基于K60和BP神经网络的发动机ECU分析与信号仿真

基于K60和BP神经网络的发动机ECU分析与信号仿真

【摘要】通过Freescale K60系列微控制器、DAC数模变换器，以及数控电位器等组成的硬件系统，对发动机常用传感器，如曲轴位置传感器、节气门位置传感器、进气温度传感器等信号进行模拟，仿真汽车发动机的运行环境，测试ECU工作状况，并采集ECU输出的喷油和点火信号得到的数据导入MATLAB 神经网络工具箱中，并用这些数据对网络进行训练，得到真车发动机ECU的模拟仿真网络，这样只需软件平台给定输入信号，就可通过训练后的网络得到输出信号，方便了发动机ECU研发和测试工作。

【关键词】发动机ECU;人工神经网络;K60微控制器

发动机ECU是发动机电子控制单元的简称。ECU的功用是根据其内部存储的程序和数据对空气流量计等各种传感器输入的信息进行运算、处理、判断，然后输出指令，向火花塞输出适时的点火控制信号以及向喷油器提供一定宽度的电脉冲信号以控制喷油量。ECU由微处理器、输入、输出及控制电路等组成。

通常对于发动机ECU的检测都是发生在实际路面的不同路况下实时地采集发动机ECU的输出控制信号对输出的控制信号进行分析来完成对发动机ECU的检测，但是这种手段受制于检测硬件必须要有真车来进行实际驾驶并且要在不同路况下完成驾驶路线采集ECU输出的喷油脉宽和点火时刻等控制信号。本文将要阐述的模拟信号产生系统对于突破真车实际驾驶才能完成的发动机ECU的检测提供了一种新的研究手段并且为国内目前正在广泛进行的ECU检测平台的研发提供了一种更为简单快捷并且行之有效的思路。

1.工作原理

发动机ECU模拟信号产生系统的工作原理是根据需要模拟不同工况下的曲轴位置信号、凸轮轴位置信号、前氧传感器信号、后氧传感器信号、节气门位置信号、冷却液温度信号、进气温度信号、爆燃信号、空调信号、不平路面信号、进气歧管绝对压力信号、燃油液面信号、车速信号等，并将这些信号输入真车发动机ECU，采集到这些模拟车辆运行状态的传感器信号，经过其内部控制程序的综合分析判断从而输出根据工况控制车辆运行的喷油量及点火信号，模拟信号产生系统采集ECU输出给执行器的信号并可以在示波器等设备上显示出来，从而可以得知ECU在此刻对于车辆的控制情况。在所开发的平台上设计实验方案，得到给定多因变量、多参数信号时汽油发动机ECU（喷油脉宽、点火时刻）多输出状态，用人工神经网络（ANN）等方法得到其内在规律，指导ECU开发者分析ROM数据。

传感器信号的模拟实现方法有四种：（1）K60片上自带的12位DA用于电压信号;（2）由于片上只有一个DA还需外搭DA;（3）PWM用于脉冲信号;（4）数控电位器用于电阻信号