（动力机械及工程专业论文）柴油机电控高压共轨系统eol解决方案.pdf

浙江大学硕_ i 学位论文 目录 摘要 柴油机电控高压共轨技术作为最具发展前途的柴油机电控技术，因其突出的 燃油经济性、动力安全性和绿色环保性受到柴油动力市场的广泛青睐和重视。 在国内，一汽无锡油泵油嘴研究所与浙江大学开发出完全自主知识产权的电 控共轨系统。目前该系统面临着产业化等一系列技术问题。本课题的提出和解决 正是以该系统产业化的技术需求为背景的。 作为电控系统产业化的关键性技术，本课题e o l 方案包含了控制程序和基 本数据的下载管理、离散特征数据的开发、通讯协议的实现、诊断与标定功能， 并直接面向产业化生产流程。 控制程序和基本数据的下载是基于x c l 6 7 的c a nb o o t l o a d e r 功能实现的。 基于c a n 的b o o t l o a d c r 方式无论在代码重载速度上，还是对外界现场环境的抗 干扰上，都相对于传统的串口方式有明显的优势。本文根据x c l 6 7 所支持的r a m 启动c a nb o o t l o a d e l 方式给出了详细的重载流程和相关驱动的开发。同时，为 了实现上位机( p c 或工业控制机) 对于c a nb o o t l o a d e r 的可控性，还针对课题 的需要开发出了e o l 通讯控制单元，实现了c a n u s b 总线的转接和c a n b o o t l o a d e l 功能。 课题结合国内自主开发柴油机电控高压共轨系统产业化技术需求，设计出符 合该系统产业化的e o l 流程，并对相关数据库的设计做了研究。本文主要设计 了针对喷油器特性的补偿和相关关键传感器的特性补偿。同时，还就e o l 流程 中发动机出厂标定的功率标定做了详细的介绍，并给出了相关算法和标定流程。 在e o l 离散数据的下载和相关变量的标定与诊断部分，本课题选用了车载 网络中通用的j 1 9 3 9 协议作为通讯协议，并对j 1 9 3 9 协议基于a u t o s a r 规范的 软件开发架构以及j 1 9 3 9 协议应用诊断层的开发做了介绍。同时，结合e o l 流 程的功能需求介绍了系统参数下载、变量监控和标定以及故障诊断等功能模块的 实现。 本课题通过e o l 方案的设计和相关系统的开发，解决了汽车电子控制单元 下线管理时的代码下载、数据管理、出厂标定及故障诊断等诸多技术问题，满足 了电控系统的下线管理的需要，也为自主开发的汽车电控系统的产业化提供了有 力的保障和技术支持。 关键词：高压共轨，电子控制单元，e o l ，c a nb o o t l o a d e r ，j 1 9 3 9 协议 浙江大学硕十学位论文目录 a b s t r a c t e l e c t r o n i cc o n t r o l l e dd i e s e lc o m m o nr a i ls y s t e mf d c r s ) i sr e g a r d e da st h em o s t p r o m i s i n gt e c h n o l o g yi nt h ed i e s e lf i e l d a sf o rt h ef u e le c o n o m y , p o w e rs a f e t ya n d e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，d c r si sm o r ea n dm o r ep o p u l a rw i t ht h ea u t o m o b i l e i n d u s t r y i n t e r i o r l y , f a ww u x if u e lh l j e e t i o ne q u i p m e n tr e s e a r c hi n s t i t u t ea n dz h e j i a n g u n i v e r s i t yh a v ej o i n t l yd e v e l o p m e n td c r sw h i c ho w i l $ c o m p l e t e - i n d e p e n d e n c e i n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t s a tp r e s e n t ，t h i ss y s t e mi sc o n f r o n t e dw i t has e r i e so f t e c h n o l o g i e sf o ri n d u s t r i a l i z a t i o n i nt h i sp a p e ras o l u t i o ni sb r o u g h tu pa n di tm e e t s t h es p e c i f i cr e q u i r e m e m so f t h e 毋，s i e i 血i n d m a t i a l i z a t i o n a sak e yt e c h n o l o g yo ft h ed c r s ，e o ls o l u t i o ni n c l u d e st h ed o w n l o a d m a n a g e m e n t o fp r o g r a m sa n db a s i c d a t a , t h ed e v e l o p m e n to ft h ed i s c r e t e c h a r a c t e r i s t i cd a t a ，r e a l i z a t i o no f c o m m u n i c a t i o n ，d i a g n o s i sa n dc a l i b r a t i o nf i m c t i o n s t h ep r o g r a m sa n dt h eb a s i cd a t aa r ed o w n l o a d e db a s e do nt h ec a nb o o t l o a d e r o ft h ex c l 6 7m i c r o c o n t r o l l e r 1 1 1 ec a nb o o t l o a d e rt a k e sa d v a n t a g eo v e rs e r i a l b o o t l o a d e ro nb o t ht h es p e e da n da n t i - j a m m i n gp e r f o r m a n c e i nt h i sp a p e r , ad e t a i l e d d e v e l o p m e n ti sd e s c r i b e d i na d d i t i o n ，t h ed e v e l o p m e n to fu s b c a nb u si n t e r f a c e e x c h a n g ei sa l s oi n t r o d u c e d a ne o lf l o wt o g e t h e rw i t hr e l a t e dd a t a b a s ed e s i g n i n gi sg i v e na c c o r d i n gt ot h e d e m a n d so fd c r si n d u s t r i a l i z a t i o n i nt h i sp a p e r , t r i m sf o rc o m p e n s a t i n gf u e l i n j e c t o r sa n ds o m ek e ys e n s o r sa r ed i s c u s s e d f u r t h e r m o r e ，t h ep o w e rc a l i b r a t i o ni s j n t r o d u c e da sw e l la sr e l a t e da r i t h m e t i ca n dc a l i b r a t i o nf l o w a sap o p u l a ra n dh i g h - p e r f o r m a n c e p r o t o c o l ，j 1 9 3 9 i s a d o p t e d a st h e c o m m u n i c a t i o np r o t o c o lf o rt h ep u r p o s eo fe o l s p e c i f i cc a l i b r a t i o na n dd i a g n o s i s t 1 1 ep a p e rd e s c r i b e st h ea r c h i t e c t u r eo ft h ej 1 9 3 9d e v e l o p m e n ta n dt h eb r i e f d e v e l o p m e n to ft h ed i a g n o s t i cl a y e r a f t e rt h a t t h er e a l i z a t i o n so fe o lf u n c t i o na 8 d o w n l o a d i n gs y s t e ms p e c i f i cd a t a , s p e c i f i cd a t ac a l i b r a t i o n ，a n dt h es y s t e md i a g n o s i s a r ed e v e l o p e da n dd e s c r i b e d t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f e o ls o l u t i o na n dr e l a t e ds y s t e m sr e s o l v em a n y t e c h n i c a lp r o b l e m s 髂c o d ed o w n l o a d ，d a t a b a s em a n a g e m e n t ，c a l i b r a t i o na n d d i a g n o s i s ，e t c t h i ss a t i s f i e st h ee o lm a n a g e m e n t sf o rt h ee l e c t r o n i cc o n t r o l l e du n i t ， a n di tp a v e st h ew a yf o rt h ei n d u s t r i a l i z a t i o no f t h ed c r s 浙江大学硕 学位论文目录 k e yw o r d ：h i g h p r e s s u r ec o m m o nr a i l ，e c u ，e o l ，c a nb o o t l o a d e r , j 1 9 3 9 p r o t o c 0 1 i n 学号：2 0 5 0 8 2 2 7 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝鎏盘堂或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签签字日期：办， 7 晕月，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解澎江盘鲎有关保留、使用学位论文的规定，有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权逝婆盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 签字日期：汨年月f 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：联合汽车电子有限公司 签字日期：、。- 事由、姻 电话：0 2 1 5 8 9 9 2 2 8 8 通讯地址：上海市浦东新区金桥出口加工区榕桥路5 5 5 号邮编：2 0 1 2 0 6 浙江大学硕士学位论文 第一章前言 1 1 课题的目的和意义 第一章前言 柴油机电控高压共轨技术作为内燃机行业公认的二十世纪三大突破之一，在 实际的研究与应用中越来越显示出其独特的技术优势和产业优势，被行业内普遍 认为是最具发展前途的柴油机电控技术。 作为一项传统行业的高新技术，柴油机电控高压共轨技术在减轻环境污染、 能源节约利用、智能化网络化等方面有着突出的技术优势、独特的产业优势和社 会效益，因此越来越多的国家和跨国公司努力致力于柴油机电控共轨技术的研发 和产业化，以期望能在井喷式发展的汽车电喷市场占有一席之地，并获取最大的 利润。就全世界范围而言，目前仅有德美日三国的少数几个大型跨国汽车零部件 公司拥有了成熟的电控共轨技术，并在实践中成功规模产业化。中国汽车行业在 该领域面临着发达国家很大的压力。 作为车用柴油动力领域的一种全新的技术，电控高压共轨技术集成了计算机 控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油器设计技术于一身【1 1 ，相对于其它 燃油喷射系统有着无与伦比的优越性。高压共孰技术的高压喷射、分段喷射，精 确的喷油量计算、喷油定时计算，以及系统控制策略的优化，使得高压共轨柴油 发动机有着卓越的动力性、突出的燃油经济性以及低水平的排放。 柴油机电控高压共轨系统采用电子控制单元( e c u ) 实现发动机各个工况下 的实时精确控制，以满足相应的动力性和排放法规。发动机控制系统是一个强烈 非线性系统，为了达到控制目标，e c u 中存储了大量经过实验测得并经过优化 的m a p 图。基于这些m a p 图，e ( 利用预先编制的控制策略和算法判断发动 机在不同工况下的最佳控制量，从而实施对发动机的最优控制。 柴油机电控高压共轨系统对精确性要求很高，但由于发动机个体有差异，控 制系统执行机构在制造时也存在一定的差异性( 如喷油器喷孔尺寸和响应参数的 不同) ，所以在控制系统产业化时需要考虑电控系统和实际目标对象的匹配，即 根据不同的发动机和执行机构的参数做出偏差补偿。因此，不同的发动机e c u 中的数据不尽相同。鉴于此，e c u 中程序与数据就不能在硬件的制造阶段或是 e c u 系统的生产阶段写入，而应交由汽车发动机制造商完成【2 】。汽车发动机制造 商应根据所生产的汽车发动机的个体参数、执行器补偿特性以及m a p 图数据， 结合生产线的需要在汽车制造工序的最后阶段分阶段的通过一定的e c u 代码下 载系统完成对e c u 程序和数据的写入。这一系统及其功能的实现我们称之为 浙江大学硕士学位论文第一章前言 e o l ( e n do f l i n e ) 。 1 2 国内外发展现状 1 21 柴油机电控高压共轨系统发展现状 柴油机电控燃油喷射技术经历了凸轮压油位置控制、电磁阀时间控制和共轨 式压力时间控制三代电控发展技术 3 1 。毫无疑问，柴油机电控高压共轨燃油喷射 技术是柴油机发展史上的一座里程碑【4 】f 5 1 。柴油机高压共轨系统采用多种燃油喷 射控制策略实现了燃油供给、喷油正时、喷射压力及喷油率的全工况高压电控灵 活柔性控目铷t 6 1 。因此，高压共轨技术已经被汽车工业界认定为柴油机动力车领域 最具发展前途的燃油喷射技术f 4 】。 国外在柴油机电控共轨喷射系统方面的研究起步较早，进展也很快，并有多 种共轨喷射系统设计并投产，其相关技术和产品已经成熟【7 j 8 j 【9 1 。主要代表有德 国b o s c h 公司的c r 高压共轨系统、意大利f i a t 的u n i j e t 系统、英国l u c a s 的 l c r s 系统、日本d e n s o 的e c d - u 2 系统和美国d e l p h i 公司的m u l t e ed c r 系 统等【1 。其中b o s c h 公司是柴油机燃油喷射技术领域的鼻袒，其开发的电控共 轨系统也颇具代表性。到目前为止，b o s c h 公司总共规划和设计了三代高压共轨 系统。第一代已经于1 9 9 7 年7 月批量投放市场，主要应用于轿车，喷射压力达 1 3 5m p a 。第二代于2 0 0 0 年开始批量生产，开始使用具有油量调节功能的高压 泵和经改进的电磁阀喷油器，具备多次喷射能力，最大系统压力提高至1 6 0 m p a 。 b o s c h 公司第三代高压共轨喷射系统的开发重心转移到系统的技术复杂度和精 密度上。其最大的亮点就是采用了响应更快、精度更高的压电晶体作为喷油器执 行机构。目前系统的最大工作压力已经扩大为1 8 0 m p a 。b o s c h 公司第四代高压 共轨喷射系统将会采用最新研制的同轴可变喷嘴及压力扩大器技术，最高喷射压 力将会超过2 0 0 m p a 。【1 0 】【n 1 目前，柴油机电控高压共轨系统的发展一方面结合了柴油机增压中冷技术、 可变气门技术、e g r 及v g t 电控空气管理技术等其他电控技术【i2 1 ，另一方面也 在传感器技术( 智能化传感器) 、执行机构( 如采用压电晶体作为喷油器执行机 构【l3 】) 、微控制器性能( 更高性能和集成度的3 2 位单片机) 等方面不断开拓。 同时，电控系统的开发模式和手段也日新月异，如系统软件开发中嵌入式操作系 统的应用【1 ”，基于扭矩的算法开发模式，基于m a t l a b k s i m u l i n k d s p a c e 的v 字型 快速原型开发模式i l s l ，等等。现代的柴油机电控高压共轨技术正为了解决欧 、欧v 乃至更严格的排放法规，向着更深更广的领域发展而同趋完善，其独特 的技术优势和社会效益将进一步得到发挥。 2 浙江大学琐上学位论文第一章前言 在国内，柴油机电控技术及高压共轨技术的研究起步较晚，基础薄弱。因内 绝大部分柴油机仍为传统的机械式。为满足越来越严格的排放法规和追求更好的 经济社会效益，机械式柴油机必将逐步淘汰，柴油机电控燃油喷射系统的研究已 迫在眉睫，刻不容缓。目前国内已经有不少院校、研究机构及汽车发动机制造厂 开始了柴油机电控高压共轨技术的研究。一汽无锡油泵油嘴研究所与浙江大学在 该领域走在了国内前列，并在国内率先联合开发出柴油机电控高压共轨系统。该 系统主要技术指标( 如表1 1 ) 相对其他燃油喷射系统有着明显的优势。系统已 在多种柴油机上完成匹配工作，并达到了欧i i i 排放标准。该系统已试用于无锡、 上海、宁波等城市公交系统，目前面临着尽快实现电控系统产业化的一系列技术 问题，将最新最先进的具有自主知识产权的电控高压共轨系统及时的推向市场， 同时促进先进技术的进一步发展和升级。 表1 - 1 共轨系统部分关键参数指标 最高喷射压力最小喷射间隔最小喷射量 各缸一致性 1 6 0 m p a0 6 m s * 1 5 m m + | 如。5 i n 蠢 指在5 0 m p a 共轨压力下的指标 1 2 2 高压共轨系统简介 高压共轨系统为时间压力控制式燃油喷射系统，如图1 。1 为d e n s o 公司的 e c d u 2 共轨系统结构原理图【1 7 1 。在该系统中，高压油泵并不直接控制喷油，只 是向共轨腔供油以维持所需的共轨压力，通过连续调节共轨压力来控制喷射压 力，利用电磁阀控制喷射过程。因此，高压共轨系统实现了将高压燃油的建立和 喷油过程剥离开来，分别进行控制。这就给系统的控制自由度和精度带来了很大 的发展和提高空间。 电控高压共轨系统由电予控制单元( e c u ) 、各类传感器以及执行机构组成， 如图1 2 所示。其中e c u 是电控系统的核心，担负着系统的控制、计算和处理 任务。e c u 将采集到的各种传感器的频率信号、数字信号以及模拟信号经外围 信号处理模块处理后进行判断和计算，根据控制算法，计算出输出量，通过油泵 和喷油器驱动模块输出，从而实现对于发动机的控制。 e c u 对系统的控制包括喷油量控制、喷油定时控制、共轨压力控制、目标怠 速控制、逐缸平衡控制等。这些控制策略一般是基于m a p 图的开环控制，但对 于某些特殊参数的控制( 如轨压、怠速油量) 则采用p i d 反馈控制。 浙江人学硕上学位论文 第一章前言 图1 - ie c u - u 2 高压共孰系统结构蜃理图 e c u 模块除了完成系统控制功能外，还必须提供相关的通讯及诊断平台。本 课题选用的高压共轨系统支持了基于串口的k w p 2 0 0 0 协议、支持了基于c a n 的c c p 协议和j 1 9 3 9 协议。其中，k w p 2 0 0 0 协议通讯提供了标准的诊断接u i ， 可与手持式故障诊断仪连接进行系统诊断；c c p 一般用于标定系统，比如可与 v e c t o r 公司的标定系统c a n a p e 连接用于系统标定；j 1 9 3 9 提供了用于整车通讯 的车载c a n 通讯网络系统，用于与其他控制器、智能传感器以及执行机构的通 讯和数据共享。 图1 - 2e c u 控制模块示意图 4 浙江大学硕e 学位论文第一章前言 1 2 3 汽车电控系统e o l 管理系统发展现状 国外的汽车电控系统的研究与开发已日臻成熟，且集现代控制技术与一身的 电控系统已成功大规模产业化，并产生了巨大的经济效益和社会效益。到目前， 国际上各大高压共轨研发公司均已实现了电控系统的产业化。日本d e n s o 公司 1 9 9 2 年便已成功试验高压共轨技术，并与1 9 9 5 年首次将其研制的e c d - u 2 高压 共轨系统应用到卡车上；德国b o s c h 公司的高压共轨系统于1 9 9 8 年在奔驰柴油 轿车上装配了1 0 万台；英国l u o a s 公司也在菲亚特的m t u 4 0 0 0 轿车上装配了 它的l c r s 系统【1 8 】。根据d e l p h i 公司的统计数据，到2 0 0 5 年，高压共轨系统在 新生产车辆上的应用比例达到7 0 ，装配高压共轨系统的柴油机动力车辆达到 5 0 0 万辆。 柴油机电控高压共轨系统不同于以往的纯机械系统由于电控单元e c o 巾 存储着控制程序代码和各种类型的m a p 数据，且喷油器、发动机和整车的特性 数据均不相同。所以，电控系统产业化时e c u 中程序代码和数据的处理和管理 就显得特别重要。e o l 下线管理正是衔接电控系统的研发与产业化之间必不可 少的环节。e o l 的方案设计以电控系统的开发为基础，包含了程序数据的下载 管理、通讯的实现、诊断与标定功能，并直接面向产业化生产流程。所以，科学 合理的e o l 设计方案对电控系统的产业化成败至关重要。 国外对于电控系统的e o l 管理技术已经相当成熟，并在其相应的电控系统 的产业化过程中发挥着不可替代的作用。如一汽无锡柴油机分公司( 锡柴) 在其 生产的c a 6 d l 机型上引进装配了日本d e n s o 公司的电控共轨技术，并在该系共 轨柴油机的研发、生产、装配、热试各部门采用d e n s o 公司的下线管理e o l 系 统，实现发动机e c u 的最终产品化、发动机及整车产品下线检测和性能指标的 监控标定等功能，并服务于未来汽车产品市场、销售和售后服务等领域。 一汽锡柴所采用日本d c n s o 公司的e o l 电控共轨系统下线管理方案对 c a 6 d l 电控共轨柴油机电控系统制造过程的管理主要包括了e c u 生产文件生成 与管理、e c u 生产文件下载管理、喷油器燃油补偿量读取和整合、电控系统终 试与故障诊断4 个子系统，如图1 - 3 t 1 9 】。 浙江大学硕士学位论文 第一章前言 图1 _ 3 电装一锡柴e o l 总体流程图 该e o l 流程主要完成了将发动机电控系统应用程序文件与经过匹配的某类 发动机的数据文件转换成e c u 可接受的生产文件，并对文件进行相应的处理和 管理，在生产线上将处理后的文件通过一定的程序和工具下载至e c u 中，由扫 描仪获取相应的燃油补偿量及参数信息，最后进行发动机电控系统终试和故障诊 断与监控，从而完成了电控系统的e o l 流程。 1 2 4 基于c a n 的b o o t i o a d e r 技术发展概况 在e o l 管理系统中，尤为重要的是程序代码和数据的下载管理及通讯的实 现。以往单片机的代码下载功能( b o o t l o a d e r ) 一般通过串口通信实现。通过串 口实现p c 与下位机的通信具有硬件资源简单、软件实现简便、且成熟的通信系 统和平台较多等优势。但串口通信也有其缺点与不足。这主要表现在通信的速率 受到限制，最高波特率为1 1 5 2 k b p s 。除此之外，串口的通信距离一般最大也只 有1 5 m ，并且容易受现场噪声、电磁等环境因素干扰，抗干扰能力差。而汽车发 动机的工业生产现场具有高噪声干扰、高电磁干扰、现场布线传输距离较大等特 点，串口通信在此工业现场的数据通讯中难堪大任。因此，这就迫切需要一种新 的传输通信方式实现工业现场的代码下载与数据传输。c a n ( c o n t r o l l e ra r e a n e t w o r k ，控制器局域网) 总线则很好的迎合了这一特殊需求。 由于c a n 总线和半导体技术的发展基于c a n 的b o o t l o a d e r 技术发展迅猛 6 浙江人学硕十学位论文第一章前言 并得到了广泛的应用。c a nb o o t l o a d e r 技术在实现上有两种不同的方式。其中一 种方式需预先将一段b o o t l o a d e r 程序下载至单片机存储器的一段特定的受保护 区。单片机通过执行这段b o o t l o a d e r 代码实现应用程序的代码重载。另一种方式 不需要在代码重载之前预先下载一段代码，但要求目标e c u 的单片机硬件上支 持直接的c a nb o o t l o a d e r 功能，即在c a nb o o t l o a d e l 时将b o o t l o a d e l - 下载至 r a m 中，然后通过r a m 启动的模式重载代码。m f i n e o n 公司的x c l 6 7 系列单 片机提供了这种功能的代码重载方式，本课题的代码重载部分正是建立在此种方 式的基础上实现的。 德国v e c t o r 公司利用第一种c a nb o o t l o a d e r 方式开发出基于c a n 总线的汽 车电控系统程序和数据的下载和管理系统c a n i b l 。c a n t b l 支持多种单片机 型号的c a nb o o t l o a d c r 代码重载功能，表l - 2 为其所支持的部分汽车电子业知 名半导体厂商的微控制器。 表1 - 2v e c t o rc a n t b l 所支持的部分微控制器例 半导体厂商微控制器编译器 d s p 5 6 f 8 3 x xm e t r o w e r k s f r e e s t a l e c o s m i c ，h i w a r e m e t r o w e r k s ，眦h c l 2 s t a r l 2 s t a r l 2 x p o w e r p c5 5 5 5 6 “5 2 0 0 ，5 5 0 0d i a b d a t a ，m e t r o w e r k s t r i c o r e m u l t i c a n t a s k i n g l l l f l n e o n x c l 6 x k e i l ，t a s k i n g m i c r o c h i p p i c l 8 m i c r o c h i p s t 9g n u s t m i c r o e l e e t r o n i e s s t l o t a s k i n g t e x a si n s t r u m e n t st m s 4 7 0 t e x a si n s t r u m e n t s ，a r m t o s h i b at l c s 9 0 0t c ) s h i b a c a n t b l 可以通过c a n 总线下载程序到目标e c u ，并可以方便的实现软件的 更新和程序的重载，从而广泛应用于汽车电控系统的e o l 管理中。c a n t b l 系统 包含b o o t l o a d e r ，f l a s h d r i v e r 和f l a s h t o o l 等三部分软件模块，如图1 - 4 。b o o t l o a d e r 包含了一个基本的c a n 通信层。一个传输协议以及诊断协议( k 、 ，p 2 0 0 0 ) ，其 程序存储在控制器的受保护存储区。f l a s h d r i v e r 在擦写f l a s h 前下载，并存储在 r a m 区。它负责将应用程序下载到相应的f l a s h 中。f l a s ht o o l 是控制应用程序 ( 如h e x 文件) 下载的上位机p c 工具。1 2 1 】1 2 2 】 浙江大学硕十学位论文第一章前言 图1 - 4c a n t b l 结构图 在使用时，需要的硬件资源是一个w i n d o w s p c 以及一个c a n 接口卡。e c u 中的b o o t l o a d c r 首先下载f l a s hd r i v e r 到目标控制器的r a m 中，然后下载应用 程序。图1 5 为工业现场中利用c a n l i n 总线下载应用程序和代码到目标e c u 。 图1 - 5 基于c a n l i n 总线下载应用程序到汽车电控单元 1 2 5 c a n 总线和j 1 9 3 9 协议在国内外的发展 在计算机数据传输领域，长期以来使用r s 2 3 2 和c c i t t v 2 4 通信标准，尽 管它们被广泛的使用，但却是一种低数据速率和点对点的数据传输标准，无能力 支持更高层次的计算机之间的功能操作。所以，在最低层次上需要设计出一种造 价低廉而又能经受工业现场环境的通信系统，c a n 总线则是在这种背景下产生 的【2 ”。 浙江大学硕七学位论文第一章前言 c a n 是由德国r o b e r t b o s c h 公司在2 0 世纪8 0 年代初为汽车工业开发并已经 过i s o 认证和标准化的一种串行数据通信总线。其直接通信距离最远可达l o k m ， 通信速率最高可达1 m b p s ( 此时通信距离最长为4 0 r e ) 。它的基本设计规范要求 有高的位速率、高抗电磁干扰性，而且由于每帧信息都有c r c 校验及其他检错 措旌，具有极好的检错效果1 2 4 l 。c a n 的个信号能用差分电压传送，c a n 的驱 动器因此能避免噪声和容错。差分的电压令c a n 网络即使在一条信号线断开或 者在噪声极大的环境中也能够工作。只需要一对双绞线，差分的c a n 输入就能 够很有效地抵偿噪声。因此，c a n 作为汽车电子领域常用的工业现场总线，其 高的传输速率和高的抗干扰性使得c a n 在汽车车载网络系统中得到了广泛的应 用。 c a n 总线在国外已经被广泛应用于汽车电控系统、工业现场自动化控制等 诸多领域。在1 9 9 2 年，奔驰公司首先在他们的高级轿车上使用了c a n 技术嘲。 这是c a n 技术在车载网络系统中的首次实际应用。随后，采用c a n 总线标准 的汽车制造公司越来越多，其中有大众、宝马、保时捷、劳斯莱斯、美洲豹等。 同时，支持c a n 总线的半导体公司有i n t e l 、m o t o r o l a 、p h i l i p s 、m i c r o c h i p 、s i e m e n s 等。 随着排放法规的日趋严格，计算机及控制技术在现代汽车中的应用显得尤为 重要。在我国的轿车中已基本具有电子控制和网络功能，排放和其他指标达到了 一定的要求。但货车和客车在这方面却远未能满足排放法规的要求。因此，在汽 车电控系统中采用控制器局域网和国际公认标准协议j 1 9 3 9 来搭建网络，并完成 数据传输，以实现汽车内部电子单元的网络化是一种迫切的需要也是必然的发展 趋势。【2 6 1 2 0 0 0 年s a e ( s o c i e t yo f a u t o m o t i v ee n g i n e e r ) 提出了j 1 9 3 9 协议，并成为货 车和客车中控制器局域网的通用标准。s a ej 1 9 3 9 是一种高级的c a n 协议标准， 它对汽车内部e c u 的地址配置、命名、通讯方式以及报文发送优先级等都作了 明确的规定，并且对汽车内部各个具体的e c u 通讯作了详细的说明。s a e j l 9 3 9 标准更大限度地发挥了c a n 优异的性能【2 ”。目前j 1 9 3 9 协议已经成为应用于国 外电控发动机e c m e c u e d c 最广泛的应用层协议。j 1 9 3 9 协议技术在国外，特 别是欧洲、美国、日本，已经相当成熟。目前，j 1 9 3 9 已经成为世界各大车辆部 件制造厂商支持的重要通信标准，尤其在大客车、载重货车、特种车辆和工程机 械得到广泛的应用。1 2 8 在国内，中国首辆c a n 网络系统混合动力轿车己在奇瑞公司试装成功，并 进行了初步试运行。在上海大众的帕萨特和p o l o 汽车上也开始引入了c a n 总 线技术【2 9 】。国内一些单位也已经研发出符合j 1 9 3 9 的汽车智能零部件。并且各项 指标已经达到国际先进水平。例如，中国单片机公共实验室联合北京英贝多嵌入 浙江大学硕上学位论文 第一章前言 式网络公司、美国卡特皮勒公司，以及国内著名的汽车设计厂商，经过两年多的 设计开发，实现了基于单片机的j 9 3 9 网关芯片e m 2 0 0 3 系列产品。e r a 2 0 0 3 可用 于汽车数字化仪表、汽车j 1 9 3 9 网关、汽车多功能电控的核心单元，并通过了严 格的可靠性测试和实际产品化验证，已投入批量生产【2 9 】。但总的来说，由于起 步比较晚、技术封锁等原因，目前c a n 总线技术以及相应的行业协议( 如j 1 9 3 9 ) 在我国汽车工业中的应用尚处于试验和起步阶段，绝大部分的汽车还没有采用汽 车总线的设计，因而存在着不少弊端。 1 3 课题方案及各部分内容 论文第二部分给出e o l 流程设计方案，并在此基础上介绍了系统的权限设 置和相关数据库参数设计：第三部分具体介绍e o l 通讯控制单元的软硬件开发 及其工作过程：第四部分详细介绍了基于i n f i n e o nx c l 6 7 的c a nb o o f l o a d e r 模 块开发：第五部分简单介绍了c a n 及j 1 9 3 9 协议，在此基础上介绍了j 1 9 3 9 协 议基于a u t o s a r 规范的软件架构，并针对协议诊断层的d m 模块开发出基于 j 1 9 3 9 协议的e o l 标定及故障诊断模块，并给出了相关的试验验证。 1 0 浙江大学硕上学位论文第二章电摔高压共轨系统e o l 方案设计 第二章电控高压共轨系统e o l 方案设计 2 1 电控高压共轨系统e o l 流程设计 汽车电控系统的e o l 实现方案如图2 1 2 3 所示。首先，汽车发动机生产厂 商将e o l 系统目标文件通过p c 及相应的e o l 工具下载到e c u 0 中，如图2 1 所示。e o l 系统目标文件包括了控制程序( 系统代码) 和基本m a p ( 标定数据) 。 e c u 0 中的单片机为“裸机”，即没有任何应用程序。 图2 - 1e o l 流程图一 然后，经过编程后的e c u l 与发动机进行出厂匹配测试( 如图2 - 2 ) ，主要完 成发动机和执行机构特性参数的下载、执行器一致性标定、发动机功率标定以及 发动机故障码诊断等。由数据扫描仪器获取相应的发动机修正偏差值，并传给 p c 机。p c 机再将偏差值与发动机、执行器特性参数一并通过e o l 工具下载到 e c u l 中。值得注意的是，此时的e c u 2 与该发动机是一个特定的组合，应将其 “捆绑”在一起，以备后面整车标定之用。 图2 - 2e o l 流程图二 在整车标定阶段( 如图2 3 ) ，p c 获得车辆识别码和整车特性参数，下载至 e c u 2 中，并对相关参数进行整车的随车标定及故障诊断。最终的e c u 3 即为与 特定的汽车和发动机相匹配的产品e c u 。 浙江大学硕_ j | 学位论文第二章电控高压共轨系统e o l 方案设计 图2 - 3e o l 流程图三 2 。2 e o l 系统且标文件的生成 由于机械加工私装配误差，电控系统机械部分的一致性差异较大，各个电控 系统的控制参数、m a p 数据肯定有局部的差异，因此在电控系统设计时必须将 数据区和程序区分离，在产业化时由e o l 目标文件进行统管理。这样就保证 了系统软件的一致性，有利于批量生产和管理。【3 0 】 e c u 目标文件的生成系统是将发动机电控系统控制程序文件与技术中心匹 配的特定类型发动机的基本数据文件一起转换成e o l 流程中e c u 可接收的目标 文件供后续e c u 生产使用。其中控制程序代码是由编译器产生( 本课题选用 t a s k i n g 编译器) 的h e x 文件，基本m a p 数据则是由系统标定工具生成。 标定系统作为e c u 开发过程中的关键工具之一，主要作用是监控e c u 工作 参数、在线调整基本m a p 数据、e c u 控制参数、工作参数以及离线数据处理等。 在本课题中，我们选用v e c t o r 公司功能强大的标定系统c a n a p e 进行发动机基 本数据的标定。c a n a p e 是基于c c p ( c a nc a l i b r a t i o np r o t o c 0 1 ) 协议的第三方 商业化标定软件，其工作原理如图2 4 所示。 本系统采用了f l a s h 、标定r a m 的标定方式。在这种标定方式中，标定数据 固化在f l a s h 中，e c u 初始化时把数据从f l a s h 拷贝到标定r a m 中，标定e c u 在运行中访问标定r a m 中的标定参数【3 1 】；在标定过程中，c a n a p e 把每次标定 参数的改动写进标定r a m 中，标定结束后再把标定r a m 中的数据通过c a n a p e 写回到f l a s h 中固化。标定r a m 的使用使得标定过程中m a p 数据或控制参数 的改变能马上改变e c u 的运行。 3 2 1 浙江人学硕十学位论文 第二章电控高压共轨系统e o l 方案设计 m a p o rc u r v e 图或曲线 工程配置 c ：c o m m o n r a i l p a r a m e t e r 标定参数 m e a s u r e m e n t l i s t 么 m e a s u r e m e n t 测量数据了一 测量数据 地址映射文件 的配置 2 s h a r e da x i s c ：c o d et e s 共享轴 c o d et e s t a b s 数据库d b c a n a p e 软件 卜衍栩 u s 嗽口 c a n a p e 通信盒 c a n 通信接口 标定r o m 标定r a m r o mr a m 蕾h c p u e c u 图2 - 4c a n a p e 工作原理示意图 在系统标定时，c a n a p e 的正常工作和运行还必须提供相应的工程配置文件 a 2 l 、地址映射文件a b s 及相关数据文件p a r 等。a 2 l 是控制器的描述文件， 其中含有e c u 可执行程序中所有可测量变量及标定参数信息( 包括存储地址及 数据类型等) ，在e c u 工作时，c a n a p e 根据a 2 l 文件提供的信息，读取e c u 中可测量变量和标定参数的数值，并按用户的要求修改标定参数数值以优化控制 策略。a b s 文件提供了程序中各个变量的格式、绝对地址等重要信息。p a r 文件 则是已保存的标定数据文件，可将其数据下载至e c u 或将标定后的数据重新保 存。 c a n a p e 提供了非常友好的操作界面，使系统的标定工作变得简便而可靠。 浙江大学硕十学位论文 第二章电控高压共轨系统e o l 方案设计 除了数据的上传和下载外，用户可根据需要选择相关监控变量，设定其属性，监 控曲线图g r a p h i c 的操作，如坐标尺度的更改，曲线颜色的选择，曲线拉伸放大。 c a n a p e 标定系统的监控晃面和标定界面分别如图2 5 、图2 - 6 所示。 图2 - 5c a n a p e 标定系统监控界面 图2 - 6c a n a p e 标定系统标定界面 c a n a p e 支持多种形式的数据文件输出格式，其中常用的有i n t e l 的h e x 文 件、m o t o r o l a 的m o t 文件以及p a r 文件等。e o l 目标文件生成系统最终将编 译器生成的系统程序代码文件和标定系统生成的基本数据文件重新组合并按一 定的文件格式生成统一的系统代码，最终供e o l 工具下载至f l a s h 中。e c u 目标文件成生软件见图2 7 。 1 4 浙江大学硕t 学位论文 第一二章电控高雎共轨系统e o l 方案设计 百百 7 ：一：趁制表夸毛 0 x c 0 8 0 0 0 ：! 控弗9 程序 。嚣 圈 0 x c l 0 0 0 0 蠢南 薹囊誊| ；= | 歪垂 ；i | | i l