采用Flexray總線通信的柴油機(jī)缸壓采集系統(tǒng)

程 馳， 李建秋， 方 成， 高國(guó)景， 楊福源

(清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100084)

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采用Flexray總線通信的柴油機(jī)缸壓采集系統(tǒng)

程 馳， 李建秋， 方 成， 高國(guó)景， 楊福源

(清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100084)

開發(fā)了采用Flexray總線通信的低成本缸壓采集系統(tǒng)：基于MPC5644A單片機(jī)設(shè)計(jì)了缸壓實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)的硬件模塊；針對(duì)缸壓數(shù)據(jù)大流量的特點(diǎn)，對(duì)Flexray總線進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)了雙緩存機(jī)制，保證缸壓數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)傳輸；通過(guò)CANoe把Flexray總線上的缸壓數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)儲(chǔ)存，并利用Matlab對(duì)缸壓數(shù)據(jù)進(jìn)行離線分析。在1臺(tái)4缸中型高壓共軌柴油機(jī)上的試驗(yàn)表明：該采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集缸壓數(shù)據(jù)，能夠通過(guò)Flexray總線把所有缸壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)并儲(chǔ)存到ASC文件中，利用儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)能夠離線進(jìn)行相關(guān)的燃燒分析。

氣缸壓力； 數(shù)據(jù)采集； Flexray總線； 雙緩存機(jī)制； 離線分析

柴油機(jī)作為車輛的主要?jiǎng)恿?lái)源之一，需要滿足嚴(yán)苛的排放性、經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和可靠性等要求。在柴油機(jī)的開發(fā)、控制和匹配過(guò)程中，需要對(duì)缸內(nèi)燃燒狀況進(jìn)行分析，采用缸壓信號(hào)是其中最常見的一種途徑，可通過(guò)缸壓來(lái)估計(jì)平均指示壓力[1-2]、爆震參數(shù)[3]、空燃比[4]、放熱率、最大壓力升高率等常用指標(biāo)。近年來(lái)，基于缸壓信號(hào)的燃燒控制技術(shù)也成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的熱點(diǎn)[5-7]。利用缸壓采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集缸壓，并把缸壓記錄下來(lái)進(jìn)行離線分析，可以驗(yàn)證和優(yōu)化柴油機(jī)開發(fā)、控制和匹配的結(jié)果。

本研究在基于缸壓信號(hào)的燃燒控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了使用Flexray總線的低成本柴油機(jī)缸壓采集系統(tǒng)，不再需要燃燒分析儀或者高速數(shù)采卡，能夠?qū)崟r(shí)采集缸壓信號(hào)，并通過(guò)Flexray總線發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行儲(chǔ)存，利用Matlab能夠?qū)Ω讐簲?shù)據(jù)進(jìn)行離線分析。

1 缸壓采集系統(tǒng)硬件

清華大學(xué)國(guó)家節(jié)能與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)動(dòng)機(jī)控制課題組于2008年開始，獨(dú)立開發(fā)了多代缸內(nèi)燃燒分析單元iCAT(in-Cylinder Combustion Analysis Tool)用于進(jìn)行基于缸壓的燃燒控制。iCAT 4.0采用汽車級(jí)單片機(jī)Freescale MPC5644A，實(shí)現(xiàn)了缸壓信息的實(shí)時(shí)采集。本研究在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)缸壓數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)的功能。

缸壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由兩個(gè)主要的模塊組成：用于數(shù)據(jù)采集的AD模塊和用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)腇lexray通信模塊。要求單片機(jī)進(jìn)行AD采集的速度滿足發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速下缸壓數(shù)據(jù)的采集要求，并兼容Flexray Specification 2.1版本的FLexray通信模塊。

缸壓采集系統(tǒng)采用的微控制器是PowerPC 564XA系列汽車級(jí)芯片MPC5644A，該單片機(jī)相關(guān)模塊的性能指標(biāo)見表1。

表1 MPC5644A單片機(jī)性能指標(biāo)

數(shù)據(jù)采集及傳輸?shù)挠布韴D見圖1。其中Flexray模塊采用雙通道模式，由兩路差分信號(hào)組成，并在ECU端設(shè)置共模扼流圈和終端電阻以獲得更好的電磁兼容性及共模噪聲抑制。

2 數(shù)據(jù)傳輸方案

2.1 基本要求

iCAT 4.0的設(shè)計(jì)目標(biāo)是能在5 000 r/min的轉(zhuǎn)速下對(duì)4缸柴油機(jī)進(jìn)行缸壓采集。在保證數(shù)據(jù)精度要求的同時(shí)，為了降低單片機(jī)負(fù)荷，在每個(gè)氣缸的壓縮和做功沖程每隔0.2°采集1次缸壓信號(hào)，而在排氣和進(jìn)氣沖程每隔1°采集1次。每個(gè)氣缸每循環(huán)共采集4 320 Byte的缸壓數(shù)據(jù)(單個(gè)缸壓數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度為2 Byte)。在5 000 r/min轉(zhuǎn)速下，采集單缸缸壓數(shù)據(jù)，平均帶寬為1.44 Mbps；采集4缸所有的缸壓數(shù)據(jù)，平均帶寬為5.76 Mbps。基于Flexray總線的缸壓采集系統(tǒng)需要滿足在最高轉(zhuǎn)速下將數(shù)據(jù)完整采集并存儲(chǔ)的要求。

2.2 總線簡(jiǎn)介

Flexray總線傳輸?shù)幕締卧獮橥ㄐ叛h(huán)，每個(gè)循環(huán)由靜態(tài)段、動(dòng)態(tài)段、符號(hào)窗和空閑組成。在本研究中，負(fù)責(zé)消息傳輸?shù)闹饕糠质庆o態(tài)段。消息傳輸?shù)幕締挝粸閿?shù)據(jù)幀，每個(gè)幀最多可包含254 Byte的數(shù)據(jù)。

Flexray總線為時(shí)間觸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)，在啟動(dòng)時(shí)要進(jìn)行時(shí)間同步，需要至少3個(gè)冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)(如果網(wǎng)絡(luò)只有2個(gè)節(jié)點(diǎn)，則2個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須是冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn))。本研究實(shí)現(xiàn)的是單向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，使用CANoe建立仿真節(jié)點(diǎn)與缸壓采集單元連接，用于協(xié)助網(wǎng)絡(luò)的同步和啟動(dòng)，并進(jìn)行缸壓數(shù)據(jù)的接收和存儲(chǔ)。

2.3 傳輸方案設(shè)計(jì)

缸壓采集系統(tǒng)需要將缸壓數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集并傳輸?shù)絇C機(jī)中。轉(zhuǎn)速5 000 r/min下需要5.76 Mbps的平均帶寬，F(xiàn)lexray總線的波特率為20 Mbps(兩通道獨(dú)立使用)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)滿足缸壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?/p>

缸壓的采集和傳輸方案有兩種：采集完一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的數(shù)據(jù)再進(jìn)行傳輸，或是按照一定的周期對(duì)更新的數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)傳輸。采用第二種方案在一個(gè)Flexray周期內(nèi)傳輸?shù)母讐簲?shù)據(jù)量會(huì)存在差異，且不容易確定缸壓和角度的對(duì)應(yīng)關(guān)系；而在一個(gè)Flexray的循環(huán)內(nèi)把采集到的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)內(nèi)的缸壓數(shù)據(jù)完全發(fā)送，不需要額外發(fā)送角度信息，但這種方案主要存在3個(gè)問(wèn)題：

1) 一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)數(shù)據(jù)為17 280 Byte(4缸同時(shí)儲(chǔ)存)，需要較大的存儲(chǔ)空間；

2) 由于數(shù)據(jù)采集和傳輸是同步進(jìn)行的，需要保證過(guò)程中的數(shù)據(jù)完整性；

3) 由于全周期的數(shù)據(jù)在1個(gè)通信循環(huán)中傳輸，會(huì)提高網(wǎng)絡(luò)的瞬時(shí)負(fù)荷，需要對(duì)帶寬進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

MPC5644A有192 kB的RAM空間，擁有足夠的空間儲(chǔ)存一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的所有缸壓數(shù)據(jù)；本研究設(shè)計(jì)了特殊的雙緩存機(jī)制，能保證數(shù)據(jù)的完整性；同時(shí)，通過(guò)Flexray總線的設(shè)計(jì)和優(yōu)化可滿足負(fù)荷要求。

2.4 總線設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化

Flexray總線的波特率Bi最高為10 Mbps，但是在實(shí)際應(yīng)用中，波特率會(huì)受到幀結(jié)構(gòu)、幀編碼方式、時(shí)隙分配和周期分配的限制，總線的最大帶寬Ba通過(guò)下式計(jì)算：

Ba=Bi×fcons×fenc×fslot×fcycle。

式中：fcons為幀結(jié)構(gòu)對(duì)帶寬利用率的影響因子，本研究中取0.968；fenc為Flexray信號(hào)的編碼的影響因子，F(xiàn)lexray協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)幀有固定的編碼方式，主要包括TSS(傳輸開始)、FSS(幀開始)、BSS(字節(jié)開始)、FES(幀結(jié)束)，本研究中該影響因子取0.8；fslot，fcycle為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)參數(shù)所決定的影響因子，主要涉及到通信循環(huán)中的空閑時(shí)間長(zhǎng)度和總時(shí)長(zhǎng)的比例，最優(yōu)情況下參數(shù)值接近于1，此處將其近似為1。根據(jù)以上分析，網(wǎng)絡(luò)的最大可用帶寬為7.74 Mbps。

缸壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕緟?shù)見表2。

表2 缸壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕緟?shù)

在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸之前，要對(duì)Flexray總線的協(xié)議參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)數(shù)據(jù)幀在循環(huán)中的位置進(jìn)行分配。

每幀的數(shù)據(jù)最多為254 Byte，單缸每循環(huán)傳輸數(shù)據(jù)量為4 320 Byte，可在17.01個(gè)幀內(nèi)傳輸完畢。設(shè)置每幀數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為240 Byte，則單缸數(shù)據(jù)放在18個(gè)數(shù)據(jù)幀內(nèi)，4缸數(shù)據(jù)放在72個(gè)有效數(shù)據(jù)幀內(nèi)。

只傳輸單缸缸壓數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的最高負(fù)荷率為47.5%。并且由于A，B通道傳輸相同數(shù)據(jù)，因此AB通道的最高負(fù)荷率在相同時(shí)刻達(dá)到，并且數(shù)值相同?？偩€平均負(fù)荷率隨著轉(zhuǎn)速的不同而變化，轉(zhuǎn)速越高，網(wǎng)絡(luò)的平均負(fù)荷率越高。本研究設(shè)計(jì)的Flexray總線的平均負(fù)荷率在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為10 000 r/min時(shí)達(dá)到峰值負(fù)荷，此轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)高于發(fā)動(dòng)機(jī)正常工況的最高轉(zhuǎn)速，因此可保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

傳輸4缸缸壓數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)段傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量最多為40×240 Byte，實(shí)際最多使用的有效數(shù)據(jù)量為36×240 Byte，總線的靜態(tài)負(fù)載峰值負(fù)荷率為95%。同樣，總線平均負(fù)荷率隨著轉(zhuǎn)速的不同而變化，轉(zhuǎn)速越高，網(wǎng)絡(luò)的平均負(fù)荷率越高。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議關(guān)鍵參數(shù)有宏節(jié)拍(MT)包含微節(jié)拍(μT)個(gè)數(shù)NμT和循環(huán)宏節(jié)拍個(gè)數(shù)NMT。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)需要計(jì)算的關(guān)鍵參數(shù)包括靜態(tài)段時(shí)間TS和靜態(tài)段個(gè)數(shù)TN。

總線波特率選擇10 Mbps，NμT最小為80個(gè)[8]，最大為120，本研究選擇NμT=80。微節(jié)拍的長(zhǎng)度(tμT)與單片機(jī)的采樣頻率相關(guān)，10 Mbps波特率下tμT=25 ns[9]。宏節(jié)拍的長(zhǎng)度tMT=tμT×NμT=2 μs，根據(jù)循環(huán)長(zhǎng)度和tMT可得到循環(huán)宏節(jié)拍個(gè)數(shù)NMT=6 000。

本研究的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，有效數(shù)據(jù)置于靜態(tài)段，為了保證網(wǎng)絡(luò)的高利用率，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)將其他部分盡可能簡(jiǎn)化。

靜態(tài)段時(shí)間(TS)基于數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度(Lframe)進(jìn)行計(jì)算，保守設(shè)計(jì)為145個(gè)MT。靜態(tài)段時(shí)隙的個(gè)數(shù)NS<41.1，此處?kù)o態(tài)段個(gè)數(shù)取為40。傳輸1缸數(shù)據(jù)僅用到18個(gè)ID作為有效數(shù)據(jù)幀。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須有一個(gè)關(guān)鍵幀用于此節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步，如果節(jié)點(diǎn)為冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)，則關(guān)鍵幀同時(shí)用于啟動(dòng)和時(shí)間同步。本研究中網(wǎng)絡(luò)由2個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，因此有2個(gè)ID被關(guān)鍵幀占用，其中ECU端的啟動(dòng)幀可用于數(shù)據(jù)傳輸。但是為了方便試驗(yàn)的進(jìn)行，使用CANoe設(shè)置2個(gè)節(jié)點(diǎn)用于啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，ECU節(jié)點(diǎn)可隨時(shí)作為跟隨冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)加入，因此仍需要2個(gè)ID專門用于輔助啟動(dòng)。最終確定的Flexray總線時(shí)間結(jié)構(gòu)見圖2和圖3。

2.5 數(shù)據(jù)傳輸程序

數(shù)據(jù)傳輸程序?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)層和傳輸層通過(guò)接口連接起來(lái)。Flexray總線驅(qū)動(dòng)層為上層模塊提供與硬件獨(dú)立的應(yīng)用編程接口。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)的功能是在一個(gè)通信循環(huán)(12 ms)內(nèi)將缸壓數(shù)據(jù)存入Flexray模塊的緩存中，發(fā)送至總線上，最終被CANoe接收和記錄。

Flexray總線的正常通信包括兩個(gè)步驟：網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)(初始化)和數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)的內(nèi)部仲裁由單片機(jī)自動(dòng)完成，需要手動(dòng)操作的是對(duì)硬件和協(xié)議的初始化參數(shù)的配置，以及根據(jù)協(xié)議狀態(tài)決定是否進(jìn)行下一步的操作。

數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程包括兩個(gè)步驟：將有效數(shù)據(jù)更新至Flexray緩存區(qū)，以及將緩存中的數(shù)據(jù)傳輸至總線。涉及到的關(guān)鍵問(wèn)題在于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和Flexray循環(huán)周期不一致以及避免出現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)和更新數(shù)據(jù)過(guò)程沖突。

采用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式為雙緩存機(jī)制，結(jié)構(gòu)見圖4。原理是將缸壓數(shù)據(jù)輪流存儲(chǔ)于兩個(gè)緩存區(qū)域中，保證每個(gè)循環(huán)的缸壓數(shù)據(jù)均被傳輸至總線上并且不會(huì)相互覆蓋。將網(wǎng)絡(luò)所有的時(shí)隙設(shè)置為事件傳輸模式(event-transmission mode)，如果缸壓數(shù)據(jù)沒(méi)有更新完成，不會(huì)對(duì)傳輸緩存進(jìn)行更新，則網(wǎng)絡(luò)上相應(yīng)的時(shí)隙數(shù)據(jù)為空，這樣也簡(jiǎn)化了后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。圖4所示雙緩存機(jī)制有效地解決了缸壓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域連續(xù)更新而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)可能在傳輸之前就被覆蓋的風(fēng)險(xiǎn)，并且保證缸壓數(shù)據(jù)按照發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的順序進(jìn)行傳輸。

2.6 數(shù)據(jù)的監(jiān)控和存取

采用CANoe軟件配合VN6700硬件Flexray接口進(jìn)行總線數(shù)據(jù)的監(jiān)控和存儲(chǔ)。CANoe是一種可用于汽車車載網(wǎng)絡(luò)與電控單元的測(cè)試、開發(fā)、分析和仿真的專業(yè)開發(fā)工具，它可實(shí)現(xiàn)對(duì)總線上的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄：在Trace窗口中可以監(jiān)控傳輸?shù)母讐簲?shù)據(jù)，并監(jiān)控總線上出現(xiàn)的錯(cuò)誤幀，判斷網(wǎng)絡(luò)傳輸狀態(tài)；通過(guò)對(duì)log進(jìn)行配置，可將總線上的數(shù)據(jù)用ASC格式將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

利用Matlab編寫相應(yīng)的程序?qū)SC進(jìn)行解析，從中提取出缸壓數(shù)據(jù)，基于這些缸壓數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行離線的燃燒分析。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 試驗(yàn)條件

本研究中進(jìn)行缸壓數(shù)據(jù)采集使用的系統(tǒng)是課題組的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試臺(tái)架系統(tǒng)，該臺(tái)架配備Horiba HT350瞬態(tài)交流電力測(cè)功機(jī)。所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)為1臺(tái)直列4缸、缸內(nèi)直噴、增壓中冷柴油機(jī)，其技術(shù)規(guī)格和性能指標(biāo)見表3。

表3 發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)規(guī)格和性能指標(biāo)

使用的缸壓傳感器為一款電熱塞一體式缸壓傳感器，采用壓阻式測(cè)量原理，技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 缸壓傳感器技術(shù)參數(shù)

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)4缸缸壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)目尚行院涂煽啃赃M(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，并對(duì)1缸的缸壓數(shù)據(jù)進(jìn)行具體分析以驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。

在100 N·m，1 000～2 500 r/min工況下，選取10個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)進(jìn)行缸壓采集。圖5示出4個(gè)轉(zhuǎn)速下單循環(huán)的缸壓曲線。

由于扭矩不變，計(jì)算得到的pi為4.1 MPa，pme為2.6 MPa，發(fā)動(dòng)機(jī)低速小負(fù)荷機(jī)械效率約為60%，與試驗(yàn)結(jié)果相符，驗(yàn)證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

缸壓數(shù)據(jù)傳輸并非高實(shí)時(shí)性、高安全性的控制參數(shù)傳輸，可考慮使用AB通道傳輸不同的數(shù)據(jù)以提高傳輸帶寬。在網(wǎng)絡(luò)接近滿負(fù)荷的情況下，可傳輸4缸的缸壓數(shù)據(jù)，1 500 r/min轉(zhuǎn)速下的缸壓曲線見圖6。

在1 500 r/min和2 500 r/min時(shí)，總線的理論負(fù)荷率分別為15%和25%，利用CANoe測(cè)量的總線負(fù)荷率分別為16.56%和25%，結(jié)果基本符合。

4 結(jié)論

a) Flexray循環(huán)周期為12 ms，單循環(huán)最多能夠傳遞17 280 Byte數(shù)據(jù)，同時(shí)使用A通道和B通道，波特率設(shè)為10 Mbps；

b) 只傳輸單缸缸壓數(shù)據(jù)時(shí)，靜態(tài)負(fù)載峰值負(fù)荷率為45%；傳輸4缸缸壓數(shù)據(jù)時(shí)，靜態(tài)負(fù)載峰值負(fù)荷率達(dá)到90%；

c) 在1臺(tái)4缸中型高壓共軌柴油機(jī)上的試驗(yàn)表明，此系統(tǒng)在1 000～2 500 r/min的轉(zhuǎn)速下能夠?qū)崟r(shí)采集4缸缸壓，利用采集到的缸壓計(jì)算得到的pi和pme符合實(shí)際情況；

d) 在1 500 r/min和2 500 r/min的轉(zhuǎn)速下，利用CANoe測(cè)得的實(shí)際總線負(fù)荷率為16.56%和25%，符合設(shè)計(jì)結(jié)果。

[1] Tokuta Inoue,Souichi Matsushita,Kiyoshi Nakanishi,

et al.Toyota Lean Combustion System-The Third Generation System[C]．SAE Paper 930873,1993.

[2] Matsushita S,Inoue T,Nakanishi K,et al.Development of the Toyota Lean Combustion System[C]．SAE Paper 850044,1985.

[3] Kwang Min Chun,Kyung Woon Kim.Measurement and Analysis of Knock in a SI Engine Using the Cylinder Pressure and Block Vibration Signals[C]．SAE Paper 940146,1994.

[4] Mark C Sellnau,Frederic A Matekunas,Paul A Battiston,et al. Cylinder-Pressure-Based Engine Control Using Pressure-Ratio-Management and Low-Cost Non-Intrusive Cylinder Pressure Sensors[C]．SAE Paper 2000-01-0932.

[5] Paljoo Yoon,Seungbum Park,Myoungho Sunwoo,et al.Closed-Loop Control of Spark Advance and Air-Fuel Ratio in SI Engines Using Cylinder Pressure[C]．SAE Paper 2000-01-0933.

[6] Dimitrios T Hountalas,Antonis A Antonopoulos,Georgios N Zovanos,et al.Evaluation of a New Diagnostic Technique to Detect and Account for Load Variation during Cylinder Pressure Measurement of Large-Scale Four-Stroke Diesel Engines[C]．SAE Paper 2012-01-1342.

[7] Guoming G Zhu,Chao F Daniels,James Winkelman.MBT Timing Detection and its Closed-Loop Control Using In-Cylinder Pressure Signal[C]．SAE Paper 2003-01-3266.

[8] FlexRay Consortium.FlexRay Communications System Protocol Specification Version 2.1 Revision A[M]．[S.l.]:[s.n.],2005.

[9] Freescale Semiconductor. MPC5644A Microcontroller Reference Manual[M]．[S.l.]:[s.n.],2012.

[編輯： 袁曉燕]

In-cylinder Pressure Acquisition System of Diesel Engine Based on Flexray Bus

CHENG Chi, LI Jian-qiu, FANG Cheng, GAO Guo-jing, YANG Fu-yuan

(State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

The in-cylinder pressure real-time acquisition system with low cost was developed with Flexray bus and the hardware module of the system was designed with MPC5644A single chip microcomputer. For the large data flow of in-cylinder pressure, the Flexray bus was optimized and the dual-buffer was realized by the software to guarantee the real-time transmission of in-cylinder pressure data. The in-cylinder data in Flexray bus was saved in real time by CANoe and its offline analysis was carried out with Matlab tool. On a 4-cylinder high-pressure common rail diesel engine, the acquisition system was verified. The results show that the system can collect the in-cylinder pressure data, transmit them to upper computer and save them in ASC file. With the saved data, the offline combustion analysis can be carried out.

in-cylinder pressure; data acquisition; Flexray bus; dual-buffer mechanism; offline analysis

2014-01-02；

2014-06-08

程 馳(1989—)，女，碩士，主要研究方向?yàn)檐囕d網(wǎng)絡(luò)和發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)及其應(yīng)用；chengchithu@gmail.com。

10.3969/j.issn.1001-2222.2014.03.001

TK423.2

B

1001-2222(2014)03-0001-05