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里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調試、發動機狀態監控,以及確保發動機正常工作提供所需參數。能夠實現對發動機運行參數和ECU控制參數的實時采集,數字化、圖形化的實時顯示,保存數據,離線數據回放,在線修改電控單元控制參數。該系統的建立大大縮短了電控系統的開發周期,減小了匹配實驗工作量,降低了開發成本。
本文分別從硬件配置及軟件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件配置
1.1新型電控發動機開發標定系統的硬件結構
該系統在原有的電控系統基礎上加裝了串行通訊模塊,實現上位機與電控單元ECU之間的串行通訊。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數據、修改執行器控制參數等操作,達到對發動機的優化匹配。
1.2串行通訊模塊的設計
串行通訊模塊采用RS-232通訊協議實現上位機與電控單元ECU的通訊。電控單元采用8位單片機,它所提供的異步收發器USART可以與PC機等外圍設備進行全雙工異步通訊。單片機采用TTL電平,上位機采用RS-232電平,為了兩者正常通訊,串行通訊模塊的主要任務就是進行電平轉換。本系統采用MAX232芯片將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信號。
2新型電控發動機開發標定系統軟件的設計與實現
2.1串行通訊協議的設計
本系統中,電控單元ECU控制程序采用匯編語言編寫,上位機控制程序采用VB6.0編寫。為了保證雙方數據傳輸的正確性和同步性,系統制定了串行通訊協議。具體方法是:由上位機首先發送控制命令字到ECU,ECU收到命令字后立刻將其返回到上位機,上位機判斷與控制命令完全吻合后,再進行具體控制參數的發送。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。
采用上述通訊協議的好處在于,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參數。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,串行通訊協議設置了不同的上位機控制字。根據控制字,ECU分別執行如下操作:發送系統參數、修改起動工況參數、修改怠速工況參數、修改MAP工況參數、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件實現
1)參數實時采集與顯示功能
新型電控發動機開發標定系統使用VisualBasci6.0軟件編寫而成。利用VB6.0的MSComm控件與控制單元實現串行通訊。執行參數采集功能時,上位機發送控制字到控制單元,控制單元收到命令字并與上位機“握手”成功后,立即向上位機發送數據包。上位機接到數據包后,將其按順序分別顯示到相應數據框內。運用Frame控件,系統將數據分類,使顯示更加一目了然。
顯示區可以分為:①傳感器數據區:記錄了各種傳感器的實時采樣值。②運行工況區:記錄了發動機運行模式、節氣門開度值及轉速等工況參數。③控制量顯示區:噴油脈寬、點火提前角及氧傳感器濃稀信號值等控制參數。④噴油MAP、點火MAP計算區:監測ECU控制軟件內部是否正確查取MAP圖。
該系統還利用ActiveX控件,將工況參數圖形化顯示(如設置了虛擬的轉速表盤、開度表盤、缸頭溫度計、進氣溫度計、電池電壓表盤等),使用戶能夠更加直觀地了解當前發動機工況和控制單元的控制情況。
2)多參數實時在線圖形顯示功能
系統執行此功能時,自動調出多參數曲線繪制界面。多參數實時在線顯示功能是將多個參數以曲線的形式同步顯示出來。系統設置了8個可以顯示的參數: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。橫坐標為采樣時間,縱坐標根據各個參數單位而定。在同一界面繪制多條參數曲線,不但可以觀察各個參數自身的變化趨勢,還可以對各參數進行比對,分析它們之間的相互關系,有利于控制策略的制定。此功能利用了VB6.0的ActiveX控件和WindowsAPI函數。
3)參數在線修改功能
參數的在線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控件實現的。根據發動機工況,利用Frame控件將參數修改區分成3部分:修改MAP參數區、修改怠速參數區、修改起動參數區。分類的工況參數修改區,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參數,通過ECU輸出到供油系統和點火系統。
4)數據保存功能
開發標定系統設計了數據保存功能,可以將某一時段的數據保存下來。例如臺架試驗中,為了觀測怠速時刻的參數變化情況,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參數,大大節省了后期分析數據所用的時間。此功能的實現利用了VB中的ADOData控件。ADOData控件可以使用戶快速地創建一個到數據庫的鏈接。按照事先設定的順序將數據存放到數據庫中,供以后參考和使用。
5)數據回放
為了對前期數據進行分析,需要從指定數據庫中調出所需參數,按照順序顯示出來。數據的回放可以根據需要分別進行數字化回放(在主程序界面顯示)及圖形化回放(在多參數繪制界面顯示)。
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