发动机ECU标定系统设计

摘要：发动机ECU标定系统在我国目前的通用汽车行业中起到重要作用。该标定系统包括数据库单元、监测数据读写单元、CAN通信接口以及监控单元等。数据库单元用于存储控制发动机不同工况点工作状态的控制信号;检测数据单元主要用于标定系统中读取发动机处于不同工作状态的测试信号;而CAN通信接口主要用于连接外围设备。额定值人员对于ECU标定系统的额定值进行处理，保证系统可以根据车况数据及时调整ECU标定系统的策略。相关研究人员根据ECU标定系统的实际情况进行优化处理，很大程度上提高了引擎进行实时数据采集的能力。

关键词：发动机;ECU;校定系统

中图分类号：U469.7                                     文献标识码：A                                  文章編号：1674-957X（2021）09-0003-02

0  引言

发动的ECU标定系统用于车速信号的输入、接收发动机信号、实时传递标准数据等。所以为了方便数据的传输、存储和查询，相关人员设计了一种改进的无损压缩随机编码算法，这种算法可以将任务分配到不同的处理器上，不同的处理器进行不同的工作，确保了引擎系统处理数据的效率。目前该方法已经逐步应用到ECU标定系统中，极大地满足了ECU标定系统的各项要求。同时还提出要提高发动机标定系统的控制性能，这是因为发动机（ECU）的控制性能直接关系到汽车的驱动功率、经济性和排放标准。发动机ECU标定系统用于将ECU性能参数输出至性能测试平台，性能测试平台用于将数据进行参数校准。参数校准是一项非常麻烦但又是一项不可或缺的工作，它需要相关人员根据发动机的工作条件，对ECU标定系统内部进行分析，进而对发动机的各项条件进行优化改进。

1  发动机ECU标定系统的设计思路

发动机标定系统的设计主要根据系统的功能需求来设计，相关人员可以根据不同需求设计出功能不同的标定系统。为了满足标定系统数据的传输，所以在标准数据的传输过程中需要采用CAN线。另外，使用PCL数据收集卡收集各传感器的参数。CAN装置系统主要负责评价ECU标定系统的性能，并定义了部分ECU硬件控制和诊断功能。该系统独立于数据识别卡来收集传感器数据，不仅提高了数据采集的效率，还提高了系统的扩展性。数据经过处理后，被传送到数据处理模块进行压缩和保存。它可以写入文件和数据库的数据存储形式，支持远程数据的访问，扩展性出色。

CAN是德国博世公司开发的高性能串行通信协议，用于现代汽车中多个控制器和检测设备之间的数据交换。它是一种多主机总线，最大通信速度为1MBPS。CAN总线的一个重要特点是取消了传统的站址编码，用通信数据块编码代替。一个数据块的编码可以由11位二进制或29位二进制组成。最长的数据段为8字节，满足工业领域对控制指令、工作状态和测试数据的一般要求。同时，为了保证通信的实时性，它不会占用总线太长时间。此外，CAN总线使用CRC检查提供相应的错误处理保证。为了保证计算机之间数据传输的准确性和同时性，相关部门开发了一种“问答”通信协议。具体来说，上位机引擎首先向WARD ECU发送控制指令，ECU接收指令对WARD进行解析，并对信号的应答进行相应的操作，应答信号对上位机的应答信号进行后台处理，软件提出处理结果。使用上述通信协议的优点是，如果上位机与ECU之间的通信握手失败，通信将立即中断。错误指令没有发送到ECU，它仍然执行原始的控制参数。这可以防止通信故障导致ECU故障。根据设计要求，在通信协议中设置不同的控制字命令，ECU执行相应的控制字命令。

2  发动机ECU标定系统数据处理

ECU通信有关的数据的收集和处理有多种形式。人们根据自己需求的不同来选择合理地数据通信方式。选择适宜的通信方式不仅可以提高标定系统处理工作的效率，还能降低成本。而发动机的各项性能的变化对ECU规格起决定性作用。为了做出正确的分析决定，校准工程师需要实时收集和显示这些参数。系统应该立即响应用户的操作请求，从数据采集卡采集数据，对数据进行排队、分析和显示。数据通信的畅通、数据信息的实时收集等是发动机标定系统正确稳定运行的前提。

2.1 采集实时数据的方法

相关研究人员根据需求的不同开发了ECU硬件控制命令、诊断和数据传输的OSCP协议，并对部分原始数据采集协议进行了简化。发动机参数的数据显示，根据系统的采样频率和精度要求，所以它可以允许实践中的原始行不同程度的延迟，尤其是点数据和部分扩展的干预。所以要增加标定系统的实时数据采集卡，加强对数据的监控，保证数据能够实时完整的储存到系统中。

2.2 实时数据的处理

额定值标定系统的核心功能是将额定值的实时数据快速高效地加载到待额定值ECU中，同时将额定值结果反映给上位机，上位机再根据额定值系统给出的数据进行实时数据处理。根据发动机行驶结果实时显示，对ECU控制指标评价和调整，保证标准数据有效性。

在额定的标定系统中，发动机的参数数据等对数据的实时性要求很高，所以研究人员更应该在数据的实时传递方面做更深一步的研究工作。只有系统的传感器与实时数据采集卡达成协议时，实时数据才会显示在界面上。此外，还要保证数据的全部完整传递，避免数据的延迟。进行数据检索时，需要正确记录数据。数据采集卡转换模块将PCL采集卡的端口信号转换为数据，再转换为物理量，这种转变通常以一定的频率发生。在每次转换过程中，一个由静态全局结构（包括一组参数变量）组成的数据副本将被主动更改。实时显示模块定期对标定系统进行优化与查询工作，查询工作要保证数据的实时性。由于曲线绘制和数据压缩的效率不同，该数据结构将转换后的数据缓存在相同的两个数据缓存队列中，便于后续任务的并行优化。这种方法的优点是既保证了性能的实时性，又便于数据的完整记录和收集，便于离线时对发动机性能进行详细的对比和分析。

在实际的数据监控中，监控时间越长，数据量越大，引擎数据冗余度越高，压缩空间越大。基于此提出了一种基于RLE和HUFFMAN编码的无损实时压缩算法RHE （RLE AND HUFFMAN ENCODING）。该算法最适合大数据冗余的实时数据压缩和部分解压缩查询。RHE编码的主要思想是在实时采集阶段，将数据预处理阶段得到的等大小的矩阵数据通过Z-SCAN进行RLE编码，生成RLE编码的数据块。笔划宽度以8位数据块的形式记录，最大宽度为255。同时，根据HUFFMAN码树的相应参数，将HUFFMAN码填充到RLE码数据中，从而得到RHE码数据块。同时根据RHE码数据块不同的监测数据，配置相应的霍夫曼编码树。基于最佳实验结果创建霍夫曼编码树，并存储在系统简档中。在数据回调查询期间，相关研究人员可以根据查询的不同时段对压缩数据的压缩块进行分解，从而提高压缩效率，减少资源浪费。

3  发动机ECU标定系统的优化

为保证ECU标定系统的工作效率和它对实时数据的处理能力，可对发动机ECU标定系统进行多任务并行优化。为了确保标定系统的评价功能任务可以成为实时任务，可以将非实时任务划分为实时任务。当实施任务时，保证非实时任务可以立即响应，并采取行动。实时任务是指接收引擎的数据并对数据进行实时处理，同时将数据进行集中处理。在CPU处理资源容量很高的情况下，计算任务可以适当定制，资源得到有效利用，任务可以顺利推进。如今，随着芯片技术的高速发展，多核处理器已经成为当代发动机标定系统的主要仪器。在多核架构系统中，CPU有更多的机会同时执行任务。在多核平台中，通过在不同CPU优先级的处理器上设置对实时任务的支持，可以保证实时任务的并行性。

4  发动机标定系统任务调度策略

對于实时数据的接收主要有两种情况。一种情况是数据无法被接收，当数据到达的时候，CPU可能正在执行任务，所以并不能及时响应数据的请求，及时接收数据。第二种情况是数据到达的太快而导致数据无法处理或稍后被删除时。在这两种情况下，共享缓存队列都是首选的解决方案。在数据分发期间，通过定期查询检查队列的数据，如果数据不是空的，则从队列中提取数据并将其填充到适当的表单板中。接收进程将获取的信号量列入数据表中，并及时处理已经执行过的数据。而由于参数类型的不同，所以矩阵模板的大小也会有所不同，因此在形成矩阵时可以缓存数据，增加了数据压缩的利用时间。

多核心平台提供了一种通过将任务分配给不同的处理器来实现并行数据处理的好方法，其中CPU资源丰富。为了提高发动机ECU标定系统的运行效率，不仅要优化硬件结构，还要优化软件结构，最大限度地利用计算机资源，确保系统的运行效率。经过长期的实践与定期优化，该发动机ECU标定系统的功能和布局又有所提升，这也极大的提高了标定系统的处理数据的能力和效率，简化了ECU标定系统的辅助流程。

5  发动机ECU标定系统的总结

在发动机ECU的额定运行中，行程参数的实时记录非常重要，它是相关研究人员对ECU标定系统进行分析的重要依据，也是ECU标定系统平稳运行的重要保障。近年来，相关研究人员在标定系统方面不断探索，及时发现标定系统的漏洞，并对其作出有效改善，同时对额定值系统做了简化，大大提高了ECU标定系统的工作效率。但有时数据由于保存不善，经常容易丢失。所以研究人员尝试通过改变芯片总线频率、CAN通信频率这样多次反复的尝试，使得CAN驱动在实时操作系统上运行稳定可靠，从而防止数据丢失。同时，为了更好的防止数据丢失，为此本文提出了一种实时数据监控方案，并设计了一种数据无损压缩RHE编码方法。通过这一方法，对数据进行实时监控，从而确保数据的完整保存。通过监控数据方案以及RHE编码方法的评价体系的应用，可以极大地简化数据保存流程，提高数据保存效率，还能保证数据的准确性，并确保数据的完整保存。发动机ECU标定系统显著提高了系统进行数据通信的效率，同时该ECU发动机标定系统可以进行稳定又快速的数据传输，对我国的标定系统行业具有重大意义。在以后的汽车行业发展进程中，相关人员应在ECU标定系统行业进行更深一步的探索，为我国标定系统行业增添光彩。

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作者简介：李振（1984-），男，湖南枣阳人，工程师，本科，研究方向为发动机及变速器。