1课题研究的意义

最近几年，汽车工业在我国得到迅猛的发展，已经成为我国工业领域的支柱产业。汽车作为当今社会的重要交通工具，如何使汽车更安全、更清洁、更舒适地满足人们的需求，一直是汽车设计师的重要课题。近十几年来，大规模集成电路的发展和高性能、多功能传感器的研制成功，极大地推动了以微型计算机和传感器为基础的汽车电子技术的发展，成功地用于改进汽车的性能和质量。进入80年代以来，电子技术在汽车上的应用越来越广泛。内燃机电子燃油喷射控制装置、汽车电子防抱制动装置、电控自动变速器、汽车电子主动悬架控制装置等作为汽车的新型装置，明显地提高了汽车的经济性、安全性、舒适性，并改善了环境。汽车电子化的进程足以反映汽车技术的进步。研究人员都已认识到采用电子技术，计算机技术、微电子技术、集成电路技术、网络技术是解决汽车面临的诸多技术问题的最佳方案。目前的汽车己有很多系统实现了计算机控制，而且越来越多的汽车采用了计算机控制系统。因此，汽车电子技术水平，就成为未来汽车厂商在汽车产品竞争中能否掌握主动权的钥匙[1.2]。

汽车的使用环境从高原到盆地，从山地到城市公路，有时候顺风顺雨，有时候却又十分恶劣，这一切，对汽车的动力性提出了十分严格的要求，必须满足各种工况，又具备耐久性。而这些就要求作为汽车的心脏#8212;#8212;发动机，必须达到一定的标准，由于它的结构复杂、零件多、工作条件恶劣，因此在运行中是故障最多的总成之一，也是影响汽车性能优劣的主要部件之一，往往成为测控的重点对象。经验表明，即使一个熟练的技术人员，在排除故障时，确定故障原因部位的时间约占排除故障总时间的70%-90%，只有10%-30%用于最后排除故障的维修工作。所以，迅速、高质量地确定发动机故障原因和部位对维护汽车性能也是十分必要的[3]。因此，对发动机性能的测控就成了各大汽车及发动机公司、高校等十分重视的课题，国内外的大公司纷纷投入巨资打造发动机实验室，期望能对发动机性能有准确的把握，便于汽车的智能化控制和发动机的后期改良等工作[4]。

本课题的目的是研究一种基于CAN总线的汽车发动机的电子测控系统它可以将发动机的转速、冷却水温度、燃油液位和一些开关量通过CAN总线的方式将这些动态参数提取传递给汽车的总控制器,便于对汽车发动机的状态进行检测和控制,为汽车的智能化控制提供了新的途径和方法。一方面将CAN总线引入到汽车发动机的测试中,改变了传统的测试方法,提高了测试的效果,也解决了汽车内众多的线束问题,另一方面,改进了汽车控制方式,设计了新型的控制系统[5]。本系统的研究开发,将汽车测控技术和故障排查技术提高到了一个新的层次,将为企业进一步降低生产维护成本及增强市场竞争力作出了一定的贡献,也为CAN现场总线测控技术在国内汽车行业的广泛应用提供了一定的参考。

2 基于CAN总线的汽车发动机测控系统的发展及研究现状

2.1 汽车发动机测控系统的发展与研究现状

测试技术对自然科学、工程技术发展的重要性，越来越为人们所认识和重视，并已成为科学研究不可缺少的重要手段。80年代至今，许多新型传感技术相继出现，诸如激光全息摄影技术、光纤传感技术、红外CT技术、超声波测试技术等高新技术，均已逐步深入到动力机械研究的各个领域，从而带动发动机测试技术进入新的领域，呈现出如下特点，测试技术涉及到光学、声学、遥测、自动化和模态分析等学科领域，并引进了近代物理、数理统计、控制理论和信息论等新的理论，发动机测试技术由常规测试向专项测试发展，由稳态测试向瞬态测试发展，由接触测量向非接触测量发展。如现在正方兴未艾的发动机缸内现象激光技术，振动与噪声排放测试等等，随着电子和计算机技术的高速发展及应用，测试设备实现智能化。以计算机为基础的集高速数据采集、处理、分析和自动控制于一体的各种试验设备相继问世，功能也越来越强，应用也越来越广泛，并不断向高精度小型化方向发展[6,7]。

发动机是汽车的心脏，以汽车发动机电子控制为核心的汽车电子技术的发展，解决了汽车工业发展带来的众多负面影响，其中发动机电喷系统的贡献最大。1937年美国通用汽车公司采用集成电路点火装置，1967年德国博世公司研制成功了发动机汽油喷射系统，1967年美国克莱斯勒公司首先试制了由模拟计算机对发动机点火时刻进行控制的控制系统，1977年美国通用汽车公司在其迈塞系统中采用了微机控制点火时刻，这是世界上首次将微机用于发动机上进行 数字点火时刻控制。随后世界各大汽车公司纷纷开发各具特色的发动机微机控制系统如美国福特汽车公司的EEC Engine Electronic Center发动机电子控制中心系统、日本尼桑的ECCS Electronic Centrailzed Control System发动机电子集中控制系统、德国博世公司的EMS Engine Management System发动机管理系统等[8,9]。

随着世界范围内对汽车排放法规的日趋严格以及燃油消耗和动力性要求日益提高一个个新的电子控制项目不断增加但其核心仍然是燃油定量和点火正时电子控制。由微机控制的发动机大体有两种形式，一是发动机的ESA Electronic Spark Advance电子点火提前控制、EFI Electronic Fuel Injection电子燃油喷射控制、ISC Idle Speed Control怠速控制和EGR Exhaust Gas Reciruculation废气再循环控制、系统自诊断等采用单一的微机进行集中控制，二是发动机的ESA和EFI分别采用不同的微机进行控制[10,11]。

90年代，我国从美国、日本、德国等国进口的轿车，较普遍的采用了发动机ESA和EFI分别进行控制的方式。1994年推出了采用EFI技术的桑塔纳2000型轿车，1995年博世公司合资的联合汽车电子有限公司开始生产电子控制燃油喷射元件[12]。总之我国汽车工业在电子化程度上与国外先进技术相比，还存在较大的差距，多数实验研究仍然处于对电控系统部件的引进和消化吸收阶段，还未达到全部配套使用的水平[13]。