發(fā)動機(jī)電子控制裝置，也稱作發(fā)動機(jī)控制器(engine control unit, ECU)，于20世紀(jì)70年代誕生。當(dāng)時，由于石油危機(jī)，人們正在尋找一種提高燃油經(jīng)濟(jì)性的方法，他們想要找出一種能夠使發(fā)動機(jī)在更為清潔和污染更少的條件下運(yùn)行的方法。當(dāng)時的工程師運(yùn)用一種叫做燃料分配器的機(jī)械裝置來控制火花定時，使用化油器來控制燃料混合。這種機(jī)械系統(tǒng)的調(diào)整能力較差。20世紀(jì)70年代微處理器誕生了，這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)控制火花定時和燃料混合所需的復(fù)雜、高速的運(yùn)算。在80年代早期ECU成為了大多數(shù)車輛中的標(biāo)準(zhǔn)部件。ECU是設(shè)計用于解決具體問題的計算機(jī)。

ECU是具有多功能輸入和輸出的復(fù)雜電子設(shè)備，也是汽車中最為復(fù)雜且功能最為強(qiáng)大的計算機(jī)。車輛中通常含有一個以上的電子控制模塊(ECM)。ECU是負(fù)責(zé)發(fā)動機(jī)控制功能的電子控制模塊，其主要用途是對發(fā)動機(jī)中的燃油和點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制，從而挺高燃油經(jīng)濟(jì)性并減少發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的氣體污染物。

ECU測試的必要性

測試通常被認(rèn)為是一項不會增值的工作。在理想的世界中確實(shí)如此，因?yàn)樵诶硐氲氖澜缰�，生產(chǎn)工藝從來都不會產(chǎn)生缺陷，系統(tǒng)設(shè)計永遠(yuǎn)沒有瑕疵，軟件永遠(yuǎn)正常運(yùn)行，從來不會有客戶退貨，產(chǎn)品和原材料質(zhì)量問題為零，因此由于不會出現(xiàn)任何故障測試就顯得毫無必要。但是世界并非完美，因此需通過測試來實(shí)現(xiàn)可測量的、可重復(fù)的和可跟蹤的最低質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)量確實(shí)有價值，盡管它的價值無法直接衡量。

測試的必要性還體現(xiàn)在其它方面。汽車制造商有自己的質(zhì)量要求和標(biāo)準(zhǔn)(如QS-9000)以及長期跟蹤和規(guī)章要求。汽車制造商通常都要求元件供應(yīng)商在將其元件發(fā)往B&A(組裝)工廠(元件在此處組裝成整車)之前對元件進(jìn)行測試。B&A工廠是勞動密集型工廠。由于供應(yīng)商的元件故障造成汽車返工是不可接受的，它會造成極大的損失。供應(yīng)商合同中通常都包括由于供應(yīng)商的原因造成的元件缺陷相關(guān)的罰款條款。

ECU生產(chǎn)商需要證明其產(chǎn)品符合客戶的規(guī)范，這需要通過DV(設(shè)計驗(yàn)證)測試來實(shí)現(xiàn)。生產(chǎn)商還需證明其生產(chǎn)工藝可以正確生產(chǎn)出產(chǎn)品，這需要通過PV(生產(chǎn)驗(yàn)證)來實(shí)現(xiàn)。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)通常都要求對一定比例的ECU進(jìn)行質(zhì)量評估，以確保生產(chǎn)工藝沒有缺陷。這種質(zhì)量評估通過連續(xù)一致性(小型設(shè)計驗(yàn)證)測試進(jìn)行。

ECU的組成及測試

簡單地說，ECU的工作方法就是根據(jù)與發(fā)動機(jī)相連的傳感器的反饋來控制燃油混合(空氣燃油比)和火花定時(點(diǎn)火提前及持續(xù)時間)。燃油混合和點(diǎn)火定時的控制相當(dāng)復(fù)雜。ECU需要從多個傳感器獲取數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳控制。ECU需要了解地速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、曲軸位置、空氣質(zhì)量(氧氣含量)、發(fā)動機(jī)溫度、發(fā)動機(jī)負(fù)荷(如空調(diào)A/C打開時)、油門位置、油門的變化率、變速齒輪、廢氣排放，等等。前面我們已經(jīng)講到，ECU是一種用于解決具體問題的計算機(jī)。計算機(jī)通常無法直接與模擬世界進(jìn)行交互。因而需要使用一個信號調(diào)理/數(shù)據(jù)采集接口，以將來自傳感器的模擬信號轉(zhuǎn)換為計算機(jī)可以理解的數(shù)字信號。而為了控制燃油系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)，必須將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。

ECU通常包含以下幾個功能模塊：
• 電源——數(shù)字和模擬(模擬傳感器的電源)；
• MPU——微處理器和內(nèi)存(通常為閃存和RAM)；
• 通信鏈路，如CAN總線；
• 離散輸入——開/關(guān)型輸入；
• 頻率輸入——編碼器型信號(曲軸或車輛速度)；
• 模擬輸入——來自傳感器的反饋信號；
• 開關(guān)輸出——開/關(guān)型輸出；
• PWM輸出——變頻和占空比(如噴射器或點(diǎn)火器)；
• 頻率輸出——恒定的占空比(如步進(jìn)電機(jī)/怠速控制)。

(1)電源
 
ECU的電源是一個直流-直流轉(zhuǎn)換器。電池電壓被轉(zhuǎn)換為適合MPU和其它數(shù)字電路的電壓。在某些情況下，ECU提供模擬傳感器的電壓源。在這種情況下，ECU提供一個或多個模擬電源電壓(源于電池電壓)。典型的測試包括：
• 開關(guān)檢查——檢查電源和接地之間是否短路或開路；
• 電源負(fù)載測試——如果ECU采用模擬電源，則在最大負(fù)載條件下驗(yàn)證電源電壓；
• 電源噪聲測試——如果ECU采用模擬電源，則檢查輸出噪聲大��；
• 睡眠電流——在點(diǎn)火鍵處于“關(guān)”位置時檢查VBATT上的電流；
• 喚醒電流——在點(diǎn)火鍵處于“開”位置時檢查VBATT上的電流。

(2)處理器

MPU內(nèi)含有處理器和內(nèi)存組件。在大多數(shù)情況下用閃存存儲應(yīng)用軟件(有時稱作應(yīng)用碼)。應(yīng)用軟件中包括校準(zhǔn)查找表。這些表根據(jù)輸入的反饋設(shè)定最佳燃油混合和點(diǎn)火定時參數(shù)。利用閃存你可以在任何時候?qū)CU進(jìn)行重新編程。在某些情況下，應(yīng)用軟件包括用于生產(chǎn)測試的特定測試模式。典型的測試包括：
• RAM測試——通常為某種形式的寫和讀；
• Flash測試——檢查制造商/產(chǎn)品編號，校驗(yàn)總和；
• “看門狗”計時器測試；
• 將應(yīng)用軟件和/或嵌入式測試碼下載到閃存中。
 
生產(chǎn)測試通常采用以下的一種或多種方法：
• 應(yīng)用碼包括用于ECU的外部控制的內(nèi)置式測試分支；
• 將測試碼下載到閃存中。測試碼能測試所有的輸入和輸出；
• 下載與測試相關(guān)的代碼(如僅下載用于讀取模擬輸入的代碼)。

(3)數(shù)據(jù)鏈路

ECU具有與外界相連的通信鏈路。ECU協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)的種類很多，而且每隔幾年就會出現(xiàn)新的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)。通信鏈路具有多項功能。其中最主要的一項功能是滿足板上診斷(OBD)的要求。OBD對車輛排氣系統(tǒng)進(jìn)行故障探測。ECU對廢氣排放進(jìn)行監(jiān)測；當(dāng)廢氣排放量超出容許標(biāo)準(zhǔn)時，ECU會記錄數(shù)據(jù)以供技術(shù)員使用。技術(shù)員通過通信鏈路獲取數(shù)據(jù)，并可運(yùn)用其它與通信鏈路相連的診斷工具找出故障部件�，F(xiàn)今的車輛通常都使用一個以上的ECM(ABS，車身控制，遠(yuǎn)程信息處理等)，這些ECM一般都通過通信鏈路連接在一起。為了能夠正確運(yùn)行，ECU可能需要與發(fā)動機(jī)不相關(guān)的電子或機(jī)械系統(tǒng)的狀態(tài)信息。類似地，其它ECM也需要來自ECU的狀態(tài)信息以確保正常運(yùn)行。
 
ECU的測試通常需通過頻繁的通信鏈路輸入/輸出來完成。由于和ECU通信要占去實(shí)際測試時間的30%至40%，用于通信鏈路的設(shè)備對系統(tǒng)性能具有很大的影響。設(shè)備的吞吐時間(如將RS-232轉(zhuǎn)換成CAN或?qū)AN轉(zhuǎn)換成RS-232)會影響測試系統(tǒng)的總體性能。根據(jù)協(xié)議的不同，選擇范圍會受到限制。但是在進(jìn)行選擇時，還是應(yīng)該進(jìn)行比較，以找出最快的方案。
通過一個簡單的例子可以說明你的選擇帶來的影響。假設(shè)你有一個用于將RS-232轉(zhuǎn)換為CAN.的車輛通信接口(VCI)設(shè)備。如果VCI設(shè)備的RS-232側(cè)在9600波特和每波特1位的條件下運(yùn)行，則RS-232側(cè)的傳送速率為9600b/s。典型信息的格式如下所示：
• 起始字符
• 源設(shè)備
• 目標(biāo)設(shè)備
• 數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)
• 命令字節(jié)
• 數(shù)據(jù)字節(jié)，通常為4
• 結(jié)束字符
• 校驗(yàn)和字節(jié)
此處是11字節(jié)或88位。在9600b/s的速度下傳送數(shù)據(jù)需要9.17ms。這一時間看起來似乎并不長，但是要知道在ECU設(shè)備的測試過程中通常要傳送200條甚至更多信息，僅僅單向傳送200條信息就需耗時1.83秒。當(dāng)然，信息通常需遵守命令/響應(yīng)協(xié)議，因此傳送200條信息的實(shí)際時間為2×1.83秒，即3.66秒。這還未包括將數(shù)據(jù)由RS-232轉(zhuǎn)換為CAN，由CAN轉(zhuǎn)換為 RS-232以及ECU或測試系統(tǒng)控制器處理數(shù)據(jù)的其它等待時間。如果選擇RS-232側(cè)的運(yùn)行速度達(dá)到18.2kb/s的VCI設(shè)備，就可將測試時間縮短1.83秒。在必須將測試碼或應(yīng)用碼下載至ECU的情況下，選擇慢速的設(shè)備會造成更大的影響。

(4)離散輸入
 
離散(或開關(guān))輸入監(jiān)測汽車中各組件和附件的開關(guān)狀態(tài)。最重要的離散輸入是點(diǎn)火開關(guān)。ECU需要知道點(diǎn)火開關(guān)的位置(起動、運(yùn)行、關(guān)閉、輔助)以確定何時和如何控制燃油和點(diǎn)火系統(tǒng)。其它離散或開關(guān)輸入還有停車開關(guān)、制動開關(guān)和A/C開關(guān)。

在ECU 測試系統(tǒng)中，通常由通用和/或矩陣?yán)^電器組成的負(fù)載/激勵模塊將一個測試源(VBATT, BATT_GND, DAC, DIO)與ECU上的離散輸入相連接。典型的測試包括：
• 移動1/0－對于移動1，先將所有離散輸入置0，然后再將輸入由高切換為低，一次輸入一個。移動0則與此相反；
• 模式測試 (如0×AA, 0×55)，讀取ECU的狀態(tài)；
• 將每個輸入與VBATT相連，讀取ECU的狀態(tài)；
• 將每個輸入與BATT_GND相連，讀取ECU的狀態(tài) ；
• 在開路條件下進(jìn)行測試。

(5)頻率輸入
 
頻率輸入通常用于監(jiān)測測試速度(如車輛速度)或速度和位置(如曲軸)的傳感器。對于ECU最為重要的反饋信號是曲軸信號。在有些發(fā)動機(jī)應(yīng)用中，曲軸和凸輪信號都被用于向ECU提供速度(轉(zhuǎn)速)和位置(曲軸角度)信息。曲軸和凸輪傳感器可以采用可變磁阻型(VAR)傳感器或紅外傳感器(IR)。這兩種類型的傳感器都能產(chǎn)生編碼器信號，ECU通過這些信號來確定燃油和點(diǎn)火輸出參數(shù)。典型的頻率測試包括：
• 用具有可變振幅和/或頻率和/或占空比的信號來驅(qū)動ECU頻率輸入；
• 對輸入進(jìn)行開路測試；
• 在VBATT和/或BATT_GND與輸入短接的條件下進(jìn)行測試模擬輸入。

模擬輸入監(jiān)測汽車中數(shù)量眾多的傳感器。有多種類型的傳感器，每一信號都由ECU調(diào)理。溫度(發(fā)動機(jī)溫度)、壓力(MAP，集流腔絕對壓力)、流量(EGR)和空氣質(zhì)量(氧氣)等是至ECU反饋回路的組成部分。
典型的模擬輸入測試包括：
• 開路－沒有源或負(fù)載與輸入相連；
• 與VBATT和/或BATT_GND短接；
• 模數(shù)線性變換(如用量程的5和95%的輸入信號進(jìn)行測試)。

(6)開關(guān)輸出
 
開關(guān)輸出，有時也稱作離散輸出，通常為小電流驅(qū)動器(<2A)。用于控制行駛控制離合器和燃油泵的信號就屬于開關(guān)輸出。有時根據(jù)開關(guān)輸出向系統(tǒng)中的其它組件提供參考電源還是參考地而將其分為大電流驅(qū)動器和小電流驅(qū)動器。這些輸出驅(qū)動的負(fù)載可以是電阻性負(fù)載(如檢查發(fā)動機(jī)燈)，也可以是電抗性負(fù)載(如氣動電磁閥)。典型測試包括：
• Voh=VBATT±0.5VDC, Vol=BATT_GND±0.5VDC
• 箝位電壓/回掃電壓，通常<100V
• 輸出漏電流
• 診斷
• 將輸出同VBATT和/或BATT_GND短路

(7)PWM輸出

PWM輸出是ECU輸出中最為復(fù)雜的。而在PWM輸出中，噴射和點(diǎn)火(或EST－發(fā)動機(jī)點(diǎn)火定時)輸出可能是計算上最為復(fù)雜的。決定噴射和點(diǎn)火輸出的定時、頻率和占空比的主要因素是曲軸速度(轉(zhuǎn)速)和位置(曲軸角度，0至360度)。用于確定燃油和點(diǎn)火參數(shù)的其它因素有車輛速度(mph)、油門位置(加速、減速、不變)、EGR(廢氣再循環(huán))、發(fā)動機(jī)溫度、歧管壓力、燃油溫度/壓力，等等。簡單地說，發(fā)動機(jī)應(yīng)用碼使用所有這些反饋進(jìn)行一些運(yùn)算，然后在校準(zhǔn)表中查找并選出最佳的燃油混合和火花定時(火花提前和滯后)，以優(yōu)化發(fā)動機(jī)的性能。一般而言，PWM輸出驅(qū)動電感性負(fù)載，如點(diǎn)火線圈和噴射器電磁線圈。大多數(shù)負(fù)載均小于5A，但有些負(fù)載，如點(diǎn)火線圈，則根據(jù)發(fā)動機(jī)設(shè)計的不同可為5至20A。典型測試包括：
• Voh=VBATT±0.5VDC, Vol=BATT_GND±0.5VDC；
• 箝位電壓/回掃電壓，大多數(shù)均<100V，點(diǎn)火線圈的回掃電壓可達(dá)450V；
• 輸出漏電流；
• 診斷；
• 將輸出同VBATT和/或BATT_GND短接•  開關(guān)時間、上升時間/下降時間、占空比、頻率；
• 曲軸位置和噴射/點(diǎn)火/EST之間的定時/同步(如相對于TDC的上升或下降沿延遲)；
• 電流與電壓比(如在I=500mA時的Vsat電壓)。

(8)頻率輸出

頻率輸出通常為恒定頻率和/或占空比輸出。它們常用于控制步進(jìn)型設(shè)備。頻率輸出的例子有ISC，即怠速控制，它調(diào)整進(jìn)入燃油系統(tǒng)的空氣流量，從而改變怠速。

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