基于ASAM標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯分析與編程實(shí)現(xiàn)

宋維群 楊世春 李 明 崔海港 曹耀光

（北京航空航天大學(xué)）

1 前言

標(biāo)定是指依據(jù)整車(chē)的各種性能要求（如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放及輔助功能等）調(diào)整、優(yōu)化和確定整車(chē)上各ECU的運(yùn)行及控制參數(shù)的控制算法[1]。在實(shí)際的標(biāo)定系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，為實(shí)現(xiàn)軟硬件之間數(shù)據(jù)交換的兼容性，ASAM組織提出了標(biāo)定診斷系統(tǒng)的3個(gè)層次[2]。其中，第1層為硬件交互層，定義標(biāo)定系統(tǒng)與ECU交互功能及軟件實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)接口；第2層為標(biāo)定系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)信息；第3層為標(biāo)定系統(tǒng)的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)。標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)信息層用于定義和標(biāo)識(shí)標(biāo)定過(guò)程中的參數(shù)信息，其最終目標(biāo)是建立標(biāo)定過(guò)程中的數(shù)據(jù)庫(kù)體系。

本文分析了標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)的基本功能和必要組件，提出并實(shí)現(xiàn)了符合ASAM數(shù)據(jù)庫(kù)信息層即符合ASAM-2MC標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。

2 標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)功能需求分析

2.1 標(biāo)定信息的分類(lèi)

標(biāo)定工程師的最終目標(biāo)是對(duì)功能性代碼和MAP進(jìn)行修改以實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化控制系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行狀況。實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的最簡(jiǎn)捷方式是對(duì)標(biāo)定信息按類(lèi)型和功能進(jìn)行分類(lèi)，此2種分類(lèi)方式可滿足標(biāo)定系統(tǒng)的基本功能。

本文提出的標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)采用了ASAM-2MC標(biāo)準(zhǔn)中與控制相關(guān)的關(guān)鍵字[3]作為按類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)，如表1所列。

表1 ASAM-2MC標(biāo)準(zhǔn)中與控制相關(guān)的關(guān)鍵字

關(guān)鍵字CHARACTERISTIC定義了在標(biāo)定過(guò)程中需要進(jìn)行修改的變量，如VALUE（標(biāo)定參數(shù)值）、CURVE（1 維 MAP）、MAP（2 維 MAP）等，這些變量在FLASH中的存儲(chǔ)方式以關(guān)鍵字RECORD_LAYOUT具體給出。

標(biāo)定人員在標(biāo)定過(guò)程中需要通過(guò)監(jiān)測(cè)來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的變量，在ASAM-2MC標(biāo)準(zhǔn)中采用關(guān)鍵字MEASUREMENT進(jìn)行定義。

在ASAM-2MC標(biāo)準(zhǔn)中采用關(guān)鍵字COMPU_METHOD對(duì)變量真實(shí)物理值與ECU中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)形式的相互轉(zhuǎn)化方式進(jìn)行描述，該關(guān)鍵字必選。

對(duì)于功能性分類(lèi)，ASAM-2MC標(biāo)準(zhǔn)提供了關(guān)鍵字GROUP，該功能類(lèi)似計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中的文件管理。標(biāo)定人員可根據(jù)需要自定義某一控制功能的標(biāo)定參數(shù)組，并分配涉及到的監(jiān)測(cè)變量與標(biāo)定變量。

2.2 標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)同步更新

項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的不同階段（系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件編程、功能驗(yàn)證等）對(duì)控制系統(tǒng)的功能有不同需求，控制系統(tǒng)的功能越復(fù)雜對(duì)標(biāo)定系統(tǒng)的功能性要求就越多。任何對(duì)ECU控制代碼的修改都將引起相應(yīng)的標(biāo)定任務(wù)。對(duì)于控制代碼的自動(dòng)化生成而言，標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)能自動(dòng)更新標(biāo)定數(shù)據(jù)的信息，以保證控制系統(tǒng)功能性代碼與數(shù)據(jù)的一致性。

2.3 標(biāo)定數(shù)據(jù)格式

標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用將使標(biāo)定軟件在不同實(shí)例中的架構(gòu)保持穩(wěn)定，標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)定數(shù)據(jù)輸入與輸出以特定的文件格式實(shí)現(xiàn)。ASAM-2MC標(biāo)準(zhǔn)采用*.a2l格式的文件來(lái)滿足標(biāo)定過(guò)程中數(shù)據(jù)格式的一致性?；?.a2l文件的格式，使用者可很容易地理解和修改標(biāo)定系統(tǒng)的整體信息。標(biāo)定數(shù)據(jù)采用符合ASAM-2MC標(biāo)準(zhǔn)的格式?jīng)Q定了必須采用符合ASAM其它標(biāo)準(zhǔn)的軟件接口。因此，本文在實(shí)現(xiàn)該標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程中，只使用了ASAM標(biāo)準(zhǔn)中與控制相關(guān)的關(guān)鍵字，軟件開(kāi)發(fā)者可在此架構(gòu)上依據(jù)相應(yīng)的軟件接口自定義相應(yīng)的關(guān)鍵字以實(shí)現(xiàn)特有的標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.4 標(biāo)定參數(shù)之間的邏輯關(guān)系

標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)通常以控制系統(tǒng)的標(biāo)定模塊為單元進(jìn)行層次劃分。標(biāo)定模塊的屬性應(yīng)包括名稱、接口信息、參數(shù)集合與軟硬件通信接口等。標(biāo)定模塊中各參數(shù)的具體信息是數(shù)據(jù)庫(kù)真正要管理的信息，因此相應(yīng)的屬性描述也較詳細(xì)。標(biāo)定人員提供的模塊參數(shù)描述性信息對(duì)應(yīng)ASAM-2MC標(biāo)準(zhǔn)中的關(guān)鍵字COMMENT。為增加參數(shù)的可讀性并方便標(biāo)定人員對(duì)其做出正確判斷，標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)標(biāo)定變量與監(jiān)測(cè)變量的物理單位并顯示，標(biāo)定參數(shù)在ECU中的存儲(chǔ)數(shù)值與標(biāo)定系統(tǒng)實(shí)際顯示的物理值之間的轉(zhuǎn)化法則以關(guān)鍵字COMPU_METHOD定義,標(biāo)定參數(shù)在FLASH中存儲(chǔ)的具體方式由關(guān)鍵字RECORD_LAYOUT給出。

ASAM-2MC標(biāo)準(zhǔn)中提供了不同參數(shù)之間內(nèi)部和外部的邏輯鏈接，如圖1所示。以關(guān)鍵字CHARACTERISTIC為例，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中定義的參數(shù)存儲(chǔ)模板，“/begin CHARACTERISTIC”（圖 2） 關(guān)鍵字表明該參數(shù)為可標(biāo)定參數(shù)，標(biāo)定MAP圖對(duì)應(yīng)屬性信息“MAP”，參數(shù)名稱為KF2，雙引號(hào)中的信息為參數(shù)信息的詳細(xì)描述，十六進(jìn)制數(shù)0x14053表明該標(biāo)定MAP圖在FLASH中的存儲(chǔ)單元首地址。_UBYTE標(biāo)示該標(biāo)定參數(shù)的具體存儲(chǔ)方式，其在數(shù)據(jù)庫(kù)中的邏輯關(guān)系如圖2中的連線所示。標(biāo)定系統(tǒng)根據(jù)標(biāo)定參數(shù)的首地址和具體存儲(chǔ)信息可準(zhǔn)確定位該MAP中所有變量在FCASH中的位置，為標(biāo)定過(guò)程提供所有必要的信息。NO_FORMULA標(biāo)示標(biāo)定參數(shù)的轉(zhuǎn)換方式，標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)該信息的描述由關(guān)鍵字COMPU_METHOD屬性記錄。ASAM-2MCD標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)嵌套標(biāo)示關(guān)鍵字AXIS_DESCR實(shí)現(xiàn)對(duì)MAP圖獨(dú)立坐標(biāo)軸信息的描述。示例中的MAP圖與其它MAP圖共享同一坐標(biāo)軸，因此數(shù)據(jù)庫(kù)在進(jìn)行信息處理時(shí)，可根據(jù)該MAP圖所關(guān)聯(lián)坐標(biāo)軸的名稱（唯一標(biāo)示）查找相應(yīng)的信息提供給標(biāo)定系統(tǒng)使用。

3 標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)的編程實(shí)現(xiàn)

利用Visual C++6.0作為開(kāi)發(fā)工具，在Windows XP系統(tǒng)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。VC++6.0是微軟公司提供的Windows操作系統(tǒng)的C++接口，其中包含對(duì)API函數(shù)的分類(lèi)模塊MFC，本文采用該編程環(huán)境以節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間，并且能夠較容易地實(shí)現(xiàn)與其它標(biāo)定系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口。

ASAM-2MC標(biāo)準(zhǔn)中定義了142個(gè)關(guān)鍵字以描述在標(biāo)定過(guò)程中需要的信息，其中大部分關(guān)鍵字可以嵌套使用，以表達(dá)標(biāo)定參數(shù)之間的邏輯關(guān)系[3]。因?yàn)榛贏SAM-2MC標(biāo)準(zhǔn)的*.a2l文件解析過(guò)程比較復(fù)雜，所以需要使用自定義的后進(jìn)先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)承接相應(yīng)關(guān)鍵字與嵌套關(guān)鍵字信息，其解析流程如圖3所示。在實(shí)際編程過(guò)程中，可通過(guò)VC++中提供的集合來(lái)模擬后進(jìn)先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

4 標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)功能性驗(yàn)證

采用某公司的標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)描述文件al00.a2l進(jìn)行標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的功能性驗(yàn)證。al00.a2l文件基于ASAM-2MC標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其正確的解析能夠?qū)λ_(kāi)發(fā)的標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)功能的完整性與可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果如圖4所示。

圖4左側(cè)樹(shù)形圖中的Functional子項(xiàng)目對(duì)應(yīng)標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)的功能性分類(lèi)，右側(cè)視圖顯示相關(guān)的參數(shù)信息。以加速踏板標(biāo)定任務(wù)組（accped）為例，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)右側(cè)視圖顯示該標(biāo)定任務(wù)組中的參數(shù)信息，包括加速踏板開(kāi)度（AccPed_rChkdVal）、發(fā)動(dòng)機(jī)平均轉(zhuǎn)速（Eng_nAvrg）和車(chē)速當(dāng)前值（VSSCD_v）等3項(xiàng)監(jiān)測(cè)參數(shù)信息，以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閾值（AccPed_nLim_C）、低怠速狀態(tài)加速踏板開(kāi)度錯(cuò)誤數(shù)據(jù)替代值（AccPed_nErr_C）等多項(xiàng)標(biāo)定參數(shù)，另外還包括動(dòng)力總成加速踏板標(biāo)定MAP圖（AccPed_trqEng_MAP）和高級(jí)動(dòng)力總成加速踏板標(biāo)定MAP 圖（AccPed_trqPrp_MAP）等。

動(dòng)力總成加速踏板標(biāo)定MAP圖在ECU中的存儲(chǔ)首地址為0x1CFA9E，相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)定義于Record layout屬性Kf_Xs16_Ys16_Ws16信息中，其中X軸、Y軸和MAP圖數(shù)據(jù)依次順序存在于ECU的FLASH中。數(shù)據(jù)庫(kù)提供MAP數(shù)據(jù)的物理顯示單位（N·m），相應(yīng)的物理數(shù)值顯示范圍為該標(biāo)定數(shù)據(jù)的變化極限。

加速踏板標(biāo)定MAP圖采用獨(dú)立X坐標(biāo)軸和獨(dú)立Y坐標(biāo)軸。標(biāo)定工程師可選擇相應(yīng)的坐標(biāo)軸并快速對(duì)其進(jìn)行修改。圖4中所示的X坐標(biāo)軸為標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)軸（STD_AXIS），輸入?yún)?shù)為監(jiān)測(cè)變量發(fā)動(dòng)機(jī)平均轉(zhuǎn)速（Eng_nAvrg）。對(duì)標(biāo)定任務(wù)組標(biāo)定參數(shù)或MAP圖信息的修改可直接通過(guò)編輯對(duì)話框?qū)崿F(xiàn)，對(duì)關(guān)聯(lián)獨(dú)立坐標(biāo)軸的MAP圖可直接通過(guò)選擇相應(yīng)的坐標(biāo)軸信息實(shí)現(xiàn)。

功能性驗(yàn)證表明，所開(kāi)發(fā)的標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)可正確讀入和輸出該公司標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)所有項(xiàng)目實(shí)體，并成功對(duì)其按照標(biāo)定參數(shù)類(lèi)別與功能進(jìn)行分類(lèi)，提供與標(biāo)定系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)定參數(shù)可視化分析與修改。

5 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)的標(biāo)定軟件編程需要開(kāi)發(fā)者輸入必要的標(biāo)定參數(shù)信息，這些工作將耗費(fèi)大量的時(shí)間與精力，并且使用者在不了解標(biāo)定軟件架構(gòu)的情況下無(wú)法對(duì)標(biāo)定數(shù)據(jù)的信息進(jìn)行添加和修改。而應(yīng)用標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)可以使標(biāo)定數(shù)據(jù)與標(biāo)定數(shù)據(jù)信息相分離，并可采用可視化的方式對(duì)標(biāo)定參數(shù)的各項(xiàng)信息進(jìn)行處理。

1 李計(jì)融，鐘再敏.車(chē)載控制器匹配標(biāo)定ASAP標(biāo)準(zhǔn)綜述.汽車(chē)技術(shù)，2004（10）：1～4.

2 ASAM MCD-2MC Measurement and Calibration Data Specification Version 1.6：ASAM e.V.， 2009-2-1.

3 湯莎莎.基于CCP協(xié)議的通用發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)研究：[學(xué)位論文].江蘇：江蘇大學(xué)，2007.