基于VC++的發(fā)動機ECU測試系統(tǒng)的研究與設計

摘要：基于Freescale公司MC9SDG128微控制器和Microsoft公司的Visual C++軟件，構建了發(fā)動機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動發(fā)動機ECU工作，并采集ECU輸出的噴油和點火信號加以分析，實現在脫機狀態(tài)下對發(fā)動機ECU的測試。通過對桑塔納2000型轎車發(fā)動機ECU實際測試表明，使用該系統(tǒng)來模擬發(fā)動機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，為研究和評價ECU提供大量有價值的數據。與就車測試相比，它具有調控容易，重復性好，儀器的測試范圍可以無限擴展等優(yōu)點。
關鍵詞：發(fā)動機；ECU；MC9SDG128微控制器；Visual C++；測試技術

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控制器，也叫汽車專用單片機。它和普通的單片機一樣，由微處理器(CPU)、存儲器(ROM、RAM)、輸入，輸出接口(I／O)、模數轉換器(A／D)以及整形、驅動等大規(guī)模集成電路組成。
電子控制單元的功用是根據其內存的程序和數據對空氣流量計及各種傳感器輸入的信息進行運算、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、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，它具有運算與控制的功能，發(fā)動機在運行時，它采集各傳感器的信號，進行運算，并將運算的結果轉變?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中存放的程序是經過精確計算和大量實驗取的數據為基礎，這個固有程序在發(fā)動機工作時，不斷地與采集來的各傳感器的信號進行比較和計算。把比較和計算的結果控制發(fā)動機的點火、空燃比、怠速、廢氣再循環(huán)等多項參數的控制。
電子控制單元是汽車發(fā)動機的核心部件，其軟硬件的可靠性將直接影響發(fā)動機運行的穩(wěn)定性、排放性和車輛行駛的安全性，因此，ECU的性能檢測至關重要。ECU的檢測系統(tǒng)是將計算機仿真技術與汽車檢測技術相結合，實現發(fā)動機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故障時，可用ECU模擬系統(tǒng)相關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，還可進行ECU工作狀況的檢查以及學習ECU在發(fā)動機不同工況下對噴油和點火的控制方式。

1 系統(tǒng)硬件設計
發(fā)動機ECU測試系統(tǒng)可以根據需要模擬不同轉速下的曲軸位置信號，冷卻液溫度信號、進氣溫度信號、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ECU，再采集ECU輸出給執(zhí)行器的信號并加以分析。硬件結構如圖1所示。

控制器由飛思卡爾(Freescale)公司的MC9SDG128微控制器擔任，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系列單片機是MC68HC12系列單片機的更新替代產品。這種單片機的中央處理器CPU12由以下三部分組成：算術邏輯單元ALU、控制單元和寄存器組。CPU外部總線頻率為8 MHz，內部運算速度可達25 MHz。尋址方式有16種。內部寄存器組中的寄存器、堆棧指針和變址寄存器均為16位。它具有很強的高級語言支持功能。
電源管理電路需產生+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LM7812、LM7805和LM7912分別將電壓穩(wěn)壓至+12V、+5V和-12V。
數控電位器采用的是X95840，它是InterSil公司出產的低噪聲、低功耗、兩線制8位數控電位器。DAC變換器采用的是AD5624，它是Anal-og Device公司12位效模轉換器，最高頻率可達5 MHz。運算放大器采用的是AD824，它是將DAC輸出的四路0～5 V電壓放大至-12～+12 V。