簡論新型電控發動機開發標定系統的設計與實現論文

　　引言

　　電控噴射技術是現代摩托車實現高效燃燒和清潔排放的最簡捷的措施之一,國外大排量豪華型摩托車上早已廣泛應用。國內的研究機構和主要摩托車生產企業在摩托車電噴系統領域裡也進行了大量的研究與開發工作。天津摩托車技術中心成功開發了摩托車電控噴射系統———MicroEMS。新型電控發動機開發標定系統是MicroEMS系統開發過程中的一個重要的工具。該系統可以為電控單元ECU除錯、發動機狀態監控,以及確保發動機正常工作提供所需引數。能夠實現對發動機執行引數和ECU控制引數的實時採集,數字化、圖形化的實時顯示,儲存資料,離線資料回放,線上修改電控單元控制引數。該系統的建立大大縮短了電控系統的開發週期,減小了匹配實驗工作量,降低了開發成本。

　　本文分別從硬體配置及軟體實現等方面介紹新型電控發動機開發標定系統的設計與實現。

　　1新型電控發動機開發標定系統的硬體配置

　　1.1新型電控發動機開發標定系統的硬體結構

　　該系統在原有的電控系統基礎上加裝了序列通訊模組,實現上位機與電控單元ECU之間的序列通訊。根據雙方的通訊協議,由上位機發送控制指令到ECU,ECU根據上位機指令分別進行傳輸資料、修改執行器控制引數等操作,達到對發動機的最佳化匹配。

　　1.2序列通訊模組的設計

　　序列通訊模組採用RS-232通訊協議實現上位機與電控單元ECU的通訊。電控單元採用8位微控制器,它所提供的非同步收發器USART可以與PC機等外圍裝置進行全雙工非同步通訊。微控制器採用TTL電平,上位機採用RS-232電平,為了兩者正常通訊,序列通訊模組的主要任務就是進行電平轉換。本系統採用MAX232晶片將TTL電平轉換成RS-232電平。為了提高抗干擾能力,同時加入了光電耦合器來隔離輸入的干擾訊號。

　　2新型電控發動機開發標定系統軟體的設計與實現

　　2.1序列通訊協議的設計

　　本系統中,電控單元ECU控制程式採用組合語言編寫,上位機控制程式採用VB6.0編寫。為了保證雙方資料傳輸的正確性和同步性,系統制定了序列通訊協議。具體方法是:由上位機首先發送控制命令字到ECU,ECU收到命令字後立刻將其返回到上位機,上位機判斷與控制命令完全吻合後,再進行具體控制引數的'傳送。一旦不吻合,上位機發出報警指示,此次通訊就不再繼續進行,直到通訊正常為止。

　　採用上述通訊協議的好處在於,一旦上位機與控制單元ECU之間通訊握手失敗,通訊會立刻中斷。錯誤指令不會發送到ECU,ECU仍然執行原有的控制引數。這樣就避免了發動機因為通訊失敗,而無法正常工作。

　　根據系統的要求,序列通訊協議設定了不同的上位機控制字。根據控制字,ECU分別執行如下操作:傳送系統引數、修改起動工況引數、修改怠速工況引數、修改MAP工況引數、修改噴射時刻等。

　　2.2新型電控發動機開發標定系統功能及軟體實現

　　1)引數實時採集與顯示功能

　　新型電控發動機開發標定系統使用VisualBasci6.0軟體編寫而成。利用VB6.0的MSComm控制元件與控制單元實現序列通訊。執行引數採集功能時,上位機發送控制字到控制單元,控制單元收到命令字並與上位機“握手”成功後,立即向上位機發送資料包。上位機接到資料包後,將其按順序分別顯示到相應資料框內。運用Frame控制元件,系統將資料分類,使顯示更加一目瞭然。

　　顯示區可以分為:①感測器資料區:記錄了各種感測器的實時取樣值。②執行工況區:記錄了發動機執行模式、節氣門開度值及轉速等工況引數。③控制量顯示區:噴油脈寬、點火提前角及氧感測器濃稀訊號值等控制引數。④噴油MAP、點火MAP計算區:監測ECU控制軟體內部是否正確查取MAP圖。

　　該系統還利用ActiveX控制元件,將工況引數圖形化顯示(如設定了虛擬的轉速錶盤、開度錶盤、缸頭溫度計、進氣溫度計、電池電壓表盤等),使使用者能夠更加直觀地瞭解當前發動機工況和控制單元的控制情況。

　　2)多引數實時線上圖形顯示功能

　　系統執行此功能時,自動調出多引數曲線繪製介面。多引數實時線上顯示功能是將多個引數以曲線的形式同步顯示出來。系統設定了8個可以顯示的引數:節氣門開度、缸頭溫度、進氣真空度、Lambda電壓、電池電壓、噴油脈寬、點火提前角和轉速。橫座標為取樣時間,縱座標根據各個引數單位而定。在同一介面繪製多條引數曲線,不但可以觀察各個引數自身的變化趨勢,還可以對各引數進行比對,分析它們之間的相互關係,有利於控制策略的制定。此功能利用了VB6.0的ActiveX控制元件和WindowsAPI函式。

　　3)引數線上修改功能

　　引數的線上修改是新型電控發動機開發標定系統的重要功能之一。它也是利用MSComm控制元件實現的。根據發動機工況,利用Frame控制元件將引數修改區分成3部分:修改MAP引數區、修改怠速引數區、修改起動引數區。分類的工況引數修改區,可以方便地對不同工況的點火提前角和噴射脈寬分別進行修改,根據排放指標、燃油消耗率及動力性輸出要求等挑選最優引數,透過ECU輸出到供油系統和點火系統。

　　4)資料儲存功能

　　開發標定系統設計了資料儲存功能,可以將某一時段的資料儲存下來。例如臺架試驗中,為了觀測怠速時刻的引數變化情況,可以在發動機進入怠速的時刻進行記錄,結束怠速時停止記錄。這樣系統只記錄了有效時刻的引數,大大節省了後期分析資料所用的時間。此功能的實現利用了VB中的ADOData控制元件。ADOData控制元件可以使使用者快速地建立一個到資料庫的連結。按照事先設定的順序將資料存放到資料庫中,供以後參考和使用。

　　5)資料回放

　　為了對前期資料進行分析,需要從指定資料庫中調出所需引數,按照順序顯示出來。資料的回放可以根據需要分別進行數字化回放(在主程式介面顯示)及圖形化回放(在多引數繪製介面顯示)。