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汽车电子控制器(ECU)的硬件设计流程

作者:时间:2017-10-24来源:网络收藏

  控制器(ECU)的开发和任何电子产品的开发流程基本是相同的,需要硬件、软件、测试三方面的工程师去完成。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201710/367842.htm

  在设计流程上一般又分为功能样件、测试样件(一般两轮甚至更多)、量产件。不同阶段的样件主要的任务不同,设计和测试关注的重点也会不一样。

  如果有硬件开发经验的,可以跳过这一段,直接到最后。

  

  一、硬件设计

  1.项目需求分析

  项目需求的分析是设计任务开始的第一步,一份完善的项目需求一般包含了控制器的功能、MCU性能要求、外部电气架构、工作环境、安装位置、工作环境、工作电压范围、外部负载参数、诊断需求、目标成本等内容,有了这些内容,开发人员就可以根据自己的内容进行设计工作了,当然项目需求是一个时常会变的东西,这变化也是硬件设计痛苦的来源之一。

  2.硬件总体方案设计和器件选型

  根据外部的负载和接口需求,基本可以确定出硬件的总体方案:几路ADC、几路数字输入、几路CAN、几路LIN、几路高低边驱动等等。然后根据所需的接口数量进行器件选型,这里要考虑成本、平台成熟度、芯片供应商配合程度、供货周期等因素。在一个成熟的公司,针对不同的应用都会有一些成熟的平台(类似于整车的平台化),比如车身控制器选16位某芯片、车机选32位某芯片。如果项目成本卡的很严,那可能就要发挥硬件工程师的创造力了,用三极管电阻电容做出功能强大的电路。

  3.原理图设计、结构设计、PCB设计

  器件选型完成,元器件都入库完毕以后就可以开始原理图设计了,根据项目需求和自己的经验去将原理图和芯片的外围电路细化,此时除了考虑功能实现,还需要关注故障诊断、电气性能和电磁兼容相关的问题:防静电、信号完整性、外部负载功率、防反接、防掉电、防异常电压等等很多细节,这一块就是看经验的积累了。

  在这个阶段,结构工程师也需要介入,根据控制器安装位置、空间、防水等级要求等内容确定控制器外壳的材料、大小、内部结构等,主要根据环境试验要求考虑机械性能和防水防尘等要点。

  原理图和结构均设计完成后,设计输出给PCB工程师进行PCB设计,PCB设计主要关注布局和散热。此时还需要对BOM表进行整理,并安排备料。完成后发布生产资料。

  4. 功能调试

  PCB到样以后,软件工程师介入,进行功能调试,保证实现最基本的输入输出功能,发现硬件设计中的问题。硬件工程师此时开始进行改版准备。

  5. 设计验证DV试验

  经由1—3步骤改版后,开始进行DV试验相关工作,根据国标企标拟定试验条件并准备试验环境和设备。然后不断修改到满足标准。

  以上5部以后硬件的工作基本就告一段落,剩下主要是根据需求和软件的要求跟进修改。当然有时候应主机厂的需要,还可能需要做产品认可试验,出具一些检测报告,这一点和DV类似,不展开。

  增加一点,对于量产项目来说,下线检测也是一个非常重要的步骤,需要对应的下线检测设备和软件,并且在下线的时候烧写相应的程序,所以硬件工程师在设计的时候一定要注意测试点的布质和覆盖率,并且支持下线检测设备的开发。

  总体上硬件开发流程其实和消费电子领域的流程是一样的,只不过在DV试验方面花的精力要大一些。关注的重点在安全性上,功能安全也在不断普及,为了满足这些要求,汽车电子的试验条件也在变得更加严格。

  汽车工作环境的复杂:供电电压不稳,工作温度单位宽,工作环境干扰大,这些在设计和测试的时候都需要全盘考虑,具体就暂时不展开了,以后有机会再写电气性能试验和和emc试验相关的东西。

  可能在很多领域和公司硬件工程师会比较枯燥或者不那么受重视,但是我自己感觉汽车电子领域的硬件比消费电子领域或许更加好玩一点,外围电路的好坏有时候直接决定了的可靠性,曾经某公司的控制器里的一个二极管的高温特性不好,直接导致一批车召回。所以汽车行业的硬件工程师责任也很重啊。

  当然,如果硬件工程师能了解软件,通讯协议,故障诊断等方面的内容,在开展工作的时候就更加轻松了。



关键词: pcb设计 ecu 汽车电子

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