目錄： • ECU的歷史 • ECU的用途 • 為何要測試ECU？ • 測試系統開發員面臨的挑戰 • ECU怎樣工作？ • ECU 功能模塊 • National Instruments的虛擬儀器 • 用于ECU測試應用的National Instruments產品 • 結論 ECU的歷史 發動機電子控制裝置，也稱作發動機控制器（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。 ECU的用途 車輛中通常含有一個以上的電子控制模塊（ECM）。ECU是負責發動機控制功能的電子控制模塊，其主要用途是對發動機中的燃油和點火系統進行閉環控制，從而挺高燃油經濟性并減少發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，因此，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）以及長期跟蹤和規章要求。汽車制造商通常都要求元件供應商在將其元件發往B&A（組裝）工廠（元件在此處組裝成整車）之前對元件進行測試。B&A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一致性（小型設計驗證）測試進行。 測試系統開發員面臨的挑戰： 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固、全面、快捷且性價比較高。 測試系統必須穩固。測試系統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，停產會帶來巨大的損失。JIT（準時）生產不允許分批發貨、發貨延遲或數量短缺。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。測試系統的測試范圍應盡可能廣而且測試必須精確。測試系統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。測試系統的速度應比最慢的上游流程快。 測試系統必須具有高性價比。測試系統設計員必須比較性能和成本。一個測試系統的成本不僅僅是其購買價格。測試系統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。測試系統的長期成本較不明顯，它取決于開發時間、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中使用的軟件和硬件直接相關。 除了以上這幾點，測試系統設計員還必須在有限的預算和越來越短的時間內完成設計。開發新產品越來越難，產品的生命周期越來越短，新的規則、技術和客戶需求不斷涌現。面臨這一切，測試系統設計員必須找到一種使其開發的系統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的最佳控制。ECU需要了解地速、發動機轉速、曲軸位置、空氣質量（氧氣含量）、發動機溫度、發動機負荷（如空調（A/C）打開時）、油門采集接口，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和點火系統，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： ● 電源– 數字和模擬（模擬傳感器的電源） ● MPU – 微處理器和內存（通常為閃存和RAM） ● 通信鏈路– （如CAN總線） ● 離散輸入– 開/關型輸入 ● 頻率輸入– 編碼器型信號（曲軸或車輛速度） ● 模擬輸入– 來自傳感器的反饋信號 ● 開關輸出– 開/關型輸出 ● PWM 輸出–變頻和占空比（如噴射器或點火器） ● 頻率輸出– 恒定的占空比（如步進電機－ 怠速控制） National Instruments公司的虛擬儀器 虛擬設備是基于計算機的設備，它依靠數控數據采集或信號發生硬件和軟件算法來定義儀器的功能。 虛擬儀器使得您只需使用一臺普通設備就可執行多臺專用設備的測量工作，因為軟件定義了儀器功能。如果您需要新的設備，您可以編寫新的軟件或購買具有所需功能的軟件工具包。 PXI 平臺和虛擬儀器在成本和性能方面的優勢使得測試系統開發員可以輕松應對系統設計的挑戰。由于PXI 系統基于工業計算機技術，因此非常穩固可靠。由于采用了標準PCI總線架構，PXI 系統的運行速度也很快。系統的成本可以根據應用對速度和性能的要求進行控制。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（成本也相應不同）的測試設備中進行選擇。采用PXI 平臺和虛擬設備，您所購買的硬件和軟件就不會因過時而廢棄。您可以通過購買功能更為強大的控制器來對系統進行升級，而無需更換軟件。類似地，在需要性能更好的測試設備時，由于采用虛擬儀器方案，開發人員就可以只更換測試設備，而無需更換軟件。虛擬儀器使得設計員可以在一臺儀器上實現多臺傳統儀器的功能。要獲得所需功能，只需編寫相應的軟件即可。在某些情況下軟件功能是開發環境的標準特性，而有時您可能需要購買附加軟件來獲得所需的功能。 采用虛擬儀器的系統具有極高的靈活性。模數轉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。這種類型的設備價格比獨立的設備要低，因為其硬件較為簡單，儀器設計盡可能多地采用市場上已有的技術，而非價格昂貴的專為一種應用定制的組件。 用于ECU測試應用的National Instruments產品 ☆軟件 軟件是測試系統的主要組成部分。從長遠來看，軟件成本常常決定系統的成本，而且軟件成本可能會超過硬件成本。硬件為一次性購買，而軟件開發則需在測試系統的整個生命周期內不斷改進。通常需使用兩種類型的軟件： ● 應用程序開發環境（ADE） – 用于編寫測試碼 ● 測試執行程序– 用于管理測試序列 ADE的選擇非常重要，因為它會對系統的長期和短期成本產生重大影響。測試執行程序 ☆ADE 任何測試應用程序都需使用某種類型的ADE來創建測試代碼。ADE對開發時間有直接的影響，因而對系統的成本也會產生直接影響。選擇ADE時需考慮ADE的成本、易用性以及其所包含的工具和程序庫。除此之外，能否從ADE供應商或第三方軟件供應商處獲得附加軟件或軟件包也是值得考慮的因素。隨ADE一起提供的標準程序庫和附加軟件通常決定必須編寫多少代碼。一般而言，開發員需要編寫的代碼越少，軟件開發時間就越短，開發成本也越低。National Instruments提供兩種在測試和測量業內最常用的軟件語言。 LabVIEW是世界上使用最廣泛的圖形化編程語言之一。在LabVIEW 的編程環境中，開發員可以將精力更多放在應用程序上，而不是ADE上。程序通過圖標和連線而不是文本和語法來編寫。圖形化編程語言可以加快開發進程。一個圖標可以代替幾十甚至幾百行文本格式代碼。LabVIEW 提供了一種點擊和拖放式編程環境，與基于文本的編程語言相比，文字輸入工作大大減少。而且LabVIEW側重于測試和測量。ADE具有大量的庫，簡化了儀器控制的編程。許多測量程序只需將幾個圖標連在一起就可進行儀器配置和測量工作。除了儀器控制以外，LabVIEW 還提供了幾乎所有測量應用所需的數據分析和顯示庫。 LabWindows/CVI是一種專為測試和測量應用而設計的基于文本的編程語言。編程語言為C語言。與LabVIEW相似，LabWindows/CVI也是一種側重于測試和測量的ADE。標準的數據分析和顯示庫簡化了編程工作，而功能面板則簡化了代碼創建工作。 ☆測試執行程序 傳統上測試代碼和測試執行程序結合在一起。每次需要為新產品開發測試程序時，開發員都必須編寫新的測試執行程序或將測試執行程序代碼從舊產品導入到新產品的測試碼中。如果因為新產品的要求而需要更改測試執行程序部分的代碼，則必須對每個采用該測試執行程序的系統進行相應的修改，或者為新產品編寫其自己的測試執行程序。這樣常常會導致同一測試執行程序有多種版本，從而增加軟件維護和軟件文件編制的成本。 現在市場上已出現了商用現成（COTS）測試執行程序。采用COTS測試執行程序后，測試系統開發員只需將精力集中在測試碼上，而無需擔心測試執行程序。National Instruments TestStand被認為是市場上最好的COTS測試執行程序之一。TestStand 是功能全面的測試執行程序，可以與幾乎所有ADE中的測試碼相連接。TestStand之所以有此功能是因為其可與DLL鏈接。TestStand可以與運用National Instruments LabVIEW 和LabWindows/CVI生成的代碼無縫集成。 ☆車輛通信接口 National Instruments可為多種平臺– PCI, PXI和PCMCIA提供CAN （控制器區域網）設備。這些設備幾乎可用于需要CAN接口的任何汽車測試應用中。 ☆數字萬用表 ☆靜態電壓和電流輸出 ☆數字輸入和輸出 ☆開關 ☆信號調理 結論 ECU是具有多功能輸入和輸出的復雜電子設備。測試工程師在設計和開發用于ECU測試的系統時面臨著許多挑戰。基于計算機的測量設備（如PXI）與虛擬儀器的結合為ECU測試應用提供了理想的硬件和軟件平臺，使得系統開發員可以開發出滿足現今和未來需求的測試系統。