基于CCP和AK協(xié)議的ECU數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在AVLpuma臺(tái)架上的試驗(yàn)研究
2020-04-20 11:06:57婁建民程雷陳立洋
時(shí)代汽車 2020年3期
婁建民 程雷 陳立洋
摘 要：基于C#開發(fā)語言利用WinForm友好的界面設(shè)計(jì)的ECU數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過ASAP2標(biāo)準(zhǔn)的A2L文件解析實(shí)現(xiàn)對(duì)A2L文件中測(cè)量信息的讀取，再利用串行通信協(xié)議CAN和CCP協(xié)議與ECU進(jìn)行信息交互，最后利用AK協(xié)議與AVLpuma臺(tái)架實(shí)時(shí)通信將獲取的ECU中的測(cè)量參數(shù)顯示在臺(tái)架上的POI中，同時(shí)這些測(cè)量參數(shù)與臺(tái)架測(cè)量的參數(shù)一起記錄在AVLpuma臺(tái)架里。該系統(tǒng)已成功普及到多款增壓直噴汽油機(jī)的性能測(cè)試和可靠性試驗(yàn)中，為發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過程監(jiān)控提供了更全面的保護(hù)。
關(guān)鍵詞：CCP協(xié)議;A2L解析;AK協(xié)議;AVLpuma臺(tái)架
1 前言
近年來，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展汽車電氣化程度越來越高，雖然目前新能源電動(dòng)車越來越多，但是當(dāng)下在汽車的產(chǎn)銷量上還是很難與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的汽車相抗衡，即便是在動(dòng)力系統(tǒng)上電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)在電氣化的控制上還是內(nèi)燃機(jī)的控制稍顯復(fù)雜。這一點(diǎn)在電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架測(cè)試開發(fā)階段顯現(xiàn)的更為明顯，在大家熟知的AVLpuma臺(tái)架中，不論是臺(tái)架測(cè)量的參數(shù)還是電子控制單元的標(biāo)定參數(shù)，還是臺(tái)架對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)外圍冷卻系統(tǒng)的控制上，內(nèi)燃機(jī)的臺(tái)架還是比電機(jī)的臺(tái)架更復(fù)雜。
在一款汽油機(jī)的開發(fā)階段，臺(tái)架的測(cè)試是其中最重要的階段之一，在臺(tái)架進(jìn)行ECU標(biāo)定時(shí)國內(nèi)幾乎使用都是EATS的INCA標(biāo)定軟件，但在開發(fā)階段的樣機(jī)耐久考核時(shí)也需要隨時(shí)監(jiān)控ECU的數(shù)據(jù)變化情況，以便更早的發(fā)現(xiàn)樣機(jī)的問題，避免一些無法挽回的損失。而一般試驗(yàn)室都幾十個(gè)臺(tái)架全部使用INCA造價(jià)將非常高，而且耐久考核只監(jiān)測(cè)ECU中的測(cè)量參數(shù)不對(duì)所考核樣機(jī)的ECU進(jìn)行更改，所以使用INCA多少有些浪費(fèi)，在與puma臺(tái)架通過ASAM-3MC協(xié)議連接時(shí)需要設(shè)置大量的NormName來實(shí)現(xiàn)記錄，過程較為繁瑣而且連接步驟也頗為麻煩。目前國內(nèi)及國外大部份車企及主機(jī)廠所用的臺(tái)架基本使用AVL公司生產(chǎn)的puma系統(tǒng)，該系統(tǒng)功能強(qiáng)大、穩(wěn)定、可擴(kuò)展其他應(yīng)用。
本文以國內(nèi)某知名電噴系統(tǒng)為例，介紹了A2L文件解析及CAN標(biāo)定協(xié)議通過串口通信CAN協(xié)議采集ECU數(shù)據(jù)再通過AK協(xié)議和編制puma中的MDD配置文件實(shí)現(xiàn)與臺(tái)架通信的試驗(yàn)研究。
2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1 A2L文件的解析
A2L文件是依據(jù)ASAP2標(biāo)準(zhǔn)（表征控制設(shè)備之間的接口定義、測(cè)量參數(shù)、標(biāo)定參數(shù)、參數(shù)存儲(chǔ)形式、參數(shù)轉(zhuǎn)換方式的一種通用性定義）制定的，在發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)初期，大部分電噴廠商在開發(fā)電子控制單元時(shí)都會(huì)將硬件的參數(shù)信息、接口參數(shù)的信息和各種發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量和標(biāo)定的信息都會(huì)編制在A2L文件內(nèi)[2]。本文對(duì)整個(gè)A2L文件進(jìn)行解析時(shí)只對(duì)文件中MEASUREMENT參數(shù)進(jìn)行提取如下圖1所示，其他參數(shù)略過，下面以A2L文件中一個(gè)參數(shù)為例進(jìn)行說明。
/begin MEASUREMENT
SPEED
“Filtered Engine speed”
UWORD
VfVIOS_n_EngSpd_DS_Scaling
0
0.000000
0.000000
8191.875000
ECU_ADDRESS 0x60002A54 ? ?DISPLAY_IDENTIFIER VfVIOS_n_EngSpd
/end MEASUREMENT
其中/begin和/end是分界符，MEASUREMENT為關(guān)鍵字，VRPM為該關(guān)鍵字內(nèi)的參數(shù)名，“Filtered Engine speed”該參數(shù)名的注釋，UWORD為該參數(shù)的數(shù)據(jù)類型，VfVIOS_n_EngSpd_DS_Scaling為該參數(shù)的轉(zhuǎn)換標(biāo)識(shí)符用于中間變量的計(jì)算等使用，以下依次為該參數(shù)的分辨率、精度、下限值、上限值，ECU_ADDRESS為該參數(shù)在ECU中的存儲(chǔ)地址（可選項(xiàng)），DISPLAY_IDENTIFIER為該參數(shù)的一個(gè)替代名稱（可選項(xiàng)），可選項(xiàng)的意思就是該項(xiàng)內(nèi)容可以出現(xiàn)一次或者不出現(xiàn)。
本文對(duì)于A2L文件中的接口數(shù)據(jù)（ECU與采集系統(tǒng)通信的配置信息）可以在采集系統(tǒng)的界面直接輸入，該采集系統(tǒng)未對(duì)標(biāo)定等關(guān)鍵字進(jìn)行調(diào)用，參考文獻(xiàn)2中對(duì)A2L文件進(jìn)行了全方位的解析，這里不做過多介紹。
2.2 CCP協(xié)議
CCP協(xié)議[1]（CAN Calibration Protocol）即CAN標(biāo)定協(xié)議屬于CAN通信的應(yīng)用層協(xié)議，采用主從通信的方式，該協(xié)議主要用于對(duì)汽車動(dòng)力的電子控制單元進(jìn)行標(biāo)定，同時(shí)可進(jìn)行電子控制單元內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。
本文讀取ECU中的數(shù)據(jù)通過C#按照?qǐng)D2中的流程圖進(jìn)行代碼編輯即可實(shí)時(shí)采集ECU反饋的報(bào)文，再將反饋的報(bào)文進(jìn)行解析顯示到窗口上。圖中為本文用到的每個(gè)指令代碼及功能說明如表1中所示。
文中提到的DAQ為數(shù)據(jù)采集即從ECU中定義一個(gè)程序和從設(shè)備到主設(shè)備之間的信號(hào)發(fā)送，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速讀取，ODT為對(duì)象描述符表即用于接收數(shù)據(jù)組的變量元素列表，這里面選取上面SPEED的測(cè)量參數(shù)來說明采集和解析的過程。
依據(jù)圖2中的流程發(fā)送數(shù)據(jù)07D0 15 07 00 00 01 00 00 00（15為命令代碼、07為命令計(jì)數(shù)器、00為DAQ列表數(shù)目為0、00為對(duì)象描述表ODT數(shù)目為0、01為單元數(shù)目在ODT里面位置），07D0 16 08 02 00 60 00 2A 54（16為命令代碼、08為命令計(jì)數(shù)器，后四位為SPEED的DAQ單元的地址）給ECU（電子控制單元）的數(shù)據(jù)，其中07D0為數(shù)據(jù)ID，發(fā)送命令代碼06的數(shù)據(jù)開始采集后數(shù)據(jù)（07D5 00 EC 13 72 27 00 00 00）將周期返回，根據(jù)返回的報(bào)文和SPEED參數(shù)在A2L中的描述可以計(jì)算出此時(shí)轉(zhuǎn)速為873rpm。
3 puma臺(tái)架通信設(shè)計(jì)
3.1 AK協(xié)議
AK協(xié)議[14]源于德國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)，通過串口通信來實(shí)現(xiàn)各種外部設(shè)備與主控系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，本文涉及的主控系統(tǒng)為AVL公司的PUMA系統(tǒng)，在該系統(tǒng)內(nèi)很多的外部設(shè)備都利用其特有的AK協(xié)議進(jìn)行通信，例如AVL735、AVL442、AVL753C等。下面針對(duì)AVLpuma系統(tǒng)進(jìn)行AK協(xié)議的進(jìn)一步解讀。
AK協(xié)議是建立在RS232接口上的一種通信形式，基于主從原則，所有命令和數(shù)據(jù)以ASCII格式傳輸。命令定義為四字符功能代碼。它們可以分為三組：控制命令（從“S”開始，如SREM）、查詢命令（以“A”開頭，例如ASTZ）、調(diào)整命令（從“E”開始，例如ESOL）系統(tǒng)接收一個(gè)命令后就發(fā)送響應(yīng)的數(shù)據(jù)。
如果命令行不是以
3.2 CDH的設(shè)計(jì)
CDH（可配置設(shè)備處理程序）是AVL PUMA中的一個(gè)開放的子系統(tǒng)，CDH的設(shè)計(jì)是通過AK協(xié)議集成外部設(shè)備的必經(jīng)之路。集成AVL公司滿足AK協(xié)議的外部設(shè)備很容易，但是將其他的外部設(shè)備（滿足AK協(xié)議）集成到AVLpuma系統(tǒng)里是一項(xiàng)很難的工作，這里需要AVL公司授權(quán)許可證并支付一筆高額的費(fèi)用。
3.2.1 新建設(shè)備描述文件
先定義要與AVLPuma 集成的測(cè)量設(shè)備，您可以集成預(yù)配置的設(shè)備或新設(shè)備。對(duì)話框中MDD文件的名稱將是你定義的設(shè)備名稱。
3.2.2 連接類型設(shè)計(jì)
在該步驟中設(shè)置協(xié)議類型為AK協(xié)議，連接形式為RS232。
3.2.3 設(shè)備變量的設(shè)置
輸入變量通過報(bào)文、序列、腳本和全局條件來控制設(shè)備，輸出變量將相應(yīng)的測(cè)量值從設(shè)備傳輸?shù)阶詣?dòng)化系統(tǒng)，通過這些輸入輸出變量來控制系統(tǒng)的各種功能。
3.2.4 報(bào)文
報(bào)文是定義一個(gè)讀-寫的元素對(duì);即一條消息發(fā)送到設(shè)備（發(fā)送文本），一條消息從設(shè)備（接收文本）讀取，所以必須定義發(fā)送文本或接收文本。一個(gè)MDD文件包括一個(gè)報(bào)文列表，每個(gè)報(bào)文唯一的標(biāo)識(shí)就是其名稱，每個(gè)名稱都有對(duì)應(yīng)的描述，發(fā)送給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的報(bào)文為<02> ALEV K0<03> ，這里有三種響應(yīng)方式分別是無響應(yīng)、等待響應(yīng)和等待及分析響應(yīng)，本文選擇的是第三種等待及分析響應(yīng)，這個(gè)報(bào)文功能就是將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的電噴參數(shù)傳遞給AVLpuma系統(tǒng)，該本文的響應(yīng)為<02> ALEV #DA01# #DA02# #DA03# #DA04# #DA05# #DA06# #DA07# #DA08# #DA09# #DA10# #DA11# #DA12# #DA13# #DA14# #DA15# <03>。
3.2.5 腳本
在腳本中，可以定義各種通用子例程/函數(shù)。借助這些不同的功能來控制測(cè)量裝置。腳本可以通過序列或任何其他腳本調(diào)用，這些腳本可以支持復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)程序功能，也可以幫助集成其他設(shè)備，通過vbscript的強(qiáng)大功能，也可以提供數(shù)學(xué)計(jì)算、復(fù)雜驗(yàn)證或算法。
3.2.6 序列
序列是CDH設(shè)計(jì)的核心部分，它是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序執(zhí)行的主體。
序列也是由名稱定義，序列由CDP或PUMA觸發(fā)，由起始?jí)K、循環(huán)塊和結(jié)束塊組成，所有塊都是可選的。起始?jí)K包含塊條目命令列表，這些命令可以是報(bào)文、硬編碼函數(shù)、腳本子例程/函數(shù)或條件。開始?jí)K在開始時(shí)執(zhí)行一次，循環(huán)塊還包括報(bào)文、硬編碼函數(shù)、腳本子程序/函數(shù)或條件，它是以定義的頻率循環(huán)執(zhí)行，并在定義的結(jié)束條件變?yōu)檎鏁r(shí)結(jié)束，結(jié)束塊是在完成OK和完成NotOK時(shí)執(zhí)行的序列。
3.2.7 全局條件
全局條件適用于所有腳本和序列，無論什么時(shí)候定義，都會(huì)執(zhí)行所有腳本和序列，由于性能原因，全局條件僅適用于輸出通道。
4 聯(lián)合調(diào)試
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過本文的AK協(xié)議與AVLpuma臺(tái)架相連，將ECU中的參數(shù)變量通過采集系統(tǒng)采集后傳輸?shù)脚_(tái)架中并隨著臺(tái)架上的測(cè)量參數(shù)一起被記錄下來。圖3為聯(lián)合調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)圖。
聯(lián)合調(diào)試選取的是一款12TGDI型三缸發(fā)動(dòng)機(jī)Delphi電噴系統(tǒng)，圖中的工況及具體參數(shù)見下表5所示。
其余參數(shù)為ECU中獨(dú)有的變量，例如點(diǎn)火角AVG等等，表5中AVLpuma參數(shù)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)參數(shù)稍有差別，原因在于二個(gè)參數(shù)是不同部位的不同傳感器采集出來的，所以會(huì)存在一定的誤差。
5 結(jié)束語
使用C#開發(fā)語言利用WinForm友好的界面（圖3下半部分）設(shè)計(jì)的ECU數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，基于CAN總線，采用CCP協(xié)議及AK協(xié)議開發(fā)了一套適用于發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)的試驗(yàn)參數(shù)監(jiān)控平臺(tái)。
該平臺(tái)在Delphi系統(tǒng)的12TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中得到了廣泛的應(yīng)用，試驗(yàn)結(jié)果表明：該平臺(tái)可以可以移植到所有電噴廠家匹配的所有發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中。
通過該監(jiān)控平臺(tái)可以對(duì)所有產(chǎn)品開發(fā)過程中的臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)和電噴參數(shù)數(shù)據(jù)有序的結(jié)合在一起，有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品開發(fā)的進(jìn)度、提高產(chǎn)品試驗(yàn)過程中的故障診斷能力、方便試驗(yàn)人員對(duì)電噴參數(shù)調(diào)整和即時(shí)優(yōu)化，降低試驗(yàn)開發(fā)設(shè)備投入成本，可以隨時(shí)通過二次開發(fā)來達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康模钪匾氖强膳cAVLpuma臺(tái)架無條件集成[14]。
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