简论新型电控发动机开发标定系统的设计与实现论文
引言
电控喷射技术是现代摩托车实现高效燃烧和清洁排放的最简捷的措施之一,国外大排量豪华型摩托车上早已广泛应用。国内的研究机构和主要摩托车生产企业在摩托车电喷系统领域里也进行了大量的研究与开发工作。天津摩托车技术中心成功开发了摩托车电控喷射系统———MicroEMS。新型电控发动机开发标定系统是MicroEMS系统开发过程中的一个重要的工具。该系统可以为电控单元ECU调试、发动机状态监控,以及确保发动机正常工作提供所需参数。能够实现对发动机运行参数和ECU控制参数的实时采集,数字化、图形化的实时显示,保存数据,离线数据回放,在线修改电控单元控制参数。该系统的建立大大缩短了电控系统的开发周期,减小了匹配实验工作量,降低了开发成本。
本文分别从硬件配置及软件实现等方面介绍新型电控发动机开发标定系统的设计与实现。
1新型电控发动机开发标定系统的硬件配置
1.1新型电控发动机开发标定系统的硬件结构
该系统在原有的电控系统基础上加装了串行通讯模块,实现上位机与电控单元ECU之间的串行通讯。根据双方的通讯协议,由上位机发送控制指令到ECU,ECU根据上位机指令分别进行传输数据、修改执行器控制参数等操作,达到对发动机的优化匹配。
1.2串行通讯模块的设计
串行通讯模块采用RS-232通讯协议实现上位机与电控单元ECU的通讯。电控单元采用8位单片机,它所提供的异步收发器USART可以与PC机等外围设备进行全双工异步通讯。单片机采用TTL电平,上位机采用RS-232电平,为了两者正常通讯,串行通讯模块的主要任务就是进行电平转换。本系统采用MAX232芯片将TTL电平转换成RS-232电平。为了提高抗干扰能力,同时加入了光电耦合器来隔离输入的干扰信号。
2新型电控发动机开发标定系统软件的设计与实现
2.1串行通讯协议的设计
本系统中,电控单元ECU控制程序采用汇编语言编写,上位机控制程序采用VB6.0编写。为了保证双方数据传输的正确性和同步性,系统制定了串行通讯协议。具体方法是:由上位机首先发送控制命令字到ECU,ECU收到命令字后立刻将其返回到上位机,上位机判断与控制命令完全吻合后,再进行具体控制参数的'发送。一旦不吻合,上位机发出报警指示,此次通讯就不再继续进行,直到通讯正常为止。
采用上述通讯协议的好处在于,一旦上位机与控制单元ECU之间通讯握手失败,通讯会立刻中断。错误指令不会发送到ECU,ECU仍然执行原有的控制参数。这样就避免了发动机因为通讯失败,而无法正常工作。
根据系统的要求,串行通讯协议设置了不同的上位机控制字。根据控制字,ECU分别执行如下操作:发送系统参数、修改起动工况参数、修改怠速工况参数、修改MAP工况参数、修改喷射时刻等。
2.2新型电控发动机开发标定系统功能及软件实现
1)参数实时采集与显示功能
新型电控发动机开发标定系统使用VisualBasci6.0软件编写而成。利用VB6.0的MSComm控件与控制单元实现串行通讯。执行参数采集功能时,上位机发送控制字到控制单元,控制单元收到命令字并与上位机“握手”成功后,立即向上位机发送数据包。上位机接到数据包后,将其按顺序分别显示到相应数据框内。运用Frame控件,系统将数据分类,使显示更加一目了然。
显示区可以分为:①传感器数据区:记录了各种传感器的实时采样值。②运行工况区:记录了发动机运行模式、节气门开度值及转速等工况参数。③控制量显示区:喷油脉宽、点火提前角及氧传感器浓稀信号值等控制参数。④喷油MAP、点火MAP计算区:监测ECU控制软件内部是否正确查取MAP图。
该系统还利用ActiveX控件,将工况参数图形化显示(如设置了虚拟的转速表盘、开度表盘、缸头温度计、进气温度计、电池电压表盘等),使用户能够更加直观地了解当前发动机工况和控制单元的控制情况。
2)多参数实时在线图形显示功能
系统执行此功能时,自动调出多参数曲线绘制界面。多参数实时在线显示功能是将多个参数以曲线的形式同步显示出来。系统设置了8个可以显示的参数:节气门开度、缸头温度、进气真空度、Lambda电压、电池电压、喷油脉宽、点火提前角和转速。横坐标为采样时间,纵坐标根据各个参数单位而定。在同一界面绘制多条参数曲线,不但可以观察各个参数自身的变化趋势,还可以对各参数进行比对,分析它们之间的相互关系,有利于控制策略的制定。此功能利用了VB6.0的ActiveX控件和WindowsAPI函数。
3)参数在线修改功能
参数的在线修改是新型电控发动机开发标定系统的重要功能之一。它也是利用MSComm控件实现的。根据发动机工况,利用Frame控件将参数修改区分成3部分:修改MAP参数区、修改怠速参数区、修改起动参数区。分类的工况参数修改区,可以方便地对不同工况的点火提前角和喷射脉宽分别进行修改,根据排放指标、燃油消耗率及动力性输出要求等挑选最优参数,通过ECU输出到供油系统和点火系统。
4)数据保存功能
开发标定系统设计了数据保存功能,可以将某一时段的数据保存下来。例如台架试验中,为了观测怠速时刻的参数变化情况,可以在发动机进入怠速的时刻进行记录,结束怠速时停止记录。这样系统只记录了有效时刻的参数,大大节省了后期分析数据所用的时间。此功能的实现利用了VB中的ADOData控件。ADOData控件可以使用户快速地创建一个到数据库的链接。按照事先设定的顺序将数据存放到数据库中,供以后参考和使用。
5)数据回放
为了对前期数据进行分析,需要从指定数据库中调出所需参数,按照顺序显示出来。数据的回放可以根据需要分别进行数字化回放(在主程序界面显示)及图形化回放(在多参数绘制界面显示)。
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