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發(fā)動(dòng)機(jī)ECU測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)

發(fā)布時(shí)間:2012-01-02

中心議題:
  • 發(fā)動(dòng)機(jī)ECU測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)
  • 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
  • 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
解決方案:
  • 發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)采集各傳感器的信號(hào)
  • 使用MSComm通信控件

電子控制單元ECU(Electronic Control Unit),又稱“行車電腦”、“車載電腦”等。從用途上講則是汽車專用微機(jī)控制器,也叫汽車專用單片機(jī)。它和普通的單片機(jī)一樣,由微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(ROM、RAM)、輸入,輸出接口(I/O)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)以及整形、驅(qū)動(dòng)等大規(guī)模集成電路組成。

電子控制單元的功用是根據(jù)其內(nèi)存的程序和數(shù)據(jù)對(duì)空氣流量計(jì)及各種傳感器輸入的信息進(jìn)行運(yùn)算、處理、判斷,然后輸出指令,向噴油器提供一定寬度的電脈沖信號(hào)以控制噴油量。電控單元由微型計(jì)算機(jī)、輸入、輸出及控制電路等組成。

在電子控制單元中CPU是核心部分,它具有運(yùn)算與控制的功能,發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí),它采集各傳感器的信號(hào),進(jìn)行運(yùn)算,并將運(yùn)算的結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂菩盘?hào),控制被控對(duì)象的工作。它還實(shí)行對(duì)存儲(chǔ)器(ROM、RAM)、輸入/輸出接口(I/O)和其它外部電路的控制;存儲(chǔ)器ROM中存放的程序是經(jīng)過(guò)精確計(jì)算和大量實(shí)驗(yàn)取的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),這個(gè)固有程序在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),不斷地與采集來(lái)的各傳感器的信號(hào)進(jìn)行比較和計(jì)算。把比較和計(jì)算的結(jié)果控制發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火、空燃比、怠速、廢氣再循環(huán)等多項(xiàng)參數(shù)的控制。

電子控制單元是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件,其軟硬件的可靠性將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性、排放性和車輛行駛的安全性,因此,ECU的性能檢測(cè)至關(guān)重要。ECU的檢測(cè)系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與汽車檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU工作環(huán)境的仿真模擬以及各輸出信號(hào)的采集與分析。

其信號(hào)模擬部分可用于汽車的故障檢測(cè),在懷疑某個(gè)傳感器出現(xiàn)故障時(shí),可用ECU模擬系統(tǒng)相關(guān)信號(hào)代替原傳感器信號(hào),檢測(cè)故障是否消失,并判斷故障所在。此外,還可進(jìn)行ECU工作狀況的檢查以及學(xué)習(xí)ECU在發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下對(duì)噴油和點(diǎn)火的控制方式。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)ECU測(cè)試系統(tǒng)可以根據(jù)需要模擬不同轉(zhuǎn)速下的曲軸位置信號(hào),冷卻液溫度信號(hào)、進(jìn)氣溫度信號(hào)、空氣流量信號(hào)、節(jié)氣門位置信號(hào)、氧傳感器信號(hào)等,并將這些信號(hào)輸入真車發(fā)動(dòng)機(jī)ECU,再采集ECU輸出給執(zhí)行器的信號(hào)并加以分析。如圖1所示。


 
控制器由飛思卡爾(Freescale)公司的MC9SDG128微控制器擔(dān)任,該16位控制器擁有豐富的I/O接口以及SCI/SPI/IIC等總線控制器,操作信號(hào)通過(guò)串行接口發(fā)送和接收。MC9S12系列單片機(jī)是MC68HC12系列單片機(jī)的更新替代產(chǎn)品。這種單片機(jī)的中央處理器CPU12由以下三部分組成:算術(shù)邏輯單元ALU、控制單元和寄存器組。CPU外部總線頻率為8 MHz,內(nèi)部運(yùn)算速度可達(dá)25 MHz。尋址方式有16種。內(nèi)部寄存器組中的寄存器、堆棧指針和變址寄存器均為16位。它具有很強(qiáng)的高級(jí)語(yǔ)言支持功能。

電源管理電路需產(chǎn)生+5 V以及±12 V穩(wěn)定電壓,為降低成本電源部分采用線性工頻變壓器,輸出端分別經(jīng)LM7812、LM7805和LM7912分別將電壓穩(wěn)壓至+12V、+5V和-12V。

數(shù)控電位器采用的是X95840,它是InterSil公司出產(chǎn)的低噪聲、低功耗、兩線制8位數(shù)控電位器。DAC變換器采用的是AD5624,它是Anal-og Device公司12位效模轉(zhuǎn)換器,最高頻率可達(dá)5 MHz。運(yùn)算放大器采用的是AD824,它是將DAC輸出的四路0~5 V電壓放大至-12~+12 V。

系統(tǒng)產(chǎn)生的信號(hào)需要經(jīng)過(guò)電平變換,轉(zhuǎn)換成RS-232電平,與計(jì)算機(jī)通信。這里采用MAX3232為核心電平變換電路。其原理圖如圖2所示。


2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的編寫和調(diào)試采用的是Microsoft公司的VisualC++軟件。Visual C++因其擁有方便易用的AppWizard、ClassWizard和豐富的可視化資源編輯工具,成為人機(jī)對(duì)話界面設(shè)計(jì)中使用最廣泛的平臺(tái)之一。Visual C++擁有強(qiáng)大的集成開發(fā)環(huán)境,在此環(huán)境中用戶可以方便的進(jìn)行項(xiàng)目管理、編寫C++源程序、編譯、改錯(cuò),更重要的是,Visual C++還提供了一套MFC(Microsoft Foundation Classes)的程序類庫(kù)。
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其控制流程如圖3所示。


2.1 信號(hào)模擬

信號(hào)模擬是為發(fā)動(dòng)機(jī)ECU產(chǎn)生各種必要的模擬信號(hào),這些信號(hào)等效于汽車傳感器在不同工況下的輸出信號(hào)。系統(tǒng)提供兩種生成這些信號(hào)所需要數(shù)據(jù)的方法可供選擇。一種是由手動(dòng)設(shè)置給出,一種是選擇關(guān)聯(lián)設(shè)置。關(guān)聯(lián)時(shí),秒表開始計(jì)時(shí),各信號(hào)參數(shù)根據(jù)汽車動(dòng)力學(xué)在后臺(tái)計(jì)算。

2.2 信號(hào)采集和分析

系統(tǒng)采集發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的輸出信號(hào),得到一組相關(guān)的測(cè)試數(shù)據(jù),根據(jù)采集的數(shù)據(jù)繪制發(fā)動(dòng)機(jī)ECU噴油脈沖信號(hào)和點(diǎn)火控制信號(hào)。還可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的輸出信號(hào)計(jì)算出頻率、峰-峰值、脈沖寬度、占空比等物理參數(shù),給出發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的噴油時(shí)間、噴油量相對(duì)變化率、點(diǎn)火提前角等工作參數(shù)。

2.3 數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)方法


計(jì)算機(jī)通過(guò)串行口向發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)送數(shù)據(jù),采集到ECU噴油和點(diǎn)火輸出信號(hào),通過(guò)串行口將這些數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)并繪制圖形。

計(jì)算機(jī)根據(jù)應(yīng)采集數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)收集數(shù)據(jù),編制成固定格式再發(fā)送。采集的數(shù)據(jù)存放在一個(gè)整型數(shù)組里,再轉(zhuǎn)換成VARIANT數(shù)據(jù)類型,計(jì)算機(jī)通過(guò)串口將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到發(fā)動(dòng)機(jī)ECU中。

數(shù)據(jù)格式:標(biāo)識(shí)參數(shù)名+數(shù)據(jù)+標(biāo)識(shí)參數(shù)名+數(shù)據(jù)……標(biāo)識(shí)參數(shù)名+數(shù)據(jù)。

每?jī)晌槐硎疽粋€(gè)量,前一位指明參數(shù),后一位給出數(shù)值。

2.4 測(cè)試軟件的主工作界面

幾乎所有的Windows應(yīng)用程序都要借助于對(duì)話框來(lái)和用戶交流,本測(cè)試系統(tǒng)也是如此。對(duì)話框是Windows應(yīng)用程序中常見的元素之一,是用戶與應(yīng)用程序進(jìn)行交互的最簡(jiǎn)單且最常用的方式之一。一個(gè)完整的對(duì)話框主要是由對(duì)話框資源和對(duì)話框類構(gòu)成,所以創(chuàng)建一個(gè)對(duì)話框就是創(chuàng)建對(duì)話框資源和對(duì)話框類的過(guò)程。創(chuàng)建對(duì)話框資源包括添加對(duì)話框模板、修改對(duì)話框?qū)傩?,并在?duì)話框中添加各種控件;創(chuàng)建對(duì)話框類包括添加控件變量和添加控件消息處理函數(shù)。

界面設(shè)計(jì)要遵循簡(jiǎn)單直觀的原則,這樣操作人員用起來(lái)才會(huì)得手,減少求助,提高工作效率。本程序的編寫和調(diào)試采用的是Microsoft公司的VisualC++軟件。
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測(cè)試系統(tǒng)的主界面如圖4所示,各種控制參數(shù)都很直觀的顯示出來(lái),用戶可以直接對(duì)一些主要控制參數(shù)做連續(xù)調(diào)整,操作方便。

2.5 串口通信參數(shù)設(shè)置

要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)串行通信的功能,一種較為簡(jiǎn)便的方法是使用MSComm(Microsoft Communication Control)通信控件,它提供了標(biāo)準(zhǔn)的事件處理函數(shù)過(guò)程,是微軟公司開發(fā)的專門用于串行通信的控件。它是高級(jí)語(yǔ)言編寫的串行通信程序和PC串口之間的橋粱。本系統(tǒng)采用得就是這種方法。設(shè)置控件的屬性。添加控件的響應(yīng)代碼。就可以使串口按照要求進(jìn)行工作。在這個(gè)界面,可以進(jìn)行串口號(hào)和波特率的設(shè)置。通信參效設(shè)置界面如圖5所示。

3 結(jié)果顯示


發(fā)動(dòng)機(jī)油路中汽油壓力是一定的。因此噴油器通電時(shí),單位時(shí)間的噴油量是一定的。發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)工作循環(huán)噴油量,可通過(guò)噴油持續(xù)時(shí)間來(lái)控制。由于電噴發(fā)動(dòng)機(jī)噴油嘴是通過(guò)電磁閥來(lái)控制關(guān)閉,而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高,噴油時(shí)間很短,噴油器響應(yīng)快,因此ECU輸出的噴油信號(hào)是一個(gè)很短暫的脈沖信號(hào),這個(gè)信號(hào)的時(shí)間寬度就是噴油脈寬。

點(diǎn)火控制信號(hào)實(shí)際上就是點(diǎn)火器中功率結(jié)晶管的通斷控制信號(hào)。它是ECU輸出到點(diǎn)火組件的點(diǎn)火命令信號(hào),也是點(diǎn)火組件計(jì)算閉合角的基準(zhǔn)信號(hào)。點(diǎn)火控制信號(hào)輸出后,在活塞位置達(dá)到存儲(chǔ)器所記憶的最佳點(diǎn)火時(shí)間時(shí),點(diǎn)火控制信號(hào)消失,也就是發(fā)出了點(diǎn)火指令,如圖6所示。
 

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)桑塔納2000型轎車發(fā)動(dòng)機(jī)ECU實(shí)際測(cè)試表明,通過(guò)該系統(tǒng)可以方便的將各種信號(hào)傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)ECU中,采集發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的輸出信號(hào),還可以測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)ECU是否正常工作。其產(chǎn)生的各種傳感器信號(hào)可用于實(shí)際車輛檢測(cè)。此外還可以用于學(xué)習(xí)和演示不同環(huán)境不同工況下,ECU如何控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作。
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