示。

圖3硬件接線圖

由于TS5400測試系統有一張大電流的負載卡，在每個通道都有一個LEM轉換器和一個Isense電阻。此電阻能夠感知所流過的電流值，最大能達到30 A，而該助力轉向控制單元需要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。整個測試系統的工作過程都是在工業控制計算機控制下完成，能夠方便的獲得測試產品的相關數據信息。

3　軟件設計

軟件示意圖如圖4所示。

圖4軟件示意圖

此測試系統僅僅需要兩個測試軟件：一個是TS5400測試系統的上位機測試軟件；另一個是ECU內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]，現在一般也由汽車零部件廠所開發，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，首先要對其存儲器映射地址有詳細的了解,芯片的內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。整個測試軟件的執行過程如圖5所示。

表1　芯片的內部存儲空間分配表

圖5　測試程序的執行過程

其過程是當ECU上電時，程序會進入BOOT程序，當在100 ms內收到Seed和Key的正確密鑰(加密算法)后，進入測試程序開始執行相應的功能測試，如果是不正確的密鑰或沒有密鑰程序，則會進入應用程序執行相應的功能。在測試軟件執行的過程中，可以對Flash的其他區域進行讀寫功能，如出廠信息。為了保證穩定性和可移植性，測試軟件與上位機軟件使用標準的KWP2000通信協議。

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測試系統所開發，它最大的特點是順序執行,控制語句也很少[8]。能夠結合ATI的軟件程序，為生產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，它是同時測試兩個產品的測試結果,出現“×”為位置1，產品沒有通過測試，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。“√”為通過產品。

4　結　語

以助力轉向控制單元為例，介紹了測試系統硬件和軟件的結構，并驗證該測試方法的有效性。其硬件方面集成了國際上標準的儀器儀表，具有穩定、精確、獨立、方便等特性。軟件主要集中在產品的測試軟件開發，對產品的存儲器進行有效的分配。把應用軟件和測試軟件分離開來，這樣能夠大大地縮短產品的投放時間，而且穩定性更高，被廣泛應用到汽車電子產品的測試中。實踐證明，此系統有很好的擴展性、很高的執行效率和穩定性，大大提高了汽車電子零部件廠商的生產效率。

參考文獻：

[1]戎輝，張明路，張小俊.基于Veristand 的硬件在環測試系統設計[J].科學技術與工程，2016(3):167-170.

[2]姜嵐.汽車電子技術的應用及發展趨勢探究[J].科技論壇，2014,17:85-90.

[3]彭承榮，彭楊，覃華強.基于虛擬儀器的汽車電子測試系統設計[J].汽車電器(測試·設備)，2014(7):65-67.

[4]王勇，侯冬冬,王知學，等.基于CAN 總線的嵌入式汽車電子測試系統[J].電子設計工程，2011(1)：95-99.

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

[6]孫仁云,付百學.汽車電器與電子技術[M].北京：機械工業出版社,2011.

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

[8]胡艷君，董世鋼，張磊.基于keysight設備的汽車電子測試系統[J].長春工業大學學報,2016,37(3):287-291.