开发针对ECU测试的硬件在环、高速仿真与数据采集系统

Thomas J. Mangliers - DGE Inc.

Edward Frank - DGE Inc.

 “我们使用LabVIEW独立开发了数据采集系统和日志文件工具，我们的系统完全依赖于NI产品的速度和精度。” - Thomas J. Mangliers, DGE Inc.

挑战：

为发动机控制单元(ECU)开发一个多路信号的硬件在环(HIL)仿真系统，需要系统产生精确定时的凸轮轴和曲轴波形，并监测点火、喷射和其它定时信号，同时系统需要满足极高的采样率和非常小的误差容限。

解决方案：

使用NI PXI平台和LabVIEW图形化开发环境，开发一个高速数据采集系统(DAS)用以产生和监测复杂信号，以精确地模拟运行中的发动机/车辆环境，从而进行ECU测试。

DAS的最初目的是模拟车辆环境，以便在不方便或不可能使用实际车辆或实际发动机的实验室条件下进行ECU测试。这就需要DAS产生和监测复杂的定时信号，如具有纳秒分辨率的凸轮轴和曲轴信号。

典型的ECU模块有一个复杂的I/O布局。ECU信号被定义在一个Excel工作表中，以识别现有信号的任何变化。有了这个工作表，用户可以勾勒出信号的名称、误差容限和单位，以及使用DAS多阶数学函数进行信号转换或缩放。用户不需要改变任何系统软件就可以很容易地增加或删除典型信号。

由于误差容限很小，ECU信号要求DAS系统能识别出模块间的轻微差异与测试设置的微小变化。为此，DAS基准设置会记录指定时间内的所有ECU输出，来动态调整用户的误差容限以符合当前的输出。有了基准信息，用户就可以在测试过程中立即察觉到微小的偏差。

由于系统以如此高的速率进行监测，所以记录每一组读数都会产生大量的数据。为了管理数据，DAS系统生成一份报告显示记录在基准中的读数和任何超过用户定义的误差容限的读数。DAS在监测ECU异常情况的同时，还可以为每一个独立的测试快速生成一份详细的模块性能报告。

在测试过程中，DAS可以作为一个EMC测试的主机或从机、台式HIL仿真系统、功能测试器使用，或用于以太网控制与现有测试控制软件的简单集成。

高速DAS的特征包括以下内容：

?   192条数字I/O通道

?   16条模拟I/O通道

?   任意波形发生器

?   两个CAN端口

?   在Excel电子表格中很容易定义的测量标准（信号类型、参数、误差容限以及更多）

?   用于测试自动化的以太网远程指令接口

?   所有信号的自动化模块基线，以更精确地检测系统的异常情况

?   数据日志文件创建

?   使用LabVIEW开发的日志文件工具产生数据报告、测试总结和在Excel中用图表表示

?   定时信号显示

使用NI PXI平台进行高速数据采集

National Instruments产品是我们系统的核心。NI为我们的DAS系统提供所有的I/O，包括复杂信号产生、高速采集和车辆总线仿真和监测。我们使用LabVIEW独自开发了DAS和日志文件工具，我们的系统完全依赖于NI产品的速度和精度。我们无法为我们的应用使用标准的采集卡，这是由于ECU信号需要精确的定时。我们改为选择使用NI R系列智能现场可编程门阵列（FPGA）DAQ模块，来提供具有复杂定时的波形和仿真的传感器输出。NI PXI-7831R和PXI-7833R R系列智能DAQ模块也使得我们能以更高的采样率采集以及实时的ECU输出信号。

DAS数据处理是我们所面临的另一个问题。我们的解决方案是，使用LabVIEW中固有的并行处理机制开发一个日志文件工具，并使用一个多核的应用程序，充分利用主机的全部运算能力来处理我们的数据。

使用National Instruments平台的优势

该DAS系统在正常的实验室环境下而不用在专门的整车实验室里，就可以使用现成的工具进行测试，大大减少了我们客户的成本。因为该DAS可以监测和控制所有的ECU信号，所以我们一次就完成了测试，而之前客户的旧采集系统因为可用通道数有限，需要多次测试。现在用户可以在短短三个星期里完成测试流程，而采用旧的采集系统则需要三个月。

DGE高速DAS与DGE负载箱相连，用户的ECU定时信号显示实例

由于系统以如此高的速率进行监测，所以记录每一次读取会产生大量的数据。