專利名稱：：外掛并行式ecu的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型屬發(fā)動機的電子控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體為一種外掛并行式ECU,該ECU不包含傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，使用時與原ECU并行工作、共同使用原車傳感器和執(zhí)行機構(gòu)。技術(shù)背景內(nèi)燃機的電子控制系統(tǒng)稱為ECU(ElectronicControlUnit),或稱其為車栽電腦。目前ECU已用于內(nèi)燃機驅(qū)動的多種交通工具上，特別是廣泛用于汽車上。如一汽大眾、上海大眾引進(jìn)的德國博世公司Motronic-M3.8.2閉環(huán)控制多點燃油順序噴射系統(tǒng)、西門子公司Simos…3W電子控制順序多點燃油噴射系統(tǒng)，都是以微處理器為核心的電子控制系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，ECU接受諸多傳感器傳來的信號，通過電腦芯片計算來判定發(fā)動機的工作狀況，并按事先設(shè)定的程序數(shù)據(jù)控制燃油供應(yīng)量、混合氣配給、噴油及點火等等，根據(jù)溫度、負(fù)荷、爆震、燃燒狀況等來決定發(fā)動機的補償控制系數(shù)，使發(fā)動機的工作狀態(tài)在一定范圍內(nèi)能自動調(diào)整而處于良好運行狀態(tài)。大批量生產(chǎn)中出于硬件和開發(fā)成本等原因，原廠ECU程序數(shù)據(jù)是統(tǒng)一的，其調(diào)整范圍是非常有限的。但另一方面不同地區(qū)和時期燃油品質(zhì)不同，對排放的控制要求不同，交通條件和規(guī)章不同；發(fā)動機工作的自然地理環(huán)境不同，如不同氣候，海拔，山區(qū)和平原在溫度、氣壓、濕度等方面有4艮大差異；具體駕駛者的習(xí)慣不同，不同類型駕駛者對發(fā)動機性能要求的側(cè)重不同；每臺發(fā)動機之間不可避免地存在制造上的個體差異，等等。以上諸多因素，使原廠ECU的程序無法做到對每一臺具體的發(fā)動機都可控制其處于所需要的合理工作狀態(tài)，因此應(yīng)該根據(jù)具體情況對原廠控制程序進(jìn)行重新匹配，或稱寫入新程序，俗稱進(jìn)行電腦改裝或升級，寫入的新程序也稱改裝程序。例如，2004年7月1日我國輕型汽車全面實施國家第二階段排放標(biāo)準(zhǔn)，重型車輛自2004年9月1曰實施歐II標(biāo)準(zhǔn)。2005年7月1日北京率先實施輕型汽車尾氣排放歐m標(biāo)準(zhǔn)，并將在2008年提前達(dá)到實施歐IV標(biāo)準(zhǔn)。上海與全國其它各地方分別于2006年和2007年實施歐III標(biāo)準(zhǔn)。2010年7月1日起全國實施歐IV標(biāo)準(zhǔn)。至少2004年以前生產(chǎn)的，應(yīng)用于機動車的ECU都得面臨這樣的環(huán)境變化。機動車內(nèi)燃機電子控制系統(tǒng)的寫入新程序需求，將會突顯出來。如何實現(xiàn)機動車內(nèi)燃機電子控制系統(tǒng)的寫入新程序？在早期，只能將原廠ECU拆下，送至國外的改裝大廠，依照改裝明細(xì)來調(diào)整，這樣做不一定可行，即使能做也費時費事成本高、且無法恢復(fù)原程序。后來發(fā)展為芯片改裝。由于一般車型的原裝電腦芯片程序?qū)儆诓豢筛矊?，必須將原裝電腦內(nèi)儲存供油點火等資料的芯片卸下，然后再將重新撰寫過的程序燒入新的芯片，最后再安裝回去。這就必須購買國外已撰寫好程序的芯片直接安裝更換。這樣做同樣不一定可行，即使能做也同樣費時費事成本高且無法恢復(fù)原程序。有少數(shù)最新車型原廠電腦本身具有可更新程序的功能，從而對這種最新車型可視車主的需求以及當(dāng)時當(dāng)?shù)氐男熊嚑顩r，經(jīng)全部重新編程后，利用OBD檢測插座與專用設(shè)備重新灌入新程序以覆蓋原廠程序。但最困難的是程序內(nèi)容，由于全部重新編程難度高工作量大，目前是由國內(nèi)代理商將車輛電腦內(nèi)的程序讀出，然后上傳至國外修改芯片程序的廠商，再由國外工程師根據(jù)需求重新寫好程序后、再傳回國內(nèi)代理商，代理商用以覆蓋原廠程序。這等于是國外以遙控的方式替國內(nèi)車主進(jìn)行芯片程序修改。其缺點是雖然可免拆硬件，但只有很少的最新車型可這樣做，并且也同樣費時費事成本高、無法恢復(fù)原程序。據(jù)新聞報道，一家來自英國的電腦改裝商REVO,對汽車電腦的升級是配合SPP解碼鎖和連接在車上的0BDII接口直接寫入ECU，改善發(fā)動機的工作。REVO的另一特點是其兼容性，即原廠程序和改裝程序并存，車主可隨時將程序恢復(fù)到出廠設(shè)置。但其技術(shù)不但嚴(yán)格保密，而且服務(wù)費用昂貴，并同樣僅對極少最新車型可實施。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種外掛并行式ECU,其不但具兼容性、原廠程序和改裝程序并存、車主可隨時將程序恢復(fù)到出廠設(shè)置，而且適用車型廣，電子控制系統(tǒng)的新程序?qū)懭牒唵我仔?、費用低。本實用新型的結(jié)構(gòu)見圖1:包括有I/0接口部分、輸入信號預(yù)處理部分、新程序?qū)懭?運行處理器部分、程控交換部分和電源部分；I/0接口部分的一輸出端與輸入信號預(yù)處理部分的輸入端電連接，信號預(yù)處理部分的輸出端與新程序?qū)懭?運行處理器部分的輸入端電連接，新程序?qū)懭?運行處理器部分的輸出端與程控交換部分的輸入端電連接，程控交換部分還有一端與I/O接口部分的另一端電連接，電源部分與其它部分電連接；I/0接口部分含插接器件和開關(guān)電路，輸入信號預(yù)處理部分含線性緩沖電路和預(yù)處理微處理器，新程序?qū)懭?運行處理器部分含微處理器、電平轉(zhuǎn)換電路、譯碼電路和觸發(fā)電路，程控交換部分由功率MOS開關(guān)電路構(gòu)成。I/O接口部分中的插接器件引入原車傳感器信號和向原車執(zhí)行機構(gòu)輸出控制信號，并與原ECU的控制端口連接。輸入信號預(yù)處理部分中的線性緩沖電路校準(zhǔn)信號波形和起信號隔離作用，而預(yù)處理微處理器實現(xiàn)輸入信息的數(shù)字語言標(biāo)準(zhǔn)化。新程序?qū)懭?運行處理器部分中的微處理器可寫入和運行新程序，而觸發(fā)電路可保證信號能推動程控交換部分的功率MOS開關(guān)。程控交換部分按時分、空分實現(xiàn)新、舊程序?qū)?zhí)行機構(gòu)的控制權(quán)交換，以及仿真信號的運行。本實用新型進(jìn)一步優(yōu)化的結(jié)構(gòu)是I/O接口部分中還設(shè)有能讓來自程控交換部分的信號波形平滑的感性元件。本實用新型采用程控交換技術(shù)和鏡像仿真技術(shù)，穿越了原ECU系統(tǒng)的接口鎖閉和通信協(xié)議屏障，直接面向控制對象。采用空分、時分復(fù)用方式，新程序與舊程序相互可替換，直接面向?qū)ο竽繕?biāo)實施程控交換。本實用新型用開放式結(jié)構(gòu)設(shè)計構(gòu)架了可以用軟件方式吸納新的控制技術(shù)的物理通道。當(dāng)原ECU程序在某工況顯露出控制漏洞、弊端或不滿足新的控制需求時，外掛并行式ECU就可以用軟件寫入方式解決問題。外掛并行式ECU與原ECU系統(tǒng)并行工作期間，僅對所完善工況接管控制，任務(wù)完成后，交還控制權(quán)。對于原廠軟件仍然是保護(hù)的，不存在改寫。所以本外掛并行式ECU與原ECU系統(tǒng)可永久和諧地協(xié)同工作，取長補短。本實用新型擁有鏡像仿真信道設(shè)置，它是程控交換技術(shù)應(yīng)用于ECU的必要技術(shù)保障。當(dāng)外掛并行式ECU接管控制權(quán)后，鏡像邏輯仿真信道用虛擬信號自動鎖定原車OBDII監(jiān)控程序，以保障原ECU自帶的自適應(yīng)軟件系統(tǒng)不中斷正常運行，使原ECU系統(tǒng)能穩(wěn)定的進(jìn)行空操作。本實用新型的有益效果由于具兼容性、原廠程序和改裝程序并存工作，因此用戶可以根據(jù)對使用環(huán)境的不斷認(rèn)識、環(huán)境的不斷變化、新的使用要求等情況，一步步對原廠程序進(jìn)行更新，新程序針對性強、容易編寫工作量小，對硬件的容量要求低，車主還可隨時將程序恢復(fù)到出廠設(shè)置，適用車型面廣。圖1為本實用新型的電路結(jié)構(gòu)框圖。圖2為實施例的模塊接口連接框圖。圖3為實施例中I/O接口模塊的電原理圖。圖4為實施例中輸入信號預(yù)處理模塊的電原理圖。圖5為實施例中新程序?qū)懭?運行處理器模塊的電原理圖。圖6為實施例中程控交換模塊的電原理圖。圖7為實施例中電源模塊的電原理圖。圖8為實施例應(yīng)用時內(nèi)燃機減速工況的控制曲線，其中(1)為原程序設(shè)定，(2)為新程序設(shè)定。具體實施方式見圖2~7的實施例圖2中，Ml為I/O接口部分，M2為輸入信號預(yù)處理部分，M3為新程序?qū)懭?運行處理器部分，M4為程控交換部分，M5為電源部分。Ml~M5分別做成五個模塊。見圖3,Ml中的開關(guān)電路由MOS集成塊U19至U24構(gòu)成。25針并口P1具有8路受控于軟件定義模/數(shù)性質(zhì)的信號輸入端口1-0至1-7。JX為鏡像仿真信道。具有2條程控交換通路PYQ-I/CKPYQ-I/0信道)和BH-I/CKBH-I/0信道)，PYQ-I/0的端口為PYQ-O和PYQ-I，BH-I/0的端口為BH-0和BH-I。8路受控于軟件定義模/數(shù)性質(zhì)的信號輸入口分別連接25針并口Pl的1-0~1-6腳，以及由二極管D18D23、D25D27、D30D32、電阻R32構(gòu)架同步信號的I-7腳；JX鏡像仿真信道從電感器L4L15輸出接系于端口0-00-ll;2條程控交換通路PYQ-I/0和BH-I/0分別接系端口PYQ-I、PYQ-O、BH-I、BH-O。當(dāng)接口插入時，所連接線路自動駁接，接口退出時能自動恢復(fù)至原控制系統(tǒng)，此功能由Ml中的并口P1和插頭插座組件J1實現(xiàn)。見圖4，M2中的線性緩沖電路由線性集成塊U1和U3構(gòu)成，預(yù)處理微處理器為集成塊U2。M2定義8路輸入信號模/數(shù)性質(zhì)，為滿足M3的工作條件，專門負(fù)責(zé)輸入信號的預(yù)處理。I-0I-7輸入端口的模/數(shù)性質(zhì)均受U2內(nèi)的軟件定義，二極管D1D16、電阻R3、R4、R6、R8R16組成T型電壓鉗位網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一8路輸入信號的工作電平；電阻Rl、R2、R5、R7、R17R20構(gòu)架U2的環(huán)境電路。8路輸入信號經(jīng)U1、U3緩沖后由U2進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、邏輯運算，提供表征內(nèi)燃機實時工況(勻速、減速、加速、怠速，冷啟動、預(yù)加熱、制動)的三位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，PA-0、PA-1、PA-2完成輸入信號的預(yù)處理，詳見下表一表一M2輸出數(shù)據(jù)表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>PA-3是M2、M3的同步工作信號。見圖5,M3中的微處理器為集成塊U12,電平轉(zhuǎn)換電路為集成塊U13,觸發(fā)電路由CMOS器件D28、D29、D33、D34、D36和D37構(gòu)成，采用CMOS器件D24作為碼電路。M3寫入并運行新程序。U12芯片型號可根據(jù)工作軟件的大小及工作頻率需求任意選擇，根據(jù)需要可選擇先寫入后貼/插，也可先貼/插后寫入。U12接收PA-lPA-3條件信號，實時進(jìn)行程控操作，輸出6位邏輯控制信號，緩沖后進(jìn)入M4。D24譯碼出16路控制信號，通過CMOS器件D28、D29、D33、D34、D36、D37緩沖后輸出16路交換器控制信號。X0X15為接線端口。見圖6，M4由功率MOS開關(guān)集成塊U6至U11以及U14至U18構(gòu)成。M4在M3的控制下，采用空分、時分復(fù)用方式進(jìn)行新程序與舊程序的實時程控交換。電阻R25R34、R36R41組成16個級別的階梯電平環(huán)境，用于PYQI/0信道的16級電平控制。來自M3的16路控制信號可以在不同時段，以順序、分組、完全打開或關(guān)閉U16-U18中的各集成開關(guān)，構(gòu)成多種組合狀態(tài)及16個電平級別的控制邏輯。PYQI/0和BH-I/0傳送M4的執(zhí)行結(jié)果。通過PYQ-I/0、BH-I/0的信號直接控制內(nèi)燃機執(zhí)行機構(gòu)。D35為二極管。鏡像仿真信號經(jīng)CMOS器件D36、D37緩沖后進(jìn)入M4，分別控制M4中U16閉環(huán)信道交換和U18鏡像仿真信道操作。見表二表二EOFOU16U1800關(guān)閉關(guān)閉01關(guān)閉工作10工作關(guān)閉11工作工作上表中EO為閉環(huán)控制命令，F(xiàn)O為鏡像控制命令。鏡像仿真信道JX在程序接管控制權(quán)后開始工作，交還控制權(quán)后關(guān)閉。見圖7。電源:取自原系統(tǒng)噴油器電源，通過M5中的集成塊U4和U5轉(zhuǎn)換為12V、5V穩(wěn)壓電源。12V為程控交換器電源，5V為微處理器電源，電源輸出端口全部經(jīng)過LC濾波后再接入負(fù)載。L1L3為電感器，C1C11為電容器。VCC、VDD為電源端口，GND表示接地。JH-K,BHK為接線端口。本實施例中8路輸入信號分別為1.發(fā)動機水溫信號2.節(jié)氣門位置信號3.離合器信號4.制動信號5.可擴(kuò)展信號6.可擴(kuò)展信號7.空氣流量計信號8.原內(nèi)燃機系統(tǒng)噴油控制信號412路鏡像仿真信號可分別服務(wù)于目標(biāo)對象控制端。PYQ-I/0串接于噴油器電源與噴油器的電源端。BH-I/0串接于ECU氧傳感器輸入與氧傳感器信號端。PYQ-I/0信道控制設(shè)計，是目標(biāo)控制權(quán)的交接口，它構(gòu)架了與原ECU并行工作的物理環(huán)境。BH-I/0信道控制設(shè)計，是程控交換操作所需的排放控制輔助分支，在現(xiàn)有內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)的^5出上從事細(xì)化處理。JX鏡像仿真信號設(shè)計，是程控交換技術(shù)的輔助分支，在外掛并行式ECU接管控制權(quán)后，用虛擬信號自動鎖定OBDII監(jiān)控程序，以保障原ECU自帶的自適應(yīng)軟件系統(tǒng)正常運行，使原ECU能穩(wěn)定的進(jìn)行空操作。ECU大多以定油壓、定電壓、脈寬控制為主。脈寬為0時稱為閉缸斷油，當(dāng)脈動閉缸斷油成立時，內(nèi)燃片幾的脈動性工況派生出了可變排量控制，一方面可按工況減少油耗，同時也可按工況降低尾氣排》文。該技術(shù)發(fā)達(dá)國家已在六缸以上V型發(fā)動機中普遍使用，堪稱最先進(jìn)的發(fā)動機控制技術(shù)。而閉缸斷油控制僅為脈動功率控制技術(shù)之一種，在定壓條件下從微分角度看，節(jié)能減排的方法有很多種。本裝置借用通信工程的程控交換理念和采用開放式結(jié)構(gòu)設(shè)計，就是為了經(jīng)濟(jì)、方便地在現(xiàn)有目標(biāo)模型基礎(chǔ)上，促進(jìn)脈動功率控制技術(shù)的拓展與應(yīng)用。將該外掛并行式ECU接入系統(tǒng)后，就可以用軟件的方式低成本寫入、自動操作。實施例的應(yīng)用舉例采用外掛并行式ECU,對四缸內(nèi)燃機減速工況進(jìn)行完善性維護(hù)的實際操作全過程如下原程序設(shè)定減速工況的控制曲線見圖8中的(1),新程序設(shè)定減速工況控制曲線見圖8中的(2)。定義新程序設(shè)定的內(nèi)燃機減速工況控制曲線使用于車速>20公里/小時水溫》75。CY坐標(biāo)《2為閉缸控制Y坐標(biāo)〉2〈10為部分功率過渡，且過渡斜率不變更。分析比較圖8中的(1)和(2)，新曲線僅是在內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速坐標(biāo)上向低速方向移動200轉(zhuǎn)，其余不變。一、接口接系1、發(fā)動^^水溫信號，2、節(jié)氣門位置信號，3、離合器信號，4、制動信號，5、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號，6、車速信號，7、空氣流量計信號，8、將PYQ-I/0串接于噴油器電源端，PYQ-I接電源、PYQ-0接噴油器電源端子，9、將BH-I/0串接于EPU氧傳感器信號輸入端與氧傳感器信號輸出端子之間。二、新控制方案編程1)對M2編程輸入信號A/D定義1、2、7=A3、4、5=D水溫控制點定義水溫>75匸2)向M3寫入新程序?qū)懭霃拈]缸至怠速的70度斜率升功率算法，定義該算法的工作條件為內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速《1000轉(zhuǎn)/分鐘，內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速=850轉(zhuǎn)/分鐘或車速《20公里/小時時交還控制權(quán)。寫入減速工況閉缸操作的70度斜率減功率過渡算法，定義減速判定條件為PB-0PB-1PB-2=001編程和寫入工作完成后即可插入運行。當(dāng)運行過程中滿足設(shè)定條件時，外掛并行式ECU將獲取控制權(quán)執(zhí)行新程序。JX鏡像仿真信號鎖定原車OBDII監(jiān)控程序，保障了原車ECU自適應(yīng)、缺火探測、綜合部件監(jiān)控、曲軸箱通風(fēng)監(jiān)控、節(jié)溫器監(jiān)控程序均順利運行。BH-I/0通過氧傳感器信號輸入端口微調(diào)閉環(huán)控制，保障新程序得以穩(wěn)定運行；經(jīng)PYQ-I/0的端口完成多組合形式的16級脈動功率控制，將原控制曲線改變成為新控制曲線。以上實施利僅為了對本實用新型作進(jìn)一步的說明，而本實用新型的范圍不受所舉實施例的局限。權(quán)利要求1、一種外掛并行式ECU，其特征在于包括有I/O接口部分、輸入信號預(yù)處理部分、新程序?qū)懭?運行處理器部分、程控交換部分和電源部分；I/O接口部分的一輸出端與輸入信號預(yù)處理部分的輸入端電連接，信號預(yù)處理部分的輸出端與新程序?qū)懭?運行處理器部分的輸入端電連接，新程序?qū)懭?運行處理器部分的輸出端與程控交換部分的輸入端電連接，程控交換部分還有一端與I/O接口部分的另一端電連接，電源部分與其它部分電連接；I/O接口部分含插接器件和開關(guān)電路，輸入信號預(yù)處理部分含線性緩沖電路和預(yù)處理微處理器，新程序?qū)懭?運行處理器部分含微處理器、電平轉(zhuǎn)換電路、譯碼電路和觸發(fā)電路，程控交換部分由功率MOS開關(guān)電路構(gòu)成。2、如權(quán)利要求1所說的外掛并行式ECU，其特征在于I/O接口部分中設(shè)有能讓來自程控交換部分的信號波形平滑的感性元件。3、如權(quán)利要求1所說的外掛并行式ECU,其特征在于I/O接口部分、輸入信號預(yù)處理部分、新程序?qū)懭?運行處理器部分、程控交換部分和電源部分分別做成五個模塊。專利摘要外掛并行式ECU屬發(fā)動機的電子控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，該裝置不包含傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，使用時與原ECU并行工作、共同使用原車傳感器和執(zhí)行機構(gòu)。包括有I/O接口、輸入信號預(yù)處理、新程序?qū)懭?運行處理器、程控交換和電源等部分。采用程控交換技術(shù)和鏡像仿真技術(shù)，穿越原ECU系統(tǒng)的接口鎖閉和通信協(xié)議屏障，直接面向控制對象。用空分、時分復(fù)用方式，實現(xiàn)新程序與舊程序相互可替換。優(yōu)點是具兼容性、原廠程序和改裝程序并存工作，因此用戶可以根據(jù)對使用環(huán)境的不斷認(rèn)識、環(huán)境的不斷變化、新的使用要求等情況，一步步對原廠程序進(jìn)行更新，新程序針對性強、容易編寫工作量小，對硬件的容量要求低，車主還可隨時將程序恢復(fù)到出廠設(shè)置，適用車型面廣。文檔編號F02D43/00GK201152201SQ20082008082公開日2008年11月19日申請日期2008年1月14日優(yōu)先權(quán)日2008年1月14日發(fā)明者周榮昆申請人:周榮昆