电控汽油机标定系统及台架试验方法研究设计

本科毕业设计（论文） 电控汽油机标定系统及台架试验方法研究 学 院 机械工程学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 提交日期 2016年 月 日 华南理工大学广州学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期：2016年 月 日学位论文版权使用授权书本人完全了解华南理工大学广州学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照有关要求提交学位论文的印刷本和电子版本；华南理工大学广州学院图书馆有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；可以采用复印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的的前提下，可以公布论文的部分或全部内容。学位论文作者签名： 日期：2016年 月 日指导教师签名： 日期：2016年 月 日作者联系电话： 电子邮箱：摘 要 发动机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，它的研究和开发越来越受到人们的重视。在应用电控系统对发动机进行控制的同时，为了使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能，需要对电控系统与发动机进行调试匹配，对控制参数进行标定和优化。同时，对电控系统的标定对发动机控制策略的编写有指导作用。这些工作需要借助标定系统才能实现。 本文在对国内外电控发动机标定系统深入研究的基础上设计了一套电控发动机标定系统，完成了主机的软件和开发用ECU的软、硬件设计，同时采用CAN-USB接口完成主控PC机与发动机电控系统之间的通讯，实现了PC机与电控系统之间的实时、快速通讯。 利用二次回归的中心组合设计方法进行试验设计和数据优化。二次回归的中心组合设计实际是一种概率统计方法，可以利用较少的试验点获取较多的信息，从而有效地减少标定工作量。本文利用二次回归的中心组合设计，以降低CO排放和HC排放为目标，制取了点火提前角SPK和充量系数VE并在发动机上进行试验，验证了将二次回归的中心组合设计应用在发动机标定中的可行性。关键词：电控技术；动力；标定系统；可行性 AbstractEngine electronic control technology is to reduce the exhaust pollution, an important means to improve the power and economy performance, its research and development have been paid more and more attention. In the application of electronic control system of engine to control at the same time, in order to make the engine get better power performance and economic performance meet national emission regulations, maintain good working stability, the need of electronic control system and engine matching test, to calibrate and optimize the control parameters. At the same time, the calibration of electronic control system for the preparation of the engine control strategy has the guiding role. These needs can be achieved through the calibration system.This paper in the domestic and foreign electronic controlled engine calibration based on systematic and deep research design a set of electronic controlled engine calibration system, completed the software and hardware design of ECU for host software and development. At the same time, we use the CAN-USB interface to complete the communication between the main control PC and electronic control system of engine, realized between PC and electric control system in real-time and fast communication.The central composite design method using two regression test design and data optimization. The two central composite design regression is a statistical method, can obtain more information with fewer tests, so as to effectively reduce calibration workload. The quadratic regression of central composite design, to reduce the emissions of CO and HC emissions as the goal, the preparation of the ignition advance angle SPK and charging coefficient of VE and on the engine test, verify the feasibility quadratic regression of central composite design and application in the calibration of the engine.Keywords：Driving roller ;Crankshaft;Processing craft;Significance 目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论1 1.1 课题背景和意义1 1.2 国内外的方展状况2 1.3 汽油机标定系统的发展现状3 1.4 主要内容4第二章 电控汽油机标定系统总体设计5 2.1 电控汽油机标定系统功能分析6 2.2 电控汽油机标定系统总体设计7第三章 标定系统硬件设计10 3.1 通讯单元的硬件设计11 3.2 发动机电控系统硬件设计12第四章 标定系统的软件设计14 4.1 主机软件设计16 4.2 通讯单元程序的设计18 4.3 ECU的软件设计20第五章 总结21结 论23致 谢24参考文献25第一章 绪 论1.1 课题背景和意义 目前，世界上至少有四亿辆汽车在道路上行驶，它们在推动社会飞速发展，给人们生活带来便捷的同时，也带来了可怕的负面影响。汽车排放的HC, CO,COZ, NOX等有害成分，使空气受到严重的污染，严重影响了人类的健康、生态环境和经济的发展。据德国政府的一篇研究报告表明: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。在对人类危害最大的CO,HC和NOX中，全部CO, NOX和约占60%的HC都是由发动机排气管排出的，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，这些有害气体的产生与汽油在缸内的燃烧过程是密不可分的。CO的产生是由于汽油在汽缸中燃烧不充分所致，当空气量不足时，就有部分燃料不能完全燃烧而生成COa HC在燃烧过程中的产生主要源于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COZ和HZO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。如果在某一环节中的中间产物进一步反应的条件不适合，就可能以部分氧化物的形式排出。排气中的HC还有其他来源，如点火系工作不可靠，个别循环失火导致的HC排放急剧增加，燃烧室的狭缝太小，使火焰不能到达等等。NOX则是在燃烧室内处于高温状态下的燃烧产物，在整个燃烧过程中NOX的生成量是随时间的推移而变化的，在燃烧过程初期的高温下，NOX的浓度最高，而在以后较低的温度下它可分解为氮和氧，因此，NOX的生成量主要取决于NOX形成的速率和形成的时间，对汽油机来说，NOX的浓度取决于温度和混合气的成份，在稀混合气区域内，NOX平衡浓度随混合气加浓而减少，特别是在过量空气系数接近或小于1时，由于氧气不足，NOX随过量空气系数的降低而急剧减少。另外，NOX的生成还与NOX形成时间(或滞留时间)有较大关系，这一时间取决于燃烧过程的高温所保持时间的长短，高温持续时间越长，NOX生成的时间就越长，NOX排量就越多。由此可见，这三种污染物的产生与燃烧过程有重要的关系，因此降低排放的有效措施之一就是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，以减少发动机实际产生的有害气体。 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手段，同时也是汽车上采用电子技术并迅速发展的根本原因。采用电控汽油喷射系统，与三元催化转化器进行合理的优化匹配，可以同时高效净化汽车尾气中的HC,CO,NOx有害成分，使汽车的整体排放满足排放标准的要求在当前汽车电子技术的发展中，动力系统的电子控制占有重要地位，它可以实现低油耗、低污染，并提高21 第一章 绪论汽车的动力性。 发动机乃至整个车辆的工作过程都是非常复杂的动态、非线性、具有相应滞后的混合时变系统，它们的性能都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达出来。发动机电控系统的控制参数对发动机的性能影响较大。为使发动机达到最佳的综合性能，必须对电控系统的控制参数进行精确的标定，使发动机按照最优的控制参数运行。 标定是一项十分复杂的工作，一方面，发动机的性能表现在多方面，诸如动力性、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;令一方面，发动机的各个控制参数之间也存在这相互影响，将各个控制参数单独地进行选择并不十分科学。标定方法的设计直接影响标定工作的精确性、标定周期、标定成本。1.2 国内外的方展状况 早在二战时期，汽油喷射技术已广泛应用于飞机发动机上，由于技术难度大，成本也高，一直没有被应用到汽车发动机上。直到50年代，这种供油系统才开始应用于一些高级轿车和赛车上。以后to多年中，电控喷油技术逐步扩展应用于一般汽车。 电控汽油喷射系统首先由美国Bendix公司于1957年提出，1961公布其产品。1967年德国Bosch公司在Bendix公司专利的基础上，研制成功可靠的D-Jetronic型电控汽油喷射系统或称ECGI装置，继而由德国大众汽车公司以及欧洲许多汽车公司所采用。1973年Bosch公司进一步改进了原来由压力计量燃油的D型系统，研制出一种以进气量计量燃油的L-Jetronic型电控汽油喷射系统和K-Jetronic机械控制汽油喷射装置。L型系统使电控喷射更趋理想化，1974年首先由Porsche和大众汽车公司引进。70年代末，由于更严格的排放法规即将实施，各大汽车制造商又加紧了研制和开发，尤其在1979年至1982年之间，电控系统得到了迅速的发展，世界上各大汽车公司都有自己的产品推出。如Bosch公司1979年开发的Motronic型数字式发动机控制系统。1981年开发的带有热丝流量计的LH-Jetronic型电控多点喷射系统，1982年开发的KE-Jetronic型机电结合连续喷射系统及Mono-Jetronic型单点喷射系统;美国通用公司的EFI系统和TBI系统;福特公司的EEC系统等。 电控汽油喷射技术的迅猛发展，特别是近20年来更是日新月异。随着计算机技术的飞速发展，发动机的进气控制、排放控制、后备电路、自诊断系统等电子控制功能相继开发和成熟。如Bosch公司于1987年开发出KE-Motronic型带有数字式发动机控制系统的电控汽油喷射装置，1989年开发出MotronicM3型基于16位微处理器的数字式发动机控制系统， 1991年开发出CAN控制系统，它包括有区域网络控制、 第一章 绪论高速微控制器系统，1993年开发的MotronixMS型包括车载诊断系统，可实现发动机和排气的同时控制等。 汽车发动机电子控制的主要目的是满足排放和燃油经济性法规，对汽车排放的控制，就是通过改善燃烧、降低燃烧温度、阻断曲轴箱气体和燃油蒸发排放、净化排气管废气等手段，使汽车尾气排放对大气的污染减小到最低的限度，以缓解汽车保有量增加对环境带来的污染，满足人类对环境质量不断提高的要求。 我国发动机电子控制技术的研究与应用起步较晚，但改革开放以来，尤其是近年来电控技术得到了较快发展。上个世纪90年代末，中国生产的桑塔纳2000GS、捷达王、新型富康和小红旗等都已采用电子喷射系统。环发2001 97号文件第五条己经明确规定，从2000年1月1日起，新生产的轿车要采用电控燃油喷射装置并安装排气净化装置。我国即将实行的欧m排放标准也对发动机电控系统做出了具体的要求。然而，目前国内装车的电控系统绝大部分是直接购买国外公司及其在华企业生产的系统，国产系统基本没有市场。虽然国内的企业和大专院校、科研院所在发动机电子控制方面已经做了许多有意义的探索，取得了宝贵的经验，但要真正形成产品化、占领市场，国产发动机电控系统还有很长的路要走。1.3 汽油机标定系统的发展现状 目前，国外车用发动机的电子控制系统无论在硬件还是软件技术上都己经十分成熟，其产品在系列化、通用化和标准化等方面也取得了很大的进展。在电控系统的标定过程中，电控发动机的台架匹配标定试验起着举足轻重的作用，它是整个匹配标定试验的基础，离开它则后继的其他标定匹配工作都无法进行。国外针对电控发动机台架标定匹配试验专门设计了试验台、试验测试系统等试验设备，并且每种类型的发动机都配以专用的电控系统，为试验周期长的专项试验做好了准备，具有系列化、通用化、标准化的特点。诸如发动机喷油压力的监测、供油压力的监测、供油系统的控制、发动机水温的控制、电控系统的选型、发动机爆震的监测、空燃比的监测、排放的测量等方面。 随着计算机数据处理速度的提高，使发动机进行实时运行参数的采集、处理和优化成为可能，产生了各种在线标定、优化的新方法，标定工作的重点也从手工单节点标定过渡到自动标定，从稳态标定过渡到稳态优化和瞬态标定、优化。通过程序的实时在线修改、优化发动机标定参数，克服了手工标定工作量大、周期长的缺点，提高了控制精度。 目前，国外几家大公司早已有商品化的产品，如VISION测试标定系统、dSPACE公司的CalDesk 1.1等。 第一章 绪论1.4 主要内容 发动机电控技术是一个涉及发动机技术、电子技术、计算机技术以及控制理论和优化理论等相关内容的庞大系统工程。本文在标定系统的通讯单元和开发用ECU的软、硬件设计以及控制参数的优化算法方面做了一些工作，有以下几个方面的内容: (1)将CAN总线和USB总线技术应用到电控发动机标定系统中。设计了CAN-USB接口来完成数据通讯。 (2)对开发用ECU进行了软、硬件设计和部分改进 硬件设计:为提高ECU的数据处理能力，采用Motorola的MCS 12DP256替代原来的80C 196KC微处理器作为ECU的核心，处理各传感器采集的信号、进行数据计算并向发动机执行器发送指令;利用MCS I2DP256内置的msCAN12控制器参与标定系统的CAN数据通讯。 软件设计:以步进电机、点火提前角及充电时间、喷油量及其提前角为控制量设计了开发用ECU的软件;根据发动机标定工作的具体需求，基于CCP协议和USB协议进行了CAN-USB接口的软件设计;采用C+ Builder作为开发工具对上位机软件进行设计，充分发挥利用其强大的数据库访问、控制能力。 第二章 电控汽油机标定系统总体设计第二章 电控汽油机标定系统总体设计2.1电控汽油机标定系统的功能分析 汽油机电控系统按照所采用的控制算法的不同，可分为开环控制系统和闭环控制系统。这两种系统都要对控制参数进行标定，但开环控制系统对标定参数的依赖性更强。在硬件模式确定的情况下，开环系统的控制精度完全依赖于标定参数的准确性。闭环系统的控制精度虽然受反馈信号传感器的响应速度的影响，但对参数的标定准确性也有很强的依赖性。目前汽油机多采用基于MAP图的控制策略。 不同的汽油机电控系统所采用的数学控制模型有所不同，但基本目的是一致的，即根据汽油机的实时工况计算出最佳喷油量、喷油提前角和点火提前角。以喷油量为例，根据汽油机的转速和负荷查MAP图，计算出基本的喷油量，再根据汽油机的其他工况参数，如:水温、机油温度、进气温度、蓄电池电压和车载电器的状态等因素进行各种修正。车辆实际使用中，综合考虑ECU的计算速度和所达到的指标，大部分时间内发动机工作在相对稳定的状态下，即使是工作在非稳态工况下一般也不采用复杂的算法，而是先按照稳态工况得出基本的数据，再进行一定的修正。因此获取汽油机稳态工况下的最佳控制参数是汽油机电控系统标定的基础。但随着发动机性能的提高和环境排放法规的严格，发动机过渡工况越来越为人们所重视，发动机过渡工况的参数标定已经成为电控标定系统研究的热点。2.2 电控汽油机标定系统总体设计2.2.1 传统电控发动机标定系统的分析 发动机电控标定系统究其根本是一个综合的实时数据采集、记录及分析系统。由于发动机性能影响因素太多，因此数据种类比较复杂。通常有电控单元(ECU)内部状态参数、台架测功机参数以及其他辅助分析仪器设备的参数等。图2. 1是一种典型的包括发动机、测功机、电控单元(ECU)、油耗仪和排放仪等设备的标定系统。各组成部分在同一主机的控制和协调下工作。 主机是整个系统的核心，它为用户提供操作界面，并控制系统的工作，协调各部分的相互配合关系，指导整个标定工作的进行。为实现对系统各组成部分的自动控制以及对发动机状态和性能的监测，主机扩展了各种功能卡，包括A/D,D/A, T/C(定时/计数器)接口卡和GPIB接口卡。油耗仪和排气分析仪都具有GPIB接口，可以由主机按照一定的指令集来设定各仪器的量程、进行设备标定、控制检测过程以及完成检测结果的数据交换。 通过现有测试仪器记录数据，电控标定系统从各仪器设备中读取数据进行汇总处第二章 电控汽油机标定系统总体设计理，传统的方法是采用RS232/485串行通信方式，并且电控单元(ECU)也提供串行接口。2.2.2本文电控发动机标定系统设计方案 1.硬件设计 为克服传统标定系统的缺点，本文设计了图1所示的电控系统标定平台。整个标定系统包括发动机、测功机、电控单元(ECU)、油耗仪和排放仪及其各自对应的CAN节点、CAN-USB接口和主机，各设备之间的数据通讯由CAN总线和USB总线完成。排放仪、油耗仪和测功机的模拟信号由它们各自对应的CAN节点完成数字化并通过CAN-USB接口发往主机。ECU在控制发动机运转的同时完成各传感器模拟信号的数字化并通过CAN-USB接口发往主机。当需要调整发动机的运行状态时，由主机通过CAN-USB接口将控制参数发往ECUECU则响应主机调整发动机并再次测取发动机运行参数。系统通讯速率快，配置灵活，可任意扩展。各模拟信号数字化工作由下位机完成，有效降低了信号所受的干扰，提高了系统的抗干扰性。 CAN总线是德国Bosch公司80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1 Mbps a CAN总线通信接口集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成为通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用图2.2发动机管理系统标定平台硬件简图 基于上述优点，CAN-USB接口的电控发动机标定平台可以克服了传统标定系统的第二章 电控汽油机标定系统总体设计不足。由CAN总线和CAN-USB接口将发动机ECU,测功机、油耗仪、排放仪以及控制主机等连成网络。其结构如图2.2所示。图2.3发动机管理系统标定平台功能框图第三章 标定系统的硬件设计第三章 标定系统的硬件设计 电控发动机标定系统的硬件主要包括数据通讯单元和开发用ECU。在开发数据通讯单元时，为实现标定数据的高速、准确通讯，从而完成对发动机运行参数的测量和对发动机运行的控制，并考虑和分析系统开发和元件的成本等因素，我们选择了目前汽车行业流行的CAN总线，同时使其与方便使用和扩展的USB接口加以结合，开发了CAN=USB接口，并将其应用与发动机的标定平台中。为提高开发用ECU的实时处理能力，选用 Motorola公司的MCS 12DP256芯片作为ECU的核心，这是一款性能优良的高端芯片。图3.1为标定系统的硬件结构简图。下面对标定系统的硬件设计加以介绍。图3.1标定系统的硬件结构简图3.1 通讯单元的硬件设计3.1.1 CAN-USB接口的工作原理 在标定系统中，各数据采集设备采集的数据按照CCP协议进行组织，利用CAN总线进行传输。在CAN-USB端，该接口接收来自CAN总线的数据并将其按照USB协议重新组织，然后通过USB接口传送至PC机进行分析处理。而主机向设备发送数据的过程正好相反:主机向USB接口发送数据，通过CAN-USB接口将数据按照CAN协议重新组织处理，然后通过CAN总线向CAN节点发送，具有与消息相同标识符的CAN节.点接收数据并做出响应。3.2 发动机电控系统的硬件设计 电子控制单元(ECU)、输入级和执行器是发动机电控系统的基本组成部分。输入级主要由各传感器构成。传感器将发动机各运行参数以电量表示并输入电子控制单元。电子控制单元内的信号处理电路将各信号进行滤波或放大等处理，由微控制器将各电量信号数字化，为电子控制单元提供控制依据。电子控制单元依据发动第三章 标定系统的硬件设计机运行参数计算出控制参数，通过发动机电控系统的驱动电路输出给执行器，控制发动机运行状态。图3.7为发动机电控系统的原理示意图。 在电控系统的开发的重点和难点是电子控制单元的开发，而作为电控单元的核心，微控制器决定了电控单元的整体性能。为了给电控系统的后续开发提供足够的性能余量，本文选择Motorola公司的MCS 12DP256作为电控单元的核心，由它来完成传感器电量信号的数字化、发动机控制参数的运算和控制参数的输出。下面结合发动机运行的需要介绍电控单元的设计。3.2.1 电控单元与CAN总线的通讯 为满足现代控制网络中高速数据通讯的要求，MCS 12DP256内部集成了msCAN 12控制器模块。msCAN 12模块服从CAN2.OAB协议，集成了除收发器外CAN总线控制器的所有功能，所以，在应用中只需外扩一块CAN收发器PCA82C250即可接入CAN网络进行通讯。MsCAN 12的输入RxCAN和输出TxCAN分别使用引脚PCANO和PCAN1，采用标准逻辑电平，通过收发器PCA82C250转换成CAN电平，并连接到CAN总线。 第三章 标定系统的硬件设计 3.2.2 驱动电路的设计 微控制器只能提供点火线圈、喷油器、怠速电机控制信号，但不具备直接驱动这些执行器的能力，所以需要增加驱动电路来实现。它们的控制信号分别由微控制器ECT模块的IC4工C7以及PORTB提供。在点火线圈和喷油器的驱动电路中，为满足其功率的需要，分别采用大功率MOS管和大功率三极管。为降低它们对电控系统的干扰，驱动电路中都采用了光电隔离的手段。值得注意的是:喷油器的驱动电路的设计必须考虑针阀开启的延迟时间。为此，驱动电路在喷油器开启瞬间利用双路供电加大驱动电流，减少喷油器处于不稳定流动区域的时间，使之尽快处于稳定流动状态。点火线圈和喷油器的驱动电路分别如图3.11和3.12所示。 发动机在怠速工况运行时，电控单元需要控制怠速步进电机的位置来实现对发动机怠速转速的调节。系统中采用了步进电机专用驱动芯片L6219，它可以驱动双极工作的步进电机，提供半步、整步、微步等工作模式;此外还具有内部的热保护电路，特别适合于工作在电压不稳定的场合。其控制信号由MCS 12DP256单片机的PORTB引脚提供。R5, C7和R3, C6分别组成低通滤波器，R6和R4分别决定每组线圈的最大电流。怠速步进电机驱动电路如图3.13所示。 第三章 标定系统的硬件设计 第四章 标定系统的软件设计第四章 标定系统的软件设计 标定系统是F;CU开发过程中的关键工具之一，主要作用是监控发动机的运行参数、在线调整ECIJ控制参数以及上述各数据的图形、图表显示，数据的存储和离线处理等。完整的标定系统程序包括主机标定程序、主机与ECU通讯接口程序和开发用ECU软件。为满足发动机标定的需要，标定系统软件必须实时性强、可靠性高，这要求编写的程序简洁、而且具有较高的执行效率，而这在很大程度上又取决于通讯系统软件的传输效率和速度;同时还必须要有ECU能良好地控制发动机运行，从而执行标定人员的标定意图。 传统的标定系统开发没有一定的标准遵循，导致了开发费时费力，而且通性很差。为此，ASAM(自动测量系统标准化协会)建立了汽车电控单元测量、标定和诊断三方面的标准(即MCD标准)，实现了ECU与测量标定系统和诊断系统间接口的标准化。这些标准的成功颁布，为开发通用性强、功能强大的标定工具提供了前提条件，同时也为标定系统的开发提供了一种新的、简单有效的方式。本系统的软件包括主机软件、通讯单元软件和电控单元软件。图4. 1为标定系统数据流示意下面从分别介绍标定系统的各个程序模块。 4.1主机软件设计 为了充分发挥利用PC机强大的数据处理功能并为开发人员提供友好的人机界面，主控计算机软件采用C+十Builder进行编写。C+ Builder采用面向对象设计的思想，实现了设计过程的可视化;ActiveX和DLL(动态链接库)等功能使程序与其它Windows程序交换数据变得简单、方便，而且还有丰富的第三方控件可以使用，这使得编程更加迅速、可靠，同时降低了开发应用程序的难度。图4.2为标定系统的主控 第四章 标定系统的软件设计制界面。 为了更合理地分配主机CPU的时间，使标定系统能按所执行任务的优先级来执行标定各任务，主机程序的编写采用了多线程编程技术。整个系统由两个线程组成，即发送控制参数线程、接收和处理数据线程。由于标定系统要求发动机能迅速对主机的发出的控制命令作出响应，所以发送控制参数线程有比接收和处理数据线程更高的优先级。 发送控制参数线程的功能比较简单，即向下位机发送控制参数。所发送的控制参数可以分为两类:一类是控制发动机运转的指令参数;另一类是要求ECU返回的发动机运行参数集。其流程如图4.3所示。 接收和处理数据线程的功能相对比较复杂。它的基本功能是接收来自发动机的运行状态参数，对其进行重新组织并变换标度，最后显示在主控制界面上。当需要保存发动机运行参数，该线程依据标定人员指令将数据以Excel的形式保存。具体的执行过程是:当用户点击“开始标定”按钮时，该线程启动，接收CAN-USB节点上传的发动机运行参数，对其重新组织、进行标度变换并加以显示;若此时程序检测到“保存数据”按钮被点击，则将标度变化后的数据存储到指定的文件中，该线程执行完一 第四章 标定系统的软件设计次。用户可自定义该线程执行的频率。接收和处理数据线程的流程如 为了给标定人员提供友好的界面，需要在十进制数据和ECU所采用的二进制数据之间进行转换。其次，为提高数据传输的速度，两个线程中都需要把多个参数按照一定的次序组织成一个数组，然后调用USB发送或接收函数。所以在发送控制参数线程和接收处理数据线程中都要对数据进行处理，即重新组织数据和对发动机参数进行标度变换。发送数据线程的标度变换以控制参数的精度为依据，接收数据线程则需要分别根据传感器性质和参数精度进行标度变换。下面分别进行介绍。发送线程数据处理流程和接收线程数据处理流程分别如图4.5,4.6所示。 第四章 标定系统的软件设计 第四章 标定系统的软件设计 在标定主机看来，对CAN-USB接口的管理和控制可以看作对PC机的一个USB外设的操作，因此主机必须提供USB设备的驱动程序。USB外设的驱动程序采用WDM模型，由于本系统中的USB接口实现的是上位机与下位机之间的数据和控制命令的通信，没有使用到PDIUSBD 12的DMA功能，而Philips公司提供了PDIUSBD 12在各种操作系统下的驱动程序(不含DMA )，因此本系统直接使用了Philips公司的驱动程序，这样节省了开发的周期和成本。系统中对USB的读写是直接调用EasyUSB.dII动态链接库内的函数。 标定系统最重要的功能是对所采集到的数据进行优化处理。由于汽油机的运行参数相互制约，标定ECU的参数是一个相当复杂的过程，所以需要使用非线性的优化方法，按各种不同的性能要求求解典型工况的控制参数MAP。本文主要讨论通过二次回归的中心组合设计优化喷油量和点火提前角的MAP。 第四章 标定系统的软件设计4.2通讯单元程序的设计 本部分首先对CAN总线的通信协议和CCP协议进行简单的介绍，然后结合本课题的硬件设计和标定系统的要求对标定系统中CAN总线数据传输的流程和实现进行分析设计。4.2.1 CAN通信协议 CAN遵从OSI模型，按照OSI基准模型，CAN结构划分为两层:数据链路层和物理层。CAN系统中，数据在节点间的发送和接收以四种不同类型的帧出现和控制，其中:数据帧将数据由发送器发送至接收器;远程帧由节点发送，以请求发送具有相同标识符的数据帧;出错帧可由任何节点发送，以检测总线错误，而超载帧用于提供先前和后续数据帧或远程帧之间的附加延时。此外，数据帧和远程帧以帧间空间隔同先前帧隔开。其中出错帧和超载帧由硬件(集成芯片)自动发送，所以设计员直接面对的是数据帧和远程帧，并且汽车控制通信网络中远程帧的使用甚少，故不必加以介绍。 CAN协议规定数据帧具有标准帧和扩展帧两种格式，区别在于标准帧采用11位标识符(ID)，而扩展帧采用29位标识符。标准格式和扩展格式数据帧如图4. 7所示。4.3 ECU的软件设计4.3.1 ECU控制软件设计 电控系统在硬件确定以后，能否使配套的发动机和汽车在动力性、经济性和排放诸方面发挥出最佳水平，完全取决于系统中的控制软件。系统软件由一个主控程序、各功能子程序以及一些中断服务程序组成，其中主程序和曲轴中断服务程序是整个系统的骨干。主程序主要完成发动机工作模式的判断和各控制参数的计算等，而喷油控制、点火控制和转速计算的准备工作等任务在曲轴中断服务程序实现。在控制软件中使MCS 12DP256以连续扫描模式进行A/D采样，这种模式下A,/D采样由硬件自动完成而不需要ECU的干预，从而节省了ECU的开销，ECU只需要在合适的时候读取MCS12DP256内A/D转换模块寄存器的数据，这就确保了标定系统可以随时读取发动机运行参数。第五章 总结直到今天，我的毕业设计总算完成了，心里充满感概和辛酸。这几个月以来，我一直不断地查询与设计相关的各种资料和文献，通过仔细分析和研究，我的论文总算完成了，再这里感到百感交集，今天，我的论文总算接近尾声了，心里充满了辛酸和苦辣，觉得自己大学四年所学的知识还远远不够，有的必要的需要掌握的知识也没有掌握好，只有希望以后自己更加努力工作，在工作中成长，在工作中学习，这样自己才会不断地进步，不断地提高自己，从而来实现自己的人身价值，让自己成为一个对社会，对人们有用的人。通过这次毕业设计，让我懂得了许多知识，感谢大家。感谢学校各位领导与老师给了我在大学学习生活四年以及参加这次毕业设计的宝贵的锻炼机会，它使我深刻认识到在知识的汪洋大海面前我是多么无知和微不足道。这是一个最好的时代，也是尊重知识，充分学习知识，掌握知识的时代。只有持续的不间断地学习，才不会在激烈的竞争中落后于别人，也才能用自己的真才实学为社会做出自己应有的贡献。知识是无止境的，无价的，我愿在求真的道路上下而求索！结论结 论 几个月一眨眼就过去了，毕业论文也快接近尾声了，通过这次的毕业设计，我掌握了各种资料的查询和使用，也学会了电控汽油机标定系统设计的相关流程了，每当遇到不清楚的地方，我的老师和身边的同学都能给予我及时的指导，确保我的设计进度。我所写的毕业设计的题目是电控汽油机标定系统及台架试验方法研究，通过初期的定稿，查资料和开始正式做毕业设计，让我系统地了解到了大学4年所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好。总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最后，感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。致谢致 谢 漫长而充实的毕业设计即将结束，通过几十天的学习和努力，我觉得自己的专业知识应用和独立思考能力得到较大提高。这次设计让我学到了很多，特别是对电控汽油机标定系统及台架试验方法研究有了新的认识，感谢学校提供这次毕业设计，对于我未来的工作很有益处。 我在指导老师的指导下，从开始的不知所措，到一步步进入设计状态：收集资料，从拟定题纲和结构，电路图，流程图的绘制直至完成说明书以及后期修改等。通过这次毕业设计，我不但系统复习了以前的知识，而且锻炼独立思考和动手能力。在此，我要感谢我的指导老师，不仅在学术上对我精心指导，在生活上面也给予我无微不至的关怀支持和理解，是他的细心指导和帮助才让我顺利完成了本次设计。从尊敬的老师身上，我不但学到了扎实宽广的专业知识，也学到了做人做事认真负责的道理。在此我要向指导我的老师致以衷心感谢。另外也感谢我的父母和我的同学们，在做设计感觉受挫，枯燥与迷茫时，是他们在悉心的为我释放压力，鼓励我不要气馁，勇敢面对。每周一次和父母的通话，与朋友和同学的长谈后都使我精神放松，斗志倍增，以饱满的热情重新投入到工作中去，感谢他们，正是他们的不懈支持和充分理解才能使我顺利完成毕业设计。 谢谢老师以及所有关心我和帮助我的人，谢谢大家。在以后的工作中，我们将继续努力，争取把自己的本职工作做好。参考文献参考文献1 尚书旗，刘曙光，王方燕电控汽油机标定系统的应用现状与进展分析J 花生学报，2003，(增刊) 2 张效鹏，张嘉玉电控汽油机标定系统的结构J 莱阳农学院学报，1990，7(1) 3 王延耀，张岩，尚书旗，等电控汽油机标定系统的试验研究J农业工程学报，1998，14(1) 4 王智才电控汽油机标定系统发展前景J 农机质量与监督，2002，(5) 5 石一兵 机械与设备M 北京：中国商业出版社 1992.6 6 李建东等电控汽油机标定系统研究应用现状及进展J 花生学报，2006 7 肖旭霖 电气原理M 北京：科学出版社，2006 8 中国标准出版社第一编辑室 中国机械工业标准汇编M 北京：中国标准出版社，2004 9 唐增宝，何永然，刘安俊 机电设计课程设计M 武汉：华中理工大学出版社 1999.3 10 濮良贵，纪名刚 机械设计M 北京：高等教育出版社，2001 11 成大先 电控汽油机标定系统.单行本.机械传动M 北京：化学工业出版社 2004.1 12 L. 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