车用动力控制系统体系架构与设计.ppt课件

清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)主要内容主要内容o1、汽、汽车电子控制系子控制系统发展展趋势o2、ECU系系统框架介框架介绍o3、ECU设计思路和开思路和开发流程流程o4、基于基于AutoSAR的的软件体系件体系结构构o5、ECU标定相关技定相关技术o6、协同开同开发与版本管理与版本管理清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)1、汽车电子控制系统发展趋势、汽车电子控制系统发展趋势o多多ECU协同工作：同工作：分布式网分布式网络结构构，ECU数量数量越来越多，越来越多，线控控oMpSOCs：单个系个系统功能越来越功能越来越强大、集成度大、集成度越来越高、越来越高、多核多多核多处理器理器、使用智能、使用智能IP核核o标准化，开放化：准化，开放化：统一接口，一接口，在在标准的上合作，准的上合作，在在实现中中竞争争清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)燃料电池主控系统燃料电池主控系统:MPC561+AT91SAM9261S清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)存在问题存在问题o系系统复复杂多多变，多学科，多学科综合合问题，系，系统可靠性要求高可靠性要求高o开开发周期周期过长，还需要大量的需要大量的标定匹配工作定匹配工作o可移植性差，升可移植性差，升级维护麻麻烦o需要大量的人需要大量的人员参与，参与，协同同设计清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)2、ECU系统框架与结构划分系统框架与结构划分产品的特殊性，工作条件品的特殊性，工作条件恶劣可靠性要求很高劣可靠性要求很高o硬件版本硬件版本o程序版本程序版本o数据版本数据版本(标定定)清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)三层次逻辑结构，包括硬件、控制逻辑和标定数据三层次逻辑结构，包括硬件、控制逻辑和标定数据清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)硬件系统硬件系统清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)软件系统软件系统清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)3、ECU设计思路与开发流程设计思路与开发流程统一开一开发过程基本原程基本原则o以需求以需求为导向向o以架构以架构为核心核心o增量式、迭代式开增量式、迭代式开发建立外科手建立外科手术师式开式开发团队清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)Functional designRapid control prototypingTarget codeCalibrationHIL Simulation系统开发系统开发V模式模式 清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)参考方案参考方案odSPACE，半，半实物仿真物仿真oETAS的开的开发工具工具ASCET、标定工具定工具INCAoVECTOR提供提供标准准软件件组件件o其它其它专有方案有方案清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)RTW+Stateflow清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)实时系统分析工具实时系统分析工具o形式化分析工具形式化分析工具UPPAALo基于改进的时间自动机理论基于改进的时间自动机理论oSymTA/So符号化系统分析符号化系统分析工具工具清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)4、AUTOSARAUTomotive Open System Architecture(汽汽车开放式系开放式系统架架构构)，支持分布式的、功能，支持分布式的、功能驱动的汽的汽车电子子软件开件开发方法和方法和电子控子控制制单元上的元上的软件架构件架构标准化方案，以便准化方案，以便应用于不同的汽用于不同的汽车和平台，和平台，提高提高软件复用，降低开件复用，降低开发成本成本基本目的基本目的:1 解决汽解决汽车功能可用性和安全性需求功能可用性和安全性需求;2 保持汽保持汽车电子系子系统一定的冗余一定的冗余;3 方便移植到不同的汽方便移植到不同的汽车和平台和平台;4 实现标准的基本系准的基本系统功能作功能作为汽汽车供供应5 通通过网网络共享共享软件功能件功能;6 集成多个开集成多个开发商提供的商提供的软件模件模块;7 贯穿整个穿整个产品生命期的品生命期的软件件维护;8 更充分的利用硬件平台的更充分的利用硬件平台的处理能力理能力;9 进行汽行汽车电子子软件的更新和升件的更新和升级。原原则：在：在标准上合作，在准上合作，在实现上上竞争争清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)4、AutoSAR软件体系软件体系清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)ECU软件架构软件架构oMCU抽象抽象层：处于系于系统底底层，通，通过寄存器直接操作硬件，它包含各寄存器直接操作硬件，它包含各种种驱动。它。它们是一个个是一个个软件模件模块，用于直接，用于直接访问微控制器内的外微控制器内的外设或者是内存映射到微控制器的外部或者是内存映射到微控制器的外部设备。微控制器抽象。微控制器抽象层提供提供统一一的接口，使上的接口，使上层软件独立于微控制器。件独立于微控制器。对于某个具体微控制器抽象于某个具体微控制器抽象层，可以通，可以通过配置、裁减等方式使之适用于配置、裁减等方式使之适用于该系列微控制器的多种系列微控制器的多种衍生衍生产品；品；对于不同内核的微控制器，于不同内核的微控制器，则其其软件架构和某些模件架构和某些模块也也具有借具有借鉴意意义oECU抽象抽象层：给上上层应用提供接口，但必用提供接口，但必须通通过微控制器微控制器层才能才能访问硬件，不同版本的硬件其硬件，不同版本的硬件其ECU抽象层配置是不一是不一样的的o复复杂设备驱动：介于前二者之：介于前二者之间，可以直接与硬件打交道，同，可以直接与硬件打交道，同时也也给上上层应用提供接口，用提供接口，对于于PowerPC系列我把与系列我把与TPU相关的部分相关的部分全部放在全部放在这一一层，其它系列与，其它系列与喷油器油器驱动相关的部分放在相关的部分放在这里，里，这一部分用一部分用单独的文件中列出独的文件中列出o系系统服服务层：与：与OS相关内容以及任相关内容以及任务调度等度等 o应用用层清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)微处理器抽象层划分微处理器抽象层划分oMCU驱动控制：微控制器控制：微控制器驱动主要包括看主要包括看门狗狗驱动，通用，通用时钟驱动和和MCU基本基本驱动，它，它们都由微都由微控制器相关寄存器操作来完成。控制器相关寄存器操作来完成。n看看门狗狗驱动 n通用通用时钟驱动 nMCU基本操作基本操作 o存存储器器驱动：通常使用的存：通常使用的存储器主要有器主要有3类，RAM、FLASH和和EEPROM nRAM驱动 nFLASH驱动 nEEPROM驱动 o通通讯驱动：在汽：在汽车电子子领域通常使用的通域通常使用的通讯有有SCI(有有时候使用候使用LIN或或K线)、SPI、CAN和和FlexRay等。每个子模等。每个子模块都包含一个都包含一个统一的数据堆定一的数据堆定义文件文件ComStack_Types.h。nCAN nSPI nLIN nFlexRay oIO驱动 nPORT驱动 nADC驱动 nDIO驱动 nPWM驱动 nICU驱动 清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)ECU抽象层划分抽象层划分o板上板上设备抽象，抽象，对ECU上的非上的非传感器、感器、执行器的行器的设备进行抽象，如系行抽象，如系统基基础芯片，外部看芯片，外部看门狗等狗等 n电源管理芯片(TLE6368)oI/O硬件抽象 I/O设备的硬件抽象，提供的硬件抽象，提供I/O信号接口来信号接口来访问不同的不同的I/O设备。n多通道低端驱动芯片(TLE6244x)n多通道低端驱动芯片(TLE6232)n开关信号采集芯片(MC33993)o通讯硬件抽象对通通讯设备进行抽象的一行抽象的一组模模块。所有的通。所有的通讯系系统都需要一个特定的通都需要一个特定的通讯硬件抽象，用以屏蔽通硬件抽象，用以屏蔽通讯设备的片内或片外属性。的片内或片外属性。o存储硬件抽象对存存储设备进行抽象的一行抽象的一组模模块。存。存储设备通通过特定的存特定的存 储抽象模抽象模块被被访问。屏蔽片内、片外。屏蔽片内、片外设备的不同和存的不同和存储硬件硬件类型型(EEPROM或者或者Flash)的差的差别，提供，提供统一的机制来一的机制来访问。nSPI外扩EEPROM(MC95320)oECU配置清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)复杂设备驱动复杂设备驱动PowPC系列系列处理器都有理器都有专门的的TPU(时间处理理单元元)模模块，我，我们将比将比较复复杂的的驱动设备用用TPU来控制，主要是来控制，主要是喷油油驱动。o主要功能：复主要功能：复杂驱动模模块主要功能就是根据主要功能就是根据输入的凸入的凸轮曲曲轴信号信号数数齿，并根据，并根据设定的特征参数定的特征参数(包括包括发动机机为几缸、上止点所在位几缸、上止点所在位置以及置以及喷射参数等射参数等)输出控制信号。出控制信号。o输入信号：主要是凸入信号：主要是凸轮曲曲轴信号，都是信号，都是经过调理理电路路处理的数字理的数字信号。信号。o输出信号：出信号：喷油控制信号，几缸机油控制信号，几缸机对应几路数字脉冲信号。几路数字脉冲信号。经过驱动电路最后才得到路最后才得到实际控制信号。控制信号。根据写入的相关根据写入的相关喷射参数射参数(包括脉包括脉宽和提前角和提前角)产生生喷油信号油信号清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)系统服务系统服务(OSEK)oTask任任务调度度oAlarm警警报器，器，时间管理管理oEvent事件管理事件管理oResource资源管理源管理清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)应用层应用层-以共轨柴油机为例以共轨柴油机为例功能任功能任务子子层主要包含以下几个模主要包含以下几个模块o 整整车控制控制 o发动机控制机控制 o轨压控制控制 o油量控制油量控制 o系系统后台服后台服务 o标定模定模块 o诊断接口模断接口模块 信号信号处理子理子层主要包含以下部分：主要包含以下部分：o 滤波算法波算法 o限制和数限制和数值转换 辅助子助子层主要包含以下几个模主要包含以下几个模块o 故障故障诊断断 o故障故障传输 逻辑实现子子层主要包含以下几个模主要包含以下几个模块o 系系统状状态转换图o 工作模式工作模式 清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)5、ECU标定相关技术细节标定相关技术细节o标定功能定功能实现与在与在线诊断断常用常用标定工具定工具相关相关标定定协议oECU在在线升升级o程序引程序引导与系与系统配置：复位向量，系配置：复位向量，系统引引导完成前可以完成前可以借助外部工具更新所有的程序借助外部工具更新所有的程序o存存储器分配：很多器分配：很多变量都是全局定量都是全局定义的且需要固定地址的且需要固定地址清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)常用标定工具介绍常用标定工具介绍o标定软件：INCAo接口硬件：ES1000，ES590,ES591,ES580o存储模拟器：ETK Emulator，支持CCP协议的ECUo通讯协议：CCP、ETK、KWP2000、XCP等o外部数据采集：-宽域氧传感器宽域氧传感器:LA4 A/F-温度数据采集模块温度数据采集模块:Thermo-Scan-模拟数据采集模块模拟数据采集模块:AD-Scan-混合数据采集模块混合数据采集模块:Dual-Scan-压力数据采集模块压力数据采集模块:Baro-Scan清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)常用标定工具介绍常用标定工具介绍CBP120-26.32 V DCEthernetCBE100-3ES590LSU4.2Thermo-ScanAD-Scan MinimoduleCANK106CBM150-3K-LineK78ETK清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)西门子标定工具西门子标定工具o标定软件：SAM2000o接口硬件：PCMCI卡o存储模拟器：ECU(需SRAM和PC机上文件配合)。o一套完整的SAM2000标定系统文件包括：DES文件(ECU描述文件)、DRH文件(DR文件的头文件)、DR文件(标定数据文件)、EH文件(整个程序段头文件)、E0文件(控制算法程序文件)、E1文件(引导程序文件)及E2文件(Flash刷写程序文件)，以上文件编写格式及作用各不相同，但在使用过程中相互关联配合，以完成SAM2000对各种ECU的标定功能。同时，Flash中的源代码文件（*.bin）也是由以上文件共同构成的。o通讯协议：由西门子自定义，基本符合CCP协议清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)康明斯诊断工具康明斯诊断工具o标定定软件：件：INSITEo接口硬件：接口硬件：INLINE适配器适配器o通通讯协议：SAE J1939、J1587、J1708o主要用于故障主要用于故障诊断，断，获取高取高级权限后也能修改限后也能修改ECU内内部数据，在康明斯的部数据，在康明斯的发动机上使用，在中国很少有人用机上使用，在中国很少有人用来来标定定清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)康明斯诊断康明斯诊断工具工具清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)康明斯诊断工具康明斯诊断工具清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)VISION标定系统标定系统o标定定软件：件：VISIONo接口硬件：接口硬件：PCMCIA卡、卡、USB-to-CAN、VISION网网络门户接接口或内存模仿器口或内存模仿器 o通通讯协议：XCP、CCP和和KWP2000 o与与Matlab/Simulink开开发平台无平台无缝连接，多年来被福特接，多年来被福特(Ford)汽汽车公司、德公司、德尔福公司福公司(Delphi)、沃、沃尔沃卡沃卡车公司等指公司等指定定为标准匹配准匹配标定系定系统。o符合符合ASAM组织标准准清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)VISION标定系统标定系统清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)与标定相关通讯协议与标定相关通讯协议oCCP协议：CAN标定定协议，由，由ASAM组织()提出，使用提出，使用CAN总线oXCP：CCP的的扩展，展，X指通指通讯物理物理层多多变，可用，可用CAN、TCP/IP、LIN、UART、FlexRay、USB、K线等等oKWP2000：主要用于：主要用于诊断，有基于断，有基于K线的的(ISO14230)和基和基于于CAN的的(ISO15765)oSAE J1939：卡：卡车网网络通通讯协议，比，比J1587深入，也是基于深入，也是基于CAN的的清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)KWP2000协议协议o欧洲汽欧洲汽车领域广泛使用的域广泛使用的车载诊断断协议，该协议实现了一套完整了一套完整的的车载诊断服断服务，并，并满足足E-OBD标准准。oKWP2000最初是基于最初是基于K线的的诊断断协议，由于，由于K线物理物理层和数据和数据链路路层在网在网络管理和通管理和通讯速度上的局限性，使得速度上的局限性，使得K线无法无法满足日足日趋复复杂的的车载诊断网断网络的需求。而的需求。而CAN网网络由于其非破坏的网由于其非破坏的网络仲仲裁机制，裁机制，较高的通高的通讯数据和灵活可靠的通数据和灵活可靠的通讯方式，因此近来欧洲方式，因此近来欧洲汽汽车领域广泛采用基于域广泛采用基于CAN总线的的KWP2000，即，即ISO 15765协议。清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)J1939协议协议o一种支持一种支持闭环控制的在多个控制的在多个ECU之之间高速通信的网高速通信的网络协议。主要用于。主要用于载货车和客和客车上。它以上。它以CAN2.0协议为核心核心oJ1939报文，利用文，利用CAN扩展展帧标识符符(29位位ID)区分数据区分数据PRIORITY：3bit优先先级R：1保留保留DP：1数据数据页PDU Format：8参数参数组格式格式PDU Specific：8参数格式参数格式扩展展Source address：8数据源地址数据源地址Data Field：0-64实际数据数据oJ1939报文与文与CAN对应关系关系CAN格式格式标识符（符（11bit）扩展展帧标识符（符（18bit）J1939报文格式文格式Priority/R/DP/PF(7-2)PF(1-0)/PS/SA清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)北京理工大学的标定系统北京理工大学的标定系统o标定定软件：件：AETC Calibrator(VC+VB+底底层硬件硬件驱动)o接口硬件：周立功接口硬件：周立功USBCAN卡卡o通通讯协议：CCPo使用范使用范围：自行开：自行开发的的ECU，只要符合，只要符合CCP协议的的ECU原原则上都能使用，在西上都能使用，在西门子的子的ECU上初步上初步测试已已成功成功清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)北京理工大学的标定系统北京理工大学的标定系统清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)o显示显示3维维MAP的画面的画面o标定系统主界面标定系统主界面清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)Bootloader清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)6、协同开发与版本管理、协同开发与版本管理o项目文档管理o缺陷管理o版本管理与控制80%的重复工作都可以由机器来完成开源版本管理工具SVN清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)软件设计准则软件设计准则o以架构以架构为核心核心o正交化，模正交化，模块化化设计o将硬件抽象化，上将硬件抽象化，上层软件与硬件无关件与硬件无关o可移植性可移植性强，方便，方便维护o开开发文档必文档必须完整清晰完整清晰只有只有记录在案的在案的讨论结果才算是果才算是结果果清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)缺陷管理缺陷管理清洁车辆（北京市重点）实验室 LEVRL(Low Emission Vehicle Research Laboratory)