汽車電子嵌入式API與發(fā)動機信號模擬及數據標定系統(tǒng)的研制

摘要：隨著我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車電子產品的研發(fā)和生產也進入了一個上升期。而嵌入式操作系統(tǒng)的研發(fā)能夠對汽車電子系統(tǒng)的總成控制應用的基礎編程接口和專業(yè)編程接口進行控制，而且為了能夠配合柴油機電控單元以及軟硬件平臺和控制算法的調試，因此也誕生了通用的汽車發(fā)動機信號模擬系統(tǒng)，以確保能夠模擬發(fā)動機各種信號以及實際運行環(huán)境。同時為了能夠對發(fā)動機的工況數據進行采集和監(jiān)測以及匹配與標定，對于數據標定系統(tǒng)的研發(fā)也是非常重要的工作。

關鍵詞：嵌入式API系統(tǒng);發(fā)動機信號模擬;數據標定系統(tǒng)

能夠支持汽車電子系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)平臺是由微型系統(tǒng)內核以及應用編程接口庫所組成，嵌入式操作的系統(tǒng)內核能夠負責任務調度和事件處理等等，而編程接口庫則負責對汽車電子開發(fā)常用算法以及單片機底層硬件的驅動函數進行控件級封裝以便于用戶調用?；A編程接口庫能夠對汽車硬件平臺單片機的底層功能進行函數封裝，以確?？刂扑惴ǖ拈_發(fā)人員能夠直接調用功能函數，以確保便于完成對底層硬件的操作;而專業(yè)的編程接口庫可以為用戶應用程序的開發(fā)提供能夠直接采用的通用算法，并且封裝成函數來讓用戶進行采用。API函數庫是基于上述算法函數庫以及底層的驅動函數庫之上，并且是針對柴油發(fā)動機點開 系統(tǒng)的具體需要以及功能，而且能夠對函數和算法進行更近一層的封裝，為用戶提供了更具體也更標準的調用函數庫。

發(fā)動機信號模擬系統(tǒng)主要是針對發(fā)動機電控經常使用的周期量、數字量以及模擬量進行設計的，能夠提供發(fā)動機所需的各種基本信號，而且各個信號單元也能夠利用CAN總線進行通訊，同時利用USB-CAN總線數據轉化單元來確保上位機能夠對該系統(tǒng)的實時監(jiān)控，進而確保各個信號之間能夠聯(lián)動調節(jié)以及發(fā)動機各種特殊各種模式的設定。

而發(fā)動機工況采集和數據標定系統(tǒng)則是為了確保發(fā)動機數據能夠在線讀寫，上位機和柴油機電控系統(tǒng)ECU通過USB-CAN總線數據轉換系統(tǒng)以完成通訊，進而對柴油機工況的數據進行實時采集以及數據匹配和在線修改，為發(fā)動機工況監(jiān)測以及匹配數據標定等工作打好基礎。

一、嵌入式API系統(tǒng)

API系統(tǒng)指的是應用程序調用系統(tǒng)功能接口，而對API函數庫編寫的主要目的就是為了能夠將底層硬件功能和上層開發(fā)人員進行練習，API函數庫和操作系統(tǒng)內核一起為柴油發(fā)動機電控算法開發(fā)人員提供一個良好的軟件平臺。API嵌入式系統(tǒng)能夠利用調用編程接口庫中提供的API函數來實現常用的查表或者對底層硬件的操作功能，進而實現系統(tǒng)能夠控制發(fā)動機信號的采集以及輸出噴油信號。而且這種設計也能夠讓整個系統(tǒng)的層次結構變得更加合理，硬件、底層驅動、嵌入式軟件以及上層用戶四個層次也能夠相對獨立，以便于維護以及移植。

API函數庫的設計是基于上述算法函數庫以及底層驅動函數庫之上的，對于柴油發(fā)電機電控系統(tǒng)的具體需求以及功能，可以對函數以及算法進行更高階的封裝，形成一個更加直觀的接口界面，能夠為用戶提供更加具體也更加標準的函數調用庫，讓用戶的操作也能更加方便。

嵌入式專用編程接口庫是針對于特定柴油機以及特定ECU的特定硬件所需設計的特定系統(tǒng)所特用的編程接口庫，而接口庫的設計則能夠與OSEK操作系統(tǒng)的調用規(guī)范相符。

這種嵌入式專用編程接口庫為底層硬件MPC555的各個功能模塊提供了驅動，并且針對汽車電子完成了相對通用的數據處理工作，給開發(fā)人員最簡潔的軟件層面上可調用的函數，同時也能夠讓汽車電子系統(tǒng)開發(fā)人員和底層硬件系統(tǒng)進行相連，確保汽車電子開發(fā)人員即使并不了解底層硬件平臺，也能夠展開順利的開發(fā)，同時能夠離開對底層硬件的關注，轉而注重對汽車工作系統(tǒng)本身的關注，而且還能讓用戶編寫應用程序更加簡單，讓操作難度變得更低。

二、信號模擬系統(tǒng)

在完成了嵌入式API系統(tǒng)特定算法接口庫以及MPC555底層驅動接口庫之后，雖然其次程序的開發(fā)變得更加簡便，但由于其次電子系統(tǒng)的開發(fā)過程中，要想有效檢測系統(tǒng)的運行情況和設計合理性，還需要對系統(tǒng)展開大量的調試以及測試。通常情況下基本都是對真實的車輛展開測試，不過由于這種測試方法靈活性不足，而且還影響了工程的進度，同時缺乏安全性，因此調試過程中也會有一定的安全隱患。因此為了開發(fā)人員的測試工作能夠變得更加方便，信號模擬系統(tǒng)的開發(fā)也是非常重要的工作。

發(fā)動機信號模擬系統(tǒng)主要是對汽車發(fā)動機在實際工作環(huán)境下的各種信號進行模擬，讓設計人員能夠脫離實體車輛就能夠完成汽車的調試工作。而且信號模擬系統(tǒng)還能夠對發(fā)動機難以出現的極端情況進行模擬，而且能夠通過對上位機的控制來實現特殊工況下的組合聯(lián)動，讓確保軟硬件的調試工作在實驗室中便可以完成，不僅能夠控制研發(fā)成本，而且還能有效減少研發(fā)周期，讓工作效率得到有效提升，同時還能夠對特殊和極端情況進行測試，讓系統(tǒng)的可靠性得到有效提升。

此發(fā)動機信號模擬系統(tǒng)是由各個獨立單元模塊利用積木式堆積組合成一個完整的機箱，其中包括了模擬量信號單元、周期量信號單元、開關量信號單元以及油門踏板單元。而且各個模塊單元都帶有CAN總線通訊功能，并且通過USB-CAN數據轉化單元來實現與上位機的通訊，其中各單元接收并且對上位機所發(fā)出的控制命令進行執(zhí)行，并且將當前各個通道的狀態(tài)信息發(fā)送給上位機，進而完成上位機對信號箱各單元工作狀態(tài)的智能檢測以及控制。

三、發(fā)動機工況采集和數據標定系統(tǒng)

在支持汽車電子系統(tǒng)的嵌入式軟件平臺開發(fā)過程中，基本都是采用現有車輛數據進行模擬，然后展開算法控制以及線性插值算法庫函數驗證，以及大部分查表內容也會以經驗數據為基準。不過在算法軟件完成開發(fā)并且下載到硬件電路中，并且實際應用到電控系統(tǒng)對發(fā)動機進行控制時，這些理論以及經驗數據很難和現有發(fā)電機系統(tǒng)進行完全匹配，而且發(fā)動機的運行也無法達到一個良好的工況以及工作狀態(tài)，因此需要在發(fā)動機的過程中進行不斷檢測，并且需要對匹配數據進行修改，確保使其重新進行實車的數據標定，以保障達到最好的工況。而且在發(fā)動機運行過程中，我們應當對發(fā)動機的工作情況進行實時監(jiān)測，確保能夠充分了解發(fā)動機的工作狀態(tài)。因此對于能夠在發(fā)動機運行過程中對發(fā)動機工況進行實時監(jiān)控以及數據采集和對發(fā)動機匹配數據進行在線重新標定的系統(tǒng)，能夠為發(fā)動機匹配數據標定工作提供更加方便的功能。

在標定系統(tǒng)的設計中，上位機通過USB串行口以命令包的形式來發(fā)送以及接收數據，并且通過USB-CAN轉換電路，并且轉換成為CAN總線數據表格式，以便于ECU接受處理;ECU數據會以CAN總線數據包的格式進行發(fā)送，經過CANUSB轉換電路轉換成USB數據包格式供上位機接受，從而實現PC機到模擬存儲器單元的數據上傳以及下載，也就是實現EEPROM儲存器數據的在線讀取以及改寫，同時還要RAM存儲器數據的定時采集以及監(jiān)控。

四、結語

總的來說，現代的汽車電子嵌入式API以及專用編程接口庫的設計都能夠達到用戶的需求基礎，能夠確保嵌入式編程接口和嵌入式編程操作系統(tǒng)能夠有效結合，共同嵌入到ECU開發(fā)板硬件平臺中，以供發(fā)動機控制算法開發(fā)人員隨著調用來實現常用算法以及操作底層硬件，以方便上層用戶以及提高開發(fā)效率。

而發(fā)動機信號模擬系統(tǒng)在經過不斷的開發(fā)和升級后，技術含量和實用性能都得到了有效提升，在能夠確保真實模擬發(fā)動機各種信號的情況下，并且確保了面板和操作方式的漸變，為用戶提供了一個良好的模擬調試環(huán)境。同時發(fā)動機工況采集和數據標定系統(tǒng)為發(fā)動機的工況采集以及數據匹配的在線改寫提供了一個非常方便的途徑。由此可見，這三項技術的不斷成熟為汽車行業(yè)的發(fā)展帶來了促進性的作用。

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[3]高嵊昊. 面向汽車電子領域的嵌入式軟件可靠技術的研究與開發(fā)[D].電子科技大學，2012.

作者簡介張丙酉（1993.11.29-）男，漢族，籍貫天津市西青區(qū)西青道，研究生學歷，研究方向——汽車電子，嵌入式軟件開發(fā)