高压共轨柴油机电控单元测试系统
作者：杭勇 杨明 陆娟
职务：高级工程师
公司：一汽无锡油泵油嘴研究所基础研究部
软件调试平台建立：
根据高压共轨控制器的输入信号相位要求、输出信号高速采样要求和故障发生原理，基于ni公司软硬件产品，利用pxi-7831r fpga板卡高速发生和采集关键信号，利用pxi-6512和继电器组合实现了各种故障的发生。搭建出的测试系统在实际ecu功能测试中的应用表明，该系统能够高速模拟发生发动机在不同工况下不同相位关系的曲轴和凸轮信号，结合其他如共轨压力、油门踏板和温度信号的发生，通过对喷油脉宽和相位、泵油脉宽和相位的捕捉，实现了对控制器在不同工况下硬件电路、软件功能的测试，进而为控制器的研发和调试提供了很好的手段。
利用两块ni的现场可编程门阵列（fpga）板卡pxi-7831r，一块用来发生转速和捕捉同步信号，实现了高速、相位准确的发动机曲轴和凸轮轴信号的发生，一块用来捕捉喷油和泵油信号。转速信号采用while 循环和平铺式顺序(flat sequence)结构，第一个序列中为一可调计时器，用来控制第二个序列信号点输出的速度，进而改变转速信号的频率，该板卡上的另外5路ao用于发生轨压信号、油门开度及其它温度信号，如图1所示。
图1 labview fpga中转速信号发生程序
程序中while 循环中的循环计数用来控制当前循环各模拟输出口电平的高低，其逻辑根据所需信号的种类而定，本文中的曲轴信号为每转48齿缺3齿，凸轮轴信号为每两转6齿加1齿。另外，为了实现喷油和泵油信号捕捉处理时与转速信号相位的同步，在每两圈曲轴信号第一齿上升沿位置产生一捕捉同步信号，实际发生的发动机1500转信号如图2。
图2 实际发生的转速与捕捉同步信号
喷油信号和泵油信号的捕捉是测试中的关键，直接反映软件的控制输出，设计中是通过测量驱动电路中电流波形来获得，选用honeywell的电流传感器。对喷油信号需精确获取喷油脉宽和喷油相位，对泵油信号主要是获取精确的相位，对脉宽宽度测量精度要求不高。
图3为labview fpga中的程序，显示了一路喷油器控制信号和一路泵油信号的测量流程。在测试程序中，首先利用速度信号发生模块中的捕捉同步信号来触发测试开始，确保测试开始点与发动机工作相位的严格同步，进而保证结果中喷油和泵油信号相位的准确性。
图3 labview fpga中信号测量程序
图4所示为电流信号测量的原理图，以喷油器电流信号为例。首先针对信号幅值确定两个阈值，分别为电流上升阈值up和下降阈值down。在测试中，测试程序一经触发，以恒定的采样时间间隔 对电流波形进行采样，首先寻找上升沿，当在第n1个循环找到后，把n1值写入预设数组第一行，程序转入寻找下降沿n2，写入数组第二行，接着是后一个脉冲的n3、n4，(n2-n1)* 和(n4-n3) * 则为主预喷射的喷油脉宽。
图4 电流信号测量原理图
找到每一缸喷油信号的上述时间，再考虑各缸相位和当前转速，则可以最终计算出喷油信号相对于该缸上止点的提前角。实际测量中，fpga板卡对各通道能实现的最小采样时间间隔δt为0.006ms，相当于发动机转速3000转时的0.108℃a。
在ecu控制功能中，对故障的识别和处理非常重要，必须给予详细的功能测试。但在实际的发动机台架试验中，人为地产生故障是非常危险的，可能会对控制器、发动机、台架设备或试验人员造成伤害。因此，用测试设备模拟发生各种故障信号组合，可以快速地对ecu进行该项功能的全面测试，节约台架时间，降低测试风险。方案中采用ni pxi-6512数字量输出板卡和继电器组合，在图5的故障发生控制面板通过对下拉式菜单的选择，实现了各种输入输出信号断路、短路、对地短路或对电源短路等故障模拟。
图5 labview中故障发生控制面板
另外，结合软件中can j1939协议开发的需要，我们利用pxi-8464 can卡在labview中方便地开发出灵活的、满足j1939协议的收发单元，与ecu节点进行联调，测试和监控ecu节点单元对协议的满足情况。
图6所示为我们在标准的19寸控制柜中安装的pxi控制器，控制器上部安装有监视器，下部则安装有键盘鼠标、接口电路板卡及负载，图7为在labview中编制的主控制界面。
图6 19寸控制柜中的pxi控制器及ni板卡
图7 labview中的主控制界面
ecu功能检测设备开发
在ecu软件调试设备开发成功后，公司提出了开发一套产品ecu功能检测仪的需求，用于出厂前ecu质量控制。我们在软件调试设备开发的原理基础上，考虑到成本，选用mxi-4接口的pxi-pci-8331板卡，直接用pc机控制ni硬
