原创 新型ECU测试硬件设备分析

到目前为止，很多的测试方法已经被应用到电子系统的功能验证中，如图1所示。由于汽车网络的复杂性，未经测试的ECU是很难集成到网络里。传统的ECU测试，要在完整的测试平台（如台架车）上进行，并将待测ECU集成到测试环境中。在此之前，必须对ECU各关键部件进行独立测试。

图1: 在开发的不同阶段所使用的几种测试方法

以测试一个单独的ECU为例，测试系统不仅需要管理被测设备的通信接口，同时也还需要管理其输入输出接口。这第一个任务就在根本上对测试软件提出很高的要求，因为除了单纯的CAN、LIN、FlexRay或MOST等总线通信功能外，ECU的软件或协议接口还必须完善和可靠地工作（如具有基于UDS的诊断功能、基于CCP/XCP的标定功能）。另外一方面，为了控制ECU的传感器和执行器连接，测试系统还需要有合适的硬件组件。这些接口的布局规划对测试系统的性能、灵活性以及最终的成本，都有很大的影响。

硬件接口需求

测试系统中决定硬件接口的需求，首先取决于测试方案以及待测ECU的特性。在综合测试中，很多基本的需求对几乎所有的车用ECU都适用。此外，我们还希望它有能力应付那些尚未制定的测试案例。频繁的测试工作，要求测试系统具有高度的灵活性，因此，下面描述的需求适用于绝大多数测试平台。

1. 连接传感器和执行器

因为ECU会经常地自动检查传感器和执行器，因此，在测试过程中必须要保证它们正确连接及正常工作。如果外部的某个器件不能正常工作或者甚至没有连接

它所关联的系统通常会在ECU内部产生错误记录、禁用相关功能、或是发出错误消息。因此，在一个测试系统中，传感器和执行器是必需的，即使这些传感器和执行器本身与测试内容并不相关。

在最简单的测试中，测试人员只需要把传感器和执行器连到ECU上就可以了。为此，许多开发者的工作室里就装备有多个简单的互连接线盒，这些盒子里装有必要的元器件，并做好了连接线束。在一个较大型的测试平台上，那些真实传感器和执行器都是通过类似的方法连接到被测ECU上的。

就像我们可以选择一个适当的电阻去替代一盏灯一样，我们也可以选择一种替代器件，去代替那些真实的传感器和执行器连接。由于ECU只有一个简单的测量电路去测试连接到它们上面的元件，因此，那些替代传感器或执行器的组件可以设计得尽量简单。相比较使用真实传感/执行器而言，这无疑提出了一种紧凑而简单的解决方案。

2. 操作传感器和执行器

对一个ECU进行功能测试，测试系统需要驱动外部器件并同时获取它们的响应。此时ECU就运作在一个仿真环境中。根据不同的测试情形，我们需要采用开环或闭环控制去模拟仿真环境。如果采用的是闭环控制，仿真可以通过计算发送到硬件在环（HiL）ECU的传感器信号，从而推算ECU的响应。

在自动化功能测试中，要实现传感器和执行器的联合工作，可以有两种方法：
–那些将被安装到汽车上的器件，先与测试系统连接，并受其控制。我们可以用一个合适的机械或光电装置，如自动仪器，去模拟真实传感器和执行器事件。测试设置可根据某些特定条件的集合来设计，并根据条件变化进行修改。
–测试系统直接连接到ECU，并用测试系统模拟传感器和执行器。在这种情况下，测试系统能够仿真传感器输出和负载的电器特性。它在ECU的输出端测量ECU状态的同时，会调整相关传感器的输入信号。

如果使用的是真实器件，测试人员就不必去关注仿真和实际的切合度，而需要去关注仿真测试工作因所使用元件的属性而受到的限制，这种限制也会影响测试平台的灵活性。ECU系统测试就无法应付传感器和执行器的微小变化。相比之下，全局仿真就具有很多优势，测试平台不需要进行很大的改动就可以用于不同的ECU测试。

若在测试中采用了仿真的传感器和执行器，并不意味着测试系统一定要有一个仿真模型来精确地描述它们的物理特性 。比如，测试系统只需要产生传感器电压或以适当的电流来模拟执行器的负载就足够了。虽然仿真的结果不够精确，但是从ECU的角度来看，测试系统已经模拟了传感器和执行器。

3. 产生错误

为了测试ECU对错误的反应，测试系统必须能够产生所有相关的错误。目前，潜在的错误情况主要包括：
－传感器和执行器之间的连接线问题：断线、两条线之间短路、单根线与电源或地短路等。
－传感器和执行器本身的缺陷，如：执行器内部电阻过高或过低、传感器电流消耗过高等。
－传感器信号超过预定值范围，如：旋转编码器上的错误值、温度传感器的异常高温值等。

在这些错误情况下的详细测试就显得尤为重要，因为这些错误在整车试验和测试环境中总是非常零星地出现，并且很难重现。又由于开发人员把主要的精力都集中在功能实现上了，因此在ECU软硬件开发过程中，这些错误经常被忽略。要实现系统的可靠性，就必须保证ECU在错误情况下能够做出正确的反应。

4. 测量

在测试案例中，需要设定某些控制变量的参考值，用来与ECU输出的实际值进行比较。因此，测试系统必须要能够以一定的分辨率和精度来测量这些变量。一般情况下，测量能得到信号的瞬时值、平均值以及有效值。不仅如此，还需要提取信号的特征参数，如脉宽调制信号的频率和占空比。这是因为当前的许多执行器都由PWM信号驱动，例如仪表上的LED亮度控制。

I/O控制的集成解决方案

Vector Informatik公司提供功能强大的开发和测试工具CANoe，利用CANoe实现对ECU进行仿真分析和自动化测试。Vector提供的硬件接口，也可提供对CAN、LIN、MOST以及FlexRay总线的可靠访问。可以通过使用GPIB或串口来驱动各种测试硬件以及集成来自不同生产商标准I/O板卡，来搭建各种复杂的测试平台。

在ECU测试中，Vector在VT系统中提供了一个对硬件I/O线进行控制的简捷方案，如图2所示。ECU的I/O线连接到模块系统上，如果需要，还可连接真实的传感器和执行器；装有CANoe的PC机通过一个快速的实时网络接口连接到系统上，如图3所示。这样就可以方便地设置一个灵活的测试系统，而省去大量的集成和接线工作。VT系统非常适合开发工作室里的小型测试环境，也适用于测试实验室里的综合测试台架。

图2: 设计成插卡式的VT系统模块

图3: 通过VT系统控制ECU测试中的I/O线

VT系统把控制一个I/O通道所需的全部电路元器件都集成到一个模块里，从而极大地简化了测试平台的布局，如图4所示。这种I/O通道的例子有ECU驱动前照灯的输出线或者连接亮度传感器的输入线。由于所有的通道都是通过两根线相连的，因此，系统支持所有的输入和输出信号类型，包括通过ECU内全桥电路驱动的电机控制信号。

图4: VT模块包含测试一个I/O通道所需的所有组件

VT系统通过继电器将ECU信号线与真实的传感器和执行器相连。此外，还可以模拟断线、短路等故障。如果真实传感器或执行器暂时无法获得，或者需要仿真错误状态，就可以选择内置的仿真负载或仿真传感器来代替。另外，如果内置的测量与模拟功能模块不能满足需求，还可以通过外接端口连接外部测量和测试设备。

模块中集成的测量与仿真设备，以及其它所有组件，都是针对汽车环境中的电压范围而设计的。如果有必要，模块还可以集成信号调理设备，该模块也还可以处理驱动大灯和电机时的大电流。

本文小结

ECU的自动化测试，在测试系统对I/O通道的控制方面，有许多不同的要求。因此，开发人员需要有合适的设备来连接和操作传感器和执行器。此外，设备还需要有误差测量和显示的能力。Vector的VT系统将ECU的I/O接口与CANoe集成到一个测试系统中，从而给测试人员提供了一个简捷而高效的解决方案。这种模块化的系统，为每一通道提供了所有重要的组件，包括带信号调理的测量单元、负载和传感器仿真模块以及必要的继电器等。利用它的功能和特性，该系统可以让你轻松地建立ECU测试系统。这种测试系统可以在汽车领域灵活地运用。

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作者：Dr.rer.nat.Stefan Krau

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