GD_1高压共轨柴油机电控系统标定平台设计

2008年1月

农业机械学报

第39卷第1期

G D 21高压共轨柴油机电控系统标定平台设计

李付相　王俊席　唐航波　冒晓建　杨　林

【摘要】　基于CCP 协议开发了柴油机G D 21(电控系统代号)系统的标定平台。该平台PC 机端采用USB 通信,ECU 端采用CAN 通信,利用USBCAN 智能转换卡实现了与ECU 准确、可靠和稳定的通信。利用LabV IEW 和

VC ++混合编程,开发了友好的人机交互界面,实现了CCP 协议的驱动程序。利用本标定平台易于实现标定数据

的采集、显示、保存和标定功能。

关键词:柴油机　电控系统　标定平台　设计中图分类号:T K421

文献标识码:A

Design of a N e w C alibration Tool for Electronical Control System of G D 21High Pressure Common R ail Diesel Engine

Li Fuxiang Wang J unxi Tang Hangbo Mao Xiaojian Yang Lin

(S hanghai Jiao Tong U niversity )

Abstract

Based on CCP protocol ,a calibration platform for G D 21calibration system was developed.The USB interface of PC realized accurate and reliable communication with ECU by USBCAN intelligent transfer ing LabV IEW and VC ++mixed programming technology ,a friendly interface was provided and CCP driver was developed.Data acquisition ,display ,saving and calibration became easier on the calibration platform.

K ey w ords Diesel engine ,Electronical control system ,Calibration platform ,Design

收稿日期:2006210212

李付相　上海交通大学机械与动力工程学院　硕士生,200240　上海市王俊席　上海交通大学机械与动力工程学院　讲师　博士唐航波　上海交通大学机械与动力工程学院　工程师冒晓建　上海交通大学机械与动力工程学院　副教授　博士杨　林　上海交通大学机械与动力工程学院　教授　博士

引言

发动机的性能(动力性、燃油经济性和排放性能

等)受到大量参数和脉谱的控制[1],为使发动机的性能达到最优,必须对其控制参数和脉谱进行详细的标定。标定工作十分复杂,一方面,标定时必须综合考评各种性能指标[2];另一方面,这些控制参数和脉谱之间相互影响[3],对各个控制参数和脉谱进行单独标定是不科学的。目前,尚未有成熟的电控发动机标定理论,因此,需要反复进行发动机台架试验和道路试验,多次标定ECU (electronic control unit )中的参数和脉谱,标定工作十分繁重。本文采用LabV IEW 和VC ++混合编程,基于CAN [4]通信

和CCP (can calibration protocol )协议[5～6]设计G D 1高压共轨柴油机电控系统的标定平台。

1　标定平台硬件设计

标定平台与发动机电子控制单元ECU 之间的连接存在接口问题,PC 机上广泛应用的接口是USB 接口,而ECU 通常采用的是CAN 总线接口,PC 和ECU 之间需要一个接口转换装置。在ASAP (Arbeitskreis zur Standardisierung von Applikation 2ssystemen )接口标准的基础上,标定平台采用CAN 通信和CCP 协议,通过USBCAN 智能接口卡实现标定平台和ECU 之间的通信(图1)。采用CAN 通信具有数据传输速率高、数据错误率低、可靠性好、

成本低等优点。

图1中TouCAN 模块是MC68376的CAN 通信控制器,其最高传输速度可高达1Mb/s ,它同时支持CAN 通信协议中标准(11位)和扩展(29位)ID 报文格式。USBCAN 把来自ECU 的CAN 数据

帧转化为USB 数据格式传输给PC ,同时把PC 机的USB 数据转化为CAN 数据帧传输给ECU

。

图1　标定平台结构框图

Fig.1　Structure of calibration platform

2　标定平台软件设计

控制发动机性能的各种参数和脉谱存储在

ECU 内,通过标定ECU 中的参数和脉谱来优化发动机的性能。标定平台要实现的是:采集ECU 中存储的各个参数值和脉谱值,对发动机的性能进行分析,然后通过反复标定ECU 中各参数和脉谱值,改善发动机的性能。

通过对标定平台任务的分析,一个良好标定平台应有以下基本功能:数据采集功能、数据显示功能、数据保存功能和数据的修改与标定功能。211　数据采集模块设计

发动机标定平台的数据采集模块是实现标定平台与ECU 之间通信的基础,也是标定平台其他功能模块的实现基础。

CCP 协议规定了标定平台和ECU 之间数据发送与接收的方式,标定平台向ECU 发送命令消息,ECU 向标定平台发送数据或事件消息。根据CAN 通信,所有的消息和数据都被封装成数据帧,每个数据帧有8个字节数据。

CCP 协议规定了2种数据帧:命令接收数据帧CRO (command receive object )和数据发送数据帧D TO (data transmission object )。

CRO 中包含了命令代码和相关传递参数,ECU

每接收一个CRO ,便使用D TO 向标定平台发送一

个握手信号(见图2),这种情况下的D TO 被称为CRM (command return message )。

当标定平台向ECU 发送一个CRO 后,ECU 首先回应一个含有CRM 的D TO 。CRO 和D TO 的数据结构如图3所示

。

图2　通信模型框图

Fig.2　Communication module

图3　CRO 和DTO 结构示意图

Fig.3　Structure of CRO and DTO

D TO 是ECU 向标定平台以数据包(data pack 2ets )形式发送的消息或者数据,每个数据包的首字节是PID (packet ID ),PID 的含义如表1所示。

表1　PID 的含义

T ab.1　Meaning of PIDs

PID 含义

备注

0xFF DTO 包含一个CRM

CTR 是命令计数器

0xFE DTO 包含一个Event Message

忽略CTR

0≤n ≤0xFD

DTO 包含一个Data Acquisition Message DAQ

PID n 指定了数据来源地址

标定平台与ECU 之间建立硬件连接之后,还需由软件部分建立初始连接,才能实现二者之间的通信。应用程序初始化连接流程如图4所示。在标定参数和脉谱数据库文件中,存储了相应

参数或脉谱的名称(Name )、地址(ID )、数据个数(Dlen )、每个数据所占字节数(Dbyte )、最大值(Max )、最小值(Min )和单位(Unit )等。当标定平台

通过指定的ID 向ECU 发出发送数据帧命令(send frame )后(如图5),应用程序便开始接收数据帧(receive frame ),然后进行相应的数据处理。应用程

序每采集一个完整数据,数据长度计数器(DCounter )加1,然后与数据长度作比较,判断数据是否接收完毕。若没有接收完毕,继续发出数据帧上传命令,直至数据长度计数器的值等于数据长度。212　数据显示模块设计

为了形象地显示数据,标定平台的应用程序显示界面采用LabV IEW 设计而成。上位PC 机通信软件是用VC ++开发的动态链接库(DLL ),通过

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