柴油机热试台架部分参数由ECU读取研究

梁业 罗世敏 莫启兴

【关键词】机油压力;ECU;优越性

【中图分类号】TK42 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）07-0058-03

0 引言

近年来，我国汽车工业发展非常迅猛。随着环保形势日趋严峻及雾霾天气的出现，国家对发动机的排放要求更加严格，广西玉柴机器股份有限公司作为亚洲内燃机生产基地，制造绿色环保动力责无旁贷。发动机的制造生产流程有非常严格的要求，其中发动机出厂前的热试验测试是一个重要的环节，这就对发动机热试验测试技术提出了更高的要求。目前，原测试台架条件无法直接读取EUC上的机油压力等参数，这给产品的后续服务带来很多不必要的麻烦。广西玉柴机器股份有限公司为了将更加优质的产品交到用户手上，提高发动机的可靠性和稳定性，在发动机性能测试台架方面一直努力研究、探索。

1 现状

随着改革开放不断深入，发动机行业进入高速发展期。柴油发动机具有扭矩大、功率大、油耗低等特性，越来越广泛地应用于交通运输中。随着社会的进步，传统的车用发动机出现了许多新的挑战，表现为动力性、经济性、耐久性和排放等方面必须满足更高的要求。现代科技的飞速发展，使电子控制技术成为改善发动机性能的重要手段，继“国Ⅱ”“国Ⅲ”后，“国Ⅳ”“国Ⅴ”“国Ⅵ”的出现及升级，对发动机性能测试提出了更高的技术要求。发动机测试台架无法直接读取ECU上的参数，但根据市场反馈，目前装配好的发动机发货到用户手中时，其发现电控机有部分机油压力传感器出现漏油、不工作等故障，造成发动机无法正常运转，对用户和公司的影响非常大。为了能及时处理机油压力传感器故障，减少外反馈，加强ECU参数采集处理的程序设计研究并投入使用非常有必要。數字测量系统通过热能与动力工程测试技术中将模拟信号转换成数字信号 [1]，在发动机装配的工艺流程中，将机油压力传感器前移至热试前装配，并模拟诊断仪监测发动机状态的模式，通过ECU读取机油压力及温度等参数，使柴油机热试试验台架既能监测到试验所需的参数，又能起到把关机油压力传感器是否正常的作用。

2 ECU读取测试系统的难点

按原有的工艺检测方法，机油压力传感器是在发动机热测试之后才装配，在柴油机热试台架时，试验者需拆掉机油冷却器上的堵塞，装上工装机油压力表，通过检测该处机油压力值的变化，使模拟信号转换成数字信号，再通过通信传递到台架测试系统，试验者通过台架系统的工作窗口及时了解发动机内部机油压力值。柴油机热试台架原有的程序无法直接读取ECU的信息，不能实现ECAN TOOLS软件应用、二次开发函数库、两条波特率不同的CAN总线的连接及数据的传输等。

3 ECU读取测试系统的原理

近年来，电控柴油机不断普及，同时电控系统越来越复杂，一旦发生故障，在修理工厂查找故障耗费的时间越来越长。为了解决此问题，ECU实现了自我诊断的OBD（车载诊断系统，On-Board Diagnostic）功能。这个系统随时监控发动机的运行状况和尾气后处理系统的工作状态。例如，一旦发现有可能引起排放超标的情况，会马上发出警示。当系统出现故障时，故障灯（MIL）或检查发动机（Check Engine）警告灯亮，同时OBD系统会将故障信息存入存储器，通过标准的诊断仪器和诊断接口以故障码的形式读取相关信息。根据故障码的提示，维修人员能迅速准确地确定故障的性质和部位 [2]。因此，故障诊断仪已成为市场上不可或缺的工具，它不仅能及时判断发动机故障情况及零部件，还能对发动机的状态进行监控，包括发动机运转的各种性能参数。因为原柴油机热试台架系统的波特率、滤波等与ECU参数不一致，所以通过USB转CAN盒分析仪使ECU参数与柴油机热试系统连接。广西玉柴机器股份有限公司试机台架CNK2000测控系统要通过USB转CAN盒分析仪使ECU参数与柴油机热试台架系统连接传输，两者的波特率、输送的帧幅不一样，所以要通过设置ECU所在物理位置相应I/O接口线电平高低，自动识别ECU的主-从身份;通过使用USB转CAN盒分析仪主要硬件电路，设计CAN网络通信接口和网络通信协议，对系统软件做整体规划;重新设计整体控制策略和分模块控制策略，内容包括主ECU的系统软件流程、从ECU的系统软件流程、发动机控制的数据和指令通信协议设计、网络的分布控制系统等;针对USB转CAN盒分析仪系统的特点、数据帧结构定义、时间同步机制，对基于CAN网络的主-从发动机控制系统做台架测试实验，通过主-从ECU控制系统和NCK2000测控系统数据的同步交换和传输，保证发动机在预定的各实验工况转速稳定，误差可控制在0.5%以内。研究表明，在两个或更多时槽中，系统最高通信速度达10 Mbit/s实现了比CAN速度更高和信息量更多的实时数据交换。根据以上原理，模拟诊断仪监测发动机状态的模式，通过ECU读取机油压力及温度等参数，使试验台架能监测到试验所需的参数。

4 实现ECU读取机油压力的过程

ECU作为发动机的“大脑”，通过设定好的程序对发动机的各个工况进行监控，使发动机处于稳定状态运转。ECU在监控发动机运转的过程中，通过各种传感器会记录大量参数到存储器，根据ECU这一工作特性，捕获从ECU通信端口CAN发出的报文，提取机油压力、水温、转速相关的字符串数据;直接由ECU读取发动机机油压力、水温及转速等参数（见表1），效果图如图1所示。

第一，调整台架系统的通信协议及台架数据输送的通信通道，找出台架的机油压力及其他相关数据通信数据位。

第二，编写软件截取台架的通信数据，同时把ECU读取的机油压力、水温、转速等数据代替原来的压力数据。

第三，识别编程软件采集的模拟环境变量，将ECU原有设定的是否开放油压绝对值与相对值做判断，根据判断的油压值通过软件计算输出相对油压值。处理完成后，再发送到台架的测试软件作为本地记录。

第四，通过台架的测试软件上传服务器，实现台架机油压力传感器从ECU读取数据的功能。

在整个过程中，利用搭桥方式，将截取的ECU信号通过编程软件处理之后再输送至台架测试系统，实现机油压力等参数由ECU直接读取的功能。

5 ECU读取机油压力等参数的优越性及前瞻性

根据测量系统的动态特征，柴油机热试台架部分参数由ECU读取。我们充分考虑了测量系统的瞬变参数测量中的动态特性、动态响应、动态标定、误差的来源与分类、系统误差、随机误差、可疑测量数据的剔除、随机误差的计算传递误差、有效数字与计算方法、试验数据的图示法等;测量的精确度很大程度上由系统表征，如果系统误差很小，那么测量结果是相当准确的，因此要设法了解系统误差来源，尽力消除其影响，确定或估算系统误差值，有效地提高测量的精度;消除系统误差除了采用修正法消除误差，还可采用预检法消除误差 [1]。通过对机油压力台架测试系统的改进，实现机油压力传感器在热试前装配，起到了在装配测试过程中把关监控的作用，有效地避免渗漏、传感器性能出厂前的检测，减少顾客担忧;同时，减轻试验操作者的劳动强度，不需要拆工装油压表，无需对拆装时流出的油污进行清洗。

同时，该方式为柴油机热试台架提供新的改进方式。在试验过程中，发动机需要监控的参数都可通过ECU读取，减少其他辅助设备。设备的维护成本降低，设备减少的同时能源能耗也相应降低，并能够实现更早的整车测量。

6 結语

本文针对柴油机热试台架测试系统和ECU控制系统复杂的特点，详细分析了测试过程中可能出现的各种干扰，并提出了相应的抗干扰措施。在柴油机热试台架测试系统硬件实现及其硬件抗干扰设计的基础上，研究了如何从受干扰的ECU、USB转CAN盒分析仪采集信号中提取能反映ECU机油压力、水温及转速的参数信号。采用小波变换、小帧幅对ECU采集信号进行适当处理，较好地满足了柴油机热试的要求。减少了员工的工作量，有效阻止了试机后装配压力传感器引起的漏油故障，装配工艺得到了统一;柴油机热试台架部分参数由ECU读取，使用户对“玉柴”发动机产品更青睐，同时减少了用户的损失，极大地维护了“玉柴”产品市场形象，保证了发动机的性能的稳定性，有效地降低了排放物，为节能减排做出了贡献。

参 考 文 献

[1]严兆大.热能与动力工程测试技术[M].北京：机械工业出版社，2008：3-4.

[2]林其骏.数控技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2003：35-380.