汽车电子控制单元的开发.ppt

1、10/28/2020,电子控制单元的开发,-揭露神秘的ECU,10/28/2020,汽车电子控制单元(ECU)是现代汽车中技术含量最高、利润空间最大的部件之一，长期以来一直受到汽车生产厂商及零部件供应商的高度重视。在高新科技飞速发展的今天，随着人们对汽车的安全性、动力性、经济性、操纵性、舒适性、排放等方面的要求不断提高，汽车上应用的电子装备功能不断增加，性能不断提高，而价格也不断下降。,10/28/2020,同时现代汽车上电子装备的价值比重不断增加，ECU作为电子装备典型代表，其应用无疑会越来越广泛。也许几十年以后的汽车真正能成为四个车轮上的“移动计算机”，实现完全智能的汽车驾驶也并非只是设想

2、。ECU无疑会成为日益发展的重点之一，在汽车上大量应用。,10/28/2020,I开发方法,ECU作为集硬件、软件为一体的独立控制系统，是汽车上典型的高科技产品，根据不同的应用场合，ECU对可靠性、实时性提出了非常高的要求，它的系统构成原理框图如图4-23所示。,10/28/2020,系统启动后，首先将只读存储器(EPROM或EEPROM、Flash存储器)中的实时操作系统和应用程序读取，并装载于内存RAM中；之后，CPU读取内存RAM中的数据内容，控制逻辑算法根据各传感器信号做出决策，向执行机构发出控制指令，构成一个完整的输入一信号处理一输出闭环系统。,10/28/2020,10/28/20

3、20,汽车零部件生产的投入成本相对整车来说较低，但作为高科技含量的汽车电子产品开发，需要一个由软件开发(包括控制算法及故障诊断程序等)、硬件设计(电子电路设计及机械设计)、试验验证(台架试验)、参数匹配(实车试验)等多个工作团队共同组成的一个开发队伍，整个开发是一个复杂的系统工程。图4-24系统地说明了ECU开发的基本步骤。,10/28/2020,10/28/2020,ECU基本开发流程 系统功能描述与界定：首先由整车开发部提出ECU的功能要求，包括对制造成本、预计生产规模、产品认证等。ECU开发部门根据要求，制定出详细的系统及子系统的开发目标、功能描述、技术指标、开发进度规划、时间安排、节点

4、控制等。,10/28/2020,只有确定了详尽的设计目标后，才能制定出评价指标和检验依据。这样在ECU产品开发之初就有一份完整的设计要求，对系统功能有详尽的描述和界定，与客户沟通并得到认可，使双方对目标系统有深入、细致的了解。,10/28/2020,系统建模与仿真：根据系统功能描述，建立模块化、能基本描述系统工作过程的离线仿真模型，确定系统信号方向、控制指令方向等，此过程中，不要求对各模块内部有详细的描述，只要保证在系统整体规划上没有概念性的错误，能满足基本功能即可。,10/28/2020,借助于现代化的仿真开发工具，可尽早发现错误并及时修正，避免在产品交付前才检查到错误再改进，避免造成人力、

5、物力浪费，延误产品上市时间。,10/28/2020,软硬件功能描述：根据系统要求，将目标系统描述作进一步细化，提出软硬件的设计方案及目标，包括数据交换的输入输出接口资源(数字信号、模拟信号、功率放大等)，根据系统要求，选定硬件元器件的具体型号，如微处理器的生产厂家及具体型号。,10/28/2020,系统设计及优化：作为开发过程最核心的关键技术，ECU软硬件是技术含量和价值含量的具体体现。根据系统功能要求，设计ECU硬件(原型样机)及软件(控制逻辑与控制算法)，为台架试验、实车试验提供匹配平台。ECU软硬件设计完成后，必须严格地做板级测试，验证软硬件功能，并根据测试结果改进软硬件设计，如系统的电

6、磁相容性能等。,10/28/2020,ECU原型样品：设计、加工ECU原型样品，作为ECU台架试验、实车试验时匹配参数的硬件载体。这一阶段主要是为开发人员提供实验室环境下，可基本完成目标系统功能的ECU雏形，将软硬件功能结合起来，为下一步系统参数匹配及优化改进提供软硬件平台。,10/28/2020,参数匹配：可以分为静态试验和动态试验，主要是验证和优化控制算法，并得到最终的控制参数表。实验台架上的系统静态试验，可以确定控制算法中控制参数的基本取值范围，为最终的实车参数匹配提供参考。实车匹配试验，可以验证控制算法，并匹配控制参数，根据评价指标确定最终的控制参数表。,10/28/2020,ECU完

7、成A、B、C样品加工：在ECU原型样机的基础上，重新设计、加工A样品、B样品、C样品，为小批量试制做准备。经过对ECU软硬件严格的产品级测试后，一个与目标系统外形、性能基本相符的ECU正式诞生了，除此以外，还需为以后大批量生产提出详细的生产要求，如设备、人员、工艺等诸多准备工作。,10/28/2020,客户验收、产品检验、供货：由客户参与，对A、B、c样品进行台架及实车试验，完成控制参数匹配、优化，并确定最终的Ecu控制参数表。客户验收后，根据客户反馈意见改进Ecu软硬件及诊断电路设计。再经过一轮的C、D样品验证，最终定型后准备批量生产，移交生产部门进行产品生产规划。,10/28/2020,E

8、CU开发的几个特点从以上整个ECU的开发流程中不难发现，它具有区别于传统电子系统开发手段的几个特点 :,10/28/2020,由于ECU的高可靠性及特殊的应用环境，往往要求投入的人力、物力较大，这就要求开发过程中的每一步都必须尽可能地保持与目标系统要求的一致性。在产品的开发初期，就借用先进的现代化系统仿真工具，完成对目标系统的功能描述，以确保其正确性，可以避免开发后期，系统基本定型后再改动而造成的更大的浪费。,10/28/2020,在系统开发的每一步，无论软件、硬件、匹配都不可避免地要经过若干次的修改及优化。可以说，一个真正达到要求、可靠的ECU是“改”出来的。只有经过详尽的检测与修改，才能保

9、证ECU的高品质，给ECU供应商带来声誉与利益。,10/28/2020,在ECU开发过程中，国内外先进的、也是非常流行的硬件在环(Hardware-in-theLoop，HiL)仿真技术应用广泛，从产品的设计目标提出到最终的ECU产品，HiL技术可以为开发者提供非常大的帮助，使整个开发过程的效率得到成倍提高。,10/28/2020,关键技术,硬件设计ECU硬件设计包括各子系统单元电路设计，其中有输入级与传感器部分的信号调理处理、微处理器外围电路及保护、通信功能设置及输出级设计等。,10/28/2020,ECU硬件是软件实现的载体和平台，硬件的可靠性直接决定了ECU软件能否按照设计要求正常工作。

10、ECU硬件设计可分为机械设计和电路设计两部分。机械设计主要考虑到ECU的具体应用场合，注意电磁干扰、振动、安装强度、防水、防尘、工作环境温度等对ECU的影响。,10/28/2020,一般情况下，产品级ECU都要经过针对以上指标的严格测试，同时还需进行循环工况测试、耐久性试验、极限工况试验等非常严格的各项测试，得到主机厂的供货认可后，才能投入批量生产。因此在ECU设计之初就要考虑到ECU的具体应用场合，要注意包括选取接插件、防尘防水的解决方案、机座材料选取及外形设计等问题。,10/28/2020,ECU硬件电路除了要满足基本的安装、外形尺寸、强度等条件外，还要有强的抗干扰(电磁干扰、噪声等)能力

11、，在发生故障时，具有一定的系统保护功能。因此，在ECU硬件电路设计过程中，要充分考虑ECU的应用场合，使ECU具有硬件故障诊断、故障处理能力。,10/28/2020,在硬件故障诊断电路设计中，备用、复用电路是经常采用的设计方法。首先，尽可能保证硬件电路发生故障时，整个系统不会停止工作；在某一路信号发生故障后，可立即切换到另一种工作模式，使整个系统能在保守的情况下继续工作。,10/28/2020,ECU作为个科技含量较高的系统产品，随着CPU的升级换代不断加快，ECU的硬件电路设计也不断改进，现在汽车上应用的ECU已经从8位机为主流，向16位甚至32位机为主流方向发展。,10/28/2020,E

12、CU具有独立的实时操作系统和特定的应用场合，设计过程中，如何充分、合理分配有限的系统资源，完成复杂的控制功能，如何设计驱动放大电路等问题，使ECU硬件设计具有非常大的难度，要求设计人员具有丰富的硬件设计经验。同时在汽车作为微利产品的今天，ECU的成本控制必须能够满足大批量生产要求，因此高性能价格比的产品级ECU设计无疑是一个挑战。,10/28/2020,软件开发 作为产品级ECU，其中的软件部分是实现控制功能的核心，体现了ECU科技含量的主要部分，同时又是利润的主要来源。但软件的实现过程是经过长时问的经验积累及大量的投入后得到的，ECU软件作为零部件供应商的核心机密，其保密工作非常重要。因此，

13、从公开资料中获取：ECU设计中具体的、细节性的信息几乎是不可能的。,10/28/2020,软件设计包括控制算法、自诊断、容错功能及控制后备方案等。实用的ECU控制软件要求简洁、高可靠、响应迅速、精确。ECU控制逻辑、控制算法不仅要有充足的理论依据，而且要经过长期的实践检验。开发一套实用的、完全自主知识产权的ECU控制软件，除了要在理论上进行详尽的仿真计算外，还需要经过大量的试验，验证算法的有效性和可靠性。,10/28/2020,除控制算法外，ECU中故障诊断与处理、故障代码存储与分析、容错性(允许传感器信号有一定范围的畸变)等算法也非常重要，因为作为产品级ECU，既要保证ECU能在正常情况下完

14、成既定控制功能，更重要的是，因为汽车的工作过程中情况复杂、多变，在发生意外时，ECU也要能发出相应的控制指令，最大程度地保证整车的安全性。故障代码存储与分析要求。ECU记录故障，并能在停车检修时，通过读出的故障代码来分析故障，进行修理或采取改进措施。,10/28/2020,完善的软硬件故障诊断，是产品级ECU不可缺少的部分之一，也是国际汽车电子工业界经过长期的经验积累和教训得到的，是ECU中技术附加值最多的部分之一。,10/28/2020,实车匹配 匹配是基于可靠的ECU控制算法进行的，通过实车试验得到最佳控制参数。在ECU定型生产后，软件程序就固化在EPROM中。产品级ECU必须经过严格的专

15、业测试，并最终通过实车试验，验证ECU的软硬件功能。匹配可分为台架试验和实车匹配两步，实验室内进行的台架试验可以验证控制算法的正确性，确保算法基本准确；,10/28/2020,同时为实车匹配提供初始的控制参数，大大节省实车匹配的周期和费用。实车匹配是验证ECU软硬件功能的最终手段，只有经过实车试验，才能证明ECU能否实现设计目标，适应各种复杂多变的工况。,10/28/2020,实车匹配过程中，需要在线实时修改控制参数，并观察控制效果。通常以笔记本计算机作为上位机，通过串行口连接ECU的K线或CAN通信，进行在线实时参数调整。应用专业的匹配工具，可以避免每次修改控制参数后的编译、下载、重写过程，

16、提高工作效率。,10/28/2020,ECU匹配过程原理示意图如图4-25所示。应用专业的匹配工具，在上位机硬盘上创建应用程序参考页，并映射到内存工作页中。上位机内存工作页的所有内容及数据可根据确定的地址，通过K线或CAN与ECU中的I)PRAM交换。ECU在Flash参考页中创建启动区、程序区、变量区、参数区，并在程序启动后，映射到RAM区的工作页。,10/28/2020,匹配时，在线、实时修改上位机工作页内容，可立即将修改后的内容映射到ECU的RAM区工作页中，匹配工程师随时观察控制效果，并再进行相应的修改，直至最终得到最佳的ECU控制参数。,10/28/2020,10/28/2020,.

17、中国汽车电子产品供应商的发展策略,中国汽车工业的高速发展为汽车电子产品造就了一个巨大的内需市场。与此同时，国外的汽车制造商迫于降低成本的压力也在积极寻找低成本的供应商。国内外的市场需求为中国的汽车电子产品制造商提供了一个千载难逢的商机。中国的汽车电子产品制造商应该立足于国内市场同时瞄准国际市场。,10/28/2020,目前的国内轿车市场仍然是以中外合资企业的产品为主，国内自主开发的产品为辅。合资的汽车制造商绝大部分沿用其外方伙伴原来配套供应商的电子产品。许多国内自主开发的轿车产品也采用进口的汽车电子产品。,10/28/2020,由于合资的汽车制造商对其供应商的认证、审核过程非常复杂，不但要求较高，而且费时、费力，要打人它们的供应链比较困难。因此，中国汽车电子产品的市场切入点应当是国内的货车市场和自主开发的轿车市场。只有占据了这一市场份额才具备打入合资、国外汽车制造商的供应链的基本条件。,10/28/2020,中国汽车电子产品制造商的当务之急是建立一个适应国际市场的产品研制、开发、制造及销售的体系。这个体系的形成包括逐渐建立起自己的开发团队、制定产品开发程序、完善生产和供应体系、建立产品测试和认证体系、建立销售和市场服务体系等。具备这样一个高效率、低成本的操作体系是与国外同行竞争的根本。,10/28/2020,在产品的选择上，应当从低端产品(如车体控制单元)开始，逐步向高端产品