CN102507195B

CN102507195B - 一种便携式发动机数据标定记录方法及装置

Info

Publication number: CN102507195B
Application number: CN2011103940176A
Authority: CN
Inventors: 张付军; 柴智刚; 崔涛; 黄英; 刘波澜
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2031-12-01
Also published as: CN102507195A

Abstract

本发明涉及便携式发动机数据标定记录方法及装置，包括下发操作指令的人机交互模块，基于CCP底层协议进行参数标定或显示发动机运行状态数据；处理指令及控制其它模块完成参数标定及记录任务的微控制器模块，通过微控制器自带CAN、SCI总线模块，采集现场CAN总线或LIN总线接口的数据，通过微控制器自带SPI总线模块，外扩大容量存储SD卡，记录车载发动机控制器控制参数MAP及运行状态参数；电源管理模块，将自带锂电池电能转换为系统各模块所需电能；记录数据的数据存储模块。本发明有效解决发动机匹配试验过程中，尤其在恶劣道路环境下，不方便使用笔记本电脑等设备进行发动机参数标定及总线记录问题，有效提升操作人员工作可行性及工作效率。

Description

一种便携式发动机数据标定记录方法及装置

技术领域

本发明涉及一种便携式发动机数据标定记录方法及装置，具体涉及到发动机试验参数标定及试验数据的记录。

背景技术

目前汽车发动机的控制系统功能、控制策略趋于复杂化，在整车匹配过程中需要标定及记录的数据量日益增加。实时监测发动机的工作状态参数、存储运行数据、标定修改发动机控制MAP，可以为操作人员提供直观的数据参考以分析改进控制策略。在匹配测试作业过程中，操作人员不仅要在平坦路面上进行测试，对于一些越野车辆还需经常在冰雪、沙漠、山路等恶劣道路环境下完成匹配测试工作，通过传统笔记本电脑标定参数及数据记录的方法受到恶劣工作环境的限制。随着现代电子技术和嵌入式技术的发展，基于嵌入式技术的便携式电子设备广泛应用在社会生活和专业科研中。但目前为止，尚没有已经开发出用于发动机标定的嵌入式发动机标定装置的报道。

发明内容

本发明提供一种便携式发动机数据标定记录装置，其特征在于包括：人机交互模块、微控制器模块、CAN/LIN总线收发模块、数据存储模块、故障报警模块及电源管理模块；其中人机交互模块配置所述标定记录装置操作以下模块组中的至少一个，该模块组包括：基于CCP底层协议进行车载发动机控制器的参数标定的参数标定模块、显示发动机当前运行状态参数的显示模块、记录行车过程中发动机运行状态参数的记录模块及发动机喷油阀驱动信号输出模块；人机交互模块输出的操作信号经总线传递给微控制器模块进行处理后，通过CAN/LIN总线收发模块输送给车载发动机控制器；车载发动机控制器运行状态参数通过CAN总线上传给微控制器模块处理后存储到数据存储模块中或上传至人机交互模块显示；所述微控制器模块监测标定记录装置的运行，并且在所述标定记录装置出现预定的故障状态的情况下选择性地操作故障报警模块以提示操作人员；所述人机交互模块具有能够对上传至其中的数据进行操作处理的数据处理模块；所述电源管理模块为上述各模块提供工作电压；所述数据存储模块为一个或多个SD卡，以用于记录发动机运行状态数据及车载发动机控制器控制MAP，所述数据存储模块具有向外输出可操作状态信号的提示模块；向外输出数据存储信息的信息指示模块；所述标定记录装置通过操作提示模块以判断数据存储模块是否处于可操作状态且通过操作信息指示模块以向人机交互模块外显数据存储模块的存储信息；数据存储模块以FAT16文件的格式进行数据管理，所述标定记录装置可以通过创建、续写、删除、读取的方式对数据进行操作；在进行发动机参数标定时，所述标定记录装置将存储于数据存储模块中的车载发动机控制器控制MAP显示到人机交互模块中供操作人员标定修改，标定完成后操作人员可以把标定后的参数存储到数据存储模块中以用于分析处理；操作人员可以输入创建存储数据文件的指令或输入续写存储数据文件的指令；数据存储模块能够判断剩余的存储空间以选择性地发出创建存储数据文件的指令。

其中所述预定的故障状态是至少一种以下的情况：车载发动机控制器的至少一个运行参数超过边界条件、数据存储模块未插入、数据存储模块容量满、总线连接异常及车载发动机控制器运行状态数据异常。

其中所述人机交互模块为手持式，并且所述人机交互模块通过SCI总线与微控制器模块进行信息交互并能够向其输入操作人员的指令。

其中所述微控制器模块为双核微控制器，以处理人机交互模块输出的指令信号及控制其它模块进行参数标定及记录；微控制器模块设置带有CAN总线模块、SCI总线模块和/或SPI总线模块以实现与其它模块的数据通信。

其中电源管理模块为锂电池和/或外接适配接口模块。

其中所述故障报警模块，可以通过以下方式中的至少一种提示操作人员，其中方式包括：通过人机交互界面提示给操作人员，控制单元中的故障灯、蜂鸣器。

其中所述数据处理模块可以在试验完成后分析试验过程数据并通过人机交互模块进行发动机运行过程数据回放和/或分析车载发动机控制器控制策略及控制参数合理性。

上述技术方案可以看出，由于本发明实施采用模块化集成设计，体积小、操作方便、通讯速率高且可靠，因此，提高了操作人员在野外作业进行发动机匹配测试时工作的可能性及工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例中的技术方案，下面将对现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。

图1是便携式发动机数据标定记录装置的结构框图，包括人机交互模块、微控制器模块、数据存储模块、CAN/LIN总线收发模块、电源管理模块这一系列功能模块；

图2是装置正常工作时流程简图；

图3是装置基于CCP底层协议的标定模块结构框图；

图4是利用微控制器SPI模块外扩SD卡时的驱动时序图；

图5是SD卡进行数据存储流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的技术方案的附图，进行清楚、完整地描述，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1中介绍了便携式发动机数据标定记录装置的组成部分，包括：人机交互模块、微控制器模块、数据存储模块、CAN/LIN总线收发模块、电源管理模块。其中：

人机交互模块，使用蓝海微芯公司eWin4S，它基于Windows CE操作系统控制平台，拥有32位ARM920T高速处理器内核及4.3寸高清真彩数字屏，支持.NET Compact Framework 2.0应用程序开发，在此平台上二次开发应用程序完成人机交互界面内容，包括：基于CCP底层协议的发动机参数标定模块；发动机运行状态数据显示模块；发动机运行状态数据存储模块；发动机喷油电磁阀驱动信号输出模块；系统运行状态故障报警模块。人机交互模块与微控制器模块通过SCI总线进行数据通信；

微控制器模块，使用飞思卡尔公司16位高性能双核微控制器MC9S12XDP512，它基于HCS12X内核，用于处理操作人员指令及控制其它模块完成参数标定及数据记录任务。MC9S12XDP512拥有丰富的片上资源，包括32K字节RAM、4K字节EEPROM及512K字节FLASH空间，3路串行异步通信接口SCI，3路串行同步通信接口SPI，5路独立CAN总线接口，同时还包括一个独立X-GATE处理器单元。微控制器模块通过CAN总线模块与车载发动机控制器进行数据通信；通过SCI总线与人机交互模块连接，收发操作人员指令、发动机标定参数及状态数据；通过SPI总线外扩大容量SD卡，进行发动机运行状态数据记录存储操作；

数据存储模块，采用大容量非易失SD卡，通过微控制器模块SPI模块与其进行数据互享，在SD卡复位后激活进入SPI总线工作模式；

CAN/LIN总线收发模块，用于与车载发动机控制器间进行数据交换，其中微控制器模块中包含CAN模块，CAN模块与物理总线电气协议的差动发送及接收功能通过总线驱动器芯片PCA82C250完成；LIN总线收发模块通过微控制器上SCI总线与物理总线驱动器芯片TJA1020驱动完成；

电源管理模块，使用两节3.7V串联锂电池作为总电源，通过开关电源LM2587ADJ升压到人机交互模块所需+12V电压范围，利用LM2596-5及AMS1117-3.3电源芯片变换到微控制器系统及SD卡所需电压范围。

图2介绍装置的工作流程，装置上电后，首先进行装置中的微控制器模块初始化，例如内存分配、设置总线频率、通用输入输出(I/O)端口初始化、功能I/O端口初始化等；然后判断装置外设连接状态，如SD卡是否连接正常或写保护等，如果SD卡连接正常则读取SD卡BOOT、FAT、ROOT等扇区获得SD卡使用情况信息；接着开启微控制器中断，等待接收人机交互界面操作人员下发指令，执行相应任务，如车载发动机控制器参数标定或进行运行参数记录等，如没有连接人机交互界面，则系统根据上次操作人员配置参数进行发动机运行参数记录功能，记录过程中操作人员可以通过连接人机交互界面进行其它功能的任务配置。

图3介绍了装置基于CCP底层协议进行标定工作的结构图，当操作人员选择标定功能时，装置会首先从SD中把设备参数的配置文件显示在人机交互界面上，供操作人员进行初始化设置，在CCP驱动层，对于车载发动机控制器中MAP图、曲线等需要标定修改的参数，采用一问一答会话方式实现，而对于反映系统运行情况变化的大量重要数据，为避免在传输时造成CAN总线负载率过高，通过DAQ机制来实现。此外，标定系统与控制器进行通信时需要有一个描述性文件来记录控制器参数的详细信息，如标定参数和监控变量在控制器中的存储地址、存储结构和数据类型等。当标定工作完成之后，SD卡同时会更新其内部保存的控制器中MAP图/曲线的参数信息，方便用户查询使用。人机交互模块信息通过SCI总线传递给微控制器，微控制器处理后通过CAN总线发送给车载发动机控制器。

图4介绍了利用微控制器SPI模块外扩SD卡时的控制驱动时序，SD卡的SPI接口由4条线构成，分别为：CS片选线、MOSI主发从收线、MISO主收从发线、CLK时钟线。在SD卡的SPI模式中，单片机为主设备，SD卡为从设备，时钟线CLK在SD卡空闲时始终保持高电平，如果单片机连接多片SD卡，那么当SD卡上的CS线为逻辑0时，这片SD卡被选用。SD卡有一套命令集(CMD0-CMD63)来对应相应功能，SD卡在上电初期自动进入SD总线模式，在此模式下向SD卡发送复位命令CMD0。如果SD卡在接收复位命令过程中CS低电平有效，则进入SPI模式，否则工作在SD总线模式。在复位成功之后可以通过CMD16设置数据Block长度，通过CMD9读取卡的CSD寄存器，从CSD寄存器中，主机可获知卡容量，支持的命令集等重要参数。完成SD卡的初始化之后即可进行它的读写操作。SD卡的读写操作都是通过发送SD卡命令完成的。SPI总线模式支持单块(CMD24)和多块(CMD25)写操作，多块操作是指从指定位置开始写下去，直到SD卡收到一个停止命令CMD12才停止。单块写操作的数据块长度只能是512字节。单块写入时，命令为CMD24，当应答为0时说明可以写入数据，大小为512字节。在需要读取SD卡中数据的时候，读SD卡的命令字为CMD17，接收正确的第一个响应命令字节为0xFE，随后是512个字节的用户数据块，最后2个字节为CRC验证码。

图5介绍了SD卡进行数据存储流程，当装置进行数据记录任务时会首先检查操作人员是否正常插入SD卡、SD卡是否写保护等情况，如有错误会提示操作人员；然后正常初始化SD卡，通过读取起始扇区内容得到本张SD卡容量、FAT扇区及根目录扇区地址等重要信息，跳转到FAT扇区及根目录扇区搜索空闲地址空间，完成后微控制器模块将CAN总线上收到的事先保存在缓冲区中的信息存储到SD卡中，期间会检测SD卡是否还有剩余空间，在文件大小达到一定值时为避免打开时造成系统缓慢，系统会自动创建新的文件继续保存，每个文件存储位置大小等信息存储于SD卡根目录区。

Claims

1.一种便携式发动机数据标定记录装置，其特征在于包括：人机交互模块、微控制器模块、CAN/LIN总线收发模块、数据存储模块、故障报警模块及电源管理模块；其中人机交互模块配置所述标定记录装置操作以下模块组中的至少一个，该模块组包括：基于CCP底层协议进行车载发动机控制器的参数标定的参数标定模块、显示发动机当前运行状态参数的显示模块、记录行车过程中发动机运行状态参数的记录模块及发动机喷油阀驱动信号输出模块；人机交互模块输出的操作信号经SCI总线传递给微控制器模块进行处理后，通过CAN/LIN总线收发模块输送给车载发动机控制器；车载发动机控制器运行状态参数通过CAN总线上传给微控制器模块处理后存储到数据存储模块中或上传至人机交互模块显示；所述微控制器模块监测标定记录装置的运行，并且在所述标定记录装置出现预定的故障状态的情况下选择性地操作故障报警模块以提示操作人员；所述人机交互模块具有能够对上传至其中的数据进行操作处理的数据处理模块；所述电源管理模块为上述各模块提供工作电压；所述数据存储模块为一个或多个SD卡，以用于记录发动机运行状态数据及车载发动机控制器控制MAP，所述数据存储模块具有向外输出可操作状态信号的提示模块；向外输出数据存储信息的信息指示模块；所述标定记录装置通过操作提示模块以判断数据存储模块是否处于可操作状态且通过操作信息指示模块以向人机交互模块外显数据存储模块的存储信息；数据存储模块以FAT16文件的格式进行数据管理，所述标定记录装置可以通过创建、续写、删除、读取的方式对数据进行操作；在进行发动机参数标定时，所述标定记录装置将存储于数据存储模块中的车载发动机控制器控制MAP显示到人机交互模块中供操作人员标定修改，标定完成后操作人员可以把标定后的参数存储到数据存储模块中以用于分析处理；操作人员可以输入创建存储数据文件的指令或输入续写存储数据文件的指令；数据存储模块能够判断剩余的存储空间以选择性地发出创建存储数据文件的指令。

2.根据权利要求1所述的标定记录装置，其特征在于所述预定的故障状态是至少一种以下的情况：车载发动机控制器的至少一个运行参数超过边界条件、数据存储模块未插入、数据存储模块容量满、总线连接异常及车载发动机控制器运行状态数据异常。

3.根据权利要求1或2所述的标定记录装置，其特征在于电源管理模块为锂电池和/或外接适配接口模块。

4.根据权利要求1或2所述的标定记录装置，其特征在于：故障报警模块，可以通过以下方式中的至少一种提示操作人员，其中方式包括：通过人机交互界面提示给操作人员，控制单元中的故障灯、蜂鸣器。

5.根据权利要求1或2所述的标定记录装置，其特征在于：所述数据处理模块可以在试验完成后分析试验过程数据并通过人机交互模块进行发动机运行过程数据回放和/或分析车载发动机控制器控制策略及控制参数合理性。

6.一种使用权利要求1-5中任一项所述的标定记录装置对发动机进行标定的方法。