柴油機(jī)熱試臺(tái)架部分參數(shù)由ECU讀取研究

梁業(yè) 羅世敏 莫啟興

【關(guān)鍵詞】機(jī)油壓力;ECU;優(yōu)越性

【中圖分類號(hào)】TK42 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2021）07-0058-03

0 引言

近年來，我國汽車工業(yè)發(fā)展非常迅猛。隨著環(huán)保形勢(shì)日趨嚴(yán)峻及霧霾天氣的出現(xiàn)，國家對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放要求更加嚴(yán)格，廣西玉柴機(jī)器股份有限公司作為亞洲內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)基地，制造綠色環(huán)保動(dòng)力責(zé)無旁貸。發(fā)動(dòng)機(jī)的制造生產(chǎn)流程有非常嚴(yán)格的要求，其中發(fā)動(dòng)機(jī)出廠前的熱試驗(yàn)測試是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，這就對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)熱試驗(yàn)測試技術(shù)提出了更高的要求。目前，原測試臺(tái)架條件無法直接讀取EUC上的機(jī)油壓力等參數(shù)，這給產(chǎn)品的后續(xù)服務(wù)帶來很多不必要的麻煩。廣西玉柴機(jī)器股份有限公司為了將更加優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品交到用戶手上，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性，在發(fā)動(dòng)機(jī)性能測試臺(tái)架方面一直努力研究、探索。

1 現(xiàn)狀

隨著改革開放不斷深入，發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有扭矩大、功率大、油耗低等特性，越來越廣泛地應(yīng)用于交通運(yùn)輸中。隨著社會(huì)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的車用發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)了許多新的挑戰(zhàn)，表現(xiàn)為動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、耐久性和排放等方面必須滿足更高的要求。現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，使電子控制技術(shù)成為改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要手段，繼“國Ⅱ”“國Ⅲ”后，“國Ⅳ”“國Ⅴ”“國Ⅵ”的出現(xiàn)及升級(jí)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能測試提出了更高的技術(shù)要求。發(fā)動(dòng)機(jī)測試臺(tái)架無法直接讀取ECU上的參數(shù)，但根據(jù)市場反饋，目前裝配好的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)貨到用戶手中時(shí)，其發(fā)現(xiàn)電控機(jī)有部分機(jī)油壓力傳感器出現(xiàn)漏油、不工作等故障，造成發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)用戶和公司的影響非常大。為了能及時(shí)處理機(jī)油壓力傳感器故障，減少外反饋，加強(qiáng)ECU參數(shù)采集處理的程序設(shè)計(jì)研究并投入使用非常有必要。數(shù)字測量系統(tǒng)通過熱能與動(dòng)力工程測試技術(shù)中將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) [1]，在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的工藝流程中，將機(jī)油壓力傳感器前移至熱試前裝配，并模擬診斷儀監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)的模式，通過ECU讀取機(jī)油壓力及溫度等參數(shù)，使柴油機(jī)熱試試驗(yàn)臺(tái)架既能監(jiān)測到試驗(yàn)所需的參數(shù)，又能起到把關(guān)機(jī)油壓力傳感器是否正常的作用。

2 ECU讀取測試系統(tǒng)的難點(diǎn)

按原有的工藝檢測方法，機(jī)油壓力傳感器是在發(fā)動(dòng)機(jī)熱測試之后才裝配，在柴油機(jī)熱試臺(tái)架時(shí)，試驗(yàn)者需拆掉機(jī)油冷卻器上的堵塞，裝上工裝機(jī)油壓力表，通過檢測該處機(jī)油壓力值的變化，使模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過通信傳遞到臺(tái)架測試系統(tǒng)，試驗(yàn)者通過臺(tái)架系統(tǒng)的工作窗口及時(shí)了解發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部機(jī)油壓力值。柴油機(jī)熱試臺(tái)架原有的程序無法直接讀取ECU的信息，不能實(shí)現(xiàn)ECAN TOOLS軟件應(yīng)用、二次開發(fā)函數(shù)庫、兩條波特率不同的CAN總線的連接及數(shù)據(jù)的傳輸?shù)取?p>

3 ECU讀取測試系統(tǒng)的原理

近年來，電控柴油機(jī)不斷普及，同時(shí)電控系統(tǒng)越來越復(fù)雜，一旦發(fā)生故障，在修理工廠查找故障耗費(fèi)的時(shí)間越來越長。為了解決此問題，ECU實(shí)現(xiàn)了自我診斷的OBD（車載診斷系統(tǒng)，On-Board Diagnostic）功能。這個(gè)系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況和尾氣后處理系統(tǒng)的工作狀態(tài)。例如，一旦發(fā)現(xiàn)有可能引起排放超標(biāo)的情況，會(huì)馬上發(fā)出警示。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，故障燈（MIL）或檢查發(fā)動(dòng)機(jī)（Check Engine）警告燈亮，同時(shí)OBD系統(tǒng)會(huì)將故障信息存入存儲(chǔ)器，通過標(biāo)準(zhǔn)的診斷儀器和診斷接口以故障碼的形式讀取相關(guān)信息。根據(jù)故障碼的提示，維修人員能迅速準(zhǔn)確地確定故障的性質(zhì)和部位 [2]。因此，故障診斷儀已成為市場上不可或缺的工具，它不僅能及時(shí)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)故障情況及零部件，還能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，包括發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的各種性能參數(shù)。因?yàn)樵裼蜋C(jī)熱試臺(tái)架系統(tǒng)的波特率、濾波等與ECU參數(shù)不一致，所以通過USB轉(zhuǎn)CAN盒分析儀使ECU參數(shù)與柴油機(jī)熱試系統(tǒng)連接。廣西玉柴機(jī)器股份有限公司試機(jī)臺(tái)架CNK2000測控系統(tǒng)要通過USB轉(zhuǎn)CAN盒分析儀使ECU參數(shù)與柴油機(jī)熱試臺(tái)架系統(tǒng)連接傳輸，兩者的波特率、輸送的幀幅不一樣，所以要通過設(shè)置ECU所在物理位置相應(yīng)I/O接口線電平高低，自動(dòng)識(shí)別ECU的主-從身份;通過使用USB轉(zhuǎn)CAN盒分析儀主要硬件電路，設(shè)計(jì)CAN網(wǎng)絡(luò)通信接口和網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，對(duì)系統(tǒng)軟件做整體規(guī)劃;重新設(shè)計(jì)整體控制策略和分模塊控制策略，內(nèi)容包括主ECU的系統(tǒng)軟件流程、從ECU的系統(tǒng)軟件流程、發(fā)動(dòng)機(jī)控制的數(shù)據(jù)和指令通信協(xié)議設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)的分布控制系統(tǒng)等;針對(duì)USB轉(zhuǎn)CAN盒分析儀系統(tǒng)的特點(diǎn)、數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)定義、時(shí)間同步機(jī)制，對(duì)基于CAN網(wǎng)絡(luò)的主-從發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)做臺(tái)架測試實(shí)驗(yàn)，通過主-從ECU控制系統(tǒng)和NCK2000測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的同步交換和傳輸，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在預(yù)定的各實(shí)驗(yàn)工況轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，誤差可控制在0.5%以內(nèi)。研究表明，在兩個(gè)或更多時(shí)槽中，系統(tǒng)最高通信速度達(dá)10 Mbit/s實(shí)現(xiàn)了比CAN速度更高和信息量更多的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。根據(jù)以上原理，模擬診斷儀監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)的模式，通過ECU讀取機(jī)油壓力及溫度等參數(shù)，使試驗(yàn)臺(tái)架能監(jiān)測到試驗(yàn)所需的參數(shù)。

4 實(shí)現(xiàn)ECU讀取機(jī)油壓力的過程

ECU作為發(fā)動(dòng)機(jī)的“大腦”，通過設(shè)定好的程序?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)工況進(jìn)行監(jiān)控，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)。ECU在監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，通過各種傳感器會(huì)記錄大量參數(shù)到存儲(chǔ)器，根據(jù)ECU這一工作特性，捕獲從ECU通信端口CAN發(fā)出的報(bào)文，提取機(jī)油壓力、水溫、轉(zhuǎn)速相關(guān)的字符串?dāng)?shù)據(jù);直接由ECU讀取發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力、水溫及轉(zhuǎn)速等參數(shù)（見表1），效果圖如圖1所示。

第一，調(diào)整臺(tái)架系統(tǒng)的通信協(xié)議及臺(tái)架數(shù)據(jù)輸送的通信通道，找出臺(tái)架的機(jī)油壓力及其他相關(guān)數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)位。

第二，編寫軟件截取臺(tái)架的通信數(shù)據(jù)，同時(shí)把ECU讀取的機(jī)油壓力、水溫、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)代替原來的壓力數(shù)據(jù)。

第三，識(shí)別編程軟件采集的模擬環(huán)境變量，將ECU原有設(shè)定的是否開放油壓絕對(duì)值與相對(duì)值做判斷，根據(jù)判斷的油壓值通過軟件計(jì)算輸出相對(duì)油壓值。處理完成后，再發(fā)送到臺(tái)架的測試軟件作為本地記錄。

第四，通過臺(tái)架的測試軟件上傳服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)臺(tái)架機(jī)油壓力傳感器從ECU讀取數(shù)據(jù)的功能。

在整個(gè)過程中，利用搭橋方式，將截取的ECU信號(hào)通過編程軟件處理之后再輸送至臺(tái)架測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)油壓力等參數(shù)由ECU直接讀取的功能。

5 ECU讀取機(jī)油壓力等參數(shù)的優(yōu)越性及前瞻性

根據(jù)測量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征，柴油機(jī)熱試臺(tái)架部分參數(shù)由ECU讀取。我們充分考慮了測量系統(tǒng)的瞬變參數(shù)測量中的動(dòng)態(tài)特性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、動(dòng)態(tài)標(biāo)定、誤差的來源與分類、系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、可疑測量數(shù)據(jù)的剔除、隨機(jī)誤差的計(jì)算傳遞誤差、有效數(shù)字與計(jì)算方法、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖示法等;測量的精確度很大程度上由系統(tǒng)表征，如果系統(tǒng)誤差很小，那么測量結(jié)果是相當(dāng)準(zhǔn)確的，因此要設(shè)法了解系統(tǒng)誤差來源，盡力消除其影響，確定或估算系統(tǒng)誤差值，有效地提高測量的精度;消除系統(tǒng)誤差除了采用修正法消除誤差，還可采用預(yù)檢法消除誤差 [1]。通過對(duì)機(jī)油壓力臺(tái)架測試系統(tǒng)的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)油壓力傳感器在熱試前裝配，起到了在裝配測試過程中把關(guān)監(jiān)控的作用，有效地避免滲漏、傳感器性能出廠前的檢測，減少顧客擔(dān)憂;同時(shí)，減輕試驗(yàn)操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，不需要拆工裝油壓表，無需對(duì)拆裝時(shí)流出的油污進(jìn)行清洗。

同時(shí)，該方式為柴油機(jī)熱試臺(tái)架提供新的改進(jìn)方式。在試驗(yàn)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)需要監(jiān)控的參數(shù)都可通過ECU讀取，減少其他輔助設(shè)備。設(shè)備的維護(hù)成本降低，設(shè)備減少的同時(shí)能源能耗也相應(yīng)降低，并能夠?qū)崿F(xiàn)更早的整車測量。

6 結(jié)語

本文針對(duì)柴油機(jī)熱試臺(tái)架測試系統(tǒng)和ECU控制系統(tǒng)復(fù)雜的特點(diǎn)，詳細(xì)分析了測試過程中可能出現(xiàn)的各種干擾，并提出了相應(yīng)的抗干擾措施。在柴油機(jī)熱試臺(tái)架測試系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)及其硬件抗干擾設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，研究了如何從受干擾的ECU、USB轉(zhuǎn)CAN盒分析儀采集信號(hào)中提取能反映ECU機(jī)油壓力、水溫及轉(zhuǎn)速的參數(shù)信號(hào)。采用小波變換、小幀幅對(duì)ECU采集信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)處理，較好地滿足了柴油機(jī)熱試的要求。減少了員工的工作量，有效阻止了試機(jī)后裝配壓力傳感器引起的漏油故障，裝配工藝得到了統(tǒng)一;柴油機(jī)熱試臺(tái)架部分參數(shù)由ECU讀取，使用戶對(duì)“玉柴”發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品更青睞，同時(shí)減少了用戶的損失，極大地維護(hù)了“玉柴”產(chǎn)品市場形象，保證了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能的穩(wěn)定性，有效地降低了排放物，為節(jié)能減排做出了貢獻(xiàn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]嚴(yán)兆大.熱能與動(dòng)力工程測試技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008：3-4.

[2]林其駿.數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：35-380.