CN102681538A - 一种ecu喷油点火控制的测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种ECU喷油点火控制的测试系统，包括：与ECU相连的FPGA板卡、与FPGA板卡相连的目标机以及与目标机相连的宿主机，所述的目标机内配置有发动机模型；同时本发明还公开了该测试系统的测试方法。本发明通过在FPGA板卡下实现喷油点火信号的采集，采样频率高，信号采集精确，能有效计算发动机喷油脉宽及点火正时；同时使计算喷油脉宽及点火正时的驱动计算模块和发动机模型在同一目标机下运行，数据交互方便快捷；且测试方法能有效降低开发和测试成本，缩短开发周期。

Description

一种ECU喷油点火控制的测试系统及其测试方法

技术领域

本发明属于汽车控制测试开发技术领域，具体涉及一种ECU喷油点火控制的测试系统及其测试方法。

背景技术

在现代汽车发动机管理系统研究中，日益复杂的功能需求和严格的法规要求使得发动机ECU（Electronic Control Unit，电子控制单元）软硬件的开发过程越来越复杂，因此需要一套严格高效的开发方法来保证产品级ECU的质量。为了提高产品开发的效率和精确性，汽车电子系统开发提出了基于模型的现代开发流程-V模式开发流程，该流程保证开发人员在开发过程中的每一步都可以得到及时验证。

在产品上市之前，需要对ECU进行全面综合的测试，尤其是故障和极限条件下的测试。公开号为CN 101833331A的中国专利公开了一种汽车发动机电控单元的测试系统及测试方法，其包括用于模拟发动机的曲轴信号和凸轮信号的信号模拟单元，信号模拟单元与ECU相连，ECU根据曲轴信号、凸轮信号和一些控制参数输出负载运行控制信号给实际发动机部件，发动机部件按照ECU发来的负载运行控制信号执行动作，通过监测判断发动机部件的运行状态数据实现对ECU测试。这种测试技术使用实际的控制对象进行测试，很难对一些实际复杂情况完成相关测试，并且实现成本高，开发周期长。

为解决这一难题，如图1所示，V模式中提出采用硬件在环仿真（HardwareIn-the-Loop Simulation，HILS）的测试方法：即为了测试ECU性能，在进行整体系统的仿真测试时，控制器采用真实的ECU，被控对象和系统运行环境可以全部或部分采用实时数学模型来模拟。

在发动机管理系统HILS需对ECU进行全方面的性能测试，故需对ECU各种控制信号进行采集。在所有测试项目中，ECU对发动机喷油及点火控制的性能测试是至关重要的。HILS系统根据ECU输出的喷油/点火控制信号计算得出发动机喷油脉宽、点火正时作用于发动机模型，通过监测判断发动机模型的运行数据实现对ECU测试。

公开号为CN 101718990A的中国专利公开了一种ECU的模拟检测装置及方法，包括主控芯片单元、ECU电压测试单元、传感器模拟量产生单元、开关量数字信号产生单元、ECU输出电感性执行部件模拟负载及保护单元、ECU输出电阻性模拟负载单元等，其采用模拟ECU所连接的外部信号和驱动对ECU共性的输入/输出接口进行检测。但这种检测装置在对ECU喷油、点火信号的采集精确度有限，同时其与发动机模型数据交互不便，限制了其在硬件在环仿真系统中的应用。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种ECU喷油点火控制的测试系统及其测试方法，信号采集精度高，数据交互方便，测试成本低。

一种ECU喷油点火控制的测试系统，包括：与ECU相连的FPGA（现场可编程门阵列）板卡、与FPGA板卡相连的目标机以及与目标机相连的宿主机，所述的目标机内配置有发动机模型。

所述的FPGA板卡用于向ECU输出曲轴凸轮信号，并采集ECU响应输出的喷油信号和点火信号，进而检测这两种信号上升沿及下降沿对应的曲轴转角；

所述的目标机用于根据喷油信号上升沿及下降沿对应的曲轴转角以及当前时刻发动机模型运行产生的发动机转速信息计算出喷油脉宽，根据点火信号下降沿对应的曲轴转角计算出点火正时；

所述的发动机模型接收所述的喷油脉宽和点火正时并运行响应，进而产生新一时刻的发动机运行数据；发动机运行数据包括发动机转速，扭矩，进气歧管压力，平均有效压力等数据；

所述的宿主机用于显示所述的发动机运行数据以及喷油脉宽和点火正时。

所述的FPGA板卡包含有数据交互模块、信号产生模块和检测模块；所述的信号产生模块用于产生曲轴凸轮信号并将该信号发送至ECU；所述的检测模块用于采集ECU响应输出的喷油信号和点火信号，并检测这两种信号上升沿及下降沿对应的曲轴转角，进而通过数据交互模块将所述的曲轴转角传送至目标机。

所述的目标机包含有与发动机模型相连的驱动运算模块；所述的驱动运算模块用于接收FPGA板卡检测得到的曲轴转角，并根据喷油信号上升沿及下降沿对应的曲轴转角以及当前时刻发动机模型运行产生的发动机转速信息计算出喷油脉宽，根据点火信号下降沿对应的曲轴转角计算出点火正时。

优选地，所述的FPGA板卡通过PCI（外设部件互连标准）总线与目标机连接。通过PCI总线，FPGA板卡能够与目标机进行高速数据交换，满足系统的实时性需求。

优选地，所述的目标机通过TCP/IP协议（传输控制协议/因特网互联协议）与宿主机进行数据传输。使得宿主机与目标机仅需通过一根网线就可以完成连接，且目标机与宿主机不受空间位置约束。

优选地，所述的发动机模型通过驱动运算模块将发动机转速信息输送给FPGA板卡，以使FPGA板卡根据发动机转速信息调整曲轴凸轮信号的输出频率。能够简化发动机模型，有效提高曲轴凸轮信号的模拟精确度。

所述的测试系统的测试方法，包括如下步骤：

（1）在FPGA板卡下，生成曲轴凸轮信号，并将该信号发送至ECU；采集ECU响应输出的喷油信号和点火信号，并检测这两种信号上升沿及下降沿对应的曲轴转角，进而将所述的曲轴转角传送至目标机；

（2）在目标机下，接收FPGA板卡检测得到的曲轴转角，并根据喷油信号上升沿及下降沿对应的曲轴转角以及当前时刻发动机模型运行产生的发动机转速信息计算出喷油脉宽，根据点火信号下降沿对应的曲轴转角计算出点火正时；

（3）使发动机模型接收所述的喷油脉宽和点火正时并运行响应，进而产生新一时刻的发动机运行数据；

（4）利用宿主机显示所述的发动机运行数据以及喷油脉宽和点火正时以供用户诊断。

所述的步骤（2）中，根据喷油信号上升沿及下降沿对应的曲轴转角以及当前时刻发动机模型运行产生的发动机转速信息通过以下公式计算喷油脉宽：

$T=\frac{{\mathrm{Angle}}_1-{\mathrm{Angle}}_2}{6*\mathrm{RPM}}$

其中：T为喷油脉宽，Angle₁和Angle₂分别为喷油信号上升沿和下降沿对应的曲轴转角，RPM为当前时刻的发动机转速。

所述的步骤（2）中，根据点火信号下降沿对应的曲轴转角通过以下公式计算点火正时：

Angle＝Angle₀-Angle₃

其中：Angle为点火正时，Angle₃为点火信号下降沿对应的曲轴转角，Angle₀为发动机上止点对应的曲轴转角且为给定值。

优选地，所述的步骤（3）中，发动机模型完成一次运行响应后，通过驱动运算模块将发动机转速信息输送给FPGA板卡，以使FPGA板卡根据发动机转速信息调整曲轴凸轮信号的输出频率。能够简化发动机模型，有效提高曲轴凸轮信号的模拟精确度。

本发明通过在FPGA板卡下实现喷油点火信号的采集，采样频率高，信号采集精确，能有效计算发动机喷油脉宽及点火正时；同时使计算喷油脉宽及点火正时的驱动计算模块和发动机模型在同一目标机下运行，数据交互方便快捷；且测试方法能有效降低开发和测试成本，缩短开发周期。

附图说明

图1为传统ECU在环仿真开发平台结构框图。

图2为本发明测试系统的结构示意图。

图3为本发明测试方法的步骤流程示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图2所示，一种ECU喷油点火控制的测试系统，包括：FPGA板卡、宿主机和目标机；FPGA板卡与ECU相连，FPGA板卡通过PCI总线与目标机相连，目标机通过TCP/IP协议与宿主机进行数据传输。

FPGA板卡包含有数据交互模块、信号产生模块和检测模块；信号产生模块和检测模块均与ECU相连，也均通过数据交互模块与目标机相连；其中：

信号产生模块用于周期性的产生曲轴凸轮信号并将该信号输送至ECU，同时其通过数据交互模块接收目标机输出的发动机转速信息，以调整曲轴凸轮信号的输出频率；

检测模块用于采集ECU响应输出的喷油信号和点火信号，并检测这两种信号上升沿及下降沿对应的曲轴转角，进而通过数据交互模块将这些曲轴转角传送至目标机。

目标机包含有驱动运算模块和发动机模型；驱动运算模块和发动机模型均与宿主机相连，驱动运算模块与发动机模型和FPGA板卡相连；其中：

驱动运算模块用于接收FPGA板卡检测得到的曲轴转角，并根据喷油信号上升沿及下降沿对应的曲轴转角以及当前时刻发动机模型运行产生的发动机转速信息计算出喷油脉宽，根据点火信号下降沿对应的曲轴转角计算出点火正时；

发动机模型接收喷油脉宽和点火正时并运行响应，进而产生新一时刻的发动机运行数据，并通过驱动运算模块将其中发动机转速信息输送给FPGA板卡。

宿主机用于显示发动机运行数据以及喷油脉宽和曲轴转角；在构建目标机程序模块时，则宿主机用于根据真实发动机的示功图和万有特性等参数对发动机模型进行参数化标定，编写驱动运算模块，构造喷油点火模型，并将驱动运算模块嵌入至喷油点火模型中，进而配置RTW环境，将喷油点火模型和发动机模型通过转换成目标代码的形式下载至目标机上。

在对ECU测试之前，首先需要在FPGA板卡上完成对数据交互模块、信号产生模块和检测模块的设计，并在宿主机上根据真实发动机的示功图和万有特性等参数对发动机模型进行参数化标定，编写FPGA板卡在xPC Target实时环境下的驱动运算模块；然后，在MATALB/Simulink下构造FPGA板卡的喷油点火模型（喷油点火模型包括有发动机转速信息的输入接口以及喷油脉宽和点火正时的输出接口），并将驱动运算模块嵌入至喷油点火模型中；最后，在宿主机中配置RTW环境，将喷油点火模型和现成的发动机模型通过转换成目标代码的形式下载至目标机上，使这两个模型在目标机上实时运行。

如图3所示，本实施方式的测试过程如下：

在FPGA板卡下，利用信号产生模块生成曲轴凸轮信号，并将该信号发送至ECU；利用检测模块采集ECU响应输出的喷油信号和点火信号，并检测这两种信号上升沿及下降沿对应的曲轴转角，进而通过数据交互模块将这些曲轴转角传送至目标机；

在目标机下，利用驱动运算模块接收FPGA板卡检测得到的曲轴转角，并根据喷油信号上升沿及下降沿对应的曲轴转角以及当前时刻发动机模型运行产生的发动机转速信息通过以下公式计算出喷油脉宽：

$T=\frac{{\mathrm{Angle}}_1-{\mathrm{Angle}}_2}{6*\mathrm{RPM}}$

其中：T为喷油脉宽，Angle₁和Angle₂分别为喷油信号上升沿和下降沿对应的曲轴转角，RPM为当前时刻的发动机转速。

根据点火信号下降沿对应的曲轴转角通过以下公式计算出点火正时：

Angle＝Angle₀-Angle₃

其中：Angle为点火正时，Angle₃为点火信号下降沿对应的曲轴转角，Angle₀为发动机上止点对应的曲轴转角。

使发动机模型接收喷油脉宽和点火正时并运行响应，进而产生新一时刻的发动机运行数据；利用宿主机显示发动机运行数据以及喷油脉宽和曲轴转角以供用户诊断；

当发动机模型完成一次运行响应后，通过驱动运算模块将发动机转速信息输送给FPGA板卡，以使FPGA板卡根据发动机转速信息调整曲轴凸轮信号的输出频率。

Claims (10)

1.一种ECU喷油点火控制的测试系统，其特征在于，包括：与ECU相连的FPGA板卡、与FPGA板卡相连的目标机以及与目标机相连的宿主机，所述的目标机内配置有发动机模型；

所述的FPGA板卡用于向ECU输出曲轴凸轮信号，并采集ECU响应输出的喷油信号和点火信号，进而检测这两种信号上升沿及下降沿对应的曲轴转角；

所述的目标机用于根据喷油信号上升沿及下降沿对应的曲轴转角以及当前时刻发动机模型运行产生的发动机转速信息计算出喷油脉宽，根据点火信号下降沿对应的曲轴转角计算出点火正时；

所述的发动机模型接收所述的喷油脉宽和点火正时并运行响应，进而产生新一时刻的发动机运行数据；

所述的宿主机用于显示所述的发动机运行数据以及喷油脉宽和点火正时。

2.根据权利要求1所述的ECU喷油点火控制的测试系统，其特征在于：所述的FPGA板卡包含有数据交互模块、信号产生模块和检测模块；所述的信号产生模块用于产生曲轴凸轮信号并将该信号发送至ECU；所述的检测模块用于采集ECU响应输出的喷油信号和点火信号，并检测这两种信号上升沿及下降沿对应的曲轴转角，进而通过数据交互模块将所述的曲轴转角传送至目标机。

3.根据权利要求1所述的ECU喷油点火控制的测试系统，其特征在于：所述的目标机包含有与发动机模型相连的驱动运算模块；所述的驱动运算模块用于接收FPGA板卡检测得到的曲轴转角，并根据喷油信号上升沿及下降沿对应的曲轴转角以及当前时刻发动机模型运行产生的发动机转速信息计算出喷油脉宽，根据点火信号下降沿对应的曲轴转角计算出点火正时。

4.根据权利要求1所述的ECU喷油点火控制的测试系统，其特征在于：所述的FPGA板卡通过PCI总线与目标机连接。

5.根据权利要求1所述的ECU喷油点火控制的测试系统，其特征在于：所述的目标机通过TCP/IP协议与宿主机进行数据传输。

6.根据权利要求3所述的ECU喷油点火控制的测试系统，其特征在于：所述的发动机模型通过驱动运算模块将发动机转速信息输送给FPGA板卡，以使FPGA板卡根据发动机转速信息调整曲轴凸轮信号的输出频率。

7.一种如权利要求1所述的测试系统的测试方法，包括如下步骤：

（1）在FPGA板卡下，生成曲轴凸轮信号，并将该信号发送至ECU；采集ECU响应输出的喷油信号和点火信号，并检测这两种信号上升沿及下降沿对应的曲轴转角，进而将所述的曲轴转角传送至目标机；

（2）在目标机下，接收FPGA板卡检测得到的曲轴转角，并根据喷油信号上升沿及下降沿对应的曲轴转角以及当前时刻发动机模型运行产生的发动机转速信息计算出喷油脉宽，根据点火信号下降沿对应的曲轴转角计算出点火正时；

（3）使发动机模型接收所述的喷油脉宽和点火正时并运行响应，进而产生新一时刻的发动机运行数据；

（4）利用宿主机显示所述的发动机运行数据以及喷油脉宽和点火正时以供用户诊断。

8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，根据喷油信号上升沿及下降沿对应的曲轴转角以及当前时刻发动机模型运行产生的发动机转速信息通过以下公式计算喷油脉宽：

$T=\frac{{\mathrm{Angle}}_1-{\mathrm{Angle}}_2}{6*\mathrm{RPM}}$

其中：T为喷油脉宽，Angle₁和Angle₂分别为喷油信号上升沿和下降沿对应的曲轴转角，RPM为当前时刻的发动机转速。

9.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，根据点火信号下降沿对应的曲轴转角通过以下公式计算点火正时：

Angle＝Angle₀-Angle₃

其中：Angle为点火正时，Angle₃为点火信号下降沿对应的曲轴转角，Angle₀为发动机上止点对应的曲轴转角。

10.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于：所述的步骤（3）中，发动机模型完成一次运行响应后，通过驱动运算模块将发动机转速信息输送给FPGA板卡，以使FPGA板卡根据发动机转速信息调整曲轴凸轮信号的输出频率。

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