基于VC++的發(fā)動機(jī)ECU測試系統(tǒng)的研究與設(shè)計

摘要：基于Freescale公司MC9SDG128微控制器和Microsoft公司的Visual C++軟件，構(gòu)建了發(fā)動機(jī)ECU測試分析系統(tǒng)。系統(tǒng)可以模擬出實車的各種傳感器信號來驅(qū)動發(fā)動機(jī)ECU工作，并采集ECU輸出的噴油和點火信號加以分析，實現(xiàn)在脫機(jī)狀態(tài)下對發(fā)動機(jī)ECU的測試。通過對桑塔納2000型轎車發(fā)動機(jī)ECU實際測試表明，使用該系統(tǒng)來模擬發(fā)動機(jī)ECU的實際工作狀態(tài)，可以深入了解ECU的控制特性和工作參數(shù)，為研究和評價ECU提供大量有價值的數(shù)據(jù)。與就車測試相比，它具有調(diào)控容易，重復(fù)性好，儀器的測試范圍可以無限擴(kuò)展等優(yōu)點。
關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)；ECU；MC9SDG128微控制器；Visual C++；測試技術(shù)

電子控制單元ECU(Electronic Control Unit)，又稱“行車電腦”、“車載電腦”等。從用途上講則是汽車專用微機(jī)控制器，也叫汽車專用單片機(jī)。它和普通的單片機(jī)一樣，由微處理器(CPU)、存儲器(ROM、RAM)、輸入，輸出接口(I／O)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A／D)以及整形、驅(qū)動等大規(guī)模集成電路組成。
電子控制單元的功用是根據(jù)其內(nèi)存的程序和數(shù)據(jù)對空氣流量計及各種傳感器輸入的信息進(jìn)行運(yùn)算、處理、判斷，然后輸出指令，向噴油器提供一定寬度的電脈沖信號以控制噴油量。電控單元由微型計算機(jī)、輸入、輸出及控制電路等組成。
在電子控制單元中CPU是核心部分，它具有運(yùn)算與控制的功能，發(fā)動機(jī)在運(yùn)行時，它采集各傳感器的信號，進(jìn)行運(yùn)算，并將運(yùn)算的結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂菩盘?，控制被控對象的工作。它還實行對存儲器(ROM、RAM)、輸入／輸出接口(I／O)和其它外部電路的控制；存儲器ROM中存放的程序是經(jīng)過精確計算和大量實驗取的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，這個固有程序在發(fā)動機(jī)工作時，不斷地與采集來的各傳感器的信號進(jìn)行比較和計算。把比較和計算的結(jié)果控制發(fā)動機(jī)的點火、空燃比、怠速、廢氣再循環(huán)等多項參數(shù)的控制。
電子控制單元是汽車發(fā)動機(jī)的核心部件，其軟硬件的可靠性將直接影響發(fā)動機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性、排放性和車輛行駛的安全性，因此，ECU的性能檢測至關(guān)重要。ECU的檢測系統(tǒng)是將計算機(jī)仿真技術(shù)與汽車檢測技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)發(fā)動機(jī)ECU工作環(huán)境的仿真模擬以及各輸出信號的采集與分析。
其信號模擬部分可用于汽車的故障檢測，在懷疑某個傳感器出現(xiàn)故障時，可用ECU模擬系統(tǒng)相關(guān)信號代替原傳感器信號，檢測故障是否消失，并判斷故障所在。此外，還可進(jìn)行ECU工作狀況的檢查以及學(xué)習(xí)ECU在發(fā)動機(jī)不同工況下對噴油和點火的控制方式。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
發(fā)動機(jī)ECU測試系統(tǒng)可以根據(jù)需要模擬不同轉(zhuǎn)速下的曲軸位置信號，冷卻液溫度信號、進(jìn)氣溫度信號、空氣流量信號、節(jié)氣門位置信號、氧傳感器信號等，并將這些信號輸入真車發(fā)動機(jī)ECU，再采集ECU輸出給執(zhí)行器的信號并加以分析。硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

控制器由飛思卡爾(Freescale)公司的MC9SDG128微控制器擔(dān)任，該16位控制器擁有豐富的I／O接口以及SCI／SPI／IIC等總線控制器，操作信號通過串行接口發(fā)送和接收。MC9S12系列單片機(jī)是MC68HC12系列單片機(jī)的更新替代產(chǎn)品。這種單片機(jī)的中央處理器CPU12由以下三部分組成：算術(shù)邏輯單元ALU、控制單元和寄存器組。CPU外部總線頻率為8 MHz，內(nèi)部運(yùn)算速度可達(dá)25 MHz。尋址方式有16種。內(nèi)部寄存器組中的寄存器、堆棧指針和變址寄存器均為16位。它具有很強(qiáng)的高級語言支持功能。
電源管理電路需產(chǎn)生+5 V以及±12 V穩(wěn)定電壓，為降低成本電源部分采用線性工頻變壓器，輸出端分別經(jīng)LM7812、LM7805和LM7912分別將電壓穩(wěn)壓至+12V、+5V和-12V。
數(shù)控電位器采用的是X95840，它是InterSil公司出產(chǎn)的低噪聲、低功耗、兩線制8位數(shù)控電位器。DAC變換器采用的是AD5624，它是Anal-og Device公司12位效模轉(zhuǎn)換器，最高頻率可達(dá)5 MHz。運(yùn)算放大器采用的是AD824，它是將DAC輸出的四路0～5 V電壓放大至-12～+12 V。