現(xiàn)代汽車(chē)電子ECU開(kāi)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(chē)專(zhuān)用微機(jī)控制器，和普通電腦一樣，由微處理器（CPU）、存儲(chǔ)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(dòng)等大規(guī)模集成電路組成。隨著電動(dòng)汽車(chē)的電子化、智能化、和網(wǎng)絡(luò)化程度越來(lái)越高，電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)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(chē)上，往往擁有幾十個(gè)甚至上百個(gè)ECU，這些ECU通過(guò)數(shù)字總線結(jié)構(gòu)連接在一起，形成一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。

現(xiàn)代汽車(chē)電子電器系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)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(kāi)發(fā)過(guò)程，同樣適用于汽車(chē)上其他的電子器件甚至部件總成的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

圖1現(xiàn)代汽車(chē)電子電器系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程圖

1. 第一階段

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的第一階段為功能設(shè)計(jì)與系統(tǒng)仿真測(cè)試階段，在該階段首先完成目標(biāo)產(chǎn)品的功能設(shè)計(jì)，接著使用仿真手段完成功能的仿真測(cè)試工作，該階段的仿真測(cè)試被稱(chēng)為SiL(SoftwareintheLoop，軟件在環(huán)仿真)測(cè)試，如圖2，即通過(guò)仿真模型提供控制邏輯運(yùn)行過(guò)程的環(huán)境數(shù)據(jù)，驗(yàn)證控制邏輯的輸出結(jié)果是否滿(mǎn)足用戶(hù)需求描述的要求，該階段實(shí)現(xiàn)的是與硬件無(wú)關(guān)的控制算法的設(shè)計(jì)。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(guò)了SiL測(cè)試驗(yàn)證的控制算法將進(jìn)入開(kāi)發(fā)的第二階段。

圖2 SiL測(cè)試Simulink模型

2. 第二階段

在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的第二階段，將使用RCP(RapidControlPrototyping，快速控制原型)工具，對(duì)早期設(shè)計(jì)出來(lái)的控制算法模型進(jìn)行實(shí)時(shí)環(huán)境下的功能實(shí)現(xiàn)，包括實(shí)際系統(tǒng)中涉及的各種輸入輸出、軟硬件中斷等實(shí)時(shí)特性。之后，就可以利用測(cè)試管理工具軟件進(jìn)行各種測(cè)試，以檢驗(yàn)控制方案對(duì)實(shí)際對(duì)象的控制效果，并在線優(yōu)化控制參數(shù)。此時(shí)即使控制算法模型需要大規(guī)模修改，重新形成測(cè)試原型也只需要幾分鐘的時(shí)間。這樣在控制方案開(kāi)發(fā)完成之前，即可基本確認(rèn)最終的方案和實(shí)現(xiàn)效果。由于RCP仿真階段處于產(chǎn)品實(shí)物開(kāi)發(fā)階段之前，因此通過(guò)RCP仿真測(cè)試，可以在設(shè)計(jì)初期發(fā)現(xiàn)控制邏輯在實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境下存在的問(wèn)題，及時(shí)修改邏輯或參數(shù)，再進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試，這樣反復(fù)進(jìn)行，最終產(chǎn)生一個(gè)完全面向用戶(hù)需求的合理可行的實(shí)時(shí)控制算法模型，進(jìn)入開(kāi)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(kāi)發(fā)的第三階段，工程師將完成了RCP仿真測(cè)試的實(shí)時(shí)控制算法模型與針對(duì)ECU實(shí)物的底層驅(qū)動(dòng)邏輯相結(jié)合，生成目標(biāo)語(yǔ)言程序，并下載到ECU硬件中，從而完成控制邏輯與ECU實(shí)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(mǎn)足用戶(hù)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(shí)現(xiàn)樣件，該階段樣件主要用于與用戶(hù)初步確認(rèn)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(biāo)語(yǔ)言編譯器軟件以及ECU硬件。

4. 第四階段

在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的第四階段，通常完成ECU的HiL（HardwareintheLoop，硬件在環(huán)仿真）測(cè)試，參與測(cè)試的ECU為實(shí)物，ECU運(yùn)行所需的所有外部信號(hào)均由HiL設(shè)備實(shí)時(shí)提供，同時(shí)HiL設(shè)備完成ECU運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)模擬，如圖3。通過(guò)HiL測(cè)試，可以在實(shí)車(chē)測(cè)試之前發(fā)現(xiàn)ECU運(yùn)行算法中不合理的邏輯、不匹配的參數(shù)，以及ECU不滿(mǎn)足法規(guī)要求、不符合電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，進(jìn)而及時(shí)整改算法軟件及ECU硬件，從而縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)投入、降低實(shí)車(chē)測(cè)試產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)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(lái)進(jìn)行各方面參數(shù)調(diào)整以與整車(chē)的性能相匹配。完成各項(xiàng)功能的HiL測(cè)試后的ECU將進(jìn)入實(shí)車(chē)測(cè)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(shí)車(chē)測(cè)試階段，將完成控制算法中所有與車(chē)輛實(shí)際運(yùn)行相關(guān)的控制參數(shù)的標(biāo)定和匹配測(cè)試，還將完成各種車(chē)輛實(shí)際運(yùn)行環(huán)境下的測(cè)試，例如在高溫、高寒、高海拔等環(huán)境下的測(cè)試，同時(shí)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(guò)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(wèn)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(jìn)行設(shè)計(jì)最終確認(rèn)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(mǎn)足ASAMMCD標(biāo)準(zhǔn)的總線通訊工具，如Vector的CANoe軟件和CANcase硬件等。

圖 3HiL測(cè)試

5. 總結(jié)

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

審核編輯：郭婷