雙燃料汽車ECU控制參數(shù)在線調(diào)試技術(shù)開(kāi)發(fā)_滕萬(wàn)慶

1、文章編號(hào) :1000-0925(2004 05燃料汽車 ECU 控制參數(shù)在線調(diào)試技術(shù)開(kāi)發(fā)滕萬(wàn)慶 1, 樊明英 1, 呂 濱 2, 尹繼輝1(1. 哈爾濱工程大學(xué) 動(dòng)力與核能工程學(xué)院 , 哈爾濱 150001; 2. 黑龍江工程學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 System Development of Control Parameters On -Line Adjustment forDua-l Fuel Automobile ECUTENG Wan -qing 1, FAN Ming -ying 1, LU Bin 2, YIN J-i hui1(1. Power and Nucl

2、ear Eng ineering Institute, Harbin Eng ineering University, Haerbin 150001, China; 2. Departerment of Computer Science, Heilong jiang Eng ineering UniversityAbstract:In this paper, a technique of control parameters on -line adjustment for the dua-l fuel automobileECU was developed. The communication

3、 hardw are betw een the ECU and PC w as built. The parameter modified by this foundation w as saved in EEPROM. A VB prog ram w as developed for realizing parameters on -line adjust -ment in a PC. In order to ensure the data correct in transfer processing, many hardw are and softw are measures w ere

4、taken. T he simulation experiment results show that this communication foundation is reliable and integ rity, and that the dem ands of control parameters on -line adjustments of the ECU have been met. By exporting this on -line adjustm ent prog ram to a notebook PC, the control parameter adjustment

5、of ECU on a running car w ill be rea-l izable摘要 :介紹了一種自行開(kāi)發(fā)的雙燃料汽車 ECU 控制參數(shù)調(diào)試系統(tǒng) 。 建立了電子控制單元 與 PC 機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信硬件系統(tǒng) 。 修改后的控制參數(shù)被存放在控制單元的 EEPROM 中 。 在 PC 機(jī)上用 VB 開(kāi)發(fā)了調(diào)試程序 。 本系統(tǒng)在硬件和軟件兩個(gè)方面采取了措施 , 以保證通信準(zhǔn) 確 、 順利地進(jìn)行 。 模擬試驗(yàn)結(jié)果表明 , 其工作穩(wěn)定 、 可靠 , 能滿足在線調(diào)試的需要 。 將該調(diào)試程 序移植至筆記本電腦中 , 可實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的隨車在線調(diào)試 。關(guān)鍵詞 :內(nèi)燃機(jī) ; 雙燃料汽車 ; 電子控制單元 ;

6、 控制參數(shù) ; 在線調(diào)試Key Words:I. C. Engine; Dua-l Fuel Automobile; ECU; On -Line Adjustment中圖分類號(hào) :T K464 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A1 概述在眾多的汽車替代能源當(dāng)中燃?xì)庖云漭^低的排放、 豐富的儲(chǔ)量和燃料的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn) , 受到世人的 重視。在我國(guó)燃?xì)馄囈舱诖罅Πl(fā)展 , 由實(shí)驗(yàn)室 研制的雙燃料汽車的電子控制單元 (ECU , 在前期的排放試驗(yàn)當(dāng)中取得了良好的控制效果 1, 但在不 同車型的雙燃料改裝性能匹配試驗(yàn)時(shí) , 卻不能在線 修改控制參數(shù)。本文主要介紹在原有雙燃料汽車電子控制單元 的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的一套在線調(diào)試系統(tǒng)

7、。因本套系統(tǒng)工 作 時(shí)通信的距離只有 23m , 故采用了 RS -232C 串收稿日期 :2003-07-22基金項(xiàng)目 :黑龍江博士后落戶基金項(xiàng)目 (LRB -KY030047( , , , -行通信。設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮環(huán)境的干擾因素 , 在硬件和軟件兩個(gè)方面采取了多種措施來(lái)保證通訊順 利、 正確地進(jìn)行。它不但可以和這套電子控 制單元 很好地匹配 , 而且能與帶有串行口的儀器、 數(shù)據(jù)采集 卡通信實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控的功能 , 具有一定的通用性。 2 調(diào)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理介紹圖 1所示為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。調(diào)試系統(tǒng)利用電平 轉(zhuǎn) 換器 , 使 ECU 中的 單片 機(jī)串行 口 TXD 、 RXD 和 PC 機(jī)的串

8、行口相連 , 為防止 ECU 掉電后丟 失修改 好的數(shù) 據(jù) , 調(diào)試系 統(tǒng)把 它們 保存 在串 行 EEPROM第 25卷 第 5期 2004年 10月內(nèi) 燃 機(jī) 工 程Chinese Internal Combustion Engine Engineering Vol. 25N o. 5Oct. 2004 圖 1調(diào)試 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖中。 PC 機(jī)通過(guò)圖形用戶界面把 ECU 采集到的幾個(gè) 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù) (如轉(zhuǎn)速、 節(jié)氣門位置等 以曲線和數(shù)字 的形式顯示出來(lái) , 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè) ; 并且 能向 ECU 發(fā)送要修改的控制參數(shù)以優(yōu)化其控制性 能。由應(yīng)用程序驅(qū)動(dòng) PC 機(jī)的串行口建立起與單片 機(jī)

9、之間的通信實(shí)現(xiàn)了上述功 能。 PC 機(jī)使用手提電 腦。ECU 中 , 8XC196系列單片機(jī)通過(guò) TXD 引腳和 RXD 引腳與 PC 機(jī)進(jìn)行通信 , 把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送 給 PC 機(jī)。單片機(jī)內(nèi)部?jī)蓚€(gè)物理上獨(dú)立的串行緩沖 器是雙 向 緩沖 的 , 通過(guò) 同一 個(gè)串 行 口緩 沖寄 存器 SBU F 去訪問(wèn)它們。本單片機(jī)具有體積小、 價(jià)格低、 抗干擾性能好等特點(diǎn) , 但是因其數(shù)據(jù)存貯容量和數(shù) 據(jù)處理能力都較低 , 所以通過(guò)通訊手段使它與 PC 機(jī) 相連 , 把所采集到的數(shù)據(jù)傳送到 PC 機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處 理 , 以充分發(fā)揮兩者各自的優(yōu)勢(shì)。本系統(tǒng)選 用 AT24C 系列串 行 EEPROM (電可

10、擦可編程只讀存儲(chǔ)器 以可靠地保存修改后的控制 參數(shù)。利用 8XC196系列單片機(jī)的 HSO. 1, H SI. 2/ HSO. 4模擬 EEPROM 的時(shí) 鐘線 和 數(shù)據(jù) 線實(shí) 現(xiàn)和 EEPROM 的串行通信。與并行 EEPROM 相比 , 本 串行存儲(chǔ)芯片引腳少 , 硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 , 如圖 2所示 :串行 EEPROM 通過(guò)時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線的一連串脈沖 操作實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫 , 即使是在強(qiáng)干擾環(huán)境下 , 數(shù)據(jù) 被錯(cuò)誤改寫的可能性亦很少 , 比并行操作的非易失 性存儲(chǔ)器件具有更高的可靠性。另外它還具有體積 小、 價(jià)格低、 工作范圍寬、 可編寫次數(shù)多和數(shù)據(jù)保存 時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。由于本系統(tǒng)不需要較大的容

11、量和較 快的存取速度 , 使用串行 EEPROM 就能完全滿足系 統(tǒng)的需要。由于單片機(jī) 的 RXD 引腳和 TXD 引腳輸入、 輸 出電平是 TTL 電平 , 而 PC 機(jī)配置的是 RS -232-C 標(biāo) 準(zhǔn)串行口 , 二者的電氣規(guī)范不一致 , 因此必須應(yīng)用電 平轉(zhuǎn)換器對(duì)單片機(jī)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換電路采用標(biāo) 準(zhǔn)的 RS -232芯片 MAX233, 與以前常用的 TTL 與 RS -232電平轉(zhuǎn) 換芯片 M Cl488和 M Cl489相 比 , 只 使用單一電源電壓 Vss, 不需 ? 12V 電源。另外它將 M 圖 2單片機(jī)與 A T 24XX 的硬件連接電路更為 簡(jiǎn)單 , 只需簡(jiǎn)單 的連線

12、 即可實(shí) 現(xiàn) TTL 和 RS -232兩種電平的轉(zhuǎn)換。3PC 機(jī)調(diào)試程序應(yīng)用 Visual Basic 可視化編程語(yǔ)言編制 , 結(jié)構(gòu)如 圖 3所示。圖 3PC 機(jī)軟件模塊圖3. 1程序初始化該模塊主要完成檢查通訊線路的連接狀況 , 與 ECU 建立連接 , 并初始化串行口和程序界面。此時(shí) 如果與 ECU 建立連接不成功 , 程序?qū)⑼瓿善渌跏?化任務(wù) , 一段時(shí)間后自動(dòng)重新連接 , 并將連接結(jié)果通 知用戶。3. 2串行口通信該模塊完成從 ECU 中取出實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù) 據(jù)或發(fā) 送優(yōu)化后的控制參數(shù)。這部分是最關(guān)鍵的 , 只有實(shí) 現(xiàn)通信功能 , 并且保證通信過(guò)程中的數(shù)據(jù)正確 , 并將 數(shù)據(jù)有效的保存

13、, 分析才有意義可言。串行 口通信 部分 , 通過(guò)以下四個(gè)方面來(lái)介紹。3. 2. 1通信功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)串 行 口 的 驅(qū) 動(dòng) 采 用 VB 自 帶 的 通 信 控 件 MSCom m, 該控件提供了功能完善的串口數(shù) 據(jù)接收 和發(fā)送功能且具有編程簡(jiǎn)單 , 通信速度快 , 傳輸可靠 的特點(diǎn)。本程序分為以下幾個(gè)步驟 :# 25 #2004年第 5期 內(nèi) 燃 機(jī) 工 程是建立與串行口的連接。通過(guò)設(shè)置 Com mPort 、 Por -tOpen 和 Setting 屬性 , 來(lái)打開(kāi)串行口。設(shè)置通信端口為 COM 1:M SComm1. CommPort=1設(shè)置通信波特率、 無(wú)奇偶校驗(yàn)、 8位數(shù)據(jù)位、 一

14、位 停止位 :M SComm1. Setting=/9600, N, 8, 10打開(kāi)端口 :M SComm1. PortOpen=True (2 發(fā)送、 接收數(shù)據(jù) :發(fā)送或接收數(shù)據(jù)實(shí)際上就 是對(duì)發(fā)送和接收緩沖區(qū)進(jìn)行操作。接收和發(fā)送緩沖 區(qū)在端口打開(kāi)后就被創(chuàng)建了 , 用來(lái)保存輸入和輸出 的數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) , 為了避免發(fā)送錯(cuò)誤 , 在發(fā)送之 前先將輸出緩沖區(qū)清空 , 再將數(shù)據(jù)發(fā)送到輸出緩沖 區(qū) , 如下列語(yǔ)句所示。清空輸出緩沖區(qū) :M SComm1. OutBufferCount=0將存放在二進(jìn)制變量 SendBuffer 中的數(shù)據(jù)發(fā)送 出 :M SComm1. OutPut=SendBuffe

15、r接收數(shù)據(jù)就是把輸入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)讀出來(lái)。 將接收的數(shù)據(jù)存入二進(jìn)制變量 Buffer 中 :Buffer=M SComm1. InPut (3 關(guān)閉端口 :M SComm1. PortOpen=False 3. 2. 2 數(shù)制的轉(zhuǎn)換為了直觀反映發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況和單片機(jī)內(nèi)數(shù) 制保持一致 , 采用十進(jìn)制和十六進(jìn)制兩種數(shù)據(jù)形式 , 向單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)用十六進(jìn)制的 , 從單片機(jī)接收 的數(shù)據(jù)則用十進(jìn)制和十六進(jìn)制兩種形式顯示。通信 時(shí)由于輸入和輸出的數(shù)據(jù)都是 4位十六進(jìn)制數(shù) , 需 要 對(duì)該十六進(jìn) 制數(shù)從高 位到低位 每?jī)晌?劃分為一 組 , 并依次命名為 HighByte, Low Byte, 再將這兩位

16、以 ASCII 碼的形式發(fā)送出去 , 這樣就難免會(huì)遇到要發(fā) 送或接收 128256之間的 ASCII 碼 , 這在 VB 3. 0及 其 更 低 版 本中 , 按 常 規(guī)方 法 就 可 很 好 解 決 , 但 自 VB4. 0起 , 微軟引入 U nicode 后 , 此問(wèn)題就顯得有些 麻煩。本系統(tǒng)通過(guò)定義一動(dòng)態(tài)字符數(shù)組 , 解決了這 一問(wèn)題。定義一動(dòng)態(tài)二進(jìn)制數(shù)組 :Dim SendBuffer( As Byte將輸出的 OutByte 個(gè)十六進(jìn)制字符轉(zhuǎn)換為二進(jìn) 制數(shù)發(fā)送出去 :For Counter=0To OutByteH igh Byte=M id(Brr(Counter , 1, 2

17、Low By te=Mid(Brr(Counter , 3, 2 將十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制 :Send Buffer(0 =H ig hBy te Send Buffer (1 =LowByteMSComm 1. OutPut=SendBufferNex t Counter在接受單片機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)值時(shí) , 同樣 也會(huì)遇 到 ASCII 碼大于 128的情形 , 若仍采用上述方法 , 問(wèn) 題并不能得到解決。系統(tǒng)采用以下方法解決這一問(wèn) 題。(1 定 義 一變 體 型變 量 和一 字節(jié) 型 數(shù)組 并 將 MSCom m 控件輸入模式定為二進(jìn)制模式 :Dim Buffer As VariantDim A

18、rr1(0To 10 As ByteMSComm1. InputMode=ComInputModeBinary (2 將輸入緩沖區(qū)的所接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存入變 體型變量中 :MSComm 1. InputLen=InBy te Buffer=MSCom m1. InPut(3 將變體變量的內(nèi)容分解為字節(jié)型數(shù)值存入 所定義的字節(jié)型數(shù)組 , 以供后繼處理 :For K=0To InByte-1Arr1(K =Buffer(K Nex t K3. 2. 3 通信中的數(shù)據(jù)同步在異步串行通信中 , 除了應(yīng)保證通信雙 方的波 特率一致外 , 為了能夠連續(xù)成批地傳送數(shù)據(jù) , 還應(yīng)保 證數(shù)據(jù)幀同 步 (每一幀 數(shù)

19、據(jù)位數(shù) 由 Setting 屬性 定 義 , 以免數(shù)據(jù)到達(dá)端口的速度太快 , 通信設(shè)備來(lái)不 及將數(shù)據(jù)移入接受緩沖區(qū) , 造成數(shù)據(jù)緩沖區(qū)溢出而 導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步有兩種方法 :軟件方 法、 硬件方法。本應(yīng)用程序軟件方法是發(fā)送 方采取 一定的延時(shí) , 在發(fā)送一組數(shù)據(jù)后 , 接收方回答一個(gè)數(shù) 據(jù)信號(hào)。該 數(shù)據(jù)信號(hào) 既可表示 是否正確 接收到 數(shù) 據(jù) , 又可起到同步作用。發(fā)送一個(gè)字符串 :MSComm 1. OutPut=Arr等待對(duì)方發(fā)送 /OK 0信號(hào) , 并且至少延時(shí) 0. 02s Sg lCounter 為 Single 型變量 ; T imer 為 VB 自帶 函數(shù) :Sg lCo

20、unter=Timer+0. 02等到收到 2個(gè)字符或超時(shí)為止 :Do U ntil T imer >Sg lCounter AND MSCom m1. InBufferCounter>=2DoEvents Loop判斷如果是 /OK 0, 信號(hào)清空接受緩沖區(qū)等待下 , #26#內(nèi) 燃 機(jī) 工 程 2004年第 5期3. 2. 4通信中的錯(cuò)誤預(yù)防在傳輸過(guò)程當(dāng)中 , 數(shù)據(jù)有可能受到環(huán)境的干擾 而使得原來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)失真 , 為了偵測(cè)數(shù)據(jù)在傳送 過(guò)程中發(fā)生的錯(cuò)誤 , 傳送與接收雙方必須對(duì)數(shù)據(jù)作 進(jìn)一步的確認(rèn)工作 , 其中比較簡(jiǎn)單的方式之一就是 使 用 CheckSum 校 驗(yàn)碼。 Che

21、ckSum 校驗(yàn)碼 的方法 就是將所有傳送字符的 ASCII 碼作加和計(jì)算 , 計(jì)算 總和后將總數(shù)目與 255作相除 , 取其余數(shù)并將此余 數(shù)組合成傳送字符串的一部分傳送出去 ; 接收數(shù)據(jù) 的一方將傳送過(guò)來(lái)的字符串作相同的處理 , 并與傳 送方所傳送過(guò)來(lái)余數(shù)作比較 , 若其值一樣 , 則說(shuō)明傳 送過(guò)來(lái)的的字符串是正確的 , 反之則是錯(cuò)誤的。此 外 , 在每組數(shù)據(jù)的頭尾分別加上了兩個(gè)判斷字符 , 接 收方根據(jù)這組數(shù)據(jù)頭尾字符是否和發(fā)送方的字符相 同 , 來(lái)判斷傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)正確與否。如果以上兩 種檢驗(yàn)方式都是正確的 , 則傳送字符串是正確的 ; 否 則是錯(cuò)誤的。3. 3保存數(shù)據(jù)為了對(duì) ECU 控

22、制系統(tǒng)在試驗(yàn)后進(jìn)行離線分析 , 對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化 , 本應(yīng)用程序?qū)νㄐ艛?shù)據(jù)進(jìn)行 了存儲(chǔ)。本應(yīng)用程序使用的是 VB 最新引進(jìn)的特性 文件 系統(tǒng) 對(duì)象 模型 (file system object model, 簡(jiǎn)稱 FSO 。它提供了 Object. M ethed 的語(yǔ)法支 持 , 并且 提供了非常豐富的屬性、 方法和事件。使原來(lái)的 VB 文件系統(tǒng)操作更加方便有效。獲得一個(gè) FSO 對(duì)象實(shí)例 :SetfsoMe =CreateObject (0scripting. filesyste -mobject 0得到一個(gè)文本流對(duì)象實(shí)例 :Set tx tfile =fsoMe. CreateText

23、File (0E:& T ex t2. Tex t, True 0對(duì)文本流對(duì)象進(jìn)行操作 , 寫入數(shù)據(jù) :tx tfile. WriteBlankLines (1 .寫入一個(gè)空行 :tx tfile. Write (NumChang(i &Space(22 操作完成后 , 將文本流關(guān)閉 :tx tfile. Close3. 4模擬試驗(yàn)?zāi)M試驗(yàn)是測(cè)試本文所介紹的調(diào)試系統(tǒng)工作的 可靠性。試驗(yàn)系統(tǒng)是在調(diào)試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上外接作為 輸入模擬信號(hào)裝置的模擬器 , 和作為輸出裝置的步 進(jìn)電機(jī) (燃?xì)夤?jié)流控制閥 , 整個(gè)系統(tǒng)使用 12V 直流 穩(wěn)壓電源供電。模擬試驗(yàn)分接收和發(fā)送兩個(gè)過(guò)程。 (1 接收時(shí) , 調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的各模擬器 , 可以看 到與其相應(yīng)的接收文本框內(nèi)數(shù)據(jù)連續(xù)動(dòng)態(tài)的變化 , 同 時(shí)在圖形顯示區(qū)實(shí)時(shí)顯示 狀態(tài)參數(shù)動(dòng)態(tài)變化曲 線 , 其間觀察步進(jìn)電機(jī)節(jié)流閥閥芯相應(yīng)伸縮改變了 進(jìn)氣道截面積。(2 發(fā)送時(shí) , 在發(fā)送文本框內(nèi)輸入需要修改的控 制參數(shù)值 , 其下面的接收文本框內(nèi)顯示單片機(jī)返回 的數(shù)據(jù)用來(lái)判斷傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是否正確。圖 4系統(tǒng)顯示窗體由圖 4可以看出 :圖像框內(nèi)的狀態(tài)參數(shù) 曲線隨 相