汽车发动机控制器(ECU)中待测项目综述

汽车发动机控制器(ECU)是汽车中最为复杂且功能最为强大的计算机，它包含电源、MPU、通信链路、离散输入、频率输入、模拟输入、开关输出、PWM 输出和频率输出等9大模块，了解这些模块以及待测试的项目，对于(中国)测试工程师参与汽车ECU的测试具有一定的指导意义，同时也有利于设计工程师从测试角度去全盘考虑汽车发动机控制器的设计问题。

发动机电子控制装置，也称作发动机控制器(ECU)，于20世纪70年代诞生。当时，由于石油危机，人们正在寻找一种提高燃油经济性的方法，他们想要找出一种能够使发动机在更为清洁和污染更少的条件下运行的方法。当时的工程师运用一种叫做燃料分配器的机械装置来控制火花定时，使用化油器来控制燃料混合。这种机械系统的调整能力较差。20世纪70年代微处理器诞生了，这种技术可以实现控制火花定时和燃料混合所需的复杂、高速的运算。在80年代早期ECU成为了大多数车辆中的标准部件。ECU是设计用于解决具体问题的计算机。通常ECU是汽车中最为复杂且功能最为强大的计算机。

车辆中通常含有一个以上的电子控制模块(ECM)。ECU是负责发动机控制功能的电子控制模块，其主要用途是对发动机中的燃油和点火系统进行闭环控制，从而提高燃油经济性并减少发动机产生的气体污染物。

为何要测试ECU？

测试通常被认为是一项不会增值的工作。在理想的世界中确实如此，因为在理想的世界中，生产工艺从来都不会产生缺陷，系统设计永远没有瑕疵，软件永远正常运行，从来不会有客户退货，产品和原材料质量问题为零，由于不会出现任何故障，测试就显得毫无必要。但是世界并非完美，因此需通过测试来实现可测量的、可重复的和可跟踪的最低质量标准。质量确实有价值，尽管它的价值无法直接衡量。

测试的必要性还体现在其它方面。汽车制造商有自己的质量要求和标准(如QS-9000)以及长期跟踪和规章要求。汽车制造商通常都要求元件供应商在将其元件发往BA(组装)工厂(元件在此处组装成整车)之前对元件进行测试。BA工厂是劳动密集型工厂。由于供应商的元件故障造成汽车返工是不可接受的，它会造成极大的损失。供应商合同中通常都包括由于供应商的原因造成的元件缺陷相关的罚款条款。

ECU生产商需要证明其产品符合客户的规范，这需要通过DV(设计验证)测试来实现。生产商还需证明其生产工艺可以正确生产出产品，这需要通过PV (生产验证)来实现。质量标准通常都要求对一定比例的ECU进行质量评估，以确保生产工艺没有缺陷。这种质量评估通过连续一致性(小型设计验证)测试进行。

测试系统开发人员面临的挑战

如前所述，测试常常被认为是一项不会增值的工作，虽然测试是提高生产流程各阶段质量水平的重要手段。这一状况使测试机构面临着极大的压力，它们必须确保测试过程稳固、全面、快捷且性价比较高。

测试系统必须稳固。测试系统必须能够全天候运行。大多数汽车元件供应商都有高产量生产线，停产会对带来巨大损失。JIT(准时)生产不允许分批发货、发货延迟或数量短缺。根据质量控制程序和流程的要求，出错会导致停产。由于这些原因，测试设备必须可靠且精准。

测试范围必须全面。测试系统的测试范围应尽可能广而且测试必须精确。测试系统应尽可能防止生产流程的下游出现缺陷。一般而言，越是在下游出现的问题，修复的成本越高。

测试系统必须快速运转。高产量生产要求生产流程的每一阶段都不能比最慢的流程慢。测试过程不应成为一个瓶颈，尤其是在测试被视为不会增值的工作时。测试系统的速度应比最慢的上游流程快。

测试系统必须具有高性价比。测试系统设计人员必须比较性能和成本。一个测试系统的成本不仅仅是其购买价格。测试系统会产生其它明显的短期成本，如设备、培训、维护、升级、支持以及连接等。测试系统的长期成本较不明显，它取决于开发时间、灵活性、可量测性、可再利用性、模块性和便携性等参数。这些因素与测试系统中使用的软件和硬件直接相关。

除了以上这几点，测试系统设计人员还必须在有限的预算和越来越短的时间内完成设计。开发新产品越来越难，产品的生命周期越来越短，新的规则、技术和客户需求不断涌现。面临这一切，测试系统设计人员必须找到一种使其开发的系统既可满足当前需求又可满足未来需求的方法。

ECU 如何工作？

简单地说，ECU的工作方法就是根据与发动机相连的传感器的反馈来控制燃油混合(空气燃油比)和火花定时(点火提前及持续时间)。燃油混合和点火定时的控制相当复杂。ECU需要从多个传感器获取数据以实现系统的最佳控制。ECU需要了解地速、发动机转速、曲轴位置、空气质量(氧气含量)、发动机温度、发动机负荷(如空调(A/C)打开时)、油门位置、油门的变化率、变速齿轮、废气排放，等等。前面我们已经讲到，ECU是一种用于解决具体问题的计算机。计算机通常无法直接与模拟世界进行交互。因而需要使用一个信号调理/数据采集接口，以将来自传感器的模拟信号转换为计算机可以理解的数字信号。而为了控制燃油系统和点火系统，必须将数字信号转换为模拟信号。

ECU功能模块

ECU包含以下几个功能模块：1. 电源 - 数字和模拟(模拟传感器的电源)。2. MPU - 微处理器和内存(通常为闪存和RAM)。3. 通信链路 - (如CAN总线)。4. 离散输入 - 开/关型输入。5. 频率输入 - 编码器型信号(曲轴或车辆速度)。6. 模拟输入 - 来自传感器的反馈信号。7. 开关输出 - 开/关型输出。8. PWM 输出 -变频和占空比(如喷射器或点火器)。9. 频率输出 - 恒定的占空比(如步进电机 －怠速控制)。

图1显示了ECU的典型输入/输出框图，各框中列出了NI提供的激励和测量设备的种类以及与负载物和仪器的连接状况。

电源

ECU的电源是一个直流-直流转换器。电池电压被转换为适合MPU和其它数字电路的电压。在某些情况下，ECU提供模拟传感器的电压源。在这种情况下，ECU提供一个或多个模拟电源电压(源于电池电压)。典型的测试包括：