蔣明遠(yuǎn)

（河海大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇常州,213022）

0 引言

柴油機(jī)不同運(yùn)行工況下需要合適的控制參數(shù)才能使柴油機(jī)發(fā)揮出最優(yōu)的性能，獲得最佳的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和滿足相關(guān)的排放法規(guī)。根據(jù)需要通過(guò)標(biāo)定系統(tǒng)改變和優(yōu)化這些數(shù)據(jù)的過(guò)程就是標(biāo)定過(guò)程。

國(guó)外對(duì)電控柴油機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)的研究較早，功能比較完善，并得到了廣泛的應(yīng)用。例如，美國(guó)ATI公司開(kāi)發(fā)的VISION標(biāo)定系統(tǒng)可以直接訪問(wèn)和標(biāo)定ECU，測(cè)量、記錄數(shù)據(jù)，標(biāo)定數(shù)據(jù)管理等；德國(guó)FEV公司開(kāi)發(fā)的VEGA標(biāo)定系統(tǒng)是自動(dòng)化標(biāo)定系統(tǒng)的代表，該系統(tǒng)還結(jié)合了數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)基于模型的自動(dòng)化標(biāo)定。國(guó)內(nèi)對(duì)標(biāo)定系統(tǒng)的研究起步較晚，標(biāo)定平臺(tái)的通用性較差，且功能不完善，而使用國(guó)外的標(biāo)定系統(tǒng)，價(jià)格又比較昂貴，所以自主開(kāi)發(fā)標(biāo)定系統(tǒng)很有必要。本文在對(duì)標(biāo)定系統(tǒng)深入研究的情況下，將詳述利用VisualBasic軟件進(jìn)行標(biāo)定軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

1 標(biāo)定系統(tǒng)的基本功能

典型的標(biāo)定系統(tǒng)主要由標(biāo)定軟件、接口硬件和測(cè)量模塊等組成，能夠?qū)崿F(xiàn)與ECU之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸。標(biāo)定軟件不僅能夠快速準(zhǔn)確的與ECU進(jìn)行通信，從而實(shí)時(shí)地反映轉(zhuǎn)速、噴油量、噴油正時(shí)等當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)工況信息，還應(yīng)該具備在線標(biāo)定功能從而縮短標(biāo)定周期；最后，標(biāo)定軟件應(yīng)能夠保存相關(guān)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以便進(jìn)行數(shù)據(jù)分析等。根據(jù)以上電控柴油機(jī)標(biāo)定的要求，標(biāo)定系統(tǒng)原理如圖1所示：

圖1 標(biāo)定系統(tǒng)原理圖

2 上位機(jī)標(biāo)定軟件設(shè)計(jì)

本標(biāo)定軟件采用Visual Basic進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。下圖2為本標(biāo)定軟件的界面示意圖。

從本標(biāo)定軟件的界面示意圖上來(lái)看主要包含：模擬量數(shù)據(jù)顯示區(qū)、輸入輸出開(kāi)關(guān)量顯示區(qū)、圖形顯示區(qū)、MAP數(shù)據(jù)操作區(qū)等。

圖2上部的黑色區(qū)域?yàn)榍€顯示區(qū)，顯示區(qū)包括坐標(biāo)、模擬量曲線顯示、開(kāi)關(guān)量及故障顯示。該部分是利用Visual Basic的PictureBox控件進(jìn)行設(shè)計(jì)，將PictureBox的左下角距離底邊和左邊線100的位置設(shè)置為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，曲線顯示區(qū)長(zhǎng)度取若干等份點(diǎn)，用line方法根據(jù)這些點(diǎn)繪制所需顯示的曲線。添加Timer控件，在Timer事件中每隔一定時(shí)間就會(huì)觸發(fā)一次曲線更新函數(shù)（CurveRenew），向ECU發(fā)送指令，采集ECU中相關(guān)的數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地更新曲線。在非監(jiān)控狀態(tài)下，按下鼠標(biāo)左鍵，可以顯示當(dāng)前點(diǎn)的序號(hào)和時(shí)刻。曲線顯示區(qū)的右側(cè)為坐標(biāo)顯示區(qū)，可以顯示三種坐標(biāo)系。每一種坐標(biāo)系都對(duì)應(yīng)一個(gè)Label控件，雙擊某一坐標(biāo)，觸發(fā)DblClick事件，可以改變坐標(biāo)系的類型，從而達(dá)到顯示多種曲線。

圖2的右側(cè)為模擬量和開(kāi)關(guān)量顯示區(qū)，在啟動(dòng)監(jiān)控的狀態(tài)下用于實(shí)時(shí)顯示模擬量數(shù)值和開(kāi)關(guān)量狀態(tài)。模擬量包括：轉(zhuǎn)速、油門、水溫、車速、EGR閥開(kāi)度、共軌壓力、噴油量及噴油正時(shí)等。輸入開(kāi)關(guān)量包括：?jiǎn)?dòng)開(kāi)關(guān)、定速巡航設(shè)定等。輸出開(kāi)關(guān)量包括：預(yù)熱塞繼電器輸出、故障診斷輸出等。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集由Timer控件來(lái)實(shí)現(xiàn)。該區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)Timer控件，在啟動(dòng)通信后，Timer控件被使能，為了保證實(shí)時(shí)性，這里設(shè)置每隔100ms觸發(fā)一次Timer事件，即每隔100ms下位機(jī)ECU向上位機(jī)標(biāo)定軟件上傳一次數(shù)據(jù)。

圖2 標(biāo)定軟件界面示意圖

界面的左下部分為MAP數(shù)據(jù)操作區(qū)，在軟件啟動(dòng)后，自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)出所有MAP數(shù)據(jù)到界面的指定位置顯示。對(duì)MAP數(shù)據(jù)表的操作主要有：上載、下傳、恢復(fù)、保存、導(dǎo)入和導(dǎo)出，MAP數(shù)據(jù)表操作布局如圖3所示。每一張MAP表均需創(chuàng)建一個(gè)Frame控件作為容器，在Frame上放置MSFlexGrid控件用來(lái)顯示MAP表格。表格上方的TabStrip控件用來(lái)選擇所需要顯示的MAP表，TabStrip控件通過(guò)關(guān)鍵字與MAP表格右側(cè)SSTab控件中的MAP導(dǎo)航相互關(guān)聯(lián)，點(diǎn)擊MAP導(dǎo)航中任一MAP表的OptionButton按鈕，也可以顯示對(duì)應(yīng)的MAP表。在監(jiān)控狀態(tài)下，某一MAP當(dāng)前使用的行與列將以不同于未使用行與列的顏色顯示。

圖3 MAP數(shù)據(jù)表操作布局

3 通信程序編制

本標(biāo)定系統(tǒng)的ECU采用的控制芯片是飛思卡爾32位單片機(jī)MPC5634m，通信協(xié)議采用KWP2000串行通信協(xié)議。K線本質(zhì)上是一種半雙工串行通信總線，因其協(xié)議簡(jiǎn)單，抗干擾性強(qiáng)而被許多汽車生產(chǎn)商廣泛使用。本系統(tǒng)的通信程序可分為下位機(jī)通信程序和上位機(jī)通信程序兩個(gè)部分。

3.1 下位機(jī)通信程序編制

下位機(jī)的通信處理主要包含三個(gè)方面的內(nèi)容：主程序、串口接收數(shù)據(jù)校驗(yàn)和串口中斷服務(wù)程序。

主程序COMM_PROCESS()對(duì)幀數(shù)據(jù)格式的校驗(yàn)，接收數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)的判斷，經(jīng)過(guò)和校驗(yàn)正確后，由switch（command）語(yǔ)句根據(jù)命令字Sid執(zhí)行相應(yīng)的case情況，填充發(fā)送數(shù)組，并使能發(fā)送和發(fā)送中斷位。

串口接收數(shù)據(jù)校驗(yàn)Verify_UART()主要是對(duì)除校驗(yàn)和之外的信息中所有字節(jié)的8位簡(jiǎn)單求和。根據(jù)幀數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度信息可分為兩種情況：1.長(zhǎng)度信息在Fmt格式字節(jié)里（長(zhǎng)度信息小于64字節(jié)）；2.長(zhǎng)度信息在Len長(zhǎng)度字節(jié)里（長(zhǎng)度信息可超過(guò)64字節(jié)）。當(dāng)校驗(yàn)正確后返回mRecErr =1，錯(cuò)誤返回mRecErr=0.

串口中斷服務(wù)程序eSCIAISR()分為接受中斷服務(wù)程序和發(fā)送中斷服務(wù)程序。當(dāng)上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送指令后，下位機(jī)進(jìn)入接受中斷服務(wù)程序。當(dāng)檢測(cè)到寄存器標(biāo)志位RDRF置位且判斷接收中斷使能后，將接收的數(shù)據(jù)放入串口接收緩沖數(shù)組receTemp[receNum]。

當(dāng)接收完所有數(shù)據(jù)并且校驗(yàn)正確后，將進(jìn)入主程序。主程序填充完發(fā)送數(shù)組后并將第一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)出從而進(jìn)入發(fā)送中斷。發(fā)送中斷在檢測(cè)到標(biāo)志位TDRE置位且中斷使能位使能后，執(zhí)行發(fā)送中斷程序，發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)。當(dāng)最后一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)出后，中斷程序?qū)?duì)一些參數(shù)初始化，寄存器復(fù)位等操作。

3.2 上位機(jī)通信程序編制

VisualBasic提供了具有強(qiáng)大功能的通信控件MSComm和調(diào)用WINDOWS API函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)串口通信。因?yàn)镸SComm通信控件只能設(shè)定常用的波特率，而用API函數(shù)操作串口的bas可以任意設(shè)置波特率，所以本研究采用WINDOWS API函數(shù)來(lái)進(jìn)行串口通信設(shè)計(jì)。

上位機(jī)通信程序的編制可分為兩個(gè)部分：首先，點(diǎn)擊相關(guān)按鈕填充發(fā)送數(shù)組；然后，進(jìn)入發(fā)送及回應(yīng)程序ECU_Reply()。上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送的命令或者數(shù)據(jù)進(jìn)行填充發(fā)送緩沖數(shù)組分兩種情況，一是通過(guò)點(diǎn)擊按鈕執(zhí)行填充程序；二是通過(guò)執(zhí)行Timer事件，定時(shí)填充發(fā)送緩沖數(shù)組。

在完成發(fā)送緩沖數(shù)組填充后，進(jìn)入發(fā)送及回應(yīng)程序ECU_Reply()。首先，通過(guò)ClearRecBuffer清串口接收緩沖區(qū)；其次，根據(jù)已填充的發(fā)送數(shù)組通過(guò)WriteCOMM()向串口將數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送；然后，等待ECU回應(yīng)，通過(guò)ReadCOMM讀取串口接收到的數(shù)據(jù)；最后，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)并返回相應(yīng)的變量值。

圖4 通信測(cè)試圖

3.3 通信測(cè)試

將ECU與標(biāo)定軟件連接，進(jìn)行實(shí)時(shí)通信測(cè)。標(biāo)定軟件圖形顯示區(qū)能夠?qū)崟r(shí)地顯示監(jiān)控的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸，并且通信良好。

4 結(jié)束語(yǔ)

一臺(tái)電控發(fā)動(dòng)機(jī)匹配標(biāo)定的結(jié)果直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和工作性能,而標(biāo)定工具設(shè)計(jì)的好壞則直接影響標(biāo)定結(jié)果及標(biāo)定周期。本文同過(guò)對(duì)標(biāo)定系統(tǒng)的深入分析，從標(biāo)定軟件的功能界面和通信模塊兩方面進(jìn)行標(biāo)定系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，闡述了其設(shè)計(jì)過(guò)程和工作原理。