車載ECU
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2022-03-31
車載ECU的實(shí)例教程
輸入/輸出
ECU作為與外部通信的接口，為了通過(guò)微控制器運(yùn)算實(shí)現(xiàn)符合實(shí)際狀態(tài)的最佳控制，需要檢測(cè)外部狀態(tài)的輸入手段及實(shí)際控制驅(qū)動(dòng)的輸出手段。近年來(lái)為了滿足多種ECU之間密切協(xié)同控制，在ECU中還設(shè)置了通信手段。
車載ECU模塊圖
輸入電路、輸出電路、通信電路的接口方法的代表示例如下。
01
輸入接口
下圖為通過(guò)用戶進(jìn)行開關(guān)操作等將ON/OFF狀態(tài)輸入至微控制器的電路示例。
開關(guān)打開時(shí)，通過(guò)鎖相電阻確定輸入電壓。在電磁干擾大等使用環(huán)境惡劣的車載ECU中，需要設(shè)置合理的濾波電路等，以防電磁干擾。其次，通過(guò)在微控制器中預(yù)裝軟件等，也可防止電磁干擾導(dǎo)致的異常工作。
車載環(huán)境下，存在不同電壓（蓄電池電壓、ECU內(nèi)部電源的電壓）混合輸入的情況，需要對(duì)這些電源電壓進(jìn)行分離處理。ECU還需要控制許多ON/OFF信號(hào)的輸入，有的會(huì)組合多種輸入信號(hào)，通過(guò)串口通信輸入至微控制器。因此，將這些控制功能集合于IC（集成電路）中，實(shí)現(xiàn)ECU體積小型化。
下圖為發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度、駕駛者對(duì)節(jié)氣門進(jìn)行的操作等將“程度”狀態(tài)輸入至微控制器的示例。
鎖相電阻的作用是確定傳感器的輸入電壓，在傳感器斷開時(shí)也能確定輸入電壓，從而檢測(cè)出異常狀態(tài)。在ECU中，鎖相電阻具有檢測(cè)車輛異常狀態(tài)并向駕駛者發(fā)出警告的重要功能。
展開 電子控制單元是控制水泵的核心，與車載ECU(Electronic Control Unit，電子控制單元)建立通信，當(dāng)車載ECU接收到油溫、油壓、扭矩和轉(zhuǎn)速等信號(hào)時(shí)，采用預(yù)先設(shè)定的策略給電子水泵發(fā)送一個(gè)PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)，通過(guò)PWM信號(hào)的占空比變化實(shí)現(xiàn)電子水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
圖1 電子水泵實(shí)物
圖2 電子水泵結(jié)構(gòu)
試驗(yàn)選取3種不同功率的電子水泵，不同功率的試驗(yàn)泵和對(duì)標(biāo)泵各選取一個(gè)，樣品1和樣品2為60W，樣品3和樣品4為90W，樣品5和樣品6為110W。其中，樣品1、4和6為對(duì)標(biāo)泵，樣品2、3和5為試驗(yàn)泵。
1.2 測(cè)試臺(tái)架
為了測(cè)量電子水泵的主要參數(shù)，參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)一款車用電子水泵性能測(cè)試臺(tái)架。臺(tái)架主要由以下部分組成:平臺(tái)本體、儲(chǔ)水箱、測(cè)試管路、壓力傳感器和流量傳感器。臺(tái)架參數(shù)如表1所示，臺(tái)架運(yùn)行流程如圖3所示，電子水泵安裝如圖4所示。
表1 車用電子水泵測(cè)試臺(tái)架參數(shù)
圖3 電子水泵測(cè)試臺(tái)架示意
圖4 電子水泵安裝布置簡(jiǎn)圖
1.3 傳感器布置
試驗(yàn)一共布置2個(gè)聲學(xué)傳感器，分別位于到電機(jī)殼中間的徑向距離20cm處和到電子水泵軸承座頂蓋的軸向距離20cm處，振動(dòng)傳感器固定在電子水泵軸承座頂蓋中心位置。圖5(a)為聲學(xué)傳感器布置情況，圖5(b)為振動(dòng)傳感器布置情況，電子水泵與測(cè)試臺(tái)架的進(jìn)、出水管對(duì)應(yīng)連接，X方向?yàn)楸玫拇瓜蚍较颍琘方向?yàn)楸玫膹较蚍较颍琙方向?yàn)楸玫妮S向方向。
圖5 測(cè)點(diǎn)布置示意
1.4 試驗(yàn)工況設(shè)置
試驗(yàn)在半消音室內(nèi)進(jìn)行，測(cè)試臺(tái)架放置在半消聲室內(nèi)的中心位置，測(cè)試裝置必須允許最大程度上的水力循環(huán)。參考汽車水泵半消聲室噪聲測(cè)試方法，對(duì)電子水泵的振動(dòng)和噪聲進(jìn)行測(cè)試。
展開 比如NXP 專為雷達(dá)ECU設(shè)計(jì)的 S32R 系列，其多核心足夠同時(shí)做雷達(dá)信號(hào)處理與 L2 的功能實(shí)現(xiàn)。
畢竟最耗算力的視覺(jué)算法是在另外器件上完成的。
方案二單獨(dú)獨(dú)立出來(lái) L2實(shí)現(xiàn) L2 功能的控制器, 通過(guò)私有Can 與兩個(gè) Smart Sensor 通訊獲取感知數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)方案可以考慮后續(xù)增加更多的 L2 功能，如果有需要，可以再接更多的 Smart Sensor。
2.1.2 典型的軟件架構(gòu)
對(duì)于采用 Smart Sensor 的系統(tǒng)架構(gòu)來(lái)說(shuō)，前向智能攝像頭和前向毫米波雷達(dá)分別給出各自觀測(cè)到的環(huán)境中目標(biāo)對(duì)象的語(yǔ)義。這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)直接通過(guò) Can 總線或內(nèi)部的 IPC (計(jì)算機(jī)OS的進(jìn)程間通訊)機(jī)制傳遞給負(fù)責(zé)感知融合和 L2 功能實(shí)現(xiàn)的模塊。
無(wú)論是硬件方案一還是方案二，業(yè)內(nèi)最常用的軟件架構(gòu)是基于 Classic AutoSar 來(lái)開發(fā)。Classic AutoSar 提供了車載ECU通用的功能并為引用軟件提供執(zhí)行環(huán)境和數(shù)據(jù)輸入輸出通道。感知融合模塊和其它 ACC/AEB/LKA 功能可以實(shí)現(xiàn)為一個(gè)或多個(gè) AutoSar SWC（軟件組件）。具體這些 SWC 組件是否進(jìn)行拆分，如何拆分，各家開發(fā)商有自己的合理邏輯。但基本架構(gòu)大同小異。
當(dāng)然也可以不采用 Classic AutoSar , 用其它合適的 RTOS 作為底層系統(tǒng)，或許對(duì)于車載ECU需要通用功能開發(fā)和達(dá)到功能安全標(biāo)準(zhǔn)的難度會(huì)大一些，但在應(yīng)用功能開發(fā)的架構(gòu)體系上跟采用 Classic AutoSar 的方案沒(méi)有太大差別。
展開 這類在汽車電子應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，更多的應(yīng)用在節(jié)點(diǎn)控制及功能稍微復(fù)雜或者對(duì)功能安全有強(qiáng)要求的ECU。按是否需要功能安全劃分，則可以分為非功能安全和ASIL-B及ASIL-D三種應(yīng)用類別。
非功能安全的部件更多來(lái)源于車身控制和車載ECU，例如座椅，空調(diào)面板，照明燈控，Tbox,OBC，車載無(wú)線充，車載顯示屏協(xié)控制器等。
ASIL-B等級(jí)的功能安全應(yīng)用更多的是汽車車身控制，例如，BCM、空調(diào)電源、電源管理，BMS,儀表盤控制、前照明大燈等；有時(shí)候非功能安全和ASIL-B的應(yīng)用場(chǎng)景會(huì)稍微有交叉，主要看主機(jī)廠是如何做的規(guī)定。
ASIL-D功能安全的應(yīng)用就屬于強(qiáng)功能安全應(yīng)用：從汽車安全氣囊、剎車制動(dòng)ABS、ESP；到電驅(qū)動(dòng)、電池包BMS、變速箱和三電系統(tǒng)（VCU，MCU，BMS）。能夠提供D等級(jí)的MCU廠家主要有英飛凌的TC系列MCU和瑞薩的RH850系列MCU，以及NXP最新推出的S32K3系列MCU。
圖2 K32A 15x的典型應(yīng)用
二、換電和圓柱電池導(dǎo)入的進(jìn)度
五菱最讓我驚異的事情，是發(fā)布了新能源汽車智能微型換電技術(shù)和相關(guān)的換電站。
五菱智能微型換電站，由于電池小，整體的占地面積小，可以積木式擴(kuò)展靈活配置多個(gè)儲(chǔ)電艙。換電時(shí)可通過(guò)視覺(jué)識(shí)別和激光定位技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別，換電時(shí)間非常短。
圖3 五菱的換電站搞法
這個(gè)做法，有點(diǎn)像是最早之前杭州國(guó)網(wǎng)在康迪換電版本上做的優(yōu)化。如果在微型電動(dòng)汽車上做了一個(gè)車電分離，這就是類似電動(dòng)自行車的搞法，真的能把電動(dòng)汽車的滲透率提高5%（100萬(wàn)）-10%（200萬(wàn)）。
圖4 全自動(dòng)微型換電站
還有一個(gè)值得注意的是，鐵鋰大圓柱在A00級(jí)別上的落地，速度很快哦，如下所示。
展開 OPEN聯(lián)盟于5月8日正式發(fā)布了TC8車載以太網(wǎng)ECU測(cè)試規(guī)范3.0版本。相比2.0版本，3.0版本規(guī)范刪除了部分不適合車載環(huán)境的測(cè)試用例，并更新了2.0版本部分用例存在的描述問(wèn)題。
為了可靠地解決車載以太網(wǎng)Layer 3-7的一致性測(cè)試問(wèn)題，經(jīng)緯恒潤(rùn)自主開發(fā)了覆蓋TC8 v3.0 Layer 3-7全部測(cè)試用例的自動(dòng)化測(cè)試套件AETP。
TC8 v3.0測(cè)試規(guī)范主要更新點(diǎn)
在了解AETP產(chǎn)品之前，不妨隨我們一起來(lái)看一下TC8 v3.0的主要更新點(diǎn)。
測(cè)試規(guī)范一分為三，形成TC8 v3.0 Layer 1，Layer 2，Layer 3-7三份規(guī)范。
總結(jié)來(lái)看，TC8 v3.0測(cè)試規(guī)范更加成熟，更加符合車載環(huán)境下的測(cè)試需求，對(duì)于車載以太網(wǎng)ECU級(jí)測(cè)試提供了更清晰的測(cè)試指導(dǎo)。
AETP—符合TC8 v3.0的車載以太網(wǎng)測(cè)試工具
AETP（Automotive Ethernet Test Package）歸屬于經(jīng)緯恒潤(rùn)INTEWORK產(chǎn)品線，是基于測(cè)試軟件INTEWORK-TAE開發(fā)的車載以太網(wǎng)測(cè)試套件。針對(duì)TC8 v2.0測(cè)試規(guī)范的AETP測(cè)試腳本在2019年中就已開發(fā)完成，截止目前已完成了超過(guò)50個(gè)車載以太網(wǎng)測(cè)試樣件的驗(yàn)證。
AETP軟件界面
經(jīng)緯恒潤(rùn)作為OPEN聯(lián)盟成員、TC8小組聯(lián)席主席Ruetz的合作伙伴，在TC8 v3.0規(guī)范討論期間持續(xù)跟蹤更新進(jìn)度。從TC8 v3.0內(nèi)部成員版本公開起就著手AETP適配更新工作，并在TC8 v3.0正式版公布后進(jìn)行了與TC8 v2.0版本的對(duì)比分析，調(diào)整測(cè)試腳本并完成測(cè)試驗(yàn)證，完成了覆蓋TC8 v3.0規(guī)范的測(cè)試套件。
展開 
車載ECU的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
車載ECU的最新內(nèi)容
車載 ECU 通常存在 PHC（物理層硬件時(shí)鐘）與系統(tǒng)時(shí)鐘（OS Clock）兩個(gè)計(jì)時(shí)源，phc2sys 通過(guò) PI調(diào)節(jié)算法，將兩者偏差控制在 10ns 以內(nèi)；
（3）pmc：是PTP 管理客戶端，支持查詢時(shí)鐘狀態(tài)（如GET TIME_STATUS_NP）、配置參數(shù)（如SET PORT_PROPERTIES），是調(diào)試階段的 “可視化窗口”。
TC8 Automotive Ethernet ECU Test Specification （on hold）
TC8負(fù)責(zé)制定車載以太網(wǎng)ECU測(cè)試要求，定義基于這些要求的車載以太網(wǎng)中所有ECUs的測(cè)試規(guī)范。不僅如此，TC8還負(fù)責(zé)定義測(cè)試過(guò)程，支持可執(zhí)行ECU測(cè)試的實(shí)驗(yàn)室的建立，定期審核測(cè)試規(guī)范，以提高車載以太網(wǎng)ECU和網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量。
電子控制單元是控制水泵的核心，與車載ECU(Electronic Control Unit，電子控制單元)建立通信，當(dāng)車載ECU接收到油溫、油壓、扭矩和轉(zhuǎn)速等信號(hào)時(shí)，采用預(yù)先設(shè)定的策略給電子水泵發(fā)送一個(gè)PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)，通過(guò)PWM信號(hào)的占空比變化實(shí)現(xiàn)電子水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
相較傳統(tǒng) ECU，車載計(jì)算平臺(tái)的復(fù)雜度呈數(shù)倍提升，面臨功耗、散熱、電磁、質(zhì)量等多重挑戰(zhàn)，存在著物理上限。因此，盡管當(dāng)前行業(yè)普遍以“TOPS” 為單位來(lái)評(píng)估自動(dòng)駕駛芯片的理論峰值算力，各大芯片廠商也不斷刷新算力峰值，但在實(shí)際場(chǎng)景下的算力有效利用率卻不高，自動(dòng)駕駛芯片理論峰值算力并不一定能在實(shí)際運(yùn)行中完全釋放，主要是受到了功耗、環(huán)境等因素的限制。
為了滿足用戶對(duì)舒適度、安全性和自動(dòng)駕駛功能的需求，車載ECU(電子控制單元)的數(shù)量不斷增加。然而ECU數(shù)量的增加也給汽車制造商帶來(lái)了更多挑戰(zhàn)。因此，全球大多數(shù)汽車制造商正在從傳統(tǒng)的分布式 ECU 架構(gòu)過(guò)渡到基于域或區(qū)域的 ECU 架構(gòu)。
為了滿足用戶對(duì)舒適度、安全性和自動(dòng)駕駛功能的需求，車載ECU(電子控制單元)的數(shù)量不斷增加。然而ECU數(shù)量的增加也給汽車制造商帶來(lái)了更多挑戰(zhàn)。因此，全球大多數(shù)汽車制造商正在從傳統(tǒng)的分布式 ECU 架構(gòu)過(guò)渡到基于域或區(qū)域的 ECU 架構(gòu)。
在分布式的架構(gòu)中，所有的功能緊密交互，難以管理系統(tǒng)的復(fù)雜性和實(shí)時(shí)性，域控架構(gòu)目的是將分散的控制鏈路，整合到單個(gè)大型ECU中(如圖1所示)。
媒介轉(zhuǎn)換器模式
RAD-Galaxy可以被設(shè)置成媒介轉(zhuǎn)換器來(lái)工作，可使其與至多12個(gè)車載以太網(wǎng)ECU進(jìn)行交互。這樣可以使用戶能夠進(jìn)行節(jié)點(diǎn)模擬，或直接操作診斷和ECU刷寫功能。
但是，由于ECU是車載專用控制單元，因此與當(dāng)下的計(jì)算機(jī)相比，其計(jì)算能力并不是那么高。
不僅只有ECU才使用半導(dǎo)體，幾乎所有的電子零部件都需要半導(dǎo)體。
在電磁干擾大等使用環(huán)境惡劣的車載ECU中，需要設(shè)置合理的濾波電路等，以防電磁干擾。其次，通過(guò)在微控制器中預(yù)裝軟件等，也可防止電磁干擾導(dǎo)致的異常工作。
車載環(huán)境下，存在不同電壓（蓄電池電壓、ECU內(nèi)部電源的電壓）混合輸入的情況，需要對(duì)這些電源電壓進(jìn)行分離處理。ECU還需要控制許多ON/OFF信號(hào)的輸入，有的會(huì)組合多種輸入信號(hào)，通過(guò)串口通信輸入至微控制器。
ECU需要按照何種規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，因此熟悉這部分內(nèi)容將對(duì)車載以太網(wǎng)SOME/IP的開發(fā)與測(cè)試至關(guān)重要。
