現(xiàn)代汽車電子ECU開發(fā)流程及使用工具介紹

前言

ECU即電子控制單元，從用途上講則是汽車專用微機控制器，和普通電腦一樣，由微處理器（CPU）、存儲器（ROM、RAM）、輸入/輸出接口（I/O）、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）以及整形、驅(qū)動等大規(guī)模集成電路組成。隨著電動汽車的電子化、智能化、和網(wǎng)絡(luò)化程度越來越高，電動汽車的動力性、安全性和環(huán)保性得到大幅度提高，電控單元的數(shù)量與日俱增，在一些高檔轎車上，往往擁有幾十個甚至上百個ECU，這些ECU通過數(shù)字總線結(jié)構(gòu)連接在一起，形成一個復(fù)雜的計算機局域網(wǎng)。

現(xiàn)代汽車電子電器系統(tǒng)的開發(fā)過程遵循如圖1所示的V型流程，該V型流程不僅適用于ECU(ElectronicControlUnit，電子控制單元)的開發(fā)過程，同樣適用于汽車上其他的電子器件甚至部件總成的開發(fā)過程。

圖1現(xiàn)代汽車電子電器系統(tǒng)的開發(fā)流程圖

1. 第一階段

系統(tǒng)開發(fā)的第一階段為功能設(shè)計與系統(tǒng)仿真測試階段，在該階段首先完成目標產(chǎn)品的功能設(shè)計，接著使用仿真手段完成功能的仿真測試工作，該階段的仿真測試被稱為SiL(SoftwareintheLoop，軟件在環(huán)仿真)測試，如圖2，即通過仿真模型提供控制邏輯運行過程的環(huán)境數(shù)據(jù)，驗證控制邏輯的輸出結(jié)果是否滿足用戶需求描述的要求，該階段實現(xiàn)的是與硬件無關(guān)的控制算法的設(shè)計。該階段常用的軟件工具為ETAS的ASCET-MD，NI的LabVIEW，Mathworks的Simulink和Stateflow等。通過了SiL測試驗證的控制算法將進入開發(fā)的第二階段。

圖2 SiL測試Simulink模型

2. 第二階段

在系統(tǒng)開發(fā)的第二階段，將使用RCP(RapidControlPrototyping，快速控制原型)工具，對早期設(shè)計出來的控制算法模型進行實時環(huán)境下的功能實現(xiàn)，包括實際系統(tǒng)中涉及的各種輸入輸出、軟硬件中斷等實時特性。之后，就可以利用測試管理工具軟件進行各種測試，以檢驗控制方案對實際對象的控制效果，并在線優(yōu)化控制參數(shù)。此時即使控制算法模型需要大規(guī)模修改，重新形成測試原型也只需要幾分鐘的時間。這樣在控制方案開發(fā)完成之前，即可基本確認最終的方案和實現(xiàn)效果。由于RCP仿真階段處于產(chǎn)品實物開發(fā)階段之前，因此通過RCP仿真測試，可以在設(shè)計初期發(fā)現(xiàn)控制邏輯在實時運行環(huán)境下存在的問題，及時修改邏輯或參數(shù)，再進行實時測試，這樣反復(fù)進行，最終產(chǎn)生一個完全面向用戶需求的合理可行的實時控制算法模型，進入開發(fā)的第三階段。這一階段常用的工具包括ETAS的ASCET-RP軟件和ES900硬件，NI的VeriStand軟件和CompactRIO硬件，dSPACE的MicroAutoBox硬件等。

3. 第三階段

在系統(tǒng)開發(fā)的第三階段，工程師將完成了RCP仿真測試的實時控制算法模型與針對ECU實物的底層驅(qū)動邏輯相結(jié)合，生成目標語言程序，并下載到ECU硬件中，從而完成控制邏輯與ECU實物的集成工作。這一階段的ECU產(chǎn)品在軟硬件功能上已經(jīng)能夠滿足用戶的基本要求，通常廠家將這一階段的產(chǎn)品定義為A樣件，即產(chǎn)品的基本概念實現(xiàn)樣件，該階段樣件主要用于與用戶初步確認需求的完整性和可行性。這一階段常用的工具包括dSPACE的TargetLink軟件，ETAS的ASCET-SE軟件，ECU處理器的目標語言編譯器軟件以及ECU硬件。

4. 第四階段

在系統(tǒng)開發(fā)的第四階段，通常完成ECU的HiL（HardwareintheLoop，硬件在環(huán)仿真）測試，參與測試的ECU為實物，ECU運行所需的所有外部信號均由HiL設(shè)備實時提供，同時HiL設(shè)備完成ECU運行工況的實時模擬，如圖3。通過HiL測試，可以在實車測試之前發(fā)現(xiàn)ECU運行算法中不合理的邏輯、不匹配的參數(shù)，以及ECU不滿足法規(guī)要求、不符合電磁兼容標準的問題，進而及時整改算法軟件及ECU硬件，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、減少產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)濟投入、降低實車測試產(chǎn)生風(fēng)險的概率。此階段的產(chǎn)品通常被定義為B樣件，即具備一定功能的樣件，用來進行各方面參數(shù)調(diào)整以與整車的性能相匹配。完成各項功能的HiL測試后的ECU將進入實車測試階段。這一階段常用的工具包括dSPACE的ControlDesk軟件，Simulator及SCALEXIO硬件，ETAS的LABCAROPERATOR軟件，LABCAR及ES1000硬件等。在實車測試階段，將完成控制算法中所有與車輛實際運行相關(guān)的控制參數(shù)的標定和匹配測試，還將完成各種車輛實際運行環(huán)境下的測試，例如在高溫、高寒、高海拔等環(huán)境下的測試，同時還將完成ECU產(chǎn)品的FMEA(FailureModeandEffectsAnalysis，潛在失效模式及后果分析)工作，通過FMEA，可以最大限度地在生產(chǎn)前發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品潛在的質(zhì)量問題并提出解決方案，從而在產(chǎn)品批量生產(chǎn)前完成質(zhì)量改善。此階段的產(chǎn)品通常被定義為C樣件，即用于進行設(shè)計最終確認的產(chǎn)品樣件。這一階段常用的工具包括dSPACE的EIM軟件，DCIGSIs硬件，ETAS的INCA軟件，ETK硬件，以及滿足ASAMMCD標準的總線通訊工具，如Vector的CANoe軟件和CANcase硬件等。

圖 3HiL測試

5. 總結(jié)

以上為一個ECU產(chǎn)品的開發(fā)過程概述，通過上述介紹可以了解，目前的ECU開發(fā)過程不僅在宏觀上遵循V型流程，在微觀上也滿足V型流程，即每個開發(fā)過程不僅包含了功能的開發(fā)，而且包含了相應(yīng)功能的測試。得益于高效的產(chǎn)品開發(fā)流程以及精準的開發(fā)和測試工具，汽車電子產(chǎn)品的開發(fā)周期正在逐年縮短，汽車電子產(chǎn)品的質(zhì)量要求卻在逐漸提升。

審核編輯：郭婷