發(fā)動機ECU測試系統(tǒng)的開發(fā)

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(shù)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(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(jīng)過精確計算和大量實驗取的數(shù)據(jù)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(shù)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(xiàn)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(xiàn)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(jù)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。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(chǎn)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(nèi)部運算速度可達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。

系統(tǒng)產(chǎn)生的信號需要經(jīng)過電平變換，轉換成RS-232電平，與計算機通信。這里采用MAX3232為核心電平變換電路。其原理圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)的編寫和調(diào)試采用的是Microsoft公司的VisualC++軟件。Visual C++因其擁有方便易用的AppWizard、ClassWizard和豐富的可視化資源編輯工具，成為人機對話界面設計中使用最廣泛的平臺之一。Visual C++擁有強大的集成開發(fā)環(huán)境，在此環(huán)境中用戶可以方便的進行項目管理、編寫C++源程序、編譯、改錯，更重要的是，Visual C++還提供了一套MFC(Microsoft Foundation Classes)的程序類庫。

其控制流程如圖3所示。