通用型ECU在线检测系统开发.doc

通用型ECU在线检测系统开发刘钊,龚贤元,谢波,朱玉田(同济大学 机械工程学院,上海 201804)摘要:针对通用型ECU的硬件构成与功能，开发了一套在线检测系统，用于检测其硬件及功能的可靠性。该系统由机械结构、检测电路板、单片机程序和上位机软件等四部分组成。通过外加输入信号到ECU各部分电路，读取输出信号以判断其能否正常工作，该系统可实现通用型ECU硬件及功能的在线检测。应用表明，该检测系统运行稳定可靠。关键词: ECU；检测；通信；Visual Basic中图分类号: TP277 文献标识码: ADevelopment of Online General ECU Detection System Liu Zhao, Gong Xianyuan, Xie Bo, Zhu Yutian (College of Mechanical Engineering, Tongji University, Shanghai 201804)Abstract: An online general ECU detection system is developed to check hardware and function reliability of ECU. It consists of mechanism design, circuit design, master computer software development and microcontroller programming. By inputting external signals to each functional circuit, receiving feedback signals to judge whether it functions well, this system can detect hardware and function reliability of general ECU online quickly. Application shows it works stably and reliably. Keyword: ECU; detection; communication; Visual Basic电子控制单元ECU广泛应用于发动机、变速箱、ABS等系统的控制，其硬件与功能的可靠性直接决定了车辆的性能与安全。控制要求的提高使ECU硬件与功能日趋复杂，出现故障的几率也大大增加1，所以出厂前必须对其硬件电路及功能进行严格检测。目前国内自主开发的ECU质量与可靠性比较差，市场认可度不高。为了提升国产ECU的品质，国内少数高校展开了ECU检测系统方面的研究，基本均采用工控机、采集卡、传感器等硬件结合相关软件，实现针对ECU特定应用的检测2，取得了一定成果，由于针对特定应用的局限性，并未大幅改善国产ECU产品的质量与可靠性。本文针对通用型ECU的硬件构成与功能，开发了一套在线检测系统，用于检测通用型ECU的各部分硬件电路与各项功能，对于改善国产ECU的质量有着重要的参考价值。1 检测系统的总体概述国产通用型ECU由16位飞思卡尔单片机、电源模块、CAN通信模块、程序烧录(BDM)模块以及开关量、脉冲量、模拟量的采集模块与驱动模块等组成。本文开发的检测系统主要由上位机PC、检测板和待测ECU构成。PC与检测板通过RS232连接，检测板与待测ECU通过信号提取装置以及由CAN总线、开关量、模拟量、脉冲量线缆等构成的线束相连。图1是检测系统的组成示意图3。图1 系统组成示意图检测电路板由16位Freescale单片机，电源模块、CAN通信模块、RS232串口模块、BDM模块及各开关量、脉冲量、模拟量的信号发生模块与拾取模块等构成。在Visual Basic平台上开发了上位机检测软件并在CodeWarrior平台上编写检测板与待测ECU的配套检测程序。典型检测过程如下：首先上位机通过RS232发送检测指令通知检测板执行某项检测；接着检测板执行检测并接收待测ECU的响应信号；然后检测板将ECU响应的实测信号数据通过RS232传至上位机；最后上位机调用算法分析比较预期信号和实测信号，判定ECU相应硬件模块或功能是否正常工作。该系统可检测电源模块、通信模块以及模拟量、开关量、脉冲量输入输出模块等模块的硬件与功能是否正常。本文按照自上而下的思想采用并行方式设计机械结构、检测板硬件电路、单片机程序和上位机软件等四大部分，重点介绍上位机软件开发过程。2 机械结构设计2.1 信号提取装置设计设计了图2所示的信号提取装置，用于提取待测ECU的关键测试点电压信号。它主要由上、下两块完全相同的针板PCB以及200多根探针等构成。设计时，按各测试点的电流值范围选取相应型号的探针，依照待测ECU上各测试点的位置分布以及相应的探针外径，在针板PCB对应的位置上布置相应大小的定位孔与焊盘。探针通过上、下两块针板PCB上的同心圆孔定位与焊接，因此定位精度高，确保了探针的垂直度与相对位置严格满足待测ECU对信号提取装置的形位要求。采用针板PCB的走线将探针由提取的测试点电压信号传至其两端的接插件，由排线将此信号传输至检测板。图2 针板示意图2.2 定位装夹装置设计图3所示为定位装夹装置，用于待测ECU、信号提取装置、检测板等快速定位与夹紧。它主要由盒体、圆柱导轨、阵列式压针及快速夹手等组成。砧木质盒体内安装开关电源、检测板及指示灯等附件；盒体上呈三角形地安装三根圆柱导轨用于压紧装置导向，确保其移动便捷。阵列式压针及快速夹手共同构成了压紧装置，阵列式压针确保压紧在信号提取装置上的待测ECU受力均匀且所有测试点与探针接触良好，快速夹手保证ECU更换方便且压紧迅速可靠。 图3 定位装夹装置外形图3硬件电路设计检测板在工作过程中需要进行大量复杂运算，故本设计选用飞思卡尔MC9S12系列16位高性能单片机为内核，它集成了通用输入输出接口、模数转换、PWM脉宽调制、串行通信、CAN通信等模块。在单片机已有资源的基础上设计开关量、脉冲量及模拟量等信号发生电路与拾取电路，制作成电路板。图4为检测板硬件电路模块图。图4 检测板硬件电路4 单片机程序设计检测板与待测ECU均以飞思卡尔16位单片机为内核，在飞思卡尔专用的CodeWarrior平台上编写配套的检测板单片机程序与待测ECU单片机程序。调试成功后，用BDM烧录器分别烧入相应单片机。两者的编程流程大致相同，图5为检测板单片机程序流程图。图5检测板单片机程序流程图5 上位机软件设计5.1 软件界面设计上位机软件界面作为人机交互窗口，设计时按照人机工程学要求，充分考虑人性化和易操作性。本文采用图形化程序设计语言VB开发上位机软件，采用软件自带的MSComm控件方便地实现上位机PC与检测板之间的RS232串口通信。按照功能需求分析，上位机界面包含通信设置、基本检测、输入检测、输出检测、实时显示、数据记录及历史数据查看等子窗口。图6为VB平台上设计的上位机主界面。图6 上位机软件主界面5.2通信报文的规定上位机与检测板正常通信必须按照相同的报文规定。数据交互时，上位机软件按照使用者意图和RS232通信协议的要求，生成包含指令的通信报文，发送给检测板，检测板理解后执行指令要求的某项检测并返回包含各种数据的应答报文4。在此规定报文长度为固定的4字节，第一字节用于标识检测类型，即通信检测、输入检测、输出检测或电源检测等；第二字节标识检测的量；其它两字节用于提供检测过程所需的数据信息。如报文0xA607007F表示开关量输入检测，高7位开关量输入高电平时检测输入通道正常与否。5.3 程序编写介绍上位机软件编程采用模块化、流程化的开发方法，运用面向对象的技术原理，以ECU的硬件电路和实际工况状态为对象，以对象、类、消息、抽象和多态性为核心，实现测试数据实时收发与动态显示、检测结论静态显示、故障报警、鼠标操作、文件存储查看等功能5。在功能分析的基础上先定义数据类，确定如图7所示的数据类模型图并编制详细数据变量表，再确定程序的总框架，设计如图8所示的总流程图。图7 数据类模型图图8上位机软件总流程图按照总流程图框架进一步制定通信检测、输入通道检测、输出通道检测、基本检测等各模块的详细流程图，如图9所示为输入通道自动检测流程图。最后结合数据变量表与详细流程图进行编程。由于上位机软件的可靠性关系到整个检测系统能否有效发挥作用，所以上位机软件应针对可预见的各种错误编写应急处理程序。编程时充分运用Error对象实时监控运行状态参数，根据捕获的出错信息分析错误的严重性，采用相应的处理方法。例如对于不影响其它检测功能的独立错误，采用On Error Resume Next 确保程序继续运行。对于关联错误，分析可能的原因，通过Message对话框给出提示信息，最终由使用者确定处理办法。图9 输入通道自动检测流程图5.4系统调试与应用调试贯穿着上位机软件开发的全过程，编写时要分段分模块调试，最后上位机软件进行组装集成调试。将调试成功的软件安装到PC上与烧录在检测板及待测ECU中的单片机程序进行联机调试。联机后先调试RS232通信与CAN总线通信。通信正确后，依次调试基本检测、输入通道检测与输出通道检测等硬件及功能检测模块。通过联机调试会发现很多问题，根据问题表现的实际状况反复修改程序，直至所有检测模块均能稳定准确可靠工作。将调试完毕的在线检测系统投入生产现场试运行，该系统运行良好，经验证检测结论准确有效。图10是现场检测记录。图10数据记录与查看6 结论试验与使用表明，本文基于VB开发的ECU在线检测系统能够有效地检测ECU的硬件及功能可靠性，很好地指导ECU生产过程，及时发现问题并加以改进。这对于提高国产通用型ECU的质量乃至确保整车品质与安全有着重要意义。参考文献:1 Namburu, Setu Madhavi, etal. Application of signal analysis and data-driven approaches to fault detection and diagnosis in automotive engines. IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics,2006:3665-3670.2 徐涛，龚元明，王波涛，郭靖爱. 电控柴油机控制器硬件检测系统开发J. 柴油机，2007,29(4):6-10.3 韩伟，麻友良，姜木霖. 汽油发动机ECU性能检测系统J. 仪表技术与传感器，2009,(6):54-56.4 范上伟. 工程机械液力机械传动控制系统的研究D硕士学位论文. 上海：同济大学，2008.5 姜虹，李银国. 基于面向对象的AB