發動機ECU標定系統設計

摘要：發動機ECU標定系統在我國目前的通用汽車行業中起到重要作用。該標定系統包括數據庫單元、監測數據讀寫單元、CAN通信接口以及監控單元等。數據庫單元用于存儲控制發動機不同工況點工作狀態的控制信號;檢測數據單元主要用于標定系統中讀取發動機處于不同工作狀態的測試信號;而CAN通信接口主要用于連接外圍設備。額定值人員對于ECU標定系統的額定值進行處理，保證系統可以根據車況數據及時調整ECU標定系統的策略。相關研究人員根據ECU標定系統的實際情況進行優化處理，很大程度上提高了引擎進行實時數據采集的能力。

關鍵詞：發動機;ECU;校定系統

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

0 ?引言

發動的ECU標定系統用于車速信號的輸入、接收發動機信號、實時傳遞標準數據等。所以為了方便數據的傳輸、存儲和查詢，相關人員設計了一種改進的無損壓縮隨機編碼算法，這種算法可以將任務分配到不同的處理器上，不同的處理器進行不同的工作，確保了引擎系統處理數據的效率。目前該方法已經逐步應用到ECU標定系統中，極大地滿足了ECU標定系統的各項要求。同時還提出要提高發動機標定系統的控制性能，這是因為發動機（ECU）的控制性能直接關系到汽車的驅動功率、經濟性和排放標準。發動機ECU標定系統用于將ECU性能參數輸出至性能測試平臺，性能測試平臺用于將數據進行參數校準。參數校準是一項非常麻煩但又是一項不可或缺的工作，它需要相關人員根據發動機的工作條件，對ECU標定系統內部進行分析，進而對發動機的各項條件進行優化改進。

1 ?發動機ECU標定系統的設計思路

發動機標定系統的設計主要根據系統的功能需求來設計，相關人員可以根據不同需求設計出功能不同的標定系統。為了滿足標定系統數據的傳輸，所以在標準數據的傳輸過程中需要采用CAN線。另外，使用PCL數據收集卡收集各傳感器的參數。CAN裝置系統主要負責評價ECU標定系統的性能，并定義了部分ECU硬件控制和診斷功能。該系統獨立于數據識別卡來收集傳感器數據，不僅提高了數據采集的效率，還提高了系統的擴展性。數據經過處理后，被傳送到數據處理模塊進行壓縮和保存。它可以寫入文件和數據庫的數據存儲形式，支持遠程數據的訪問，擴展性出色。

CAN是德國博世公司開發的高性能串行通信協議，用于現代汽車中多個控制器和檢測設備之間的數據交換。它是一種多主機總線，最大通信速度為1MBPS。CAN總線的一個重要特點是取消了傳統的站址編碼，用通信數據塊編碼代替。一個數據塊的編碼可以由11位二進制或29位二進制組成。最長的數據段為8字節，滿足工業領域對控制指令、工作狀態和測試數據的一般要求。同時，為了保證通信的實時性，它不會占用總線太長時間。此外，CAN總線使用CRC檢查提供相應的錯誤處理保證。為了保證計算機之間數據傳輸的準確性和同時性，相關部門開發了一種“問答”通信協議。具體來說，上位機引擎首先向WARD ECU發送控制指令，ECU接收指令對WARD進行解析，并對信號的應答進行相應的操作，應答信號對上位機的應答信號進行后臺處理，軟件提出處理結果。使用上述通信協議的優點是，如果上位機與ECU之間的通信握手失敗，通信將立即中斷。錯誤指令沒有發送到ECU，它仍然執行原始的控制參數。這可以防止通信故障導致ECU故障。根據設計要求，在通信協議中設置不同的控制字命令，ECU執行相應的控制字命令。

2 ?發動機ECU標定系統數據處理

ECU通信有關的數據的收集和處理有多種形式。人們根據自己需求的不同來選擇合理地數據通信方式。選擇適宜的通信方式不僅可以提高標定系統處理工作的效率，還能降低成本。而發動機的各項性能的變化對ECU規格起決定性作用。為了做出正確的分析決定，校準工程師需要實時收集和顯示這些參數。系統應該立即響應用戶的操作請求，從數據采集卡采集數據，對數據進行排隊、分析和顯示。數據通信的暢通、數據信息的實時收集等是發動機標定系統正確穩定運行的前提。

2.1 采集實時數據的方法

相關研究人員根據需求的不同開發了ECU硬件控制命令、診斷和數據傳輸的OSCP協議，并對部分原始數據采集協議進行了簡化。發動機參數的數據顯示，根據系統的采樣頻率和精度要求，所以它可以允許實踐中的原始行不同程度的延遲，尤其是點數據和部分擴展的干預。所以要增加標定系統的實時數據采集卡，加強對數據的監控，保證數據能夠實時完整的儲存到系統中。

2.2 實時數據的處理

額定值標定系統的核心功能是將額定值的實時數據快速高效地加載到待額定值ECU中，同時將額定值結果反映給上位機，上位機再根據額定值系統給出的數據進行實時數據處理。根據發動機行駛結果實時顯示，對ECU控制指標評價和調整，保證標準數據有效性。

在額定的標定系統中，發動機的參數數據等對數據的實時性要求很高，所以研究人員更應該在數據的實時傳遞方面做更深一步的研究工作。只有系統的傳感器與實時數據采集卡達成協議時，實時數據才會顯示在界面上。此外，還要保證數據的全部完整傳遞，避免數據的延遲。進行數據檢索時，需要正確記錄數據。數據采集卡轉換模塊將PCL采集卡的端口信號轉換為數據，再轉換為物理量，這種轉變通常以一定的頻率發生。在每次轉換過程中，一個由靜態全局結構（包括一組參數變量）組成的數據副本將被主動更改。實時顯示模塊定期對標定系統進行優化與查詢工作，查詢工作要保證數據的實時性。由于曲線繪制和數據壓縮的效率不同，該數據結構將轉換后的數據緩存在相同的兩個數據緩存隊列中，便于后續任務的并行優化。這種方法的優點是既保證了性能的實時性，又便于數據的完整記錄和收集，便于離線時對發動機性能進行詳細的對比和分析。

在實際的數據監控中，監控時間越長，數據量越大，引擎數據冗余度越高，壓縮空間越大。基于此提出了一種基于RLE和HUFFMAN編碼的無損實時壓縮算法RHE （RLE AND HUFFMAN ENCODING）。該算法最適合大數據冗余的實時數據壓縮和部分解壓縮查詢。RHE編碼的主要思想是在實時采集階段，將數據預處理階段得到的等大小的矩陣數據通過Z-SCAN進行RLE編碼，生成RLE編碼的數據塊。筆劃寬度以8位數據塊的形式記錄，最大寬度為255。同時，根據HUFFMAN碼樹的相應參數，將HUFFMAN碼填充到RLE碼數據中，從而得到RHE碼數據塊。同時根據RHE碼數據塊不同的監測數據，配置相應的霍夫曼編碼樹。基于最佳實驗結果創建霍夫曼編碼樹，并存儲在系統簡檔中。在數據回調查詢期間，相關研究人員可以根據查詢的不同時段對壓縮數據的壓縮塊進行分解，從而提高壓縮效率，減少資源浪費。

3 ?發動機ECU標定系統的優化

為保證ECU標定系統的工作效率和它對實時數據的處理能力，可對發動機ECU標定系統進行多任務并行優化。為了確保標定系統的評價功能任務可以成為實時任務，可以將非實時任務劃分為實時任務。當實施任務時，保證非實時任務可以立即響應，并采取行動。實時任務是指接收引擎的數據并對數據進行實時處理，同時將數據進行集中處理。在CPU處理資源容量很高的情況下，計算任務可以適當定制，資源得到有效利用，任務可以順利推進。如今，隨著芯片技術的高速發展，多核處理器已經成為當代發動機標定系統的主要儀器。在多核架構系統中，CPU有更多的機會同時執行任務。在多核平臺中，通過在不同CPU優先級的處理器上設置對實時任務的支持，可以保證實時任務的并行性。

4 ?發動機標定系統任務調度策略

對于實時數據的接收主要有兩種情況。一種情況是數據無法被接收，當數據到達的時候，CPU可能正在執行任務，所以并不能及時響應數據的請求，及時接收數據。第二種情況是數據到達的太快而導致數據無法處理或稍后被刪除時。在這兩種情況下，共享緩存隊列都是首選的解決方案。在數據分發期間，通過定期查詢檢查隊列的數據，如果數據不是空的，則從隊列中提取數據并將其填充到適當的表單板中。接收進程將獲取的信號量列入數據表中，并及時處理已經執行過的數據。而由于參數類型的不同，所以矩陣模板的大小也會有所不同，因此在形成矩陣時可以緩存數據，增加了數據壓縮的利用時間。

多核心平臺提供了一種通過將任務分配給不同的處理器來實現并行數據處理的好方法，其中CPU資源豐富。為了提高發動機ECU標定系統的運行效率，不僅要優化硬件結構，還要優化軟件結構，最大限度地利用計算機資源，確保系統的運行效率。經過長期的實踐與定期優化，該發動機ECU標定系統的功能和布局又有所提升，這也極大的提高了標定系統的處理數據的能力和效率，簡化了ECU標定系統的輔助流程。

5 ?發動機ECU標定系統的總結

在發動機ECU的額定運行中，行程參數的實時記錄非常重要，它是相關研究人員對ECU標定系統進行分析的重要依據，也是ECU標定系統平穩運行的重要保障。近年來，相關研究人員在標定系統方面不斷探索，及時發現標定系統的漏洞，并對其作出有效改善，同時對額定值系統做了簡化，大大提高了ECU標定系統的工作效率。但有時數據由于保存不善，經常容易丟失。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的嘗試，使得CAN驅動在實時操作系統上運行穩定可靠，從而防止數據丟失。同時，為了更好的防止數據丟失，為此本文提出了一種實時數據監控方案，并設計了一種數據無損壓縮RHE編碼方法。通過這一方法，對數據進行實時監控，從而確保數據的完整保存。通過監控數據方案以及RHE編碼方法的評價體系的應用，可以極大地簡化數據保存流程，提高數據保存效率，還能保證數據的準確性，并確保數據的完整保存。發動機ECU標定系統顯著提高了系統進行數據通信的效率，同時該ECU發動機標定系統可以進行穩定又快速的數據傳輸，對我國的標定系統行業具有重大意義。在以后的汽車行業發展進程中，相關人員應在ECU標定系統行業進行更深一步的探索，為我國標定系統行業增添光彩。

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作者簡介：李振（1984-），男，湖南棗陽人，工程師，本科，研究方向為發動機及變速器。