CN101055470A

CN101055470A - 分层式发动机电子控制程序构架

Info

Publication number: CN101055470A
Application number: CN 200710107259
Authority: CN
Inventors: 张育华; 孔峰; 宋雪桦; 王飞
Original assignee: Hengchi Science & Technology Co Ltd Zhenjiang
Current assignee: Hengchi Science & Technology Co Ltd Zhenjiang
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2007-10-17

Abstract

本发明设计一种用于发动机电子控制单元的分层式程序构架，由底层基础层、底层交互层、底层诊断层、应用层组成，底层基础程序进行的是对物理层资源的直接控制，基于物理的寄存器控制，分为控制操作、状态操作、数据操作；交互层程序处理的是接口电路，通过调用底层函数接口，对板上的接口电路芯片进行控制，进而对相关的外围驱动、输入电路实施有效控制；诊断层程序利用硬件电路提供的诊断功能实现各个输入输出端口的底层故障诊断功能；应用层程序考虑的是应用策略的实施，通过调用交互层函数接口，驱动同一应用层面的执行器件，同时从传感器等信号输入器件上得到数据输入，应用层根据功能也可以划分为应用层接口层、应用层诊断层和应用层控制层三个子层面，这些层次的不同组合适用于各种形式的基于单片机的发动机电控单元。

Description

分层式发动机电子控制程序构架

技术领域

发动机电子控制程序软件是发动机电子控制系统的核心。本发明系适用于一切发动机电子控制单元的软件。

背景技术

随着大量的嵌入式产品涌向市场，汽车产品开发商将面临着激烈的市场竞争。谁能在最短的时间内推出高质量的产品，谁就能抢占先机。缩短开发周期，提高开发效率，成为汽车产品开发商重点关注的问题。在开发和管理与应用不相关的控制单元软件时，尤其是像车用嵌入式软件，存在重复的巨额开销。随着新的算法、模型和芯片的引入，对软件的改动较大，甚至需要完全重新开发。

上述问题归结到一点，就是车用控制软件缺乏重用性和并行性。本发明基于上述需求提出一种分层式发动机电子控制程序构架，通过适当的设置和软件的编程，可实现对各种传感器信号和状态的采集、对混合气形成的控制、对混合气点燃以及对发动机其它特殊功能与状态的控制。

发明内容

程序框架采用模块化设计，并设置配置选项，方便实现软件系统的可裁剪特性。软件实现方法采用分层思想。

从对象的角度出发，在嵌入式软件范畴内可分为两部分，即底层和应用层。而底层则划分为三层：底层基础程序进行的是对物理层资源的直接控制，基于物理的寄存器控制，分为控制操作、状态操作、数据操作；交互层程序处理的是接口电路，通过调用底层函数接口，对板上的接口电路芯片进行控制，进而对相关的外围驱动、输入电路实施有效控制；诊断层程序利用硬件电路提供的诊断功能实现各个输入输出端口的底层故障诊断功能。应用层程序考虑的是应用策略的实施，通过调用交互层函数接口，驱动同一应用层面的执行器件，同时从传感器等信号输入器件上得到数据输入，根据功能也可以划分为应用层接口层、应用层诊断层和应用层控制层三个子层面。

底层基础程序的构建主要是基于发动机电子控制单元的核心控制主芯片内部资源和功能，建立完整的功能函数程序，采用宏定义的方式提供函数的完整参数列表，方便调用时对可选参数的取值范围进行查找。对外提供的形式为接口函数。依据函数的相关性进行归类，分别建立不同的库文件。以Freescale的16位单片机9s12dp512为例，分别建立以下功能驱动函数：MCU的初始化函数(包括时钟的设置、看门狗、RTI、端口的初始化)，ECT模块函数(包括模块的初始化、时钟的设置、输入捕捉的读取、输出比较的设置、中断的开关控制、中断入口)，SPI模块函数(包括模块的初始化、波特率设置、数据极性的设置、发送函数、接收函数)，PWM模块(包括模块的初始化，时钟源的选择、占空比的设置、PWM的使能与关闭)，AD模块(包括AD的初始化，AD数据的读取)，IO设置函数(包括IO的初始化，状态的读取、电平的设置)，中断模块函数(包括中断功能的初始化，中断的入口函数)，K线模块函数，Flash、EEPROM函数，CAN模块函数。

底层交互层程序的构建主要是基于发动机电控单元核心控制主芯片以外的芯片资源和功能，建立完整的功能函数程序，采用宏定义的方式提供函数的完整参数列表，方便调用时对参数范围的查找和确定。对外接口函数采用针对电控单元管脚的方式，即每个功能有哪些管脚可以实现，则将管脚号作为参数提供给函数，即可实现该功能在该管脚上的实现。依据函数的硬件相关性予以划分，分别建立不同的库文件。以某电控单元为例，建立以下功能函数：电源控制函数(常规电源和高电压)，小电流低位开关控制函数(6路)，大电流低位开关控制函数(18路)，氧传感器控制函数(包括加热控制，AD和通讯)，步进电机控制函数，热偶传感器控制函数。底层诊断层程序也是针对发动机电控单元管脚的，不同类型的管脚提供不同的诊断范畴，主要包括驱动线圈的开路短路、传感器开路短路和温度过高等。以某电控单元为例，包括初始化函数(包括诊断和通讯功能的初始化)，模拟量诊断函数，整形模块诊断函数，高速响应电磁阀低位开关诊断函数(12路)，点火线圈低位开关诊断函数(6路)，小电流低位开关诊断函数(6路)，步进电机诊断函数(双路双向)，OBD诊断函数，K线通讯函数。

应用层分解为三个子层面：应用接口层、应用诊断层和应用控制层。

应用层接口层则是面对发动机控制建立的一系列接口功能函数，实现具体的传感器执行器对应的发动机控制量的实现。以某电控单元为例，包括：曲轴信号处理函数(相位精确定位，转速信号采集)，凸轮信号处理函数(判缸，相位粗略定位)，每缸喷射信号处理函数(持续角，提前角)，点火信号处理函数(闭合角，提前角)，MAP标定函数(窗口，存储)，开关量滤波函数，模拟量滤波及标定函数，高速响应电磁阀驱动函数，点火驱动函数，MAP查找函数(一维，二维)等。

应用层诊断层是根据法规要求，基于底层诊断层的管脚功能诊断建立的发动机电控系统的各个部件功能诊断，并具有详细的存储策略。例如，面对欧III标准提供的OBDII诊断策略。

应用层控制层是根据控制要求，建立的发动机控制策略，并基于应用层接口层予以实现，主要也是满足排放法规和动力性需求。由于应用层控制层跟电控单元的硬件已经没有任何关联性，因此不受底层硬件改动的任何影响。

本发明的优点在于：

(1)本发明采用模块化结构设计，同层各模块与其他模块之间没有互相调用关系，因此可以同时开发，适合软件工程的大批量生产方式。

(2)本发明采用由底层基础层、底层交互层、底层诊断层、应用层组合形成不同的控制系统软件结构，其中各个层面之间的耦合最小化，可以实现某一层面的修改对其他层面的影响最小化，利于实现软件的重用性。例如由于喷嘴驱动芯片的更换，交互层软件进行了更新，但是由于提供给应用层的接口不变，因此应用层程序不必修改。

(3)为了适应软件开发的专业化和保密要求，给应用层提供的软件接口采用基于管脚功能的函数形式，使用者不必了解电控单元软硬件内部设计而把其作为一个黑盒整体使用，利于各层面的软件开发同步进行，各自实现其专业化需要，更利于知识产权的保护。

附图说明

图1分层式发动机电子控制程序构架

底层基础层，2-底层交互层，3-底层诊断层，4-应用层接口层，5-应用层诊断层，6-应用层控制层。

图2分层式发动机电子控制程序构架应用实例

本图是一个应用于天然气发动机电子控制系统分层式程序构架的实例。针对于不同的软件层面，对同一端口的解释不尽相同。

相对于应用层软件的输入输出接口定义，1-空调请求，2-空调开关，3-点火开关，4-机油压力，5-怠速触点开关，6-加速触点开关，7-曲轴位置，8-凸轮位置，9-燃气温度，10-燃气压力，11-进气温度，12-进气压力，13-增压器出口压力，14-冷却液温度，15-加速踏板正向位移，16-加速踏板反向位移，17-燃气开关，18-曲轴箱放气，19-电子风扇，20-转速表驱动，21-喷气嘴高位驱动，22-喷气嘴低位驱动，23-点火驱动，24-增压器电子放气阀，25-电子节气门驱动，26-K线通讯，27-CAN通讯，28-节气门正向位移，29-节气门反向位移，30-线性氧传感器输入，31-排气温度信号输入，32-电控单元ECU。

相对于底层软件的输入输出接口定义，1-开关量，2-开关量(中断)，3-开关量，4-开关量，5-开关量，6-开关量，7-整形输入量，8-整形输入量，9-模拟量，10-模拟量，11-模拟量，12-模拟量，13-模拟量，14-模拟量，15-模拟量，16-模拟量，17-小电流低位，18-小电流低位，19-小电流低位，20-小电流pwm低位，21-大电流pwm高位，22-大电流pwm低位，23-点火低位，24-中等电流pwm低位，25-中等电流pwm低位，26-k线通讯，27-CAN通讯，28-模拟量，29-模拟量，30-模拟量，31-模拟量，32-电子控制单元ECU。

实施方式

本发明根据不同应用层控制策略的要求通过适当配置软硬件资源，可实现对各种传感器信号和状态的采集、对混合气形成的控制、对混合气点燃以及对发动机其它特殊功能与状态的控制，从而可实现对特定燃料的发动机的电子控制系统的快速应用开发。

本发明用于天然气发动机控制系统的实施实例为：传感器信号有：空调请求，空调开关，点火开关，机油压力，怠速触电开关，加速触点开关，曲轴位置，凸轮位置，车速信号，燃气温度、压力，进气歧管温度，进气歧管压力，增压器出口压力，冷却液温度，加速踏板正向位移，加速踏板反向位移，节气门正向位移，节气门反向位移，线性氧传感器和排气温度传感器。

执行部件有：6只高速电磁铁控制的天然气喷嘴、6只用于点燃混合气的点火线圈，燃气开关，三通电磁阀曲轴箱放气，电子风扇，车辆转速表，增压器电子放气阀、电子节气门正反向驱动。

通信接口：1个K线，2个CAN总线接口

由于底层、交互层和诊断层软件均采用基于管脚的方式，用户只需对管脚解释予以定义，然后制作具体的控制策略并在此基础上编制应用软件。

控制的实现过程：应用软件通过输入接口采集凸轮轴位置传感器信号，以识别发动机的缸序、压缩上止点位置并计算出发动机转速；根据加速踏板位置传感器识别司机的控制意图，再驱动电子节气门进行正反转运动，快速而精确的定位节气门，根据进气压力传感器、进气温度传感器、冷却水温传感器等信号通过本发明特有的高速响应电磁阀驱动方式控制电磁阀控制天然气喷入气缸的时刻和喷射量，通过点火线圈的驱动控制以获得精确的点火时刻和闭合角，通过宽域氧传感器的闭环反馈实现对空燃比的精确控制，通过对排气温度的反馈实现扭矩的精细控制，从而实现满足排放法规标准下的精细控制的输出扭矩；通过对怠速触点开关、加速触点开关、空调开关信号等的识别，按既定的策略控制发动机与车辆匹配的运行状态。

本实施例仅用于说明本发明而不限制本发明，本发明在用于其它燃料发动机电子控制的实施方法依次类推。

Claims

1.分层式发动机电子控制程序构架，其特征在于电子控制单元程序由底层基础层、底层交互层、底层诊断层、应用层诊断层和应用控制层组成。

2.根据权力要求1所述的分层式发动机电子控制程序，其特征在于底层基础程序是对采用本程序构架的电子控制单元微控制器(MCU)硬件资源的直接控制，基于微控制器的寄存器控制，分为控制操作、状态操作、数据操作。

3.根据权力要求1所述的分层式发动机电子控制程序，其特征在于底层交互层程序处理的是采用本程序构架的电子控制单元接口电路，通过建立底层函数接口，对本程序构架所针对的电子控制单元的接口电路芯片进行控制，进而对相关的外围驱动、输入电路实施有效控制。

4.根据权力要求1所述的分层式发动机电子控制程序，其特征在于诊断层程序利用硬件电路提供的诊断功能实现采用本程序构架的电子控制单元各个输入输出端口及外接传感器和执行器进行在线故障诊断功能。

5.根据权力要求1所述的分层式发动机电子控制程序，其特征在于应用控制层程序是采用本程序构架的电子控制单元运用于具体控制对象应用策略的实施，通过调用交互层函数接口，驱动同一应用层面的执行器件，同时从传感器等信号输入器件上得到数据输入。

6.根据权力要求1所述的分层式发动机电子控制程序构架，其特征在于适用于任何采用以微控制器为核心的发动机电子控制系统。