發(fā)動(dòng)機(jī)ECU標(biāo)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)ECU標(biāo)定系統(tǒng)在我國目前的通用汽車行業(yè)中起到重要作用。該標(biāo)定系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫單元、監(jiān)測數(shù)據(jù)讀寫單元、CAN通信接口以及監(jiān)控單元等。數(shù)據(jù)庫單元用于存儲(chǔ)控制發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況點(diǎn)工作狀態(tài)的控制信號;檢測數(shù)據(jù)單元主要用于標(biāo)定系統(tǒng)中讀取發(fā)動(dòng)機(jī)處于不同工作狀態(tài)的測試信號;而CAN通信接口主要用于連接外圍設(shè)備。額定值人員對于ECU標(biāo)定系統(tǒng)的額定值進(jìn)行處理，保證系統(tǒng)可以根據(jù)車況數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整ECU標(biāo)定系統(tǒng)的策略。相關(guān)研究人員根據(jù)ECU標(biāo)定系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化處理，很大程度上提高了引擎進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的能力。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);ECU;校定系統(tǒng)

中圖分類號：U469.7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）09-0003-02

0 ?引言

發(fā)動(dòng)的ECU標(biāo)定系統(tǒng)用于車速信號的輸入、接收發(fā)動(dòng)機(jī)信號、實(shí)時(shí)傳遞標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)等。所以為了方便數(shù)據(jù)的傳輸、存儲(chǔ)和查詢，相關(guān)人員設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的無損壓縮隨機(jī)編碼算法，這種算法可以將任務(wù)分配到不同的處理器上，不同的處理器進(jìn)行不同的工作，確保了引擎系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的效率。目前該方法已經(jīng)逐步應(yīng)用到ECU標(biāo)定系統(tǒng)中，極大地滿足了ECU標(biāo)定系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。同時(shí)還提出要提高發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)的控制性能，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)（ECU）的控制性能直接關(guān)系到汽車的驅(qū)動(dòng)功率、經(jīng)濟(jì)性和排放標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU標(biāo)定系統(tǒng)用于將ECU性能參數(shù)輸出至性能測試平臺，性能測試平臺用于將數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)。參數(shù)校準(zhǔn)是一項(xiàng)非常麻煩但又是一項(xiàng)不可或缺的工作，它需要相關(guān)人員根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作條件，對ECU標(biāo)定系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行分析，進(jìn)而對發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)條件進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

1 ?發(fā)動(dòng)機(jī)ECU標(biāo)定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要根據(jù)系統(tǒng)的功能需求來設(shè)計(jì)，相關(guān)人員可以根據(jù)不同需求設(shè)計(jì)出功能不同的標(biāo)定系統(tǒng)。為了滿足標(biāo)定系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸，所以在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的傳輸過程中需要采用CAN線。另外，使用PCL數(shù)據(jù)收集卡收集各傳感器的參數(shù)。CAN裝置系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)評價(jià)ECU標(biāo)定系統(tǒng)的性能，并定義了部分ECU硬件控制和診斷功能。該系統(tǒng)獨(dú)立于數(shù)據(jù)識別卡來收集傳感器數(shù)據(jù)，不僅提高了數(shù)據(jù)采集的效率，還提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性。數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，被傳送到數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行壓縮和保存。它可以寫入文件和數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)形式，支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的訪問，擴(kuò)展性出色。

CAN是德國博世公司開發(fā)的高性能串行通信協(xié)議，用于現(xiàn)代汽車中多個(gè)控制器和檢測設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。它是一種多主機(jī)總線，最大通信速度為1MBPS。CAN總線的一個(gè)重要特點(diǎn)是取消了傳統(tǒng)的站址編碼，用通信數(shù)據(jù)塊編碼代替。一個(gè)數(shù)據(jù)塊的編碼可以由11位二進(jìn)制或29位二進(jìn)制組成。最長的數(shù)據(jù)段為8字節(jié)，滿足工業(yè)領(lǐng)域?qū)刂浦噶?、工作狀態(tài)和測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時(shí)，為了保證通信的實(shí)時(shí)性，它不會(huì)占用總線太長時(shí)間。此外，CAN總線使用CRC檢查提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理保證。為了保證計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和同時(shí)性，相關(guān)部門開發(fā)了一種“問答”通信協(xié)議。具體來說，上位機(jī)引擎首先向WARD ECU發(fā)送控制指令，ECU接收指令對WARD進(jìn)行解析，并對信號的應(yīng)答進(jìn)行相應(yīng)的操作，應(yīng)答信號對上位機(jī)的應(yīng)答信號進(jìn)行后臺處理，軟件提出處理結(jié)果。使用上述通信協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)是，如果上位機(jī)與ECU之間的通信握手失敗，通信將立即中斷。錯(cuò)誤指令沒有發(fā)送到ECU，它仍然執(zhí)行原始的控制參數(shù)。這可以防止通信故障導(dǎo)致ECU故障。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在通信協(xié)議中設(shè)置不同的控制字命令，ECU執(zhí)行相應(yīng)的控制字命令。

2 ?發(fā)動(dòng)機(jī)ECU標(biāo)定系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理

ECU通信有關(guān)的數(shù)據(jù)的收集和處理有多種形式。人們根據(jù)自己需求的不同來選擇合理地?cái)?shù)據(jù)通信方式。選擇適宜的通信方式不僅可以提高標(biāo)定系統(tǒng)處理工作的效率，還能降低成本。而發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能的變化對ECU規(guī)格起決定性作用。為了做出正確的分析決定，校準(zhǔn)工程師需要實(shí)時(shí)收集和顯示這些參數(shù)。系統(tǒng)應(yīng)該立即響應(yīng)用戶的操作請求，從數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行排隊(duì)、分析和顯示。數(shù)據(jù)通信的暢通、數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)收集等是發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)正確穩(wěn)定運(yùn)行的前提。

2.1 采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的方法

相關(guān)研究人員根據(jù)需求的不同開發(fā)了ECU硬件控制命令、診斷和數(shù)據(jù)傳輸?shù)腛SCP協(xié)議，并對部分原始數(shù)據(jù)采集協(xié)議進(jìn)行了簡化。發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的數(shù)據(jù)顯示，根據(jù)系統(tǒng)的采樣頻率和精度要求，所以它可以允許實(shí)踐中的原始行不同程度的延遲，尤其是點(diǎn)數(shù)據(jù)和部分?jǐn)U展的干預(yù)。所以要增加標(biāo)定系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集卡，加強(qiáng)對數(shù)據(jù)的監(jiān)控，保證數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)完整的儲(chǔ)存到系統(tǒng)中。

2.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理

額定值標(biāo)定系統(tǒng)的核心功能是將額定值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)快速高效地加載到待額定值ECU中，同時(shí)將額定值結(jié)果反映給上位機(jī)，上位機(jī)再根據(jù)額定值系統(tǒng)給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)行駛結(jié)果實(shí)時(shí)顯示，對ECU控制指標(biāo)評價(jià)和調(diào)整，保證標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)有效性。

在額定的標(biāo)定系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)數(shù)據(jù)等對數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求很高，所以研究人員更應(yīng)該在數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞方面做更深一步的研究工作。只有系統(tǒng)的傳感器與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集卡達(dá)成協(xié)議時(shí)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)才會(huì)顯示在界面上。此外，還要保證數(shù)據(jù)的全部完整傳遞，避免數(shù)據(jù)的延遲。進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索時(shí)，需要正確記錄數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換模塊將PCL采集卡的端口信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)換為物理量，這種轉(zhuǎn)變通常以一定的頻率發(fā)生。在每次轉(zhuǎn)換過程中，一個(gè)由靜態(tài)全局結(jié)構(gòu)（包括一組參數(shù)變量）組成的數(shù)據(jù)副本將被主動(dòng)更改。實(shí)時(shí)顯示模塊定期對標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與查詢工作，查詢工作要保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。由于曲線繪制和數(shù)據(jù)壓縮的效率不同，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)緩存在相同的兩個(gè)數(shù)據(jù)緩存隊(duì)列中，便于后續(xù)任務(wù)的并行優(yōu)化。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是既保證了性能的實(shí)時(shí)性，又便于數(shù)據(jù)的完整記錄和收集，便于離線時(shí)對發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行詳細(xì)的對比和分析。

在實(shí)際的數(shù)據(jù)監(jiān)控中，監(jiān)控時(shí)間越長，數(shù)據(jù)量越大，引擎數(shù)據(jù)冗余度越高，壓縮空間越大。基于此提出了一種基于RLE和HUFFMAN編碼的無損實(shí)時(shí)壓縮算法RHE （RLE AND HUFFMAN ENCODING）。該算法最適合大數(shù)據(jù)冗余的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)壓縮和部分解壓縮查詢。RHE編碼的主要思想是在實(shí)時(shí)采集階段，將數(shù)據(jù)預(yù)處理階段得到的等大小的矩陣數(shù)據(jù)通過Z-SCAN進(jìn)行RLE編碼，生成RLE編碼的數(shù)據(jù)塊。筆劃寬度以8位數(shù)據(jù)塊的形式記錄，最大寬度為255。同時(shí)，根據(jù)HUFFMAN碼樹的相應(yīng)參數(shù)，將HUFFMAN碼填充到RLE碼數(shù)據(jù)中，從而得到RHE碼數(shù)據(jù)塊。同時(shí)根據(jù)RHE碼數(shù)據(jù)塊不同的監(jiān)測數(shù)據(jù)，配置相應(yīng)的霍夫曼編碼樹?；谧罴褜?shí)驗(yàn)結(jié)果創(chuàng)建霍夫曼編碼樹，并存儲(chǔ)在系統(tǒng)簡檔中。在數(shù)據(jù)回調(diào)查詢期間，相關(guān)研究人員可以根據(jù)查詢的不同時(shí)段對壓縮數(shù)據(jù)的壓縮塊進(jìn)行分解，從而提高壓縮效率，減少資源浪費(fèi)。

3 ?發(fā)動(dòng)機(jī)ECU標(biāo)定系統(tǒng)的優(yōu)化

為保證ECU標(biāo)定系統(tǒng)的工作效率和它對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理能力，可對發(fā)動(dòng)機(jī)ECU標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行多任務(wù)并行優(yōu)化。為了確保標(biāo)定系統(tǒng)的評價(jià)功能任務(wù)可以成為實(shí)時(shí)任務(wù)，可以將非實(shí)時(shí)任務(wù)劃分為實(shí)時(shí)任務(wù)。當(dāng)實(shí)施任務(wù)時(shí)，保證非實(shí)時(shí)任務(wù)可以立即響應(yīng)，并采取行動(dòng)。實(shí)時(shí)任務(wù)是指接收引擎的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)將數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理。在CPU處理資源容量很高的情況下，計(jì)算任務(wù)可以適當(dāng)定制，資源得到有效利用，任務(wù)可以順利推進(jìn)。如今，隨著芯片技術(shù)的高速發(fā)展，多核處理器已經(jīng)成為當(dāng)代發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)的主要儀器。在多核架構(gòu)系統(tǒng)中，CPU有更多的機(jī)會(huì)同時(shí)執(zhí)行任務(wù)。在多核平臺中，通過在不同CPU優(yōu)先級的處理器上設(shè)置對實(shí)時(shí)任務(wù)的支持，可以保證實(shí)時(shí)任務(wù)的并行性。

4 ?發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度策略

對于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的接收主要有兩種情況。一種情況是數(shù)據(jù)無法被接收，當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)的時(shí)候，CPU可能正在執(zhí)行任務(wù)，所以并不能及時(shí)響應(yīng)數(shù)據(jù)的請求，及時(shí)接收數(shù)據(jù)。第二種情況是數(shù)據(jù)到達(dá)的太快而導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法處理或稍后被刪除時(shí)。在這兩種情況下，共享緩存隊(duì)列都是首選的解決方案。在數(shù)據(jù)分發(fā)期間，通過定期查詢檢查隊(duì)列的數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)不是空的，則從隊(duì)列中提取數(shù)據(jù)并將其填充到適當(dāng)?shù)谋韱伟逯?。接收進(jìn)程將獲取的信號量列入數(shù)據(jù)表中，并及時(shí)處理已經(jīng)執(zhí)行過的數(shù)據(jù)。而由于參數(shù)類型的不同，所以矩陣模板的大小也會(huì)有所不同，因此在形成矩陣時(shí)可以緩存數(shù)據(jù)，增加了數(shù)據(jù)壓縮的利用時(shí)間。

多核心平臺提供了一種通過將任務(wù)分配給不同的處理器來實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)處理的好方法，其中CPU資源豐富。為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)ECU標(biāo)定系統(tǒng)的運(yùn)行效率，不僅要優(yōu)化硬件結(jié)構(gòu)，還要優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)，最大限度地利用計(jì)算機(jī)資源，確保系統(tǒng)的運(yùn)行效率。經(jīng)過長期的實(shí)踐與定期優(yōu)化，該發(fā)動(dòng)機(jī)ECU標(biāo)定系統(tǒng)的功能和布局又有所提升，這也極大的提高了標(biāo)定系統(tǒng)的處理數(shù)據(jù)的能力和效率，簡化了ECU標(biāo)定系統(tǒng)的輔助流程。

5 ?發(fā)動(dòng)機(jī)ECU標(biāo)定系統(tǒng)的總結(jié)

在發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的額定運(yùn)行中，行程參數(shù)的實(shí)時(shí)記錄非常重要，它是相關(guān)研究人員對ECU標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行分析的重要依據(jù)，也是ECU標(biāo)定系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的重要保障。近年來，相關(guān)研究人員在標(biāo)定系統(tǒng)方面不斷探索，及時(shí)發(fā)現(xiàn)標(biāo)定系統(tǒng)的漏洞，并對其作出有效改善，同時(shí)對額定值系統(tǒng)做了簡化，大大提高了ECU標(biāo)定系統(tǒng)的工作效率。但有時(shí)數(shù)據(jù)由于保存不善，經(jīng)常容易丟失。所以研究人員嘗試通過改變芯片總線頻率、CAN通信頻率這樣多次反復(fù)的嘗試，使得CAN驅(qū)動(dòng)在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上運(yùn)行穩(wěn)定可靠，從而防止數(shù)據(jù)丟失。同時(shí)，為了更好的防止數(shù)據(jù)丟失，為此本文提出了一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控方案，并設(shè)計(jì)了一種數(shù)據(jù)無損壓縮RHE編碼方法。通過這一方法，對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而確保數(shù)據(jù)的完整保存。通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)方案以及RHE編碼方法的評價(jià)體系的應(yīng)用，可以極大地簡化數(shù)據(jù)保存流程，提高數(shù)據(jù)保存效率，還能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并確保數(shù)據(jù)的完整保存。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU標(biāo)定系統(tǒng)顯著提高了系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的效率，同時(shí)該ECU發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)可以進(jìn)行穩(wěn)定又快速的數(shù)據(jù)傳輸，對我國的標(biāo)定系統(tǒng)行業(yè)具有重大意義。在以后的汽車行業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，相關(guān)人員應(yīng)在ECU標(biāo)定系統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行更深一步的探索，為我國標(biāo)定系統(tǒng)行業(yè)增添光彩。

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作者簡介：李振（1984-），男，湖南棗陽人，工程師，本科，研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)及變速器。