汽车嵌入式系统的开发流程(汽车电子技术).ppt

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1、2022/12/11现代汽车电子技术现代汽车电子技术信号与信息处理研究所 丁 山第第7章章 汽车嵌入式系统的开发流程汽车嵌入式系统的开发流程 车载车载嵌入式系嵌入式系统统的开的开发总发总是把汽是把汽车车嵌入式系嵌入式系统统划分划分为为子系子系统统，如，如ECU(硬件和硬件和软软件件)、传传感器和感器和执执行器行器(硬件硬件)，然后，然后对对各子系各子系统进统进行行测试测试和确和确认认，进进而集成一个完整的而集成一个完整的电电子系子系统统。7.1 汽汽车车嵌入式系嵌入式系统统的开的开发发流程流程7.1.1 传统传统的开的开发发流程流程 普通采用的嵌入式系普通采用的嵌入式系统统的开的开发发流程大多

2、是自流程大多是自发发的，不成系的，不成系统统的。的。l直到台架实验，控制器才真正与被控对象结合；直到台架实验，控制器才真正与被控对象结合；l单元调试阶段，软、硬件的错误往往交织在一起；单元调试阶段，软、硬件的错误往往交织在一起；l由于软件采用手工编制的方式，错误的排除比较困难；由于软件采用手工编制的方式，错误的排除比较困难；l系统仿真阶段和实施阶段脱离；系统仿真阶段和实施阶段脱离；l程序的可读性、可继承性、可移植性不够好。程序的可读性、可继承性、可移植性不够好。该流程的主要缺点该流程的主要缺点 传统的传统的ECU开发过程有以下缺陷；开发过程有以下缺陷；l系统设计的错误不易发现；系统设计的错误不

3、易发现；l软件与硬件协同调试困难；软件与硬件协同调试困难；l排除错误花费时间较长；排除错误花费时间较长；l模型实时性差；模型实时性差；lC C程序移植性差。程序移植性差。7.1.2 V模式开发流程模式开发流程 可可视视化的化的V模式中，模式中，过过程步程步骤骤和和产产品如品如图图5-30所示，所示，该过该过程覆盖了从程覆盖了从设设计阶计阶段的需求分析、功能段的需求分析、功能设计设计与与实现实现到到组组件、集成的件、集成的测试测试再到最后的所有再到最后的所有工作。工作。V模式各个模模式各个模块块的作用；的作用；(1).功能功能设计设计(Control Design)l统统一的模型，减少一的模型，

4、减少错误错误可能和可能和缩缩短开短开发发周期；周期；l对对系系统统模型模型进进行快速而可靠行快速而可靠验证验证；l减少开减少开发发成本；成本；l对对系系统测试统测试，发动发动机、机、动动力系力系统统的模型能的模型能够够在后在后续续开开发发中重复使用。中重复使用。V模式开模式开发过发过程是如程是如图图5-31所示。开所示。开发过发过程程为为硬件和硬件和软软件同件同时进时进行，行，最后最后联联合合调试调试，如，如图图5-32所示。所示。(2)功能原型功能原型(Function Prototyping)l对对控制原型快速可靠地控制原型快速可靠地实时测试实时测试以及最以及最优优化；化；l原型原型过过程

5、中集成了各种汽程中集成了各种汽车总线车总线；l完全利用原型替代控制器；完全利用原型替代控制器；l自自动执动执行行验证验证Matlab/Simulink中的模型。中的模型。(3)自自动动代代码码生成生成(Automatic Production Code Generation)l减少减少编编程程时间时间和手写代和手写代码错误码错误；l模型与模型与C代代码码相互相互协调协调；l统统一的一的编码编码格式；格式；l极少的极少的错误错误率。率。(4)ECU仿真仿真测试测试(ECU Testing with Simulator)l硬件循硬件循环环仿真仿真测试测试；l更少的原型和更少的原型和测试测试装置、更

6、低的装置、更低的测试测试成本；成本；l系系统统全面快速的全面快速的测试测试；l可靠性高、可靠性高、风险风险低。低。(5)虚虚拟标拟标定定(ECU Calibration with the Calibration system)l简单简单直直观观的操作；的操作；l利用利用CAN进进行行标标定和参数定和参数检测检测。传统传统开开发发流程和流程和V模式开模式开发发流程的特点比流程的特点比较见较见表表5-1.7.2 汽车嵌入式系统开发的方法论汽车嵌入式系统开发的方法论汽汽车车ECU开开发过发过程的基本特征；程的基本特征；l汽汽车车嵌入式系嵌入式系统统开开发发强强调调的是系的是系统级统级的解决方案；的解

7、决方案；l由于系由于系统级统级的功能往往是在分布式的功能往往是在分布式实现实现；l开开发发流程流程较长较长，因此，因此强强调团队协调团队协同开同开发发。系系统级别统级别的开的开发发，强强调调和和对对象的象的结结合，合，带带来的技来的技术实现术实现方法有：方法有：l基于基于对对象建模；象建模；l基于模型基于模型驱动驱动的控制的控制软软件开件开发发；l快速控制原型快速控制原型(RCP)l硬件在硬件在环环(HIL)的仿真。的仿真。系系统统功能的分布式功能的分布式实现带实现带来的技来的技术实现术实现方法有：方法有：l总线总线技技术术的的发发展；展；l基于基于总线总线通信和网通信和网络络管理的嵌入式操作

8、系管理的嵌入式操作系统统的引入；的引入；lAUTOSAR的提出。的提出。基于基于团队协团队协作开作开发带发带来的技来的技术实现术实现方法有：方法有：l基于模型的系基于模型的系统统开开发发；l代代码码自自动动生成；生成；l在在线标线标定；定；l在在线线和离和离线诊线诊断。断。汽车嵌入式系统开发方法论上特点主要体现在以下三个方面：汽车嵌入式系统开发方法论上特点主要体现在以下三个方面：技术规范体系和标准的逐步确定。技术规范体系和标准的逐步确定。开发流程的逐步统一。开发流程的逐步统一。开发理念工具化。开发理念工具化。7.3 V模式的一般流程模式的一般流程 V模式一般流程有以下几部分模式一般流程有以下几

9、部分组组成：成：(1)第一第一阶阶段：功能需求定段：功能需求定义义和控制方案和控制方案设计设计.现现代方法中采用模型方式，代方法中采用模型方式，如信号流如信号流图图的方式的方式(Simulink模型模型)(2)第二第二阶阶段：快速控制原型段：快速控制原型(Rapid Control Prototyping,RCP)，快速，快速实实现现控制系控制系统统的原型、并且包括的原型、并且包括实际实际系系统统中可能包括的各种中可能包括的各种I/O、软软件及硬件件及硬件中断等中断等实时实时特性。特性。(3)生生产产产产品代品代码码。将模型。将模型转换为产转换为产品代品代码码是开是开发过发过程中最关程中最关键

10、键的一步。的一步。(4)第四第四阶阶段：硬件在段：硬件在环环仿真仿真(Hardware-in-the-Loop,HIL)(5)第五第五阶阶段：系段：系统统集成集成测试测试/标标定定 以以Matlab结结合合dSpace Targetlink工具箱工具箱为为例来例来说说明上述的具体开明上述的具体开发发步步骤骤：步步骤骤1：用：用线线性或非性或非线线性方程建立控制性方程建立控制对对象的理象的理论论模型；模型；步步骤骤2：用：用Matlab工具箱工具箱设计设计一原始控制方案。一原始控制方案。这这些工具包括些工具包括Control System Toolbox、Nonlinear Control To

11、olbox,Robust Control Toolbox,Opimization Toolbox.步步骤骤3：用：用Simulink对对控制方案控制方案设计进设计进行离行离线线仿真初步确仿真初步确认设计结认设计结果。果。步步骤骤4：在：在simulink中，从中，从RTI中中对对I/O参数参数进进行行设设置。置。设设置置实时实时I/O如如图图6-2所示。所示。步步骤骤5：自：自动动完成目完成目标标DSP系系统统的的实时实时C代代码码生成、生成、编译编译、链链接和下接和下载载。如。如图图6-3所示。所示。步步骤骤6：用：用Control Desk试验试验工具工具软软件包与件包与实时实时控制器控制

12、器进进行交互操作。行交互操作。如如图图6-4所示。所示。步步骤骤7：利用：利用Mlib/Mtrace从从实时闭环实时闭环控制系控制系统获统获得数据，并将得数据，并将该该数据回数据回传给传给建模，建模，实现实现参数的自参数的自动优动优化化过过程。程。上述三个步上述三个步骤骤如如图图6-1所示。所示。步步骤骤8：返回步：返回步骤骤1.通通过实时测试过实时测试，获获得反得反馈馈信息。信息。以上以上Matlab结结合合dSpace Targetlink展示典型汽展示典型汽车车ECU开开发发流程。流程。7.2 模型搭建与算法仿真模型搭建与算法仿真 7.2.1 功能设计功能设计(建模建模)功能设计，即系统

13、逻辑结构和技术结构的确定。用户需求分析是指在功能设计，即系统逻辑结构和技术结构的确定。用户需求分析是指在系统开发的早期阶段，对于需求和限制条件的一种结构化的处理方法。目系统开发的早期阶段，对于需求和限制条件的一种结构化的处理方法。目的是从系统用户的角度准确地描述系统的逻辑系统结构。的是从系统用户的角度准确地描述系统的逻辑系统结构。逻辑系统结构描述的是抽象的结果，即系统和功能的抽象逻辑模型。逻辑系统结构描述的是抽象的结果，即系统和功能的抽象逻辑模型。如如图图6-5所示。所示。逻辑系统要求可从两方面进行描述：逻辑系统要求可从两方面进行描述：l描述应该具有的系统特性；描述应该具有的系统特性；l描述不

14、应该具有的系统特性。描述不应该具有的系统特性。逻辑逻辑系系统统要求可分要求可分为为功能性和非功能性系功能性和非功能性系统统要求；要求；逻辑逻辑系系统统要求是用参与开要求是用参与开发过发过程的工程学科的程的工程学科的语语言来表达的。言来表达的。图图形化形化标标志，适合于基于模型的志，适合于基于模型的逻辑逻辑系系统统的描述。比如的描述。比如结结构框构框图图和状和状态态自自动动机。机。为为了了实现实现功能控制要求抽象化描述，就是建立一个数学模型。功能控制要求抽象化描述，就是建立一个数学模型。图图6-6所示的各个具体的功能模型可以由所示的各个具体的功能模型可以由结结构构图图来表示。方框表示来表示。方框

15、表示转换环节转换环节，可分可分为为开开环环/闭环闭环控制器模型、控制器模型、执执行器模型、被控行器模型、被控对对象模型、象模型、设设定点定点发发生生器和器和传传感器模型、感器模型、驾驶员驾驶员、运行、运行环环境。境。闭环闭环控制任控制任务务就是通就是通过检测过检测控制控制变变量量X，然后被控，然后被控变变量量X与与参考参考变变量量W相比相比较较。根据比。根据比较结较结果，果，调调整整变变量量X使其接近参考使其接近参考变变量量W，闭环闭环控制的目的控制的目的是是是是控制控制变变量量X的的值值接近接近参考参考变变量量W，尽管存在由于，尽管存在由于干干扰变扰变量量Z所所导导致的干致的干扰扰情况。情况

16、。相相应应的开的开环环控制任控制任务务是一个系是一个系统统的一个或多个的一个或多个输输入入变变量影响某个量影响某个输输出出变变量使其符合系量使其符合系统设计统设计的特征的的特征的过过程。程。基于模型化的功能基于模型化的功能设计设计有助于了解系有助于了解系统统的功能，从而尽可能完整且无矛的功能，从而尽可能完整且无矛盾地描述系盾地描述系统统功能，并且在仿真模功能，并且在仿真模拟测试拟测试、功能校正和、功能校正和优优化中体化中体现现更大的更大的灵活性和便利性。灵活性和便利性。技技术术系系统结统结构必构必须须考考虑虑各种制各种制约约因素，如技因素，如技术术的和的和经济经济的制的制约约，组织结组织结构和

17、制造技构和制造技术术的的约约束。通束。通过对逻辑过对逻辑系系统结统结构分析和技构分析和技术术系系统结统结构描述确定构描述确定技技术术系系统结统结构，如构，如图图6-7所示。所示。图图6-8给给出了一个典型的开出了一个典型的开环环、闭环闭环汽汽车车控制系控制系统统的技的技术术体系体系结结构。当构。当确定开确定开环环和和闭环闭环控制系控制系统统的技的技术术系系统结统结构构时时，必，必须须明确明确设设定点定点发发生器、生器、传传感器、感器、执执行器、行器、ECU网网络络的具体的具体实现实现方法，并在具体的技方法，并在具体的技术术系系统结统结构上构上实实现现系系统统的的逻辑逻辑体系功能。体系功能。随着

18、技随着技术术系系统结统结构的全部确定，接下来就是构的全部确定，接下来就是组组件和子系件和子系统统的的实现实现，主要分，主要分为为硬件硬件组组件的件的设计实现设计实现和和软软件件组组件的件的设计实现设计实现。软软件开件开发发是从是从软软件需求分析开始，首先件需求分析开始，首先进进行行软软件体系件体系结结构的分析和确构的分析和确定。定。7.2.2 快速控制原型快速控制原型(算法仿真算法仿真)快速控制原型，即控制系快速控制原型，即控制系统统的快速功能的快速功能测试测试原型，是通原型，是通过过一定的技一定的技术术手手段，在短段，在短时间时间内开内开发发与控制器与控制器产产品功能一致的品功能一致的测试测

19、试用功能原型装置，通用功能原型装置，通过过它它的的实实物物实验实验来来检测检测和修改和修改设计设计。采用先采用先进进的控制系的控制系统统建模工具建模工具进进行建模，并生成代行建模，并生成代码码，用其他控制器，用其他控制器(PC,compact PC,单单片机片机)临时临时代替将要开代替将要开发发的的实际实际控制器，快速控制器，快速对对控制算法控制算法进进行行验证验证和和测试测试，在，在设计阶设计阶段段发现问题发现问题并解决并解决问题问题。如。如图图6-9所示。所示。开开发发流程：建立离流程：建立离线线仿真模型，仿真模型，进进行离行离线线仿真；其次，在离仿真；其次，在离线线仿真通仿真通过过后加上

20、后加上I/O接口，修改接口，修改为实时为实时仿真模型；再次，仿真模型；再次，为为目目标标ECU生成目生成目标标代代码码，并并转换为转换为可可执执行代行代码码。最后，下。最后，下载载到到实时实时内核内核进进行行实时实时仿真。如仿真。如图图6-10所示。所示。以以Matlab为为例，与例，与实实物的物的I/O接口是通接口是通过过Simulink中的中的Real-Time Windows Target模模块库块库提供提供I/O接口模接口模块实现块实现的。的。7.2.3 旁路技旁路技术术 通通过过将快速原型硬件系将快速原型硬件系统统与所要控制的与所要控制的实际设备实际设备相相连连，可以反复研究使，可以

21、反复研究使用不同用不同传传感器及感器及驱动驱动机构机构时时系系统统的性能特征。而且。利用旁路的性能特征。而且。利用旁路(Bypass)技技术术（见见图图6-11）将原型）将原型电电控控单单元或控制器集成到开元或控制器集成到开发过发过程中，从而逐程中，从而逐步完成从原型控制器到步完成从原型控制器到产产品控制器的品控制器的顺顺利利转换转换。旁路技旁路技术术是指原有的是指原有的ECU依然起着主要作用，如原有的依然起着主要作用，如原有的ECU必必须须提供提供经过经过有效性有效性验证验证的系的系统统的基本函数，运行所有的的基本函数，运行所有的传传感器和感器和执执行器，以及支行器，以及支持到持到实验实验系

22、系统统的旁路接口。的旁路接口。已有函数依然在已有函数依然在ECU中中计计算，但按照以下方式算，但按照以下方式进进行修正：行修正：输输入信号由原有入信号由原有ECU通通过过旁路接口旁路接口进进行行传递传递，并由，并由ECU通通过过一个控制一个控制流接口触流接口触发发旁路函数的旁路函数的计计算。当原有的算。当原有的ECU接收到旁路接收到旁路输输出信号和出信号和检测检测其其拟拟真性后决定是否采用新真性后决定是否采用新输输出出值值或或转转接到内部替代接到内部替代值值。常用的两种旁路技常用的两种旁路技术术工具：工具：ETAS公司的公司的INTECRIO（如（如图图6-12所示）和所示）和dSpace公司

23、的公司的MicroAutoBox（如（如图图6-13所示）。所示）。7.3 自动代码生成自动代码生成 相比相比传统传统的手工的手工编码编码方式，自方式，自动动代代码码生成有明生成有明显显的的优势优势，两者的，两者的对对比如比如表表6-1所示。典型的自所示。典型的自动动代代码码生成工具包括生成工具包括Matlab RTW,dSpace公司的公司的TargetLink、ASCET工具包等。工具包等。TargetLink是一款是一款产产品品级级代代码码生成生成软软件。可以直接从件。可以直接从Matlab/Simulink/Stateflow框框图图生成代生成代码码，可靠性高，易，可靠性高，易读读性好

24、，可性好，可产产生定生定点运算代点运算代码码，适合多种，适合多种处处理器和理器和编译编译器。器。TargetLink软软件从件从Simulink控制模型生成控制模型生成C代代码码，首先将，首先将Simulink/Stateflow模型模型转转化成化成TargetLink模型，可以根据模型，可以根据实际实际需求需求进进行行变变量定量定标标、算法、算法优优化、化、设设置代置代码码生成生成选项选项等工作，基于等工作，基于TargetLink模型模型进进行各种仿真行各种仿真测试测试分析，最分析，最终终生生成成C代代码码。其生成其生成C代代码码具有以下特点：具有以下特点：高效率的高效率的C代代码码生成；

25、生成；支持子函数不同支持子函数不同计计算算频频率的系率的系统统和和OSEK兼容控制系兼容控制系统统代代码码生成；生成；Stateflow生成代生成代码码自自动动与与Simulink模型生成代模型生成代码码整合；整合；可可选择选择不同的不同的编译编译器器实现实现最理想的最理想的转转化效率；化效率；可以生成比可以生成比标标准准C更有利的特定的更有利的特定的带带有有汇编汇编程序的代程序的代码码。另外，另外，TargetLink能能够针对够针对特定的微控制器使用其独特的指令集特定的微控制器使用其独特的指令集进进行行优优化，从而几乎完全省去繁重的手工化，从而几乎完全省去繁重的手工编码编码。TargetL

26、ink的的应应用开用开发发流程如流程如图图6-14所示。所示。一般而言，生成的代一般而言，生成的代码总码总是是定点定点计计算算类类型型。为为了能了能让让控制器始控制器始终进终进行行定定点运算点运算，必，必须对须对控制模型中所有控制模型中所有变变量量进进行大小和精度范行大小和精度范围围的的设设置，即置，即定定标标。每个每个变变量都必量都必须须根据其可能的大小来分配取根据其可能的大小来分配取值值范范围围和数据和数据长长度度。变变量量x和和它的整数表达式它的整数表达式x之之间间关系关系为为：x=LSB x+offset;其中，其中，LSB指指对应对应x的最低有效位的最低有效位(least signi

27、ficant Bit)，offset是指是指给给定的偏定的偏移量。移量。TargetLink软软件也提供了自件也提供了自动动定定标标的功能。的功能。Targetlink在仿真同在仿真同时时自自动动搜搜索所有索所有变变量的最大量的最大值值和最小和最小值值，确定参数运算的范，确定参数运算的范围围，自，自动动定定标标工具以此工具以此设设定定变变量的量的LSB和和offset值值。2022/12/1现代汽代汽车电子技子技术26 对对于于ECU能能够处够处理的数据格式，理的数据格式，Targetlink软软件都能件都能够够提供相提供相应应的定的定标标：2底数底数幂幂定定标标；非；非2底数底数幂幂定定标标

28、；含有；含有0偏移限制或不含偏移限制或不含0偏移限制。如偏移限制。如图图6-15所所示。示。Targetlink的主要特性和的主要特性和优优点如点如表表6-2、表表6-3所示。所示。7.4 硬件在环测试硬件在环测试 硬件在硬件在环测试环测试是指采用真是指采用真实实的控制器，被控的控制器，被控对对象或者系象或者系统统运行运行环环境部境部分采用分采用实际实际的物体，部分采用的物体，部分采用实时实时数字模型来模数字模型来模拟拟，进进行整个系行整个系统统的仿真的仿真测测试试。通常情况下，只有被通常情况下，只有被测试测试ECU是是实实物，其余部分尽可能运用高保真的物，其余部分尽可能运用高保真的数学模型数

29、学模型进进行仿真。行仿真。由于由于总线总线技技术术的的发发展，展，现现代汽代汽车车已已经经通通过过网网络实现络实现分布式控制功能。而分布式控制功能。而各个各个ECU之之间间的交互作用增加，同的交互作用增加，同时时，网，网络络支持多种支持多种总线总线系系统统，这这些都又些都又可能成可能成为为潜在的潜在的错误错误来源。来源。7.4.1 单个单个ECU的功能测试的功能测试 一个一个ECU开开发发完成后，必完成后，必须对须对其功能其功能进进行全面的行全面的测试测试。特。特别别是是故障情况故障情况和和极限条件极限条件下下测试测试就就显显得尤得尤为为重要。重要。在在HIL测试环测试环境的搭建中，使用境的搭

30、建中，使用dSpace实时实时控制仿真平台控制仿真平台(Simulator设备设备)作作为实时环为实时环境的硬件境的硬件载载体，在体，在Matlab/Simulink中建立中建立变变速箱模型、液力速箱模型、液力变变距距器模型、器模型、发动发动机模型、整机模型、整车车底底盘盘模型与路面模型等被控模型与路面模型等被控对对象模型。在通象模型。在通过过Matlab产产品家族中的自品家族中的自动动代代码码生成工具生成工具(RTW)将上述模型将上述模型转转化化为实时为实时代代码码下下载载至至Simulator设备设备中的中的处处理器板卡后，即完成理器板卡后，即完成HIL测试环测试环境的搭建。境的搭建。首先

31、，首先，TCU(Transmission Control Unit)通通过过Simulator中中专专用用I/O板卡板卡获获得得车辆车辆模型模型发发出的状出的状态态信号（如信号（如图图6-16所示）。所示）。TCU基于基于这这些信号些信号发发出出对变对变速箱模型的控制信号。同速箱模型的控制信号。同样样，通，通过过Simulator中中专专用用I/O板卡完成板卡完成对这对这些控制信号的采集后，些控制信号的采集后，车辆车辆模型将根据控制信号模型将根据控制信号进进行状行状态态的更新，模的更新，模拟车辆拟车辆的被控的被控动动作。作。在上述在上述过过程中，通程中，通过过信号信号调调理模理模块块或外或外围

32、驱动电围驱动电路模路模块块，Simulator还还可以可以集成一些集成一些传传感器或感器或执执行器，同行器，同时时，可通，可通过过Simulator的的标标准硬件集成相准硬件集成相应应的的诊诊断断或或标标定工具。定工具。对对于功能于功能测试测试，可以通，可以通过过操作操作车辆车辆模型模模型模拟拟平平稳稳加速状加速状态态、急加速急减速、急加速急减速状状态态、坡道状、坡道状态态、软软件故障状件故障状态态，甚至一些在，甚至一些在现实现实中很中很难难出出现现的极端行的极端行驶驶状状态态，从而从而评评估估TCU的控制效果。的控制效果。另外，另外，还还可以通可以通过过Simulator的故障注入的故障注入

33、单单元模元模拟拟大量的硬件故障，如大量的硬件故障，如传传感器感器输输入开路、短路等，入开路、短路等，进进一步一步检测检测TCU的的诊诊断功能。断功能。Simualtor与与TCU之之间间的借口如的借口如图图6-17所示。所示。7.4.2 测试测试ECU网络、节点分布式功能网络、节点分布式功能 ECU网网络测试络测试包括各包括各ECU的相互作用，如的相互作用，如总线总线上的相互行上的相互行为为、网、网络络管理、管理、功率消耗、系功率消耗、系统统集成等。集成等。单单个个ECU的一部分功能的一部分功能错误错误已在开已在开发阶发阶段段检测检测出来，但出来，但还还有很多有很多错误错误必必须须在一个集成的

34、系在一个集成的系统统中才能被中才能被检测检测出来，因此，出来，因此，对对ECU网网络络的的测试测试更更为为重重要、复要、复杂杂。现现在流行的虚在流行的虚拟车辆环拟车辆环境可以境可以对对ECU网网络进络进行行测试测试，而，而这实质这实质就是就是HIL测试测试。如如图图6-19所示，在所示，在HIL测试环测试环境中境中对对ECU网网络进络进行行测试测试，除可以，除可以进进行自行自动动化化测试测试外，具有很高的可重复性，并且可以方便地重外，具有很高的可重复性，并且可以方便地重现车辆现车辆(总线总线)中的大中的大量故障。量故障。如如图图6-18所示，整个汽所示，整个汽车车的网的网络络可以分可以分为为速

35、率不同的网速率不同的网络络。2022/12/1现代汽代汽车电子技子技术32 如如图图6-20所示一个所示一个针对针对ECU网网络测试络测试的具体方案，其中有三台的具体方案，其中有三台Simulator设备设备。第一台主要是模。第一台主要是模拟动拟动力力传动传动模型，与模型，与发动发动机控制器、机控制器、变变速箱控制器等速箱控制器等连连接；接；第二台模第二台模拟车辆动拟车辆动力学模型、力学模型、动动力力转转向模型等；向模型等；第三台模第三台模拟拟各种各种车辆车辆通信部件模型；通信部件模型；三台三台Simulator设备设备通通过过CAN总线总线和和高速高速传输总线传输总线连连接；接；CAN总线传

36、输总线传输网网络络中各中各ECU的的传传送消息。高速送消息。高速传输总线传输传输总线传输各各车辆车辆模型模型的仿真的仿真计计算数据；算数据；专门专门的的CAN网网络络故障模故障模拟拟器分器分别别与各与各Simulator连连接；接；最后所有的最后所有的Simulator和故障模和故障模拟拟器通器通过专门过专门的信号接口与的信号接口与PC总总控制器控制器连连接，接，实现实现Simulator的模型下的模型下载载、故障、故障类类型型设设置、信号采置、信号采集、在集、在线调线调参等。参等。2022/12/1现代汽代汽车电子技子技术33 7.5 在线标定在线标定 汽汽车车标标定定是指是指为为了了实现实

37、现不同的功能，如排放、汽不同的功能，如排放、汽车车操控性、不同操控性、不同环环境下境下汽汽车车性能等指性能等指标标，而，而对对汽汽车车的控制参数的控制参数进进行行调调整。即在运行整。即在运行时访问时访问ECU，采集采集测测量数据和参数并加以修改，以量数据和参数并加以修改，以优优化化ECU算法。算法。标标定系定系统统的的主要作用主要作用监监控控ECU工作工作变变量、在量、在线调线调整整ECU的控制参数（包的控制参数（包括括MAP图图、曲、曲线线以及点参数）、保存数据以及点参数）、保存数据结结果以及果以及处处理离理离线线数据等。完整数据等。完整标标定系定系统统包括包括上位机上位机PC标标定程序、定

38、程序、PC与与ECU通信硬件通信硬件连连接以及接以及ECU标标定定驱动驱动程序三部分。程序三部分。自自动测动测量系量系统标统标准化准化协协会（会（Automatic Measurement System Standards Association,ASAM）建立了汽）建立了汽车电车电控控单单元元测测量、量、标标定和定和诊诊断三方面的断三方面的标标准，准，实现实现ECU与与测测量量标标定系定系统统和和诊诊断系断系统间统间接口的接口的标标准化，准化，CCP协议协议是其中最是其中最为为成功的一种成功的一种标标准；准；2022/12/1现代汽代汽车电子技子技术34 一些一些专业术语专业术语的的说说明：

39、明：lASAP2:由由ASAM定定义义的的标标准化文件接口，用于描述准化文件接口，用于描述ECU内部数据、内部数据、ECU接口和通信参数；接口和通信参数；l标标定定：在运行：在运行时访问时访问ECU，采集，采集测测量数据和参数并加以修改，以量数据和参数并加以修改，以优优化化ECU算法；算法；lCCP：CAN标标定定协议协议（CAN Calibration Protocol），），ASAM定定义义的接的接口，使得口，使得测测量和量和标标定系定系统统可以通可以通过过CAN总线总线采集采集ECU数据和校准数据和校准ECU参参数；数；lXCP：通用的：通用的标标定定协议协议，XCP可用于非可用于非CA

40、N网网络络（如（如FlexRay、LIN等）等），主要，主要优优点在于它独立于点在于它独立于传输层传输层的；将成的；将成为为唯一的唯一的测测量与量与标标定定协议协议。lKWP2000：key Word Protocol 2000是国是国际际性的机性的机动车辆领动车辆领域域诊诊断系断系统统协议协议，可以通，可以通过测过测量与量与标标定系定系统进统进行行测测量数据采集和参数量数据采集和参数标标定工作。定工作。2022/12/1现代汽代汽车电子技子技术35 7.5.2 典型的在线标定协议典型的在线标定协议CCP及标定过程及标定过程 CCP协议协议由由Audi、BMW、Mercedes-Benz、Po

41、rsche和和Volkswagen等欧等欧洲汽洲汽车车公司公司组组成的成的标标准化准化组织组织ASAP(标标准化准化标标定系定系统统工作工作组组)发发展而来。展而来。系系统统如如图图6-21所示，所示，对应对应用系用系统进统进行行测测量、量、标标定和定和诊诊断，定断，定义义了一个了一个MCD模型，定模型，定义义了了ASAP1、ASAP2、ASAP3标标准；准；ASAP1作作为应为应用用层层同控制器同控制器设备设备之之间间接口的接口的标标准，定准，定义义了了应应用用测测量量标标定系定系统统（Measurement and Calibraion System,MCS）和）和ECU之之间间的物理和的

42、物理和逻辑逻辑连连接，分接，分1a和和1b标标准。准。ASAP2标标准准对对ECU功能和接口及功能和接口及标标定信息定信息进进行行标标准和准和规规范化的数据范化的数据库库。ASAP3标标准定准定义义了了MCS系系统统和用和用户户之之间间的接口，使用的接口，使用户户可以通可以通过调过调用用标标准准化函数用化函数用MCS系系统进统进行数据和命令交互来行数据和命令交互来实现测实现测量、量、标标定和定和诊诊断的功能。断的功能。2022/12/1现代汽代汽车电子技子技术36 一个完整的一个完整的CCP标标定系定系统软统软件如件如图图6-27所示：所示：l支持支持CCP协议协议的的标标定定测试测试工具，如

43、工具，如CANape、Graph,该该工具工具软软件内部集件内部集成了成了CCP驱动驱动程序和程序和CAN驱动驱动程序；程序；lASAP2控制器描述文件，用于控制器描述文件，用于记录记录ECU中各参数中各参数对应对应的存的存储储地址、存地址、存储储结结构、数据构、数据类类型等信息，是型等信息，是进进行参数行参数标标定和数据定和数据检测检测的基准文件；的基准文件；lECU的的CAN驱动驱动程序，需要程序，需要实现实现CAN数据的收数据的收发发和解包功能，供和解包功能，供CCP驱动驱动程序程序调调用；用；l针对针对特定特定ECU的的CCP驱动驱动程序。需要能程序。需要能够调够调用用CAN驱动驱动程

44、序，程序，实现实现CCP规规定的各定的各项项必必须须功能；功能；lECU中的中的应应用程序部分，主要是用程序部分，主要是该该程序集中放置于程序集中放置于预预定的存定的存储储区域的待区域的待标标定数据，包括参数、曲定数据，包括参数、曲线线和和MAP。2022/12/1现代汽代汽车电子技子技术37 基于基于CCP的的ECU标标定系定系统统工作原理如工作原理如图图6-29所示。所示。对对部分控制参数部分控制参数进进行行调调整后，通整后，通过过一个一个CAN通信的通信的驱动驱动模模块块将数据送到将数据送到发动发动机机ECU中，中，ECU收收到信号后，通到信号后，通过过内部内部处处理又会由理又会由驱动驱

45、动模模块块返回返回ECU内部的重要数据到平台内部的重要数据到平台上上显显示，示，标标定定软软件与件与发动发动机机ECU的通信符合的通信符合CCP标标定定协议协议。2022/12/1现代汽代汽车电子技子技术38 7.5.3 标定工具简介标定工具简介 CANape是德国是德国Vector公司出品的一款基于公司出品的一款基于ASAP标标准准ECU标标定和定和测试测试工工具。具。见见图图7-29.CANape主要用于主要用于电电控控单单元（元（ECU）的参数）的参数优优化（化（标标定）。定）。它在系它在系统统运行期运行期间间同同时标时标定参数定参数值值和采集和采集测测量信号。量信号。CANape的基本

46、功能包括：的基本功能包括：l同步地同步地实时实时采集和采集和显显示示ECU内部信号，内部信号，CAN、LIN、FlexRay总线总线信号信号以及来自外部以及来自外部测测量量设备设备的信号；的信号；l通通过过CCP/XCP进进行在行在线标线标定和通定和通过过XCP进进行行实时实时激励；激励；l离离线标线标定；定；l快速而安全地使用二快速而安全地使用二进进制文件和参数制文件和参数组组刷写刷写Flash；l无无缝缝集成集成KWP2000和和UDS诊诊断函数；断函数；l强强大的大的标标定数据管理，参数定数据管理，参数组组比比较较和合并功能；和合并功能；lASAM MCD3测测量和量和标标定自定自动动化

47、接口；化接口；l使用集成的使用集成的编编程程语语言自言自动执动执行用行用户输户输入序列和入序列和处处理理测测量量值值与信号。与信号。l2022/12/1现代汽代汽车电子技子技术39 应应用用CANape实现监测实现监测和和标标定的功能，必定的功能，必须进须进行如下工作：行如下工作：lCCP驱动驱动程序在控制器中的程序在控制器中的实现实现；lASAP2数据数据库库文件的生成与及文件的生成与及时时更新；更新；lCANape的配置，包括参数的配置，包括参数设设置，置，测测量表的量表的创创建以及建以及测测量量标标定窗口的管定窗口的管理等等。理等等。每个每个标标定参数和定参数和测测量数据在量数据在ECU中都会有一个中都会有一个变变量名，如量名，如节节气气门门、电动电动机扭矩等。机扭矩等。CANape需要通需要通过该过该文件来文件来对对ECU的参数的参数寻寻址当址当CANape需要需要访访问问某个某个变变量，描述文件如量，描述文件如图图7-30所示。所示。谢谢！谢谢！