開發(fā)針對ECU測試的硬件在環(huán)、高速仿真與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

 “我們使用LabVIEW獨立開發(fā)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和日志文件工具，我們的系統(tǒng)完全依賴于NI產(chǎn)品的速度和精度。” - Thomas J. Mangliers, DGE Inc.

 挑戰(zhàn)：

為發(fā)動機控制單元(ECU)開發(fā)一個多路信號的硬件在環(huán)(HIL)仿真系統(tǒng)，需要系統(tǒng)產(chǎn)生精確定時的凸輪軸和曲軸波形，并監(jiān)測點火、噴射和其它定時信號，同時系統(tǒng)需要滿足極高的采樣率和非常小的誤差容限。

 解決方案：

使用NI PXI平臺和LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境，開發(fā)一個高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)用以產(chǎn)生和監(jiān)測復(fù)雜信號，以精確地模擬運行中的發(fā)動機/車輛環(huán)境，從而進行ECU測試。

 DAS的最初目的是模擬車輛環(huán)境，以便在不方便或不可能使用實際車輛或?qū)嶋H發(fā)動機的實驗室條件下進行ECU測試。這就需要DAS產(chǎn)生和監(jiān)測復(fù)雜的定時信號，如具有納秒分辨率的凸輪軸和曲軸信號。

 典型的ECU模塊有一個復(fù)雜的I/O布局。ECU信號被定義在一個Excel工作表中，以識別現(xiàn)有信號的任何變化。有了這個工作表，用戶可以勾勒出信號的名稱、誤差容限和單位，以及使用DAS多階數(shù)學(xué)函數(shù)進行信號轉(zhuǎn)換或縮放。用戶不需要改變?nèi)魏蜗到y(tǒng)軟件就可以很容易地增加或刪除典型信號。

 由于誤差容限很小，ECU信號要求DAS系統(tǒng)能識別出模塊間的輕微差異與測試設(shè)置的微小變化。為此，DAS基準(zhǔn)設(shè)置會記錄指定時間內(nèi)的所有ECU輸出，來動態(tài)調(diào)整用戶的誤差容限以符合當(dāng)前的輸出。有了基準(zhǔn)信息，用戶就可以在測試過程中立即察覺到微小的偏差。

 由于系統(tǒng)以如此高的速率進行監(jiān)測，所以記錄每一組讀數(shù)都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。為了管理數(shù)據(jù)，DAS系統(tǒng)生成一份報告顯示記錄在基準(zhǔn)中的讀數(shù)和任何超過用戶定義的誤差容限的讀數(shù)。DAS在監(jiān)測ECU異常情況的同時，還可以為每一個獨立的測試快速生成一份詳細(xì)的模塊性能報告。

 在測試過程中，DAS可以作為一個EMC測試的主機或從機、臺式HIL仿真系統(tǒng)、功能測試器使用，或用于以太網(wǎng)控制與現(xiàn)有測試控制軟件的簡單集成。

 高速DAS的特征包括以下內(nèi)容：

Ÿ           192條數(shù)字I/O通道

Ÿ           16條模擬I/O通道

Ÿ           任意波形發(fā)生器

Ÿ           兩個CAN端口

Ÿ           在Excel電子表格中很容易定義的測量標(biāo)準(zhǔn)（信號類型、參數(shù)、誤差容限以及更多）

Ÿ           用于測試自動化的以太網(wǎng)遠(yuǎn)程指令接口

Ÿ           所有信號的自動化模塊基線，以更精確地檢測系統(tǒng)的異常情況

Ÿ           數(shù)據(jù)日志文件創(chuàng)建

Ÿ           使用LabVIEW開發(fā)的日志文件工具產(chǎn)生數(shù)據(jù)報告、測試總結(jié)和在Excel中用圖表表示

Ÿ           定時信號顯示

使用NI PXI平臺進行高速數(shù)據(jù)采集

 National Instruments產(chǎn)品是我們系統(tǒng)的核心。NI為我們的DAS系統(tǒng)提供所有的I/O，包括復(fù)雜信號產(chǎn)生、高速采集和車輛總線仿真和監(jiān)測。我們使用LabVIEW獨自開發(fā)了DAS和日志文件工具，我們的系統(tǒng)完全依賴于NI產(chǎn)品的速度和精度。我們無法為我們的應(yīng)用使用標(biāo)準(zhǔn)的采集卡，這是由于ECU信號需要精確的定時。我們改為選擇使用NI R系列智能現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）DAQ模塊，來提供具有復(fù)雜定時的波形和仿真的傳感器輸出。NI PXI-7831R和PXI-7833R R系列智能DAQ模塊也使得我們能以更高的采樣率采集以及實時的ECU輸出信號。

 DAS數(shù)據(jù)處理是我們所面臨的另一個問題。我們的解決方案是，使用LabVIEW中固有的并行處理機制開發(fā)一個日志文件工具，并使用一個多核的應(yīng)用程序，充分利用主機的全部運算能力來處理我們的數(shù)據(jù)。

 使用National Instruments平臺的優(yōu)勢

 該DAS系統(tǒng)在正常的實驗室環(huán)境下而不用在專門的整車實驗室里，就可以使用現(xiàn)成的工具進行測試，大大減少了我們客戶的成本。因為該DAS可以監(jiān)測和控制所有的ECU信號，所以我們一次就完成了測試，而之前客戶的舊采集系統(tǒng)因為可用通道數(shù)有限，需要多次測試。現(xiàn)在用戶可以在短短三個星期里完成測試流程，而采用舊的采集系統(tǒng)則需要三個月。

DGE高速DAS與DGE負(fù)載箱相連，用戶的ECU定時信號顯示實例

由于系統(tǒng)以如此高的速率進行監(jiān)測，所以記錄每一次讀取會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。