汽车电子嵌入式API与发动机信号模拟及数据标定系统的研制

摘要：随着我国汽车工业的飞速发展，汽车电子产品的研发和生产也进入了一个上升期。而嵌入式操作系统的研发能够对汽车电子系统的总成控制应用的基础编程接口和专业编程接口进行控制，而且为了能够配合柴油机电控单元以及软硬件平台和控制算法的调试，因此也诞生了通用的汽车发动机信号模拟系统，以确保能够模拟发动机各种信号以及实际运行环境。同时为了能够对发动机的工况数据进行采集和监测以及匹配与标定，对于数据标定系统的研发也是非常重要的工作。

关键词：嵌入式API系统;发动机信号模拟;数据标定系统

能够支持汽车电子系统的嵌入式系统平台是由微型系统内核以及应用编程接口库所组成，嵌入式操作的系统内核能够负责任务调度和事件处理等等，而编程接口库则负责对汽车电子开发常用算法以及单片机底层硬件的驱动函数进行控件级封装以便于用户调用。基础编程接口库能够对汽车硬件平台单片机的底层功能进行函数封装，以确保控制算法的开发人员能够直接调用功能函数，以确保便于完成对底层硬件的操作;而专业的编程接口库可以为用户应用程序的开发提供能够直接采用的通用算法，并且封装成函数来让用户进行采用。API函数库是基于上述算法函数库以及底层的驱动函数库之上，并且是针对柴油发动机点开 系统的具体需要以及功能，而且能够对函数和算法进行更近一层的封装，为用户提供了更具体也更标准的调用函数库。

发动机信号模拟系统主要是针对发动机电控经常使用的周期量、数字量以及模拟量进行设计的，能够提供发动机所需的各种基本信号，而且各个信号单元也能够利用CAN总线进行通讯，同时利用USB-CAN总线数据转化单元来确保上位机能够对该系统的实时监控，进而确保各个信号之间能够联动调节以及发动机各种特殊各种模式的设定。

而发动机工况采集和数据标定系统则是为了确保发动机数据能够在线读写，上位机和柴油机电控系统ECU通过USB-CAN总线数据转换系统以完成通讯，进而对柴油机工况的数据进行实时采集以及数据匹配和在线修改，为发动机工况监测以及匹配数据标定等工作打好基础。

一、嵌入式API系统

API系统指的是应用程序调用系统功能接口，而对API函数库编写的主要目的就是为了能够将底层硬件功能和上层开发人员进行练习，API函数库和操作系统内核一起为柴油发动机电控算法开发人员提供一个良好的软件平台。API嵌入式系统能够利用调用编程接口库中提供的API函数来实现常用的查表或者对底层硬件的操作功能，进而实现系统能够控制发动机信号的采集以及输出喷油信号。而且这种设计也能够让整个系统的层次结构变得更加合理，硬件、底层驱动、嵌入式软件以及上层用户四个层次也能够相对独立，以便于维护以及移植。

API函数库的设计是基于上述算法函数库以及底层驱动函数库之上的，对于柴油发电机电控系统的具体需求以及功能，可以对函数以及算法进行更高阶的封装，形成一个更加直观的接口界面，能够为用户提供更加具体也更加标准的函数调用库，让用户的操作也能更加方便。

嵌入式专用编程接口库是针对于特定柴油机以及特定ECU的特定硬件所需设计的特定系统所特用的编程接口库，而接口库的设计则能够与OSEK操作系统的调用规范相符。

这种嵌入式专用编程接口库为底层硬件MPC555的各个功能模块提供了驱动，并且针对汽车电子完成了相对通用的数据处理工作，给开发人员最简洁的软件层面上可调用的函数，同时也能够让汽车电子系统开发人员和底层硬件系统进行相连，确保汽车电子开发人员即使并不了解底层硬件平台，也能够展开顺利的开发，同时能够离开对底层硬件的关注，转而注重对汽车工作系统本身的关注，而且还能让用户编写应用程序更加简单，让操作难度变得更低。

二、信号模拟系统

在完成了嵌入式API系统特定算法接口库以及MPC555底层驱动接口库之后，虽然其次程序的开发变得更加简便，但由于其次电子系统的开发过程中，要想有效检测系统的运行情况和设计合理性，还需要对系统展开大量的调试以及测试。通常情况下基本都是对真实的车辆展开测试，不过由于这种测试方法灵活性不足，而且还影响了工程的进度，同时缺乏安全性，因此调试过程中也会有一定的安全隐患。因此为了开发人员的测试工作能够变得更加方便，信号模拟系统的开发也是非常重要的工作。

发动机信号模拟系统主要是对汽车发动机在实际工作环境下的各种信号进行模拟，让设计人员能够脱离实体车辆就能够完成汽车的调试工作。而且信号模拟系统还能够对发动机难以出现的极端情况进行模拟，而且能够通过对上位机的控制来实现特殊工况下的组合联动，让确保软硬件的调试工作在实验室中便可以完成，不仅能够控制研发成本，而且还能有效减少研发周期，让工作效率得到有效提升，同时还能够对特殊和极端情况进行测试，让系统的可靠性得到有效提升。

此发动机信号模拟系统是由各个独立单元模块利用积木式堆积组合成一个完整的机箱，其中包括了模拟量信号单元、周期量信号单元、开关量信号单元以及油门踏板单元。而且各个模块单元都带有CAN总线通讯功能，并且通过USB-CAN数据转化单元来实现与上位机的通讯，其中各单元接收并且对上位机所发出的控制命令进行执行，并且将当前各个通道的状态信息发送给上位机，进而完成上位机对信号箱各单元工作状态的智能检测以及控制。

三、发动机工况采集和数据标定系统

在支持汽车电子系统的嵌入式软件平台开发过程中，基本都是采用现有车辆数据进行模拟，然后展开算法控制以及线性插值算法库函数验证，以及大部分查表内容也会以经验数据为基准。不过在算法软件完成开发并且下载到硬件电路中，并且实际应用到电控系统对发动机进行控制时，这些理论以及经验数据很难和现有发电机系统进行完全匹配，而且发动机的运行也无法达到一个良好的工况以及工作状态，因此需要在发动机的过程中进行不断检测，并且需要对匹配数据进行修改，确保使其重新进行实车的数据标定，以保障达到最好的工况。而且在发动机运行过程中，我们应当对发动机的工作情况进行实时监测，确保能够充分了解发动机的工作状态。因此对于能够在发动机运行过程中对发动机工况进行实时监控以及数据采集和对发动机匹配数据进行在线重新标定的系统，能够为发动机匹配数据标定工作提供更加方便的功能。

在标定系统的设计中，上位机通过USB串行口以命令包的形式来发送以及接收数据，并且通过USB-CAN转换电路，并且转换成为CAN总线数据表格式，以便于ECU接受处理;ECU数据会以CAN总线数据包的格式进行发送，经过CANUSB转换电路转换成USB数据包格式供上位机接受，从而实现PC机到模拟存储器单元的数据上传以及下载，也就是实现EEPROM储存器数据的在线读取以及改写，同时还要RAM存储器数据的定时采集以及监控。

四、结语

总的来說，现代的汽车电子嵌入式API以及专用编程接口库的设计都能够达到用户的需求基础，能够确保嵌入式编程接口和嵌入式编程操作系统能够有效结合，共同嵌入到ECU开发板硬件平台中，以供发动机控制算法开发人员随着调用来实现常用算法以及操作底层硬件，以方便上层用户以及提高开发效率。

而发动机信号模拟系统在经过不断的开发和升级后，技术含量和实用性能都得到了有效提升，在能够确保真实模拟发动机各种信号的情况下，并且确保了面板和操作方式的渐变，为用户提供了一个良好的模拟调试环境。同时发动机工况采集和数据标定系统为发动机的工况采集以及数据匹配的在线改写提供了一个非常方便的途径。由此可见，这三项技术的不断成熟为汽车行业的发展带来了促进性的作用。

参考文献：

[1]李志强. 汽车电子嵌入式API与发动机信号模拟及数据标定系统的研制[D].吉林大学，2006.

[2]刘海龙. 汽车发动机传感器信号采集与模拟输出系统设计[D].哈尔滨理工大学，2020.

[3]高嵊昊. 面向汽车电子领域的嵌入式软件可靠技术的研究与开发[D].电子科技大学，2012.

作者简介张丙酉（1993.11.29-）男，汉族，籍贯天津市西青区西青道，研究生学历，研究方向——汽车电子，嵌入式软件开发