CN101067402A - 实时的电控发动机在线标定监测*** - Google Patents
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Abstract
一种机械控制技术领域的实时的电控发动机在线标定监测***，其中：PC机监测标定平台通过CAN通信网络模块将标定或监测指令传送到控制器的监测***模块和标定***模块；CAN通信网络模块实现监测数据和标定数据的在PC机和ECU之间的传递；监测***模块通过CAN通信网络模块接受PC机标定监测平台的指令，定时处理监测数据帧，然后在PC机标定监测平台上进行实时显示；标定***模块通过CAN通信网络模块接受PC机标定监测平台的标定指令，实现对标定数据进行实时的在线更改。本发明可以对电控发动机进行实时的监测，且具有国际标准通讯协议，可以现场在线标定，并能实现电控发动机的快速标定。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种机械控制技术领域的发动机监测***，具体是一种基于CCP协议(CAN通信协议)的实时的电控发动机在线标定监测***。
背景技术
电控柴油机是一种复杂的控制***，燃油喷射***与进排气***、动力***等相互关联，同时作用于燃烧***，进而影响着柴油机的动力性、经济性和排放；为了保证发动机在各种工况下达到最优，必须对电控发动机的各种控制参数进行综合调节。控制参数的调节可通过更改控制程序来实现，但控制程序非常长，所以工作强度非常大，且容易出错。且对于非程序设计人员来说，通过这种方法进行参数调节基本上是不可能的。可供调节的那些控制参数称为标定变量，通过调节控制参数对电控发动机的优化过程称为匹配标定，它包括根据动力性、经济性和排放等指标进行调整的整个过程。
因此，必须利用专用的存储器访问工具(标定工具)对ECU(电子控制单元)内部的标定数据进行优化标定，其具体数值由匹配标定过程确定后，还需通过标定工具将数据写入到内存。没有标定工具时，匹配标定的过程是这样的：在试验过程中发现某个控制参数不适应当前工况时，必须停止试验，对该参数进行修改；然后通过编译开发工具进行编译生成机器代码；利用专用的存储器擦写装置将机器码重新固化到存储器；重新开始新一轮的试验。每做一次修改都需要在试验台-编译开发器-内存擦写工具-试验台之间奔波，发动机需在开机-停机-开机之间切换；同时，还要求ECU的硬件必须是方便拆卸的。简单的电控***只需数百个标定数据，而功能齐全的***则需要数千个乃至上万个标定数据，很多控制参数之间存在关联，要综合考虑才能选择出最佳值，因此工作量非常大，工作精度也难以保证。
为了评估控制参数的更改对***控制的影响，需要显示相关传感器、执行器的数据和一些与控制***有关的中间变量。虽然传感器和执行器数据可以通过测量仪器获得，但是，测量结果是不直观的物理信号，而且测量信号较多时，各线束间相互干扰增加，空间布局也比较困难；控制***的中间变量能真实反映当前控制***的运行状态，是ECU开发评估控制***运行状况的重要参考依据，以数值的形式存储在内存里，传统的测量仪器是无法测量的。
经对现有技术的文献检索发现，中国实用新型专利(公开号CN2353909)提出了一种标定式汽车油耗测量仪，该测量仪适用于汽车的油耗测量或油耗监测，不能对其它控制参数进行监测，并且不具有标定功能，也不适用于电控发动机；中国发明专利(公开号CN1030315)提出了一种电-液自动标定的伺服驱动器，该***包括一个微控制器，监测***的运行变量，并在这些运行变量偏离预期值时，报告变量的偏差，并具有自动标定的能力，将一个被驱动装置移向希望被驱动装置达到的位置的能力，但此***没有和其它控制器通信的能力，也只有有限的标定监测功能。由此可以看出，这些***都局限于某项特殊的小范围的电控参数的台架试验标定，所采用的通信协议均为自行扩展的串行通信协议，不具有通用性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有***中的不足，提供一种界面友好的实时的电控发动机在线标定监测***，使其可以对电控发动机进行实时的监测，且具有国际标准通讯协议，当电控发动机的某些性能需要改进，需对ECU的控制参数进行修改时，可以现场在线标定，并将实时标定的参数用于电控发动机，进而通过监测，实时评估电控发动机的运行情况，从而实现电控发动机的快速标定。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：PC机标定监测平台、CAN(控制器局域网)通信网络模块、监测***模块和标定***模块。所述PC机监测标定平台是整个***的司令部，任何标定或监测指令都是由它发出，通过CAN通信网络模块将这些指令传达到ECU的监测***模块和标定***模块，从而实现标定监测功能；所述CAN通信网络模块是标定监测***的基础，它实现CAN通信驱动，它是标定数据帧和监测数据帧的载体，通过这个模块实现监测数据和标定数据的在PC机和ECU之间的传递和转换；所述监测***模块通过CAN通信网络模块接受PC机标定监测平台的指令，定时处理监测数据帧，然后在PC机标定监测平台上进行实时显示，根据需要还可以对监测到的数据进行保存，以备分析；所述标定***模块实现标定功能，通过CAN通信网络模块接受PC机标定监测平台的标定指令，通过对CCP指令进行设计实现标定数据帧的传递，并通过标定平台实现对标定数据进行实时的在线更改。
所述PC机标定监测平台是整个标定监测***的指挥核心，它包括标定监测界面模块和数据库模块两部分。标定监测界面模块由图形化编程软件Labview完成，界面灵活友好，所有的标定监测指令都是由它发出，监测标定的数据也通过它来显示；数据库模块描述所有与控制器相关的信息，包括变量的地址信息、数据格式、物理单位、转换关系、上下限值等等；数据库模块向标定监测***提供监测标定变量在ECU存储区的地址定位信息，实现PC机标定监测平台与底层ECU存储区的数据映射，同时，数据库模块提供标定监测变量的详细说明，用户可以通过标定监测界面对标定监测数据进行相关操作。
所述的CAN通信网络模块包括CAN通信节点硬件子模块和压缩帧格式的CAN通信信息码子模块。所述CAN通信节点硬件子模块是CAN通信信息码的载体，所有的标定监测功能都是通过它来实现；所述CAN通信信息码子模块承担整个***通信数据的具体组织和实现，所有监测数据和标定数据都是通过这个模块打包成数据帧的。
所述的CAN通信节点硬件子模块包括ECU部分和PC机部分，PC机部分和ECU部分的连接通过周立功公司的USB信号到CAN信号的USBCAN智能转化卡来实现。
所述的CAN通信信息码子模块采用CAN2.0B 29位扩展ID码格式和SAE J1939仲裁场的编码格式，由CAN通信的数据帧格式可知，数据场是数据帧进行数据传送的实际空间，其最多可传送的数据字节长度为8，为了节约数据帧空间，减小总线负载，本***采用压缩的紧凑格式设计数据场。
所述的监测***模块，为了避免对控制器中其它功能模块产生影响，确保其它功能处理的实时性，本模块按定时的方式进行调度，但是监测功能的起动和停止由中断产生的事件来决定。本发明将监测数据帧的发送设计为由PC机每20ms请求一次，因为发动机每转的运行时间大多在20ms以下，这就确保PC机标定监测平台接收到的监测数据为发动机的实时运行参数，保证监测数据的同步性。由于采用压缩的帧格式，PC机标定监测平台接收到监测***模块的数据帧后，要通过相应的数据库对压缩帧进行解压处理，然后在PC机标定监测平台的界面上显示。
所述的标定***模块包括标定***子模块、在线标定存储区子模块。标定***子模块将相应的标定功能软件设计为一个独立的模块，采用中断方式实现CAN数据帧的接收驱动，在中断处理过程中起动标定***子模块，在标定***子模块中实现具体的标定功能。PC机标定监测平台通过CAN通信网络模块向ECU发布具体的标定命令，标定命令直接指示控制器执行相应的标定操作；一项具体标定功能并不一定通过一个CCP命令模块就可实现，可能需要多个CCP命令模块按照特定顺序组成一个功能模块，才能实现具体的标定功能；标定后的数据可以在PC机标定监测平台的标定界面显示，相应的标定效果可以通过监测界面得到实时的体现。
所述的在线标定存储区子模块，利用RAM(Random Access Memory)存储器的随机读写特性，在指定RAM区划分出特定一块内存(称为标定RAM)，它与FLASH内存中标定数据存储段一一对应。标定过程中，将控制***所用的需标定参数直接定位于RAM区，标定RAM区的标定参数供ECU调用，该标定变量将直接应用于控制***的计算。每次通电后***进入正常运行前，将FLASH内存中标定参数的数值映射到指定的标定RAM区，FLASH中相应的标定参数存储区只作为标定参数的存储空间，存储标定变量的具体数值，不参与***的运行；标定RAM中存储的参数对应相应标定变量，这样可以对标定RAM中的标定参数进行在线修改标定，修改后的标定数值将直接应用于控制程序的下一循环运行，实现真正意义上的在线标定。所有的参数标定完成后，将标定RAM区中的数据写入相应的FLASH存储区中，以永久地保存这些标定参数。
本发明的***基于CCP协议，通过CAN通信网络实现了PC机和电控发动机控制***的互连，实现了电控发动机监控参数的实时监测、控制参数的实时在线标定和***的即插即用；在标定监测***的启动、标定和停止等过程中，未出现任何跳变或异常现象，在线标定时，保持电控发动机的正常运行状态，更改标定监测界面的任意标定数据时，未对柴油机车的正常运行产生任何影响，更改结果实时反应在电控发动机的实际运行中。本发明提供了灵活友好的标定界面，实现了在线标定，为用户提供了重要的参考依据，大大提高了生产效率，提高了匹配标定的精度，从而降低了生产成本，提高了企业竞争力。
附图说明
图1为本发明的结构原理图
图2为本发明CAN通信节点硬件子模块电路图
图3为实施例的主界面
图4为实施例的标定界面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例是遵循CCP协议的，包括主机设备(PC机标定监测平台)和从机设备(控制器)，实现起来需要两个CAN数据帧对象，每个对象对应一个数据流向，具有唯一的ID标识码：命令接收对象CRO(Command ReceiveObject)(主机->从机)；数据传输对象DTO(Data Transmission Object)(从机->主机)。CRO数据帧用于传递标定监测命令或主从机之间交换的存储区数据，从机接收到命令后，通过监测***模块和标定***模块，按要求执行相应的操作，并以DTO形式的数据帧返回，此种DTO称为命令返回数据帧(简称CRM)和数据采集数据帧(DAQ)，CRM数据帧中的响应代码反映了对应命令执行情况，DAQ数据帧中的相应代码包括从机返回的监测数据，从而实现相应的监测和标定。
PC机监测平台通过PC机的USB口，与CAN通信网络模块连接，进而通过与监测***模块和标定***模块连接；PC机与CAN通信节点硬件子模块的USB接口连接，ECU与CAN通信节点硬件子模块的CAN通信接口连接；监测***模块和标定***模块在ECU中处于并列的同等位置，根据从PC机标定监测平台接收到的指令，执行相应的标定或监测功能；标定和监测指令都是从标定监测平台发出的，经由CAN通信网络模块，传送到监测***模块或标定***模块；监测***模块将监测数据经由CAN通信网络模块传递到PC机标定监测平台；标定***模块将标定后的结果通过CAN通信网络传递到PC机标定监测平台。
PC机监测标定平台是整个***的司令部，标定或监测指令都是由它发出，通过CAN通信网络模块将这些指令传送到ECU的监测***模块和标定***模块；CAN通信网络模块是标定监测***的基础，它是标定数据帧和监测数据帧的载体，通过它实现监测数据和标定数据的在PC机和ECU之间的传递；监测***模块通过CAN通信网络模块接受PC机标定监测平台的指令，定时处理监测数据帧，然后在PC机标定监测平台上进行实时显示；标定***模块通过CAN通信网络模块接受PC机标定监测平台的标定指令，实现对标定数据进行实时的在线更改。
所述PC机标定监测平台包括标定监测界面模块和数据库模块两部分，数据库模块是PC机标定监测平台与ECU之间的纽带，通过它实现PC机标定监测平台与ECU的数据映射，使得用户通过标定监测界面对标定监测数据进行相关操作；标定监测指令都是由标定监测界面模块发出，通过数据库模块的转换，从监测***模块返回的监测数据才可通过标定监测平台显示。
所述的CAN通信网络模块包括CAN通信节点硬件子模块和CAN通信信息码子模块，CAN通信节点硬件子模块实现PC机标定监测平台与ECU的物理连接，它是CAN通信信息码的载体；CAN通信信息码子模块承担整个***通信数据的具体组织和实现，所有监测数据和标定数据都是通过这个模块打包成数据帧，然后再通过CAN通信节点硬件子模块传输的。
所述的监测***模块，按定时的方式进行调度，设计为由PC机每20ms请求一次，监测功能的起动和停止由中断产生的事件来决定，PC机标定监测平台接收到监测***模块的数据帧后，要通过相应的数据库对压缩帧进行解压处理，然后在标定监测平台的界面上显示。
所述的标定***模块包括标定***子模块和在线标定存储区子模块，标定***子模块采用中断方式接收标定监测平台的指令，实现具体的标定操作；在线标定存储区是所有标定数据的逻辑载体，所有标定过程操作的数据都是通过在线标定存储区子模块，进行组织的，进而才实现了真正的在线标定。
所述的在线标定存储区子模块，在RAM区划分出标定RAM区，将FLASH内存中标定参数的数值映射到指定的标定RAM区，标定RAM区中的数值对应相应的标定变量，对这些参数进行在线修改标定，修改后的标定数值将直接应用于控制器的运行，实现真正意义上的在线标定，标定过程结束后，将标定RAM区中的数据写入相应的FLASH存储区中，以永久地保存这些标定参数。
所述在线标定监测***，基于CCP协议，通过CAN通信网络实现了PC机和电控发动机控制***的互连。
所述CAN通信节点硬件子模块的ECU部分，如图2所示，其CAN控制器为MC68376的TouCAN模块，其中DCP5S5-100为光电隔离电源，用于隔离CPU电源与CAN***所需电源，避免CAN***的电压波动影响CPU的正常工作电压。两个6N137为高速隔离器件，用于隔离电流扰动，提高***的抗干扰能力。PCA82C250为PHILIPS公司生产的CAN控制器接口，它是连接CAN控制器和物理总线间的接口，提供对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。采用PCA82C250可以增加通信距离，提高***的瞬间抗干扰能力，保护总线，降低干扰。
如图3所示，为本实施例的主界面，界面的左部分为监测界面，依次包括变量名称、变量中文描述、变量值和变量单位；界面右部分为标定监测***的功能按钮，依次包括状态检测、开始状态采集(保存状态参数)、修改标定数据、烧写FLASH(将标定好的数据写到控制器)、用户脉谱(特定参数的标定)和关闭。
如图4所示，为本实施例的标定界面，界面左上部为三个功能按钮，分别为数据导出(备份标定数据)、数据导入(导入标定数据)和关闭(关闭标定界面)；界面上部两个文本分别为脉谱名称和脉谱横坐标名称；界面左部文本为脉谱纵坐标；界面的中部为脉谱数据。
Claims (9)
1、一种实时的电控发动机在线标定监测***，其特征在于包括四个模块：PC机标定监测平台、CAN通信网络模块、监测***模块和标定***模块；PC机监测标定平台是整个***的司令部，标定或监测指令都是由它发出，通过CAN通信网络模块将这些指令传送到ECU的监测***模块和标定***模块；CAN通信网络模块是标定监测***的基础，它是标定数据帧和监测数据帧的载体，通过它实现监测数据和标定数据的在PC机和ECU之间的传递；监测***模块通过CAN通信网络模块接受PC机标定监测平台的指令，定时处理监测数据帧，然后在PC机标定监测平台上进行实时显示；标定***模块通过CAN通信网络模块接受PC机标定监测平台的标定指令，实现对标定数据进行实时的在线更改。
2、如权利要求1所述的实时的电控发动机在线标定监测***，其特征是，所述PC机标定监测平台包括标定监测界面模块和数据库模块两部分，数据库模块是PC机标定监测平台与ECU之间的纽带，通过它实现PC机标定监测平台与ECU的数据映射，使得用户通过标定监测界面对标定监测数据进行相关操作；标定监测指令都是由标定监测界面模块发出，通过数据库模块的转换，从监测***模块返回的监测数据才可通过标定监测平台显示。
3、如权利要求1所述的实时的电控发动机在线标定监测***，其特征是，所述的CAN通信网络模块包括CAN通信节点硬件子模块和CAN通信信息码子模块，CAN通信节点硬件子模块实现PC机标定监测平台与ECU的物理连接，它是CAN通信信息码的载体；CAN通信信息码子模块承担整个***通信数据的具体组织和实现，所有监测数据和标定数据都是通过这个模块打包成数据帧，然后再通过CAN通信节点硬件子模块传输的。
4、如权利要求3所述的实时的电控发动机在线标定监测***，其特征是，所述CAN通信节点硬件子模块包括ECU部分和PC机部分，PC机和ECU的连接通过周立功公司的智能转化卡USBCAN来实现。
5、如权利要求3所述的实时的电控发动机在线标定监测***，其特征是，所述CAN通信信息码子模块采用CAN2.0B 29位扩展ID码格式和SAE J1939仲裁场的编码格式，采用压缩的紧凑格式设计数据场。
6、如权利要求1所述的实时的电控发动机在线标定监测***，其特征是，所述的监测***模块，按定时的方式进行调度，设计为由PC机每20ms请求一次，监测功能的起动和停止由中断产生的事件来决定，PC机标定监测平台接收到监测***模块的数据帧后，要通过相应的数据库对压缩帧进行解压处理，然后在标定监测平台的界面上显示。
7、如权利要求1所述的实时的电控发动机在线标定监测***，其特征是，所述的标定***模块包括标定***子模块和在线标定存储区子模块，标定***子模块采用中断方式接收标定监测平台的指令，实现具体的标定操作；在线标定存储区是所有标定数据的逻辑载体，所有标定过程操作的数据都是通过在线标定存储区子模块，进行组织的，进而才实现了真正的在线标定。
8、如权利要求7中所述的实时的电控发动机在线标定监测***，其特征是，所述的在线标定存储区子模块，在RAM区划分出标定RAM区，将FLASH内存中标定参数的数值映射到指定的标定RAM区，标定RAM区中的数值对应相应的标定变量，对这些参数进行在线修改标定，修改后的标定数值将直接应用于控制器的运行，实现真正意义上的在线标定，标定过程结束后，将标定RAM区中的数据写入相应的FLASH存储区中，以永久地保存这些标定参数。
9、如权利要求1中所述的电控发动机在线标定监测***，其特征是，所述在线标定监测***，基于CCP协议，通过CAN通信网络实现了PC机和电控发动机控制***的互连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |