基于labview语言发动机电控系统标定系统的设计本科毕业设计

1、 存档编号 华北水利水电学院 North China University of Water Resources and Electric Power 毕 业 设 计题目 基于labview语言发动机 电控系统标定系统的设计 独立完成与诚信声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文）是本人在指导教师的指导下，独立工作所取得的成果并撰写完成的，郑重确认没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为。文中除已经标注引用的内容外，不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。毕业设计

2、（论文）作者签名：高玉平 指导导师签名： 签字日期： 签字日期：中文摘要目前我国汽车大量尾气的排放造成了严重的空气污染，我国的石油能源又相对匮乏，为了保护环境和缓解危机，发动机的电控化是一种解决问题的方法。目前随着计算机技术的不断发展和虚拟仪器技术的广泛推广，发动机电控系统已经进入了研究阶段。电控技术是降低发动机排气污染，提高其动力性和经济性的一个重要手段，在电控系统的开发研究中，为了是发动机获得较好的动力、经济性能，满足国家的排放法规，保持良好的工作稳定性，需要对电控单元和发动机进行匹配，对控制参数进行标定和优化。标定系统就是根据发动机的不同性能要求，调整和优化发动机中的各个控制参数，来确定

3、电控系统软件中控制参数的系统。 近年来，工业自动化技术发展的很快，市场上存在着众多的上位机软件平台。但是大部分的软件是采用VB语言编写后台程序，相对于不太专业的程序开发人员来说这有一定的困难。NI公司的labview软件平台，相对来说，功能比较强大，开发周期短，兼容性比较好，运行稳定并且不需要任何的代码，其后台程序完全可以利用图形化界面编程，利用很多现成的模块，很方便地开发上位机程序，这样不仅操作简单，也减少了开发难度。本文实现了一套完整的电控发动机控制系统标定系统，通过搭建汽车发动机电控系统标定试验平台，完成喷油脉宽MAP图和点火提前角MAP图的标定工作。关键词：电控发动机 标定系统 lab

4、view Abstract A lot of Chinas automobile exhaust emissions caused serious air pollution, Chinas oil and the relative lack of energy, in order to protect the environment and ease the crisis, the engine electronic control is a problem-solving method. With the continuous development of computer technol

5、ogy and virtual instrument technology widely engine electronic control system has entered the research stage. Electronic control technology to reduce engine exhaust pollution, is an important means to improve its power and economy, in the research and development of the electronic control system, in

6、 order to get better engine power, economic performance, to meet the national emission regulations, to maintain good working stability, the need for matching the electronic control unit and the engine control parameters for calibration and optimization. The calibration system is based on the differe

7、nt performance requirements of the engine, adjusting and optimizing the engine control parameters, to determine the control parameters in the system software of the electrical control system. In recent years, the development of industrial automation technology soon, the market there are a large numb

8、er of PC software platform. But most of the software is the use of the VB language background program, there are certain difficulties with respect to the the less professional program developers. NI LabVIEW software platform, relatively speaking, function more powerful, short development cycle, bett

9、er compatibility, stable and does not require any code, the daemon can use the graphical interface programming, using a lot of off-the-shelf modules, easily developed PC program, so not only simple, but also reduce the development effort. A complete set of electronically controlled engine control sy

10、stem calibration system by building a car engine control system to calibration test platform to complete the calibration of the MAP of fuel injection pulse width and ignition timing control MAP. Key Words: Electronically controlled engine Calibration System labview 目录中文摘要4英文摘要5第一绪论81.1 前言81.2内燃机排放法规

11、91轻型车内燃机92)重型车内燃机103)我国的内燃机排放法规111.3研究的背景和意义121）电控系统标定系统研究的背景122）电控发动机标定系统研究的意义153)电控发动机标定系统研究的目的15第二章电控发动机技术在国内外的发展162.1国内外电控发动机技术的发展与现状162.2电控发动机标定技术的发展与现状161）电控发动机标定技术的发展162）国内外标定技术的研究现状162.3本课题研究的内容182.4存在的问题182.5 论文组织安排19第三章，汽车发动机电控技术概况203.1 labview软件介绍201）、虚拟仪器202）LabVIEW213）标定技术简介213.2汽车发动机电控

12、系统的工作原理211）混合气浓度与发动机性能212）电控汽油发动机的组成及电控系统的工作原理222）燃油供给系统224）电子控制系统22第四章 标定软件系统分析与总体方案设计234. 1电控发动机标定系统的功能分析234.2 标定系统的串口通讯介绍23第五章 电控系统标定软件的设计开发245.1标定上位机软件设计的物理模型245.2标定上位机程序设计251）主程序设计252）串口通信255.3本章小结31第六章 标定系统试验验证326.1 上位机实验环境326.2发动机参数326.3实验设备326.3 标定概念326.4标定过程336.5标定实验数据341）喷油脉宽MAP图342）点火提前角M

13、AP图34致谢34参考文献34附录34 汽车电控系统标定系统的设计第一章 绪论1.1 前言为满足排放法规的要求，使用在发动机上的技术在不断地日益进步和提高，现如今，为使发动机获得较好的动力、，经济性能，保持良好的工作稳定性，在节能、减排的要求下，对发动机提出了更高的挑战，既能实现高效率又能省油，这需要对发动机的控制单元与发动机进行调试匹配，对控制参数进行标定和优化。标定系统是根据发动机不同性能要求，调整和优化发动机中的各个参数来确定电控系统软件中控制参数的系统。为提高汽车动力性、经济性和改善排放性能，增强汽车的控制性、安全性和舒适性等原因，汽车电子控制技术已经成为现如今汽车技术中快速发展的一种

14、不可阻挡的趋势，且日益成熟，日臻完善。目前来说，发动机的高压共轨即电控技术称为研究的热门和重点。高压共轨发动机包含两部分：硬件和软件。其硬件部分主要有传感器、ECU、执行器三部分组成。软件部分包含发动机的控制策略和ECU内的可执行程序。传感器是用来代表发动机各种工况下的各种信号，这些信号进入ECU后，由ECU程序进行分析、逻辑判断和各种计算，ECU根据控制策略向执行器发出控制信息，执行器根据ECU所输出的指令进行工作。另外，发动机的电控系统标定技术也相对进入了新的研究阶段，提高到了新的阶层。根据研究范畴，发动机的标定技术可分为整车标定和发动机自身标定。本课题研究的是基于labview电控系统标

15、定系统的设计，利用labview软件环境编写汽车发动机电控系统标定上位机软件，控制发动机的各种参数：点火提前角、喷油提前角、喷油脉宽和闭合时间等，从而检测发动机工作时的实时状态参数：转速、节气门开度、发动机温度、进气温度和蓄电池电压等。通过标定系统操作平台完成喷油脉宽MAP图和点火提前角MAP图的标定工作。1.2内燃机排放法规发动机控制技术的发展是在口益严格的排放法规的推动下进行的，为了解决由于汽车尾气排放所引起的污染及能源医乏问题，世界各国都纷纷制定了符合本国国情的尾气排放法规，并逐渐形成了美国、欧盟和口本等几大法规体系。为控制汽车的有害排放物对大气环境的污染，从60年代开始，世界各国及地区

16、相继以法规形式对车用内燃机排放物予以强制性限制，领导这一潮流的是汽车最多的美国，然后是日本和欧洲各国。目前，各国排放法规中对排放测试装置、取样方法、分析仪器等发面，大都取得了一致，但测试规范即车辆行驶工况或内燃机的运转状况组合方案和排放量限值仍有很大差异。我国逐步等效采用欧洲的排放法规体系。针对车用内燃机的排放法规分为轻型车和重型车两类，轻重的分界线，各国不完全统一，大致是总质量3.55t以下或成员912人以下的车辆为轻型车，以上为重型车。轻型车的排放法规要求整车在底盘测功机上进行排放测试，结果用单位行驶里程的排放质量（g/km）表示。重型车的排放法规不要求整车测量，而只要求在内燃机实验台上进

17、行内燃机测试，结果用内燃机排放量g/(kw.h)表示。1）轻型车内燃机美国轻型车排放测试用1975年颁布的美国城市标准测试循环FTP-75，它是在美国洛杉矶市内对早晨上班的汽车工况实测获得的瞬态循环。循环历时41分钟多，其中包括10分钟停车和多次怠速，相当于行驶距离约18km,平均车速34.3km/h,最高车速91.2km/h。所以这是一个对发动机低中速、地重负荷运行的测试循环。以下图表是美国联邦1994年开始实施的轻型车排放标准，除微粒排表一 美国轻型车排放限值排放物保证里程CO NOx NMHC PT80000 2.112.61 0.250.37 0.16 0.19 0.03 0.04放外

18、，该标准对汽油车和柴油车一视同仁。该标准要求制造厂商对汽车运行16万km以内的排放都做保证。标准中对HC排放只限制NMHC，对甲烷不限制。虽然甲烷对光化学烟雾（臭氧）的生成影响很小，但却是致暖势很高的温室气体，目前对于不限制甲烷的排放仍在议论当中。下图为欧洲目前以及不远的将来的轻型车排放标准，在1988年的标准中，把轻型车按发动机排量，汽车总质量和座位数分类，分别规定排放限值。1992年起统一为一个限值，这样对小型汽车比较有利。表2 欧洲轻型车排放限值法规生效日期汽油车 柴油车COHC NOx COHC NOxPT欧洲一1992年2.72 0.97 2.72 0.97 0.14欧洲二1995年

19、10月 2.2 0.5 2.2 1.0 0.5 0.90.080.10欧洲三2000 2.3 0.20.15 0.64 0.56 0.50 0.05欧洲四2005年 1.00.10.08 0.5 0.30 0.25 0.0252）重型车内燃机重型车一般从理论上说也可以用汽油机，但是从经济上来说，全世界上的重型车基本上都是用柴油机。以下介绍中型车用柴油机的排放法规。美国从1974年起用十三工况法测试重型车用柴油机的排放，1984年起改为瞬态法，柴油机以出厂状态安装在实验台上，一个瞬态控制计算机每秒一次给出规定的转矩和转速，并进行相应的取样和测量。每循环历时20分钟，工况模拟美国纽约和洛杉矶市内交

20、通和洛杉矶高速公路的交通情况，平均车速30km/h左右，相当于行驶距离10.3km，排放值如下表：表三 美国重型车用柴油机排放限值生效日期CO HC NOx PT1994年1998年20.820.81.741.730.13 欧洲现行的重型车用柴油机排放测试系统为ECE R49十三工况法，它由额定转速和最大转矩转速的五个负荷点以及三次怠速工况共13个工况点组成，测量在稳态下进行，通过进气和燃油流量的测量求得发动机的排气流量，乘上测出的各种排气污染物浓度，能算出该工况下的排放量及比排放量；再乘以该工况下的加权系数，按工况累加，就可以得出在标准测试循环下的比排放量指标。从2000

21、年开始实行的欧洲3标准将对十三状况做些修改，称为欧洲稳态标准测试循环。 对于使用先进的排气后处理技术的重型车用柴油机和气体燃料发动机，欧洲3标准中还要求加试一个欧洲瞬态循环，以便检验排气后处理系统的动态性能，ETC历时30分钟，分别模拟10分钟市内街道行驶、10分钟农村公路行驶和10分钟高速公路行驶。 1992年以来欧洲重型车用柴油机各阶段排放限值如下：排放标准 欧洲1 欧洲2 欧洲3 欧洲3 测试循环 ECE R49 ECE R49 ESC ETC 生效日期 1992年 1996年 2000年2000年 CO 4.5 4.0 2.15.45 HC 1.1 1.1 0.66 _ NMHC _

22、_ _ 0.78 CH4 _ _ 1.6 NOx 8.0 7.0 5.0 5.0 PT0.36/0.61 0.15/0.25 0.10/0.13 0.21 对于各种不同的内燃机，国际标准化组织制定了ISO8178标准，规定了不同的排放测试循环。它们基本上与ECE R49十三工况循环类似。根据应用场合不同，所选用的工况点和加权系数有所不同。例如：发电用内燃机的工况点都选在额定转速，对应的排放限值由各国根据本国具体情况而定。3）我国的内燃机排放法规我国从1983年起陆续颁布了一系列有关汽车和摩托车用内燃机的排气污染物排放标准和对应的测量方法：GB1476.5 汽车怠速污染物排放标准GB/T3845

23、 汽油怠速污染物测量方法GB14761.4 汽油曲轴箱污染物排放标准GB11340 汽油曲轴箱污染物测量方法GB14761.3 汽油燃油蒸发污染物排放标准GB 汽油燃油蒸发污染物测量 收集法GB14761.7 汽油柴油机全负荷烟度排放标准GB3847 汽油柴油机全负荷烟度测量方法HJ/T4 柴油车滤纸式烟度计技术条件GB14761.6 柴油车自由加速烟度排放标准 GB/3846 柴油车自由加速烟度测量方法GB14761.2 车用汽油机排气污染物排放标准GB 车用汽油机排气污染物测量方法GB14761.1 轻型汽车排气污染物排放标准GB11642 轻型汽车排气污染物测量方法GB14621 摩托车

24、排气污染物排放标准GB/T5466 摩托车排气污染物测量方法 怠速法HJ/T3 汽油机动车怠速排气监测仪技术条件GB/T14622 摩托车排气污染物的测量 工况法这些一般都是1994年开始实施的，虽然在污染物排放限值方面比美、欧、日等国宽松的多，但是测量方法都是大同小异，我国在排放法规方面正逐步采用欧洲的体系。1.3研究的背景和意义1）电控系统标定系统研究的背景一辆典型的汽车，从投入使用到最后报废，要向大气中排放59.7吨产生温室效应的二氧化碳，污染20.4亿立方公尺的空气和产生26.5吨的固态垃圾a。在对人类危害最大的C0, HC和NOX中，全部C0,NOx和约占60%的HC都是由发动机排气

25、管排出的，曲轴箱气体和油箱的燃油蒸发的HC排放各约占汽车HC总排放的20%，这些有害气体目前，世界上道路上行驶的至少有四亿辆汽车，汽车的普遍虽然给人们带来了很多的方便，也推动了社会的发展，但是同时它也给我们带来了很多的负面影响。汽车尾气的排放严重污染了我们赖以生存的家园，汽车排放的HC、CO、CO2、NOx等有害气体严重影响了人们的身体健康、生态环境和经济的发展。根据德国的一项调查，一辆汽车从投入使用到最后报废，要向大气中排放59.7吨的二氧化碳，污染了奖金20.4亿立方共吃的空气，产生26.5吨的固态垃圾。可以想象世界上那么多的汽车将会产生多少有害气体和垃圾？在这些有害气体中，对人类危害最大

26、的是CO、HC、NOx，占HC化合物的60%，由发动机的排气管排出，曲轴箱气体和油箱的燃油蒸发的HC排放汽车总排放的HC化合物的20%，这些有害气体与汽油的燃烧密不可分，CO的产生是因为汽油在汽缸中燃烧不充分所致，当空气量不足时，部分燃料因不能完全燃烧而生成CO， HC在燃烧过程中的产生主要是因中间产物和壁面激冷效应，HC的氧化过程伴随着中间产物的复杂过程，燃油分子必须经过一连串的中间反应，才能完成生成C02和H20的反应，因此在反应过程的不同阶段，必然存在着各种中间产物。若是在某一环节中出了问题，中间产物进一步反应的条件不满足时，就有可能以部分氧化物的形式排出，此外，HC化合物还有其他来源，

27、例如，但火系工作不可靠，某些循环失火导致HC排放增加，燃烧室狭缝太小，使火焰不能到达等情况，NOx是燃烧室内在高温状态下燃烧的产物，它的产生是随着时间的变化而变化的，燃烧过程初期，NOx浓度比较大，在较低温度下可以分解成氮和氧，所以，NO的生成量取决于NOx形成的速率和时间。对汽油机来说，NOx的浓度主要是由温度和混合气的成分决定的，在混合气较稀的区域，NOx平衡浓度随混合气加浓而减少，尤其是在过量空气系数接近或小于1时，阳气不足NOx随过量系数的降低而急剧减少。此外，NOX的生成还与NOX形成时间(或滞留时间)有较大关系，NOx形成时间是由燃烧过程中高温保持的时间决定的，高温持续的时间越长，

28、其生成的时间就越长，排放量就越多。所以，这三种污染物的产生都和有着密不可分的关系，因此，通过优化发动机的结构及控制策略来改善发动机的燃烧过程，减少有害气体的产生是降低排放的有效措施。与此同时，汽车数量的增多也导致石油消耗增加，世界上的石油的存储是有限，汽车的增加，将会导致石油消耗的短缺。为此，一些发达国家也相继制定了强制性的法规，汽车的排放和燃油的消耗都得到了强制性的限制，因为各国的经济、政治和技术水平的不同，各国所指定的汽车排放法规标准也不一样。从汽车工业发展来看，世界上汽车排放标准已形成三大体系，即美国、日本和欧洲汽车排放标准。美国是世界上第一个对汽车排放制定标准的国家，从1998年以后，

29、美国汽车排放的限值已经较为严格，欧洲汽车的排放法规经历了三十年的发展过程逐渐严格，从欧洲I号标准开始发展到欧洲N号标准，1998年6月欧共体决定采纳欧III、欧N标准，它们与欧I、欧II除了在排放限值上要进一步降低40%以外，排放测试循环的改变有较为明显的区别，即取消了发动机起动后怠速40s的暖机时间，从2002年开始要求初始测试温度为一7这种改变实际上强调了冷起动阶段发动机排放量的重要性，当发动机在环境温度降到零度以下冷起动时，因缸内温度低，燃油蒸发性差，为保证有效燃烧所必须的燃油蒸气量，使启动可靠，一般发动机的电控系统要对进入缸内的燃油和空气混合气加浓，这样相对于其他工况，因为燃油的未完全

30、蒸发，排出大量的HC化合物和CO在新的循环中记入。若要使发动机的排放能达到欧m、欧W标准，必须采取措施有效降低冷起动阶段的排放。 随着汽车数量的增加，我国汽车污染物排放总量也在增加，尤其是大城市中汽车尾气对大气的污染，2005年我国机动车尾气排放，在城市大气污染的比重达到79%左右。我国从2004年7月1日开始实行第二阶段排放法规相当于欧II标准，2008年将实施第三阶段汽车排放标准。能源消耗的急剧增加使我国成为世界上第二大石油进口国，进口的原油数量超过总消耗量的50%。目前，我国汽车燃油消耗量占整个汽油消耗量的75.5，每辆车平均每年消耗汽油高达2.28吨，而日本只有1.1吨。我国在2008

31、年实施“乘用车燃料消耗量限值标准”，标准中规定的限值将与美国2002年的标准相当。2008年，中国汽车的油耗已降低15%。社会发展的需要、排放法规的推动和科学技术的进步、世界性石油短缺、使用者对车辆驾驶性、舒适性和安全性的需求日益提高，使电控技术成为改善发动机性能及排放的主要方法，同时也是汽车上采用电子技术并迅速发展的根本原因.将电控汽油喷射系统，与三元催化转化器进行合理的优化匹配，可以高效净化汽车尾气中的HC, C0, NOx有害成分，使汽车的整体排放满足排放标准的要求。动力系统的电子控制，在当前汽车电子技术的发展中占有重要地位，它可以实现低污染、低油耗，并提高汽车的动力性。发动机的工作过程

32、十分复杂，具有复杂的动态特性，非线性和相应滞后的混合式时变系统，其性能依赖于大量的机械动力学和热力学参数，很难用准确的数学模型精确地表示出来，电控系统的控制参数对发动机的性能影响较大，为了使发动机达到最佳性能的目的，需要对发动机电控系统的控制参数进行精确标定，使发动机按照最优的控制参数运行工作，标定工作是根据整车的各种性能要求，如：动力性、经济性、排放性及辅助功能等，来调整、优化和确定整车上各电子设备控制单元的运行和控制参数的控制算法，而标定系统是由匹配标定要求实时的将电子控制单元工作状态参数由通信接口传送给操作人员作为判别电控装置运行性能的依据，将操作人员所设置的控制参数传送给电子控制单元。

33、标定工作十分复杂，发动机的性能表现在很多方面，例如动力性、燃油经济性和排放性能进行控制参数的标定必须对各种性能指标的影响进行综合考虑;另外，发动机的各个控制参数之间也相互影响，若将各个控制参数单独地进行选择并不十分科学。所以，开发功能完善且灵活方便的标定系统是汽车电子产品高效的技术之一2）电控发动机标定系统研究的意义和目的目前，国外发动机标定技术已经十分先进，并长期占有国内市场，这多于国内的汽车及发动机行业的人来说，购买国外产品，成本较高。另外，这些成熟的标定软件一般都和公司的硬件相联系的，在购买这些软件的同时还必须付出大量的财力去买相应的硬件设备。这种技术上的封锁，使得国内这些行业处于劣势，

34、他们一方面抢占着市场，攫取高额利润。另一方面，他们通过市场调查了解到国内的一些企业习惯于使用国外先进的产品而不去自己研发，严重阻碍了自主研发、自主创新新产品的道路进程。所以研究发动机电控系统通用型标定系统具有很高的技术储备价值、市场价值和重要的现实意义，并对国内发动机电控技术的整体提升也具有重要的意义。从国内各大学的研究情况来看，使用LabVIEW平台进行标定软件开发的，是极少数的，选择labview平台进行研究开发，一方面可以充分利用国内先进的技术，另一方面，也具有一定的创新和挑战性。昆明理工大学内燃机重点实验室一直着力于发动机电控技术的研究，实验室拥有电控和NI两大平台。因此，本论文的选题

35、也是切合实际需要，在实验室NI平台上开发，具有实际意义。电控发动机标定系统的主要目标是解决发动机电控单元与发动机匹配的问题，也即是标定系统对所安装的电控单元的发动机进行喷油特性、点火提前特性、怠速稳定性及瞬态过渡工况的综合试验，使ECU在实际使用中达到令人满意的结果，发动机一般都具有较大的柔性并能适应各种工况、环境和状态，从而使发动机在最优状态下运行工作。1.4国内外电控发动机技术的发展与现状 电控技术是满足现在排放法规和进一步提高发动机性能的必然措施，在降低汽车排放污染物的同时还可以缓解世界能源危机，因此国内外很多科研机构都投入大量的的人力、物力、财力进行相关方面的的研究。1）电控发动机标定

36、技术的发展发动机的标定技术是伴随着发动机电控技术的发展而发展的。先前最初的标定系统只是调整发动机电控系统的少量控制参数，实现发动机固定工况点处某一性能指标的优化，最初阶段的特点是工作量少，所考虑的影响因素较少，可调整的参数有限。由于排放法规的要求越来越严格以及在发动机动力性、经济性更高的要求下，发动机电控技术不断深化，在电控发动机取代了传统发动机后，标定系统要求越来越复杂，标定参数和控制变量也越来越多影响性能指标的变量间有越来越复杂的的关系，所以，为满足对多控制参数，多约束条件，多控制模块从而达到或完成多种优化目标，标定过程变得越来越复杂，它具有系统工程，最优化求解等特征。标定系统也从对单一变

37、量的手工标定发展到程序可控制的自动标定。标定策略由单变量、单一性能指标优化发展到多变量、多种性能指标综合优化。如今，标定系统向着更高层次发展，即智能化的自动标定。2）国内外标定技术的研究现状发动机电控系统的标定一般是通过大量的发动机台架试验来使发动机与电控系统硬件相匹配，并检验电控系统功能的完善性，进而对控制参数进行优化，这样不仅能使发动机的排放指标满足当前的排放法规要求，同时也使发动机的动力性和经济性达到最佳状态。世界上较为先进的标定系统是德国的SCHENCK公司的VEGA、奥地利AV L公司的CAMEO，SCHENCK公司的自动化标定系统是由三个层次构成，VEGA从结构上来说是属于多机控制

38、标定系统。标定系统主机是其最高层次，控制着整个标定系统的进程并可以优化实验数据；中间层是试验台自动控制计算机，控制所有的测量和控制设备，标定控制台即是便携式计算机，标定控制台的作用是根据标定需要对发动机电控单元中的控制参数进行修改。最底层是发动机和测功机，AV L公司的CAMEO系统是比较先进的自动优化标定工具，该系统是一个用于对ECU控制参数进行优化标定并对实验系统进行自动控制。 我国部分高校和科研也投入了相关领域的研究，也取得了一些成果，比如：吉林工业大学和长春汽车研究所研制了基于急速那几控制的柴油机6110电控标定系统，上海交大也开发了一种通用型电控发动机标定平台，并应用于一种新型高压共

39、轨电控柴油机燃油喷射系统研制。浙江大学研究人员提出了发动机电控开发环境的概念，并进行了相关课题的研究，取得了一定的成果。从整体来看，开发的各种标定软件都没有形成一个完整的、集成性很高的全功能型标定系统，同时可进行标定的变量个数范围不大。标定的全局性考虑不够，标定过程的连续性以及多个标定过程中的关联性研究不多。3）存在的问题 在标定系统研究方面，我国的研究主要集中在某些高校和研究所，这对国内的电控发动机标定系统的研究和开发都起到了一定的带头作用，在此同时，我们也会发现这些分散研究的不足之处：研究和开发没有统一规范，系统通用性不强。比如：就通讯方式而言，有些基于RS232或RS485，而有些是基于

40、CAN总线，有些基于K线;有些是基于KWP2000，而有些则是由编程者自己定义。硬件系统有的是基于单片机的，有些是基于DSP的。现在基于KWP2000协议通过串口进行通信的标定系统已经在推广，可以实现低速数据的稳定传输和匹配标定。另外，国外的一些产品一般功能比较强大，但是使用和维护都不太方便，且相关资料较少，价格昂贵，一般国外的标定系统产品其标定部分都集中在电子控制单元中，标定系统和电子控制单元间具有很强的耦合性，这种缺陷使得开发商在开发电子控制单元时必须针对每种电子控制单元开发其相应的标定部分代码。这样就导致了电子控制单元开发模式、标定技术以及工具很难满足电子控制单元快速、高效、可靠开发要求

41、。目前国内外还没有出现符合国际规范的电控发动机标定系统的产品，一些单位在技术方面进行了前期的消化、开发工作。如浙江大学、同济大学和吉林工业大学等。但是他们的工作还不是真正意义上的自主研发的通用型标定系统。目前，我国在电控发动机标定系统的研究有一定的不足，只有在电子控制单元的开发过程中采用比较先进的开发流程，提供符合国际规范的电子控制单元标定系统平台，为电子控制单元系统标定、测量和诊断提供统一用的工具，才能减少研发者在电子控制单元研制中构建标定系统时的前期工作量，以最小的代价最大程度地满足应用的需求，同时节省大量的人力、物力。1.5 本课题研究的内容及论文安排1）研究内容本课题是电控发动机标定技

42、术研究方向中的重要内容。课题研究任务是开发一款电控发动机通用性标定软件。 由于标定工作的工作量比较大，设计内容比较复杂，本课题标定首先针对动力性和经济性进行，排放的标定在下一步进行。具体课题研究内容如下: 1.了解国内外电控标定系统的发展以及国内高校电控发动机标定软件的研究现状，研究和分析了国内外汽车发动机电控系统的组成和工作原理，2.对四冲程汽车发动机电控单元ECU的初步研究和设计3说明和介绍标定系统中所涉及到的基本概念和基本原理。4.学习和研究标定系统中涉及到的各种理论标准，例如CAN总线原理，CCP协议等。5.深入研究labview开发环境，并对软件加以熟悉和运用，了解软件开发常用的程序

43、结构以及常用的开发结构模块，子面板的设计技术，状态机等内容的深入研究，做到灵活应用。6.开发标定软件中的各种重要模块，如文件管理模块，MAP处理模块等。7.学习设计labview上位机界面设计，在labview运行平台上实现对各种控制参数的调整和优化。并对开发的标定软件进行实验验证。 8.对原机进行电控改装，完成曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、节气J位置传感器、发动机温度传感器、进气温度传感器和蓄电池电压传感器的安装调试。完成发动机喷油系统和点火系统的方案设计和改装。9.学习最优化理论思想和控制理论思想，将其和发动机电控系统标定系统联系起来。总结形成标定思想、标定方法和标定策略。并将部分内容

44、应用到标定软件的开发工作中去。2）论文组织安排本课题论文使用六个章节进行组织安排，对课题研究的各个方面进行细分和详细阐述，各个章节的内容概括如下：第一章， 介绍论文的研究课题，电控发动机控制系统，内燃机排放法规的发展和现状及其排放要求，同时也详细介绍了电控系统及标定系统研究的背景、意义和目的。介绍了国内外电控系统标定技术在国内外的发展状况及现在研究状况。并对本课题研研究的主要内容进行简要概述，并对论文通篇结构的组织安排情况概述说明。第二章， 对标定系统进行分析和总体设计，并分析了当前主流软件，详细介绍了虚拟仪器总线技术：PC总线系统虚拟仪器、VXI总线系统虚拟仪器、PXI总线系统虚拟仪器。同时

45、对涉及所涉及到的基本概念如虚拟仪器labview、标定技术及概念、标定过程等做了详细介绍。第三章， 本章是汽车的整体设计方案设计的确定，介绍了发动机的组成及工作原理以及混合气浓度对发动机性能的影响。第四章， 本章是本课题设计的重要的环节，是针对PC机与单片机串口通讯的实现的开发和设计介绍了详细的设计步骤。对标定系统总体方案的设计进行功能分析，并对所用到的串口通信进行介绍。第五章， 总结和展望。第二章 标定系统分析和总体设计2.1 当前主流软件的分析通过对当前主流的标定软件INCA和CANapc进行功能、原理、构成等分析,掌握必要的知识,为后期使用LabVIEW开发标定软件时提出需求分析、功能模

46、块构成等提供有益的参考，掌握INCA标定软件也为开发类似功能的标定系统奠定基础。INCA具有十分强大的功能,按子系统模块可分为:硬件配置编辑器子系统(HWCeditor)、实验环境子系统(EE)、用户界面开发子系统(VUI)、测量数据分析子系统(MDA)、标定数据管理子系统(CDM)、ASAM一MCD一ZMC编辑器、Flash编程子系统(ProF)、数据库浏览器(DBB)和扩展子系统,共计9个组成部分,如图3一1所示在INCA中,标定系统与ECU的连接可以使用并口,也可使用串口标定过程需要连接相对应的硬件设备。 在使用LabVIEW开发平台进行开发之前，首先要对开发的标定系统进行系统分析，确定

47、软件的需求、功能、数据流及架构模式等。经过系统分析后才能依次进入设计阶段、调试阶段、验证阶段，最后验收完成后封装成可执行程序。2.2 虚拟仪器总线接口技术1) PC总线系统虚拟仪器在20世纪80年代后期基于PC的仪器开始流行，那时有几百家小公司为IBMPC生产各式各样的时域采集卡，起始是为ISA总线，然后是为EISA。基于PC的仪器在价格方面比较有明显的优势，能方便地使用现有的计算机主板作电源和数据传输。这种方法能实现高速插卡到计算机存储器的数据传输，某些时候，PC卡还能直接对存储器进行高速传输不需要CPU介入。这些插卡对只需较少通道的的应用可提供最低价格的实现方法。PC卡的缺点是它所处的计算

48、机环境并不是为要求大功率、高质量冷却、仔细考虑RFI/EMI屏蔽的复杂而精密的仪器所设计，插卡连线也受计算机型号的限制。2) VXI总线系统虚拟仪器 VXI是一种模块化标准的仪器。具有稳定的电源、强劲的冷却能力及严格的RFI/EMI屏幕，每一模块都要在运行前经自测试功能校验，设计良好的软件协议可以确保正确的总线，一般采集公司都会把主要的数据VXI用于他们最精确的高性能系统，一个VXI机架上可以插入多达13块插卡。VXI允许把机架连到一起，这样它的数据采集系统可以有数千个通道。设计带有引线连接器的VXI插卡，为方便接入，使它成为这类场合的普遍选择，需要改变测量接线，在时间因素十分关键的应用中，更

49、换插卡，无需重新接线，VXI配置的系统便能方便地断开有数百个接点的终端块。另外VXI的面积较大，数据转换可直接在VXI卡上进行，通过所插的信号调理子板，能在VXI卡上一块执行多种测量。HPE1419A智能测量和控制卡可不需要计算机介入而进行实时分析和判定。使用100MHz的VXI局部总线，数据可在插卡之间传输，以进行附加的处理或在其他VXI插卡上高速存储。高速总线、触发线和智能VXI插卡的组合使VXI成为实时多通道应用的一种优选方案。3) PXI总线系统虚拟仪器PXI标准吸取了PC机技术、Windows图形化操作系统和仪器技术的特点，把这些技术相结合，使高速PCI技术和抗恶劣工业环境性相适应。

50、PXI的出现使应用PC平台组建测量与自动化系统变得轻而易举。PXI是在VXI总线技术之后出现的，它容纳了VXI总线的技术特点和优势。VXI总线技术是在工业标准VME总线和程控仪器标准IEEE488协议基础上发展起来的接口总线技术，实现了模块化仪器接口总线技术，实现了模块化仪器结构，具有数据吞吐快、模块化结构好、开放性强、即插即用等特点。2.2 标定系统RS-232串行通信标准串行通信是指用用一条数据线，把数据一位一位地依次传输，一般每一位数据占据一个固定的时间长度。这只需要极少数的几条线就可以在系统间进行交换信息，特别是用于在计算机和计算机之间及计算机外围设备之间的远距离通信。在使用串行通信时

51、，所发送和接收到的每一个字符实际上都是一次一位的传送，每一位为0或1。串行通信的特点是：数据是按位顺序进行传送的，需要一根传输线即可完成传输，这样就节省了传输线。相对于并行通信来说，串行通信传输距离比较长，几米到几千米，在长距离传输串行数据时，传送速率比并行数据传送速率快，串行通信时钟频率容易提高，串行通信的干扰能力十分强，其信号间的互相干扰完全可以忽略，但串行通信传送速率比并行通信慢很多。串行通信一般分为同步通信和异步通信，串行传输中，数据是一位一位按照到达的的顺序依次传输，每一位数据发送接收都需要时钟控制，发送端通过发送时钟确定数据位的开始和结束，接受端需要在适当的时间间隔对数据流进行采样

52、来正确的识别数据。接收端和发送端必须保持步调一致，否则数据传输就会出现差错。为了解决以上问题，串行通信可采用以下两种方法：同步通信和异步通信。目前的PC机至少都有一个串行通信端口RS-232,RS-232端口是PC机与其他设备沟通的最常用的接口,不但操作简单,而且价格便宜,它可以用于上、下位机之间进行通信。由于单片机的TTL逻辑电平和RS-232C的电气特性完全不同，RS-232C的逻辑0电平规定为+3V+15V之间，逻辑1电平为-3V-15V之间，因此在PC机和单片机之间使用MAX232将串口的电平与单片机的TTL电平进行转换,采用3线制双工通信连接方式。现在的PC机一般至少都有一个串行通信

53、端口RS-232，RS-232端口是PC机和其他设备沟通最常用的接口，它具有操作简单、价格便宜等优点，并可以用于上、下位机进行通信。单片机的TTL逻辑电平和RS-232的电气特性不同，所以RS-232的逻辑电平0规定为+3V+15V，逻辑1电平规定为-3V-15V间。因此本课题采用的是RS-232在PC机和单片机之间将串口的电平与单片机的电平进行转换。采用三线制全双工通信连接方式。RS232通信，是主机和外部硬件设备常用的通讯方式，可以双向传输,它的通信距离一般为15米，波仕电子的RS-232可以达到500米以上。在异步通信中，有两个重要的指标：字符帧格式和波特率。数据通过以字符或者字节为单位

54、组成字符帧传送。字符帧由发送端逐帧发送，通过传输线被接收设备逐帧接收。发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟彼此独立，互不同步。 接收端检测到传输线上送过来的低电平逻辑“0”即字符帧起始位时，确定发送端已开始传送数据，每当接收端收到字符帧中的停止位时，就知道一帧字符已经发送完毕。异步通信中典型的帧格式是：1位起始位，7位或8位数据位，一位奇偶校验位，2位停止位。按照数据流方向串行通信的传送模式可以分为三种：单工、半双工、全双工。数据在两个站点之间进行传送，串行通信的数据传送的基础是通过单线传送信息。RS-232采用的是全双工形式，全双工数据通信是分别由两根可以在两个不

55、同的端点同时发送和接受的传输线进行传送的，通信双方能同时进行发送和接收，每一端都有发送器和接收器，两条传输线可以在交互式应用和远程监控系统中使用，传输信息效率较高。2.4 基本概念介绍1）虚拟仪器及labview介绍虚拟仪器简称NI，是由美国国家仪器公司于20世纪80年代首先提出的，是以笔记本电脑、台式机或工作站等通用计算机为基础的，加上软件和硬件，使用户在操作计算机时，就像操作一台他自己设计的专用电子仪器一样。虚拟仪器是基于计算接的软硬件测试平台，是计算机技术和现代仪器技术深层次结合的产物。具体地说，虚拟仪器技术就是利用计算机和必需的硬件来实现示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等传统仪器功能的技术，是计算机、应用软件和仪器硬件的集合体。虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。虚拟仪器技术将会取代传统的仪器，相对于传统仪器, 它具有明显的优点: 灵活性、高性价比、技术更新快、易于网络化、实现传统仪器不可能实现的功能。它的灵活性体现在, 用户可以自定义功能,可以自己选择所喜欢的界面图标符号, 而不象传统仪器那样, 一出厂其功能及外观已经固化, 用户只是