發(fā)動機ECU標定系統(tǒng)設(shè)計

摘要：發(fā)動機ECU標定系統(tǒng)在我國目前的通用汽車行業(yè)中起到重要作用。該標定系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫單元、監(jiān)測數(shù)據(jù)讀寫單元、CAN通信接口以及監(jiān)控單元等。數(shù)據(jù)庫單元用于存儲控制發(fā)動機不同工況點工作狀態(tài)的控制信號;檢測數(shù)據(jù)單元主要用于標定系統(tǒng)中讀取發(fā)動機處于不同工作狀態(tài)的測試信號;而CAN通信接口主要用于連接外圍設(shè)備。額定值人員對于ECU標定系統(tǒng)的額定值進行處理，保證系統(tǒng)可以根據(jù)車況數(shù)據(jù)及時調(diào)整ECU標定系統(tǒng)的策略。相關(guān)研究人員根據(jù)ECU標定系統(tǒng)的實際情況進行優(yōu)化處理，很大程度上提高了引擎進行實時數(shù)據(jù)采集的能力。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機;ECU;校定系統(tǒng)

中圖分類號：U469.7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）09-0003-02

0 ?引言

發(fā)動的ECU標定系統(tǒng)用于車速信號的輸入、接收發(fā)動機信號、實時傳遞標準數(shù)據(jù)等。所以為了方便數(shù)據(jù)的傳輸、存儲和查詢，相關(guān)人員設(shè)計了一種改進的無損壓縮隨機編碼算法，這種算法可以將任務(wù)分配到不同的處理器上，不同的處理器進行不同的工作，確保了引擎系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的效率。目前該方法已經(jīng)逐步應(yīng)用到ECU標定系統(tǒng)中，極大地滿足了ECU標定系統(tǒng)的各項要求。同時還提出要提高發(fā)動機標定系統(tǒng)的控制性能，這是因為發(fā)動機（ECU）的控制性能直接關(guān)系到汽車的驅(qū)動功率、經(jīng)濟性和排放標準。發(fā)動機ECU標定系統(tǒng)用于將ECU性能參數(shù)輸出至性能測試平臺，性能測試平臺用于將數(shù)據(jù)進行參數(shù)校準。參數(shù)校準是一項非常麻煩但又是一項不可或缺的工作，它需要相關(guān)人員根據(jù)發(fā)動機的工作條件，對ECU標定系統(tǒng)內(nèi)部進行分析，進而對發(fā)動機的各項條件進行優(yōu)化改進。

1 ?發(fā)動機ECU標定系統(tǒng)的設(shè)計思路

發(fā)動機標定系統(tǒng)的設(shè)計主要根據(jù)系統(tǒng)的功能需求來設(shè)計，相關(guān)人員可以根據(jù)不同需求設(shè)計出功能不同的標定系統(tǒng)。為了滿足標定系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸，所以在標準數(shù)據(jù)的傳輸過程中需要采用CAN線。另外，使用PCL數(shù)據(jù)收集卡收集各傳感器的參數(shù)。CAN裝置系統(tǒng)主要負責評價ECU標定系統(tǒng)的性能，并定義了部分ECU硬件控制和診斷功能。該系統(tǒng)獨立于數(shù)據(jù)識別卡來收集傳感器數(shù)據(jù)，不僅提高了數(shù)據(jù)采集的效率，還提高了系統(tǒng)的擴展性。數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，被傳送到數(shù)據(jù)處理模塊進行壓縮和保存。它可以寫入文件和數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲形式，支持遠程數(shù)據(jù)的訪問，擴展性出色。

CAN是德國博世公司開發(fā)的高性能串行通信協(xié)議，用于現(xiàn)代汽車中多個控制器和檢測設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。它是一種多主機總線，最大通信速度為1MBPS。CAN總線的一個重要特點是取消了傳統(tǒng)的站址編碼，用通信數(shù)據(jù)塊編碼代替。一個數(shù)據(jù)塊的編碼可以由11位二進制或29位二進制組成。最長的數(shù)據(jù)段為8字節(jié)，滿足工業(yè)領(lǐng)域?qū)刂浦噶?、工作狀態(tài)和測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時，為了保證通信的實時性，它不會占用總線太長時間。此外，CAN總線使用CRC檢查提供相應(yīng)的錯誤處理保證。為了保證計算機之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和同時性，相關(guān)部門開發(fā)了一種“問答”通信協(xié)議。具體來說，上位機引擎首先向WARD ECU發(fā)送控制指令，ECU接收指令對WARD進行解析，并對信號的應(yīng)答進行相應(yīng)的操作，應(yīng)答信號對上位機的應(yīng)答信號進行后臺處理，軟件提出處理結(jié)果。使用上述通信協(xié)議的優(yōu)點是，如果上位機與ECU之間的通信握手失敗，通信將立即中斷。錯誤指令沒有發(fā)送到ECU，它仍然執(zhí)行原始的控制參數(shù)。這可以防止通信故障導致ECU故障。根據(jù)設(shè)計要求，在通信協(xié)議中設(shè)置不同的控制字命令，ECU執(zhí)行相應(yīng)的控制字命令。

2 ?發(fā)動機ECU標定系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理

ECU通信有關(guān)的數(shù)據(jù)的收集和處理有多種形式。人們根據(jù)自己需求的不同來選擇合理地數(shù)據(jù)通信方式。選擇適宜的通信方式不僅可以提高標定系統(tǒng)處理工作的效率，還能降低成本。而發(fā)動機的各項性能的變化對ECU規(guī)格起決定性作用。為了做出正確的分析決定，校準工程師需要實時收集和顯示這些參數(shù)。系統(tǒng)應(yīng)該立即響應(yīng)用戶的操作請求，從數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行排隊、分析和顯示。數(shù)據(jù)通信的暢通、數(shù)據(jù)信息的實時收集等是發(fā)動機標定系統(tǒng)正確穩(wěn)定運行的前提。

2.1 采集實時數(shù)據(jù)的方法

相關(guān)研究人員根據(jù)需求的不同開發(fā)了ECU硬件控制命令、診斷和數(shù)據(jù)傳輸?shù)腛SCP協(xié)議，并對部分原始數(shù)據(jù)采集協(xié)議進行了簡化。發(fā)動機參數(shù)的數(shù)據(jù)顯示，根據(jù)系統(tǒng)的采樣頻率和精度要求，所以它可以允許實踐中的原始行不同程度的延遲，尤其是點數(shù)據(jù)和部分擴展的干預。所以要增加標定系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)采集卡，加強對數(shù)據(jù)的監(jiān)控，保證數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r完整的儲存到系統(tǒng)中。

2.2 實時數(shù)據(jù)的處理

額定值標定系統(tǒng)的核心功能是將額定值的實時數(shù)據(jù)快速高效地加載到待額定值ECU中，同時將額定值結(jié)果反映給上位機，上位機再根據(jù)額定值系統(tǒng)給出的數(shù)據(jù)進行實時數(shù)據(jù)處理。根據(jù)發(fā)動機行駛結(jié)果實時顯示，對ECU控制指標評價和調(diào)整，保證標準數(shù)據(jù)有效性。

在額定的標定系統(tǒng)中，發(fā)動機的參數(shù)數(shù)據(jù)等對數(shù)據(jù)的實時性要求很高，所以研究人員更應(yīng)該在數(shù)據(jù)的實時傳遞方面做更深一步的研究工作。只有系統(tǒng)的傳感器與實時數(shù)據(jù)采集卡達成協(xié)議時，實時數(shù)據(jù)才會顯示在界面上。此外，還要保證數(shù)據(jù)的全部完整傳遞，避免數(shù)據(jù)的延遲。進行數(shù)據(jù)檢索時，需要正確記錄數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換模塊將PCL采集卡的端口信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)換為物理量，這種轉(zhuǎn)變通常以一定的頻率發(fā)生。在每次轉(zhuǎn)換過程中，一個由靜態(tài)全局結(jié)構(gòu)（包括一組參數(shù)變量）組成的數(shù)據(jù)副本將被主動更改。實時顯示模塊定期對標定系統(tǒng)進行優(yōu)化與查詢工作，查詢工作要保證數(shù)據(jù)的實時性。由于曲線繪制和數(shù)據(jù)壓縮的效率不同，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)緩存在相同的兩個數(shù)據(jù)緩存隊列中，便于后續(xù)任務(wù)的并行優(yōu)化。這種方法的優(yōu)點是既保證了性能的實時性，又便于數(shù)據(jù)的完整記錄和收集，便于離線時對發(fā)動機性能進行詳細的對比和分析。

在實際的數(shù)據(jù)監(jiān)控中，監(jiān)控時間越長，數(shù)據(jù)量越大，引擎數(shù)據(jù)冗余度越高，壓縮空間越大?；诖颂岢隽艘环N基于RLE和HUFFMAN編碼的無損實時壓縮算法RHE （RLE AND HUFFMAN ENCODING）。該算法最適合大數(shù)據(jù)冗余的實時數(shù)據(jù)壓縮和部分解壓縮查詢。RHE編碼的主要思想是在實時采集階段，將數(shù)據(jù)預處理階段得到的等大小的矩陣數(shù)據(jù)通過Z-SCAN進行RLE編碼，生成RLE編碼的數(shù)據(jù)塊。筆劃寬度以8位數(shù)據(jù)塊的形式記錄，最大寬度為255。同時，根據(jù)HUFFMAN碼樹的相應(yīng)參數(shù)，將HUFFMAN碼填充到RLE碼數(shù)據(jù)中，從而得到RHE碼數(shù)據(jù)塊。同時根據(jù)RHE碼數(shù)據(jù)塊不同的監(jiān)測數(shù)據(jù)，配置相應(yīng)的霍夫曼編碼樹?；谧罴褜嶒灲Y(jié)果創(chuàng)建霍夫曼編碼樹，并存儲在系統(tǒng)簡檔中。在數(shù)據(jù)回調(diào)查詢期間，相關(guān)研究人員可以根據(jù)查詢的不同時段對壓縮數(shù)據(jù)的壓縮塊進行分解，從而提高壓縮效率，減少資源浪費。

3 ?發(fā)動機ECU標定系統(tǒng)的優(yōu)化

為保證ECU標定系統(tǒng)的工作效率和它對實時數(shù)據(jù)的處理能力，可對發(fā)動機ECU標定系統(tǒng)進行多任務(wù)并行優(yōu)化。為了確保標定系統(tǒng)的評價功能任務(wù)可以成為實時任務(wù)，可以將非實時任務(wù)劃分為實時任務(wù)。當實施任務(wù)時，保證非實時任務(wù)可以立即響應(yīng)，并采取行動。實時任務(wù)是指接收引擎的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行實時處理，同時將數(shù)據(jù)進行集中處理。在CPU處理資源容量很高的情況下，計算任務(wù)可以適當定制，資源得到有效利用，任務(wù)可以順利推進。如今，隨著芯片技術(shù)的高速發(fā)展，多核處理器已經(jīng)成為當代發(fā)動機標定系統(tǒng)的主要儀器。在多核架構(gòu)系統(tǒng)中，CPU有更多的機會同時執(zhí)行任務(wù)。在多核平臺中，通過在不同CPU優(yōu)先級的處理器上設(shè)置對實時任務(wù)的支持，可以保證實時任務(wù)的并行性。

4 ?發(fā)動機標定系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度策略

對于實時數(shù)據(jù)的接收主要有兩種情況。一種情況是數(shù)據(jù)無法被接收，當數(shù)據(jù)到達的時候，CPU可能正在執(zhí)行任務(wù)，所以并不能及時響應(yīng)數(shù)據(jù)的請求，及時接收數(shù)據(jù)。第二種情況是數(shù)據(jù)到達的太快而導致數(shù)據(jù)無法處理或稍后被刪除時。在這兩種情況下，共享緩存隊列都是首選的解決方案。在數(shù)據(jù)分發(fā)期間，通過定期查詢檢查隊列的數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)不是空的，則從隊列中提取數(shù)據(jù)并將其填充到適當?shù)谋韱伟逯小＝邮者M程將獲取的信號量列入數(shù)據(jù)表中，并及時處理已經(jīng)執(zhí)行過的數(shù)據(jù)。而由于參數(shù)類型的不同，所以矩陣模板的大小也會有所不同，因此在形成矩陣時可以緩存數(shù)據(jù)，增加了數(shù)據(jù)壓縮的利用時間。

多核心平臺提供了一種通過將任務(wù)分配給不同的處理器來實現(xiàn)并行數(shù)據(jù)處理的好方法，其中CPU資源豐富。為了提高發(fā)動機ECU標定系統(tǒng)的運行效率，不僅要優(yōu)化硬件結(jié)構(gòu)，還要優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)，最大限度地利用計算機資源，確保系統(tǒng)的運行效率。經(jīng)過長期的實踐與定期優(yōu)化，該發(fā)動機ECU標定系統(tǒng)的功能和布局又有所提升，這也極大的提高了標定系統(tǒng)的處理數(shù)據(jù)的能力和效率，簡化了ECU標定系統(tǒng)的輔助流程。

5 ?發(fā)動機ECU標定系統(tǒng)的總結(jié)

在發(fā)動機ECU的額定運行中，行程參數(shù)的實時記錄非常重要，它是相關(guān)研究人員對ECU標定系統(tǒng)進行分析的重要依據(jù)，也是ECU標定系統(tǒng)平穩(wěn)運行的重要保障。近年來，相關(guān)研究人員在標定系統(tǒng)方面不斷探索，及時發(fā)現(xiàn)標定系統(tǒng)的漏洞，并對其作出有效改善，同時對額定值系統(tǒng)做了簡化，大大提高了ECU標定系統(tǒng)的工作效率。但有時數(shù)據(jù)由于保存不善，經(jīng)常容易丟失。所以研究人員嘗試通過改變芯片總線頻率、CAN通信頻率這樣多次反復的嘗試，使得CAN驅(qū)動在實時操作系統(tǒng)上運行穩(wěn)定可靠，從而防止數(shù)據(jù)丟失。同時，為了更好的防止數(shù)據(jù)丟失，為此本文提出了一種實時數(shù)據(jù)監(jiān)控方案，并設(shè)計了一種數(shù)據(jù)無損壓縮RHE編碼方法。通過這一方法，對數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，從而確保數(shù)據(jù)的完整保存。通過監(jiān)控數(shù)據(jù)方案以及RHE編碼方法的評價體系的應(yīng)用，可以極大地簡化數(shù)據(jù)保存流程，提高數(shù)據(jù)保存效率，還能保證數(shù)據(jù)的準確性，并確保數(shù)據(jù)的完整保存。發(fā)動機ECU標定系統(tǒng)顯著提高了系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信的效率，同時該ECU發(fā)動機標定系統(tǒng)可以進行穩(wěn)定又快速的數(shù)據(jù)傳輸，對我國的標定系統(tǒng)行業(yè)具有重大意義。在以后的汽車行業(yè)發(fā)展進程中，相關(guān)人員應(yīng)在ECU標定系統(tǒng)行業(yè)進行更深一步的探索，為我國標定系統(tǒng)行業(yè)增添光彩。

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作者簡介：李振（1984-），男，湖南棗陽人，工程師，本科，研究方向為發(fā)動機及變速器。