NI软硬件平台在汽车ECU开发和测试中的应用

　　引言

　　当今汽车行业，法规对安全性、动力性、舒适性、排放等提出了日益严格的要求，而这些性能又很大程度受ECU性能和质量的影响。因此在汽车中，ECU不仅数量持续上升，其功能也不断增强。

　　在汽车中，分单个ECU系统和多个ECU互联系统，前者如安全气囊ECU，后者如发动机管理系统(EMS) ECU。EMS涉及数千个参数和多个电子设备，而且这些参数之间存在数据共享和传递，需要通过不同的汽车总线将各个电子设备互联，以形成车载网络，并完成复杂的智能控制和故障诊断。ECU复杂性和功能性不断增加，为确保最终产品质量，需要通过自动化测试手段来减少从定义、分析、设计到实现不同产品周期环节的人为失误。此外，还面临如何在最短的开发周期内以最经济的成本将产品推向市场的挑战。

　　控制器开发“V”模式

　　经过多年探索，业界普遍采用基于计算机模型的控制器开发“V ”模式，如图1所示。该模式可以很大程度地减少反复过程、缩短开发周期，以节省成本。该模式除应用于汽车用ECU开发外，也已成功应用到航空、国防、“白色”家电、医疗设备、工业过程控制等领域。下面按照“V”模式图横向对应的先后环节顺序作简单阐述。

　　系统定义：根据控制系统设计要求，完成设计规范，如控制算法、控制对象参数等。往往需要以往的设计经验、试验数据作参考。

　　设计、仿真：根据控制系统定义，将整个系统在计算机软件环境下实现，即对控制器的控制逻辑、控制对象环境进行建模仿真，以帮助设计者在先期就对系统指标、误差等进行快速评估。仿真工具主要有NI LabVIEW、The MathWorks, Inc. Simulink®、MATRIXx等。其中LabVIEW允许设计者在图形化环境中借助提供的控制仿真模块对控制系统进行建模和动态仿真，又可集成第三方软件开发的模型和代码，包括The MathWorks, Inc. Simulink®、MSC CarSim，甚至C代码。MATRXx则提供一整套系统设计仿真工具，尤其适合开发和管理大型的、复杂的模型。　

　　图1 控制器开发“V”模式图

　　快速原型：在这里，快速控制原型(Rapid Control Prototype，简称快速原型)概念区别于机械制造中根据CAD数据自动构建物理模型的快速成型技术。因为软件仿真不能完全体现实际的动态环境，需要开发一个控制器硬件原型用以在真实环境下验证算法，即将控制器模型下载到一个实时硬件平台，并通过I/O连接至真实环境中的传感器、执行器并进行测试，该过程即快速原型，也常称为软件在环。选用实时硬件平台是为了仿真的时效性、确定性和稳定性。