CN101332818B - 汽车电子控制单元通用标定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明请求保护一种汽车电子控制单元通用标定装置，涉及汽车电子控制技术。本发明设计的标定装置作为上位机标定***和电子控制单元的中间层独立于电子控制单元，包括外扩CAN通信接口的标定单片机和双端口RAM，标定单片机遵循CCP协议通过外扩CAN通信接口与上位机标定***通信，在双口RAM中存储有标定参数和测量参数，标定单片机和电子控制单元共享双端口RAM中的参数。该标定装置具有通用性，能够很方便的与汽车电子控制单元以及上位机标定软件(如CANape，INCA)集成，克服了现有标定技术开发工作量大、通用性差的缺陷，提高了开发与标定工作的效率。

Description

汽车电子控制单元通用标定装置
技术领域
本发明涉及汽车电子控制技术，具体是一种应用于汽车电子控制单元标定的产品。 
背景技术
对现代汽车而言，舒适、效率及安全性相当依赖于各类电子电控***的应用，具有电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)的部件越来越多，如动力系控制、电源管理、防抱死刹车***、牵引控制等都是电子控制单元的典型应用。同时，随着汽车油耗要求与排放标准的提高，为了达到新标准，新型的传感器、执行机构、先进控制算法被不断应用于新的电子控制单元开发中，如： 
·动力***方面的变结构增压器、多脉冲控制、变结构进气室、双燃料***、低温启动、混合动力***、无级变速与自动变速等； 
·车辆操控方面的防抱死***，稳定性控制，自动驾驶、距离控制，智能高速公路***等； 
·安全方面的防碰撞检测，头灯控制等； 
·驾驶舒适性方面的空调控制，振动控制，主动悬架等。 
电控***的开发包括电控***的硬件开发、软件开发和电控***与被控设备的匹配标定三个阶段。随着电子控制单元的功能不断增强、性能指标不断提高，使其开发更加复杂，而开发周期却不断缩短，开发人员所面临的压力也因此越来越大，因此需要高效率的辅助开发工具来满足越来越复杂的设计开发需求。 
汽车电控装置的控制对象一般比较复杂，例如ABS***有几十个控制参数与测量参数，而发动机的测量参数有几十个，而控制参数则达到上千个， 此时靠经验方式与数学模型难以实现对复杂对象的高效控制，必须依赖匹配标定以获得最佳控制参数；因此电子控制单元的标定已成为汽车电子控制装置开发的一个重要环节，从研发原型到形成产品都需要经过匹配标定的过程，以确定其运行参数和控制参数，同时通过高效、便捷的标定来提高电子控制单元开发的效率。 
标定是指根据整车的各种性能要求，如动力性、经济性、排放及辅助功能等，来调整、优化和确定整车上各电子控制单元的运行及控制参数的控制算法。标定***根据匹配标定需求实时地将电子控制单元工作状态参数通过通信接口传送到人机界面，给操作人员作为判别电控装置运行性能的依据，并将操作人员设置的控制参数传送到电子控制单元中。 
中国专利申请“基于CCP协议的嵌入式通用标定装置及方法”(申请号：200510061162.7)和“基于CCP协议的混合动力电动汽车控制器标定方法”(申请号：200410003472.9)分别公开了一种嵌入式通用标定装置和标定方法。它们最大的共同点就是都符合当前典型的标定***体系结构，标定***与电子控制单元之间具有很强耦合性。 
如图1所示为当前典型的标定***结构示意图，标定装置与电子控制单元是一个整体，其标定部分都集成在电子控制单元中，标定***与电子控制单元之间具有很强耦合性，这种强耦合性使得电子控制单元开发商在电子控制单元开发过程中针对每种电子控制单元必须开发各自与之相适应的标定部分代码，从而导致电子控制单元开发模式、标定技术以及工具越来越难以满足电子控制单元快速、高效、可靠开发要求。 
因此，只有降低标定***与电子控制单元开发的强耦合问题，才能够减少电子控制单元研制过程中开发者/标定工程师构建标定***时的前期工作量，以最小的代价最大程度地满足应用的需求，节省大量人力、物力。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术中标定***与电子控制单元之间具有很强耦合性，电子控制单元的开发不具有通用性的缺陷，提供一种符合国际规范的汽车电子控制单元通用标定装置，将标定装置作为上位机标定***和电子控制单元的中间层，独立于电子控制单元，使得电子控制单元开发商不必在ECU开发过程中针对每种ECU开发其相应标定部分代码，有效的解决了标定***与电子控制单元开发的强耦合问题。 
本发明解决上述技术问题的技术方案是，采用单片机控制技术、控制器局域网CAN(Control Area Network)数据通信技术，设计一种符合汽车行业国际标准CAN总线标定协议CCP(CAN Calibration Protol)协议的汽车电子控制单元通用标定装置，将标定***从ECU开发中独立出来。 
该汽车电子控制单元通用标定装置，独立于电子控制单元，包括外扩CAN通信接口的标定单片机和双端口RAM，标定单片机遵循CCP协议通过外扩CAN通信接口与上位机标定***通信，通过地址/数据总线外扩双端口RAM，双端口RAM的另一组地址/数据总线作为标定装置的接口，外接电子控制单元，标定单片机和电子控制单元共享双端口RAM中的参数，在双口RAM中存储有标定参数和测量参数，标定单片机对标定参数可以进行读写操作，对测量参数只能进行读操作。在双口RAM芯片中设置“信箱”来实现左、右端口之间数据的传送，将双口RAM存储器的高地址作为左端口的“信箱”地址，而将低地址作为右端口的“信箱”地址。 
该标定装置作为上位机标定***和电子控制单元的中间层，上位机标定***中的控制命令、控制参数经由标定装置的CAN收发器通过CAN网络传输到电子控制单元，电子控制单元的测量参数通过CAN网络经过标定装置送入上位机标定***CAN通信接口卡到达上位机。 
标定装置单片机与ECU通过共享一个双口RAM实现数据交换。标定装置单片机地址/数据总线外扩双口RAM，双口RAM另外一组地址/数据总线同 ECU的地址/数据总线相连，完成单片机和电子控制单元的数据通信。双口RAM中存储的参数包括标定参数和测量参数，标定装置单片机对标定参数可以进行读写操作，对测量参数只能进行读操作。当上位机标定***需要对双口RAM中的参数进行标定或监视操作时，向标定装置单片机发出相应的CCP命令，单片机根据CCP协议解析命令，完成对应的操作。 
本发明的有益效果是，创新性地提出标定装置与电子控制单元分离的标定***硬件体系结构，将标定装置作为上位机标定***和电子控制单元的中间层，解决了标定***与电子控制单元开发的强耦合问题，极大地减少了电子控制单元研制过程中开发者/标定工程师构建标定***时的前期工作量。同时，符合汽车行业国际标准CCP协议，本标定装置具有很强的通用性，能够很方便的与汽车电子控制单元以及目前普遍采用的上位机标定***(如CANape，INCA)相连，从而完成对汽车电子控制单元控制参数的标定和测量参数的监控。 
附图说明
图1现有技术的标定***结构示意图 
图2采用本发明标定装置的标定***总体结构示意图 
图3标定单片机运行控制程序流程图 
具体实施方式
本发明提出标定装置与电子控制单元分离的标定***硬件体系结构，将标定装置作为上位机标定***和电子控制单元的中间层，解决了标定***与电子控制单元开发的强耦合问题。本发明标定装置和上位机标定***通信的整个过程采用国际上通用的CCP协议，当标定装置和上位机标定软件要进行通信时，请求通信方根据CCP协议向接收方发出相应的CCP命令，接收方接收到CCP命令后根据CCP协议解析命令，并完成对应的操作。 
下面参照附图和具体实例对本发明的技术方案作具体说明， 
如图2所示为采用本发明标定装置的标定***总体结构示意图。如图所示，标定装置由外扩CAN通信接口的标定单片机和双口RAM组成，标定单片机是整个装置控制的核心，采用CCP协议通过外扩CAN通信接口与上位机标定***进行通信，通过地址/数据总线外扩双端口RAM，双端口RAM的地址/数据总线作为标定装置的接口，外接电子控制单元的地址/数据总线，标定单片机和电子控制单元共享双端口RAM中的参数。在双口RAM中存储标定参数和测量参数，标定单片机对标定参数可以进行读写操作，对测量参数只能进行读操作。 
该标定装置作为上位机标定***和电子控制单元的中间层，采用符合国际上通用的CCP协议标准和上位机标定***通信，上位机标定***中的控制命令、控制参数通过标定装置的CAN控制器中的CAN收发器，完成数据向CAN网络上的传输，ECU的测量参数通过CAN网络经过标定装置送入上位机标定***CAN通信接口卡到达上位机，实现单片机和上位机之间的数据通信。 
标定装置单片机和电子控制单元通过相应的地址数据总线共享标定装置中的一个双口RAM，完成数据的共享，实现与ECU的数据交换。标定装置单片机地址/数据总线连接双口RAM的其中一组地址/数据总线，双口RAM另外一组地址/数据总线同ECU的地址/数据总线相连，完成单片机和电子控制单元的数据通信。双口RAM中存储的参数包括标定参数，即ECU控制参数和测量参数，标定装置单片机对标定参数可以进行读写操作，对测量参数只能进行读操作。 
当需要对双口RAM中的参数进行标定或监视操作时，上位机标定***向标定装置单片机发出相应的CCP命令，单片机根据CCP协议解析命令，完成对应的操作。从而实现对控制参数的标定和测量参数的监视。 
下面以采用MPC5554作为标定单片机，采用CY7C026作为双口RAM为例对本装置的实施进行具体说明。也可采用其它相应功能的芯片实现本发明。 
主芯片MPC5554是32位嵌入式微控制器，具有高性能32位PowerPC E兼容的e500核，有带ECC的2MB嵌入式闪存，带ECC的64KB L2 SRAM和32KB缓存器，有24个入口的存储器管理单元(MMU)，整数代码和MPC5000系列兼容，5V12位加强性排队的模数转换器(eQADC)，24通道增强模数I/O***(eMIOS)，四个并行串行外设接口(DSPI)模块，三个CAN模块，两个加强型串行通信接口(eSCI)模块以及88个I/O，支持汽车电子温度(-40到125度C)，可用在汽车电子动力链中。双口RAM芯片CY7C026，是16K×16高速双口静态RAM，存取速度小于25ns。它具有真正的双端口，可以同时进行数据存取，两个端口具有独立的控制信号线、地址线和数据线，另外通过主/从选择可以方便地扩存储容量和数据宽度。通过芯片的信号量标志器，左、右两端口可以实现芯片资源的共享，实现数据的高速采集。 
MPC5554通过独立的32位地址/数据总线、控制总线可对双口RAM的左部端口进行存取。地址/数据总线直接与双口RAM的数据总线相连，在双口RAMCY7C026芯片中设置“信箱”来实现其中断功能，实现左、右端口之间数据的传送。双口RAM将存储器的高地址(3FFF)作为左端口的“信箱”地址，而将低地址(3FFE)作为右端口的“信箱”地址。下面以左端口向右端口传送数据为例，说明中断功能的用法。当左端口将数据写入右端口的“信箱”时，右端口的INTR即中断信号管脚就会产生中断信号，将INTR管脚置低。右端口读取该数据后中断信号自动复位。右端口向左端口传送数据的情况与上述情况相同，该功能适用于数据的低速传送。由于MPC5554是32位机，数据的宽度大于16位，这时就需要扩展数据位的宽度。CY7C026的M/S管脚提供了数据扩展的功能。将一片CY7C026的M/S管脚置低，另一片的M/S管脚置高，然后将两块芯片的管脚连接在一起即可。 
以下对其工作控制过程进行具体描述。 
(1)上位机标定***建立与标定装置的连接。上位机标定***通过CAN 通信接口向CAN网络发出遵循CCP协议的连接(CONNECT)命令以建立与标定装置的连接，标定装置收到CONNECT命令，将连接状态位置位，并向上位机返回命令返回帧，报告连接完成。 
(2)标定控制参数。当需要对标定装置双口RAM中存储的控制参数进行标定时，上位机标定***向标定装置发出CCP协议的SETMTA命令，命令包含需要标定的控制参数的地址信息；接着发出DNLOND命令，DNLOND命令中包含了需要进行标定的参数的实际值。标定装置根据上述命令，将共享存储器双口RAM中由SETMTA命令规定的地址的值改为DNLOND命令中所包含的标定参数实际值，即完成了控制参数的标定，电子控制单元则根据新的控制参数值工作。 
(3)上传显示标定参数。电子控制单元工作时，不断采集来自各传感器的***运行状态参数，这些测量参数也存放在双口RAM中由电子控制单元与标定装置共享。当上位机标定***需要获取标定装置双口RAM中的测量参数时，首先向标定装置发出CCP协议的SETMTA命令，标定装置收到该命令后，将相应的MTA地址指针指向需要上传的存储测量参数的双口RAM地址；上位机标定***接着发出UPLOND命令，UPLOND命令中包含了需要进行上传显示的参数的字节数，标定装置收到该命令后，将相应的MTA指针指向地址里的值(即测量参数的值)通过UPLOND命令返回帧进行打包，并返回上位机标定***。当需要对标定装置双口RAM中的测量参数周期性进行采集时，可采用CCP协议中的DAQ(Data Acquisition，数据获取)模式，上位机标定***首先重复发出SET_DAQ_PTR和WRITE_DAQ命令，标定装置收到该命令后将测量参数按照命令中的周期进行分类，当上位机控制***再发出START_STOP命令时，标定装置就按命令中指定的周期将参数上传至上位机或者停止上传。 
双端口RAM的主要作用是作为标定装置与电子控制单元的共享存储器 实现二者之间的通信。双端口RAM允许不经过外部仲裁从两套总线任意读写存储器所有单元的数据，能经受冲突地进行双机同步读写存储器中的同一单元，确保了数据的准确性，简化了***硬件的电路设计。双端口RAM的这种特点使电子控制单元的控制程序与上位机的控制程序之间仅仅存在控制参数的调节关系，也省去了电子控制单元直接与上位机连接时复杂的通讯程序，降低了耦合性，减少了ECU软件开发的工作量。 
电子控制单元存在二种工作模式：正常工作模式和标定模式。电子控制单元在正常模式工作时，相应的控制参数和测量参数都位于电子控制单元自身固有的RAM中；当电子控制单元工作于标定模式时，上位机标定***发送传输控制命令，将电子控制单元RAM中需要标定的控制参数和测量参数传送到标定装置的双口RAM中，在上位机标定***完成对标定装置双口RAM中的控制参数匹配标定，上传测量参数至上位机完成对汽车电子控制单元的测量后，上位机标定***发送控制命令控制电子控制单元将双口RAM中的控制参数移入电子控制单元的ROM中。 
图3所示为标定单片机运行控制流程框图，标定装置整个运行流程如下： 
(1)首先初始化标定装置的CAN端口，此时标定单片机就处于等待上位机标定***发送连接命令的状态。 
(2)当上位机标定***发送CONNECT命令，待连接从设备地址与目标从设备地址相同时，上位机标定***与该目标从设备建立连接，否则标定单片机就一直处于等待状态。 
(3)上位机标定***发送初始化命令，完成对从设备电子控制单元控制参数和测量参数的初始化。电子控制单元读取测量参数存入本地RAM中，设置并启动初始化监控参数帧。 
(4)标定装置根据上位机标定***控制命令提取电子控制单元存储器RAM中的测量参数、控制参数存入标定装置双口RAM的相应地址区，标定单 片机按照上位机标定***要求将该双口RAM中的测量数据上传至上位机标定***，并加以显示/存储/分析；标定装置单片机接收标定***发送的标定控制命令，对指定双口RAM中的控制参数进行修改标定；将标定完成的控制参数通过CAN总线传送至电子控制单元的存储器中，用于对汽车***的控制。当上位机标定***要求与新的从设备建立连接，则针对新的从设备地址发送建立连接命令，并初始化新的从设备。上述处理控制过程完成控制参数的标定和测量参数的上传显示，以最终实现整个标定***的功能。 
本发明的标定装置独立于电子控制单元，具有很强的通用性，能够很方便的与汽车电子控制单元以及目前普遍采用的上位机标定***(如CANape，INCA)相连，从而完成对汽车电子控制单元控制参数的标定和测量参数的监控。 

Claims (4)

1. 汽车电子控制单元通用标定装置，其特征在于，所述标定装置独立于电子控制单元，包括外扩CAN通信接口的标定单片机和双端口RAM，标定单片机遵循CCP协议通过外扩CAN通信接口与上位机标定***通信，通过地址/数据总线外接双端口RAM的一组地址/数据总线，双端口RAM的另一组地址/数据总线作为标定装置的接口，外接电子控制单元的地址/数据总线，标定单片机和电子控制单元共享双端口RAM中的参数，在双端口RAM中存储有标定参数和测量参数，标定单片机对标定参数可以进行读写操作，对测量参数只能进行读操作。
2. 根据权利要求1所述的汽车电子控制单元通用标定装置，其特征在于，标定装置单片机与电子控制单元通过共享一个双端口RAM实现数据交换，双端口RAM允许不经过外部仲裁从两套总线任意读写存储器所有单元的数据。
3. 根据权利要求1或2所述的汽车电子控制单元通用标定装置，其特征在于，在双端口RAM芯片中设置“信箱”来实现左、右端口之间数据的传送，将双端口RAM存储器的高地址作为左端口的“信箱”地址，而将低地址作为右端口的“信箱”地址。
4. 根据权利要求1或2所述的汽车电子控制单元通用标定装置，其特征在于，该标定装置作为上位机标定***和电子控制单元的中间层，上位机标定***中的控制命令、控制参数经由标定装置的CAN收发器通过CAN网络传输到电子控制单元，电子控制单元的测量参数通过CAN网络经过标定装置送入上位机标定***CAN通信接口卡到达上位机。
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