双燃料汽车ECU控制参数在线调试技术开发_滕万庆

1、文章编号 :1000-0925(2004 05燃料汽车 ECU 控制参数在线调试技术开发滕万庆 1, 樊明英 1, 吕 滨 2, 尹继辉1(1. 哈尔滨工程大学 动力与核能工程学院 , 哈尔滨 150001; 2. 黑龙江工程学院 计算机系 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 :介绍了一种自行开发的双燃料汽车 ECU 控制参数调试系统 。 建立了电子控制单元 与 PC 机之间的数据通信硬件系统 。 修改后的控制参数被存放在控制单元的 EEPROM 中 。 在 PC 机上用 VB 开发了调试程序 。 本系统在硬件和软件两个方面采取了措施 , 以保证通信准 确 、 顺利地进行 。 模拟试验结果表明 , 其工作稳定 、 可靠 , 能满足在线调试的需要 。 将该调试程 序移植至笔记本电脑中 , 可实现控制参数的随车在线调试 。关键词 :内燃机 ; 双燃料汽车 ; 电子控制单元 ;

6、 控制参数 ; 在线调试Key Words:I. C. Engine; Dua-l Fuel Automobile; ECU; On -Line Adjustment中图分类号 :T K464 文献标识码 :A1 概述在众多的汽车替代能源当中燃气以其较低的排放、 丰富的储量和燃料的经济性等优点 , 受到世人的 重视。在我国燃气汽车也正在大力发展 , 由实验室 研制的双燃料汽车的电子控制单元 (ECU , 在前期的排放试验当中取得了良好的控制效果 1, 但在不 同车型的双燃料改装性能匹配试验时 , 却不能在线 修改控制参数。本文主要介绍在原有双燃料汽车电子控制单元 的基础上开发的一套在线调试系统

7、。因本套系统工 作 时通信的距离只有 23m , 故采用了 RS -232C 串收稿日期 :2003-07-22基金项目 :黑龙江博士后落户基金项目 (LRB -KY030047( , , , -行通信。设计过程中充分考虑环境的干扰因素 , 在硬件和软件两个方面采取了多种措施来保证通讯顺 利、 正确地进行。它不但可以和这套电子控 制单元 很好地匹配 , 而且能与带有串行口的仪器、 数据采集 卡通信实现在线监控的功能 , 具有一定的通用性。 2 调试系统结构及原理介绍图 1所示为系统的结构图。调试系统利用电平 转 换器 , 使 ECU 中的 单片 机串行 口 TXD 、 RXD 和 PC 机的串

8、行口相连 , 为防止 ECU 掉电后丢 失修改 好的数 据 , 调试系 统把 它们 保存 在串 行 EEPROM第 25卷 第 5期 2004年 10月内 燃 机 工 程Chinese Internal Combustion Engine Engineering Vol. 25N o. 5Oct. 2004 图 1调试 系统结构简图中。 PC 机通过图形用户界面把 ECU 采集到的几个 发动机参数 (如转速、 节气门位置等 以曲线和数字 的形式显示出来 , 对发动机工作状况进行监测 ; 并且 能向 ECU 发送要修改的控制参数以优化其控制性 能。由应用程序驱动 PC 机的串行口建立起与单片 机

9、之间的通信实现了上述功 能。 PC 机使用手提电 脑。ECU 中 , 8XC196系列单片机通过 TXD 引脚和 RXD 引脚与 PC 机进行通信 , 把采集到的数据发送 给 PC 机。单片机内部两个物理上独立的串行缓冲 器是双 向 缓冲 的 , 通过 同一 个串 行 口缓 冲寄 存器 SBU F 去访问它们。本单片机具有体积小、 价格低、 抗干扰性能好等特点 , 但是因其数据存贮容量和数 据处理能力都较低 , 所以通过通讯手段使它与 PC 机 相连 , 把所采集到的数据传送到 PC 机上进行数据处 理 , 以充分发挥两者各自的优势。本系统选 用 AT24C 系列串 行 EEPROM (电可

10、擦可编程只读存储器 以可靠地保存修改后的控制 参数。利用 8XC196系列单片机的 HSO. 1, H SI. 2/ HSO. 4模拟 EEPROM 的时 钟线 和 数据 线实 现和 EEPROM 的串行通信。与并行 EEPROM 相比 , 本 串行存储芯片引脚少 , 硬件设计简单 , 如图 2所示 :串行 EEPROM 通过时钟线和数据线的一连串脉冲 操作实现数据的读写 , 即使是在强干扰环境下 , 数据 被错误改写的可能性亦很少 , 比并行操作的非易失 性存储器件具有更高的可靠性。另外它还具有体积 小、 价格低、 工作范围宽、 可编写次数多和数据保存 时间长等优点。由于本系统不需要较大的容

11、量和较 快的存取速度 , 使用串行 EEPROM 就能完全满足系 统的需要。由于单片机 的 RXD 引脚和 TXD 引脚输入、 输 出电平是 TTL 电平 , 而 PC 机配置的是 RS -232-C 标 准串行口 , 二者的电气规范不一致 , 因此必须应用电 平转换器对单片机进行电平转换。转换电路采用标 准的 RS -232芯片 MAX233, 与以前常用的 TTL 与 RS -232电平转 换芯片 M Cl488和 M Cl489相 比 , 只 使用单一电源电压 Vss, 不需 ? 12V 电源。另外它将 M 图 2单片机与 A T 24XX 的硬件连接电路更为 简单 , 只需简单 的连线

12、 即可实 现 TTL 和 RS -232两种电平的转换。3PC 机调试程序应用 Visual Basic 可视化编程语言编制 , 结构如 图 3所示。图 3PC 机软件模块图3. 1程序初始化该模块主要完成检查通讯线路的连接状况 , 与 ECU 建立连接 , 并初始化串行口和程序界面。此时 如果与 ECU 建立连接不成功 , 程序将完成其它初始 化任务 , 一段时间后自动重新连接 , 并将连接结果通 知用户。3. 2串行口通信该模块完成从 ECU 中取出实时监测数 据或发 送优化后的控制参数。这部分是最关键的 , 只有实 现通信功能 , 并且保证通信过程中的数据正确 , 并将 数据有效的保存

13、, 分析才有意义可言。串行 口通信 部分 , 通过以下四个方面来介绍。3. 2. 1通信功能的实现对串 行 口 的 驱 动 采 用 VB 自 带 的 通 信 控 件 MSCom m, 该控件提供了功能完善的串口数 据接收 和发送功能且具有编程简单 , 通信速度快 , 传输可靠 的特点。本程序分为以下几个步骤 :# 25 #2004年第 5期 内 燃 机 工 程是建立与串行口的连接。通过设置 Com mPort 、 Por -tOpen 和 Setting 属性 , 来打开串行口。设置通信端口为 COM 1:M SComm1. CommPort=1设置通信波特率、 无奇偶校验、 8位数据位、 一

14、位 停止位 :M SComm1. Setting=/9600, N, 8, 10打开端口 :M SComm1. PortOpen=True (2 发送、 接收数据 :发送或接收数据实际上就 是对发送和接收缓冲区进行操作。接收和发送缓冲 区在端口打开后就被创建了 , 用来保存输入和输出 的数据。发送数据时 , 为了避免发送错误 , 在发送之 前先将输出缓冲区清空 , 再将数据发送到输出缓冲 区 , 如下列语句所示。清空输出缓冲区 :M SComm1. OutBufferCount=0将存放在二进制变量 SendBuffer 中的数据发送 出 :M SComm1. OutPut=SendBuffe

15、r接收数据就是把输入缓冲区的数据读出来。 将接收的数据存入二进制变量 Buffer 中 :Buffer=M SComm1. InPut (3 关闭端口 :M SComm1. PortOpen=False 3. 2. 2 数制的转换为了直观反映发动机的工作状况和单片机内数 制保持一致 , 采用十进制和十六进制两种数据形式 , 向单片机发送的数据用十六进制的 , 从单片机接收 的数据则用十进制和十六进制两种形式显示。通信 时由于输入和输出的数据都是 4位十六进制数 , 需 要 对该十六进 制数从高 位到低位 每两位 划分为一 组 , 并依次命名为 HighByte, Low Byte, 再将这两位

16、以 ASCII 码的形式发送出去 , 这样就难免会遇到要发 送或接收 128256之间的 ASCII 码 , 这在 VB 3. 0及 其 更 低 版 本中 , 按 常 规方 法 就 可 很 好 解 决 , 但 自 VB4. 0起 , 微软引入 U nicode 后 , 此问题就显得有些 麻烦。本系统通过定义一动态字符数组 , 解决了这 一问题。定义一动态二进制数组 :Dim SendBuffer( As Byte将输出的 OutByte 个十六进制字符转换为二进 制数发送出去 :For Counter=0To OutByteH igh Byte=M id(Brr(Counter , 1, 2

17、Low By te=Mid(Brr(Counter , 3, 2 将十六进制转换为十进制 :Send Buffer(0 =H ig hBy te Send Buffer (1 =LowByteMSComm 1. OutPut=SendBufferNex t Counter在接受单片机发送过来的数值时 , 同样 也会遇 到 ASCII 码大于 128的情形 , 若仍采用上述方法 , 问 题并不能得到解决。系统采用以下方法解决这一问 题。(1 定 义 一变 体 型变 量 和一 字节 型 数组 并 将 MSCom m 控件输入模式定为二进制模式 :Dim Buffer As VariantDim A

18、rr1(0To 10 As ByteMSComm1. InputMode=ComInputModeBinary (2 将输入缓冲区的所接收到的数据转存入变 体型变量中 :MSComm 1. InputLen=InBy te Buffer=MSCom m1. InPut(3 将变体变量的内容分解为字节型数值存入 所定义的字节型数组 , 以供后继处理 :For K=0To InByte-1Arr1(K =Buffer(K Nex t K3. 2. 3 通信中的数据同步在异步串行通信中 , 除了应保证通信双 方的波 特率一致外 , 为了能够连续成批地传送数据 , 还应保 证数据帧同 步 (每一帧 数

19、据位数 由 Setting 属性 定 义 , 以免数据到达端口的速度太快 , 通信设备来不 及将数据移入接受缓冲区 , 造成数据缓冲区溢出而 导致数据丢失。实现数据同步有两种方法 :软件方 法、 硬件方法。本应用程序软件方法是发送 方采取 一定的延时 , 在发送一组数据后 , 接收方回答一个数 据信号。该 数据信号 既可表示 是否正确 接收到 数 据 , 又可起到同步作用。发送一个字符串 :MSComm 1. OutPut=Arr等待对方发送 /OK 0信号 , 并且至少延时 0. 02s Sg lCounter 为 Single 型变量 ; T imer 为 VB 自带 函数 :Sg lCo

20、unter=Timer+0. 02等到收到 2个字符或超时为止 :Do U ntil T imer >Sg lCounter AND MSCom m1. InBufferCounter>=2DoEvents Loop判断如果是 /OK 0, 信号清空接受缓冲区等待下 , #26#内 燃 机 工 程 2004年第 5期3. 2. 4通信中的错误预防在传输过程当中 , 数据有可能受到环境的干扰 而使得原来的数据信号失真 , 为了侦测数据在传送 过程中发生的错误 , 传送与接收双方必须对数据作 进一步的确认工作 , 其中比较简单的方式之一就是 使 用 CheckSum 校 验码。 Che

21、ckSum 校验码 的方法 就是将所有传送字符的 ASCII 码作加和计算 , 计算 总和后将总数目与 255作相除 , 取其余数并将此余 数组合成传送字符串的一部分传送出去 ; 接收数据 的一方将传送过来的字符串作相同的处理 , 并与传 送方所传送过来余数作比较 , 若其值一样 , 则说明传 送过来的的字符串是正确的 , 反之则是错误的。此 外 , 在每组数据的头尾分别加上了两个判断字符 , 接 收方根据这组数据头尾字符是否和发送方的字符相 同 , 来判断传输过来的数据正确与否。如果以上两 种检验方式都是正确的 , 则传送字符串是正确的 ; 否 则是错误的。3. 3保存数据为了对 ECU 控

22、制系统在试验后进行离线分析 , 对控制系统进行优化 , 本应用程序对通信数据进行 了存储。本应用程序使用的是 VB 最新引进的特性 文件 系统 对象 模型 (file system object model, 简称 FSO 。它提供了 Object. M ethed 的语法支 持 , 并且 提供了非常丰富的属性、 方法和事件。使原来的 VB 文件系统操作更加方便有效。获得一个 FSO 对象实例 :SetfsoMe =CreateObject (0scripting. filesyste -mobject 0得到一个文本流对象实例 :Set tx tfile =fsoMe. CreateText

23、File (0E:& T ex t2. Tex t, True 0对文本流对象进行操作 , 写入数据 :tx tfile. WriteBlankLines (1 .写入一个空行 :tx tfile. Write (NumChang(i &Space(22 操作完成后 , 将文本流关闭 :tx tfile. Close3. 4模拟试验模拟试验是测试本文所介绍的调试系统工作的 可靠性。试验系统是在调试系统的基础上外接作为 输入模拟信号装置的模拟器 , 和作为输出装置的步 进电机 (燃气节流控制阀 , 整个系统使用 12V 直流 稳压电源供电。模拟试验分接收和发送两个过程。 (1 接收时 , 调节输入信号的各模拟器 , 可以看 到与其相应的接收文本框内数据连续动态的变化 , 同 时在图形显示区实时显示 状态参数动态变化曲 线 , 其间观察步进电机节流阀阀芯相应伸缩改变了 进气道截面积。(2 发送时 , 在发送文本框内输入需要修改的控 制参数值 , 其下面的接收文本框内显示单片机返回 的数据用来判断传输的数据是否正确。图 4系统显示窗体由图 4可以看出 :图像框内的状态参数 曲线随 相