目錄： • ECU的歷史 • ECU的用途 • 為何要測(cè)試ECU？ • 測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)員面臨的挑戰(zhàn) • ECU怎樣工作？ • ECU 功能模塊 • National Instruments的虛擬儀器 • 用于ECU測(cè)試應(yīng)用的National Instruments產(chǎn)品 • 結(jié)論 ECU的歷史 發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置，也稱作發(fā)動(dòng)機(jī)控制器（ECU），于20世紀(jì)70年代誕生。當(dāng)時(shí)，由于石油危機(jī)，人們正在尋找一種提高燃油經(jīng)濟(jì)性的方法，他們想要找出一種能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)在更為清潔和污染更少的條件下運(yùn)行的方法。當(dāng)時(shí)的工程師運(yùn)用一種叫做燃料分配器的機(jī)械裝置來(lái)控制火花定時(shí)，使用化油器來(lái)控制燃料混合。這種機(jī)械系統(tǒng)的調(diào)整能力較差。20世紀(jì)70年代微處理器誕生了，這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)控制火花定時(shí)和燃料混合所需的復(fù)雜、高速的運(yùn)算。在80年代早期ECU成為了大多數(shù)車輛中的標(biāo)準(zhǔn)部件。ECU是設(shè)計(jì)用于解決具體問(wèn)題的計(jì)算機(jī)。通常ECU是汽車中最為復(fù)雜且功能最為強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)。 ECU的用途 車輛中通常含有一個(gè)以上的電子控制模塊（ECM）。ECU是負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)控制功能的電子控制模塊，其主要用途是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃油和點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制，從而挺高燃油經(jīng)濟(jì)性并減少發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的氣體污染物。 為何要測(cè)試ECU？ 測(cè)試通常被認(rèn)為是一項(xiàng)不會(huì)增值的工作。在理想的世界中確實(shí)如此，因?yàn)樵诶硐氲氖澜缰?，生產(chǎn)工藝從來(lái)都不會(huì)產(chǎn)生缺陷，系統(tǒng)設(shè)計(jì)永遠(yuǎn)沒有瑕疵，軟件永遠(yuǎn)正常運(yùn)行，從來(lái)不會(huì)有客戶退貨，產(chǎn)品和原材料質(zhì)量問(wèn)題為零，因此，由于不會(huì)出現(xiàn)任何故障，測(cè)試就顯得毫無(wú)必要。但是世界并非完美，因此需通過(guò)測(cè)試來(lái)實(shí)現(xiàn)可測(cè)量的、可重復(fù)的和可跟蹤的最低質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)量確實(shí)有價(jià)值，盡管它的價(jià)值無(wú)法直接衡量。 測(cè)試的必要性還體現(xiàn)在其它方面。汽車制造商有自己的質(zhì)量要求和標(biāo)準(zhǔn)（如QS-9000）以及長(zhǎng)期跟蹤和規(guī)章要求。汽車制造商通常都要求元件供應(yīng)商在將其元件發(fā)往B&A（組裝）工廠（元件在此處組裝成整車）之前對(duì)元件進(jìn)行測(cè)試。B&A工廠是勞動(dòng)密集型工廠。由于供應(yīng)商的元件故障造成汽車返工是不可接受的，它會(huì)造成極大的損失。供應(yīng)商合同中通常都包括由于供應(yīng)商的原因造成的元件缺陷相關(guān)的罰款條款。 ECU生產(chǎn)商需要證明其產(chǎn)品符合客戶的規(guī)范，這需要通過(guò)DV（設(shè)計(jì)驗(yàn)證）測(cè)試來(lái)實(shí)現(xiàn)。生產(chǎn)商還需證明其生產(chǎn)工藝可以正確生產(chǎn)出產(chǎn)品，這需要通過(guò)PV （生產(chǎn)驗(yàn)證）來(lái)實(shí)現(xiàn)。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)通常都要求對(duì)一定比例的ECU進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估，以確保生產(chǎn)工藝沒有缺陷。這種質(zhì)量評(píng)估通過(guò)連續(xù)一致性（小型設(shè)計(jì)驗(yàn)證）測(cè)試進(jìn)行。 測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)員面臨的挑戰(zhàn)： 如前所述，測(cè)試常常被認(rèn)為是一項(xiàng)不會(huì)增值的工作，雖然測(cè)試是提高生產(chǎn)流程各階段質(zhì)量水平的重要手段。這一狀況使測(cè)試機(jī)構(gòu)面臨著極大的壓力，它們必須確保測(cè)試過(guò)程穩(wěn)固、全面、快捷且性價(jià)比較高。 測(cè)試系統(tǒng)必須穩(wěn)固。測(cè)試系統(tǒng)必須能夠全天候運(yùn)行。大多數(shù)汽車元件供應(yīng)商都有高產(chǎn)量生產(chǎn)線，停產(chǎn)會(huì)帶來(lái)巨大的損失。JIT（準(zhǔn)時(shí)）生產(chǎn)不允許分批發(fā)貨、發(fā)貨延遲或數(shù)量短缺。根據(jù)質(zhì)量控制程序和流程的要求，出錯(cuò)會(huì)導(dǎo)致停產(chǎn)。由于這些原因，測(cè)試設(shè)備必須可靠且精準(zhǔn)。 測(cè)試范圍必須全面。測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試范圍應(yīng)盡可能廣而且測(cè)試必須精確。測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)盡可能防止生產(chǎn)流程的下游出現(xiàn)缺陷。一般而言，越是在下游出現(xiàn)的問(wèn)題，修復(fù)的成本越高。 測(cè)試系統(tǒng)必須快速運(yùn)轉(zhuǎn)。高產(chǎn)量生產(chǎn)要求生產(chǎn)流程的每一階段都不能比最慢的流程慢。測(cè)試過(guò)程不應(yīng)成為一個(gè)瓶頸，尤其是在測(cè)試被視為不會(huì)增值的工作時(shí)。測(cè)試系統(tǒng)的速度應(yīng)比最慢的上游流程快。 測(cè)試系統(tǒng)必須具有高性價(jià)比。測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)員必須比較性能和成本。一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的成本不僅僅是其購(gòu)買價(jià)格。測(cè)試系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生其它明顯的短期成本，如設(shè)備、培訓(xùn)、維護(hù)、升級(jí)、支持以及連接等。測(cè)試系統(tǒng)的長(zhǎng)期成本較不明顯，它取決于開發(fā)時(shí)間、靈活性、可量測(cè)性、可再利用性、模塊性和便攜性等參數(shù)。這些因素與測(cè)試系統(tǒng)中使用的軟件和硬件直接相關(guān)。 除了以上這幾點(diǎn)，測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)員還必須在有限的預(yù)算和越來(lái)越短的時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)。開發(fā)新產(chǎn)品越來(lái)越難，產(chǎn)品的生命周期越來(lái)越短，新的規(guī)則、技術(shù)和客戶需求不斷涌現(xiàn)。面臨這一切，測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)員必須找到一種使其開發(fā)的系統(tǒng)既可滿足當(dāng)前需求又可滿足未來(lái)需求的方法。 ECU 如何工作？ 簡(jiǎn)單地說(shuō)，ECU的工作方法就是根據(jù)與發(fā)動(dòng)機(jī)相連的傳感器的反饋來(lái)控制燃油混合（空氣燃油比）和火花定時(shí)（點(diǎn)火提前及持續(xù)時(shí)間）。燃油混合和點(diǎn)火定時(shí)的控制相當(dāng)復(fù)雜。ECU需要從多個(gè)傳感器獲取數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳控制。ECU需要了解地速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、曲軸位置、空氣質(zhì)量（氧氣含量）、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷（如空調(diào)（A/C）打開時(shí)）、油門采集接口，以將來(lái)自傳感器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以理解的數(shù)字信號(hào)。而為了控制燃油系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)，必須將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。 ECU功能模塊 ECU包含以下幾個(gè)功能模塊： ● 電源– 數(shù)字和模擬（模擬傳感器的電源） ● MPU – 微處理器和內(nèi)存（通常為閃存和RAM） ● 通信鏈路– （如CAN總線） ● 離散輸入– 開/關(guān)型輸入 ● 頻率輸入– 編碼器型信號(hào)（曲軸或車輛速度） ● 模擬輸入– 來(lái)自傳感器的反饋信號(hào) ● 開關(guān)輸出– 開/關(guān)型輸出 ● PWM 輸出–變頻和占空比（如噴射器或點(diǎn)火器） ● 頻率輸出– 恒定的占空比（如步進(jìn)電機(jī)－ 怠速控制） National Instruments公司的虛擬儀器 虛擬設(shè)備是基于計(jì)算機(jī)的設(shè)備，它依靠數(shù)控?cái)?shù)據(jù)采集或信號(hào)發(fā)生硬件和軟件算法來(lái)定義儀器的功能。 虛擬儀器使得您只需使用一臺(tái)普通設(shè)備就可執(zhí)行多臺(tái)專用設(shè)備的測(cè)量工作，因?yàn)檐浖x了儀器功能。如果您需要新的設(shè)備，您可以編寫新的軟件或購(gòu)買具有所需功能的軟件工具包。 PXI 平臺(tái)和虛擬儀器在成本和性能方面的優(yōu)勢(shì)使得測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)員可以輕松應(yīng)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。由于PXI 系統(tǒng)基于工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)，因此非常穩(wěn)固可靠。由于采用了標(biāo)準(zhǔn)PCI總線架構(gòu)，PXI 系統(tǒng)的運(yùn)行速度也很快。系統(tǒng)的成本可以根據(jù)應(yīng)用對(duì)速度和性能的要求進(jìn)行控制。有多種不同速度和特性（影響成本）的控制器可供選擇。用戶可從具有不同性能（成本也相應(yīng)不同）的測(cè)試設(shè)備中進(jìn)行選擇。采用PXI 平臺(tái)和虛擬設(shè)備，您所購(gòu)買的硬件和軟件就不會(huì)因過(guò)時(shí)而廢棄。您可以通過(guò)購(gòu)買功能更為強(qiáng)大的控制器來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，而無(wú)需更換軟件。類似地，在需要性能更好的測(cè)試設(shè)備時(shí)，由于采用虛擬儀器方案，開發(fā)人員就可以只更換測(cè)試設(shè)備，而無(wú)需更換軟件。虛擬儀器使得設(shè)計(jì)員可以在一臺(tái)儀器上實(shí)現(xiàn)多臺(tái)傳統(tǒng)儀器的功能。要獲得所需功能，只需編寫相應(yīng)的軟件即可。在某些情況下軟件功能是開發(fā)環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)特性，而有時(shí)您可能需要購(gòu)買附加軟件來(lái)獲得所需的功能。 采用虛擬儀器的系統(tǒng)具有極高的靈活性。模數(shù)轉(zhuǎn)換器有多種速度和分辨率可供選擇。CPU速度是可選的，軟件可以修改。這種類型的設(shè)備價(jià)格比獨(dú)立的設(shè)備要低，因?yàn)槠溆布^為簡(jiǎn)單，儀器設(shè)計(jì)盡可能多地采用市場(chǎng)上已有的技術(shù)，而非價(jià)格昂貴的專為一種應(yīng)用定制的組件。 用于ECU測(cè)試應(yīng)用的National Instruments產(chǎn)品 ☆軟件 軟件是測(cè)試系統(tǒng)的主要組成部分。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，軟件成本常常決定系統(tǒng)的成本，而且軟件成本可能會(huì)超過(guò)硬件成本。硬件為一次性購(gòu)買，而軟件開發(fā)則需在測(cè)試系統(tǒng)的整個(gè)生命周期內(nèi)不斷改進(jìn)。通常需使用兩種類型的軟件： ● 應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境（ADE） – 用于編寫測(cè)試碼 ● 測(cè)試執(zhí)行程序– 用于管理測(cè)試序列 ADE的選擇非常重要，因?yàn)樗鼤?huì)對(duì)系統(tǒng)的長(zhǎng)期和短期成本產(chǎn)生重大影響。測(cè)試執(zhí)行程序 ☆A(yù)DE 任何測(cè)試應(yīng)用程序都需使用某種類型的ADE來(lái)創(chuàng)建測(cè)試代碼。ADE對(duì)開發(fā)時(shí)間有直接的影響，因而對(duì)系統(tǒng)的成本也會(huì)產(chǎn)生直接影響。選擇ADE時(shí)需考慮ADE的成本、易用性以及其所包含的工具和程序庫(kù)。除此之外，能否從ADE供應(yīng)商或第三方軟件供應(yīng)商處獲得附加軟件或軟件包也是值得考慮的因素。隨ADE一起提供的標(biāo)準(zhǔn)程序庫(kù)和附加軟件通常決定必須編寫多少代碼。一般而言，開發(fā)員需要編寫的代碼越少，軟件開發(fā)時(shí)間就越短，開發(fā)成本也越低。National Instruments提供兩種在測(cè)試和測(cè)量業(yè)內(nèi)最常用的軟件語(yǔ)言。 LabVIEW是世界上使用最廣泛的圖形化編程語(yǔ)言之一。在LabVIEW 的編程環(huán)境中，開發(fā)員可以將精力更多放在應(yīng)用程序上，而不是ADE上。程序通過(guò)圖標(biāo)和連線而不是文本和語(yǔ)法來(lái)編寫。圖形化編程語(yǔ)言可以加快開發(fā)進(jìn)程。一個(gè)圖標(biāo)可以代替幾十甚至幾百行文本格式代碼。LabVIEW 提供了一種點(diǎn)擊和拖放式編程環(huán)境，與基于文本的編程語(yǔ)言相比，文字輸入工作大大減少。而且LabVIEW側(cè)重于測(cè)試和測(cè)量。ADE具有大量的庫(kù)，簡(jiǎn)化了儀器控制的編程。許多測(cè)量程序只需將幾個(gè)圖標(biāo)連在一起就可進(jìn)行儀器配置和測(cè)量工作。除了儀器控制以外，LabVIEW 還提供了幾乎所有測(cè)量應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)分析和顯示庫(kù)。 LabWindows/CVI是一種專為測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用而設(shè)計(jì)的基于文本的編程語(yǔ)言。編程語(yǔ)言為C語(yǔ)言。與LabVIEW相似，LabWindows/CVI也是一種側(cè)重于測(cè)試和測(cè)量的ADE。標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析和顯示庫(kù)簡(jiǎn)化了編程工作，而功能面板則簡(jiǎn)化了代碼創(chuàng)建工作。 ☆測(cè)試執(zhí)行程序 傳統(tǒng)上測(cè)試代碼和測(cè)試執(zhí)行程序結(jié)合在一起。每次需要為新產(chǎn)品開發(fā)測(cè)試程序時(shí)，開發(fā)員都必須編寫新的測(cè)試執(zhí)行程序或?qū)y(cè)試執(zhí)行程序代碼從舊產(chǎn)品導(dǎo)入到新產(chǎn)品的測(cè)試碼中。如果因?yàn)樾庐a(chǎn)品的要求而需要更改測(cè)試執(zhí)行程序部分的代碼，則必須對(duì)每個(gè)采用該測(cè)試執(zhí)行程序的系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的修改，或者為新產(chǎn)品編寫其自己的測(cè)試執(zhí)行程序。這樣常常會(huì)導(dǎo)致同一測(cè)試執(zhí)行程序有多種版本，從而增加軟件維護(hù)和軟件文件編制的成本。 現(xiàn)在市場(chǎng)上已出現(xiàn)了商用現(xiàn)成（COTS）測(cè)試執(zhí)行程序。采用COTS測(cè)試執(zhí)行程序后，測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)員只需將精力集中在測(cè)試碼上，而無(wú)需擔(dān)心測(cè)試執(zhí)行程序。National Instruments TestStand被認(rèn)為是市場(chǎng)上最好的COTS測(cè)試執(zhí)行程序之一。TestStand 是功能全面的測(cè)試執(zhí)行程序，可以與幾乎所有ADE中的測(cè)試碼相連接。TestStand之所以有此功能是因?yàn)槠淇膳cDLL鏈接。TestStand可以與運(yùn)用National Instruments LabVIEW 和LabWindows/CVI生成的代碼無(wú)縫集成。 ☆車輛通信接口 National Instruments可為多種平臺(tái)– PCI, PXI和PCMCIA提供CAN （控制器區(qū)域網(wǎng)）設(shè)備。這些設(shè)備幾乎可用于需要CAN接口的任何汽車測(cè)試應(yīng)用中。 ☆數(shù)字萬(wàn)用表 ☆靜態(tài)電壓和電流輸出 ☆數(shù)字輸入和輸出 ☆開關(guān) ☆信號(hào)調(diào)理 結(jié)論 ECU是具有多功能輸入和輸出的復(fù)雜電子設(shè)備。測(cè)試工程師在設(shè)計(jì)和開發(fā)用于ECU測(cè)試的系統(tǒng)時(shí)面臨著許多挑戰(zhàn)?；谟?jì)算機(jī)的測(cè)量設(shè)備（如PXI）與虛擬儀器的結(jié)合為ECU測(cè)試應(yīng)用提供了理想的硬件和軟件平臺(tái)，使得系統(tǒng)開發(fā)員可以開發(fā)出滿足現(xiàn)今和未來(lái)需求的測(cè)試系統(tǒng)。