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汽油/CNG两用燃料发动机ECU在环仿真
来源:本站整理  作者:佚名  2010-05-11 16:43:41



发动机模型和软件仿真 
 发动机平均值建模的概念最早由Rasmussen提出,经过Powell等人的发展,最后由Hendricks进行系统化的归纳和提炼给出了模型结构和通用表达形式。它采用数个发动机循环中变量的平均值来描述发动机的动态过程,均值模型也由此得名。现在最为常见和通用的均值模型由三个子系统模型构成,即进气歧管空气流量子模型、燃油蒸发与流动子模型和动力输出子模型。
以某品牌两用燃料四缸汽油机电控系统为研究对象,用Simulink构建了以平均值模型为基础的发动机电控系统模型,主要是发动机ECU综合仿真模型和发动机标定系统模型,包括了进气模块、燃油模块、曲轴模块,传感器模块以及空燃比控制、点火提前角控制模块、测功器模块(负载调节器模块)和排放模块等。其中,排放模块是根据广东某检测站在用汽车瞬态工况法底盘测功检测实验基础上,构建的空燃比、点火提前角与排放回归关系的模型。
系统原理
基于PXI的ECU快速原型系统结构如图2(a)所示, CompactRIO构成的ECU快速原型为被测模型,PXI则是测试系统。将ECU控制器模型[11]下载到实时硬件平台——CompactRIO以后,CompactRIO就相当于一台虚拟ECU,通过I/O口连接至PXI系统。PXI系统可以仿真温度传感器、曲轴传感器、节气门开度等信号,并测量虚拟ECU输出的数据。
基于PXI的真实ECU在环仿真结构如图2(b)所示,真实ECU模型在通过快速原型环节验证之后,将该模型生成的代码下载到ECU,并对所产生的目标代码进行测试。由PXI系统数字采集卡输出高速可调脉冲作为ECU的曲轴脉冲和凸轮轴脉冲输入,ECU经过优化策略的计算输出点火脉宽信号和喷油脉宽信号给PXI系统。


系统硬件环境的构建
基于PXI的ECU快速原型系统硬件
本实验系统连接图如图3(a)所示。例如,PXI系统为ECU快速原型中AI MOD1/TC0 提供热电偶温度(发动机水温、油温、环境温度等)和采集AO MOD3/AO0 转速信号。
ECU快速原型由CompactRIO系统构建并且使用NI RIO技术,可以利用FPGA芯片和LabVIEW来定制测量硬件电路,可利用可重新配置的FPGA技术来自动合成高度优化的电路,从而实现输入/输出,通信和控制应用。把发动机的ECU模型编译成动态链接库文件后再下载到CompactRIO的FPGA,CompactRIO则为一台虚拟ECU
基于PXI的真实ECU在环仿真系统硬件
 基于PXI的真实ECU的仿真实验硬件连接如图3(b)所示。由PXI 6602输出高速可调脉冲作为ECU的曲轴脉冲和凸轮轴脉冲输入,ECU经过优化策略的计算输出点火脉宽信号和喷油脉宽信号,由PXI 6259来采集,通过LabVIEW界面的显示控件把波形显示出来,以便判断该目标硬件是否达到要求。


系统软件环境的构建
基于PXI的ECU的快速原型系统软件设计
 给ECU快速原型搭建仿真环境,在CompactRIO的AI口接上PXI数据采集卡的输出端,提供节气门开度值、点火提前角等仿真信号;再给AO口接上PXI的输入端,使用LabVIEW设计的软件界面,使用控制制件调节输出电压,在显示控件上观察CompactRIO的输出波形。如图4所示为基于PXI的ECU快速原型系统的软件界面。


 在整个快速原型的实现和实验中,LabVIEW Real-Time模块是用于LabVIEW开发系统的附加组件。该软件为特定的实时目标编译和优化LabVIEW 图形化代码;借助NI LabVIEW FPGA和可重新配置I/O (RIO)硬件,可创建自定义的I/O和控制硬件,而无需预先了解传统的HDL语言或硬件板卡设计。
 ECU快速原型流程如下:
1)用Matlab Simulink生成ECU模型的DLL文件,以便编译进CompactRIO。
2)用LabVIEW生成CompactRIO的lvbit文件,对CompactRIO的I/O口进行初始化。
3)连通LabVIEW及CompactRIO,并把ECU模型的DLL下载到CompactRIO中。
4)在SIT管理器中调用CompactRIO的lvbit文件,并设置好与模型相关的输入输出口。
5)用函数发生器对CompactRIO的AI口进行输入,并用示波器观察CompactRIO的输出口。
6)用PXI系统和示波器、电压表对CompactRIO的AI口输入及测试AO口输出,记录波形和数据。

基于PXI的真实ECU在环仿真系统软件设计
使用LabVIEW的DAQ助手和仿真信号模块创建模拟信号输入输出程序。采样设置设为连续采样,采样数为15000,采样率10kHz。仿真节气门开度的电压信号,选用直流输出。
实验与分析
基于PXI的ECU快速原型测试
 按照PXI与虚拟ECU的连接方法连好硬件,点火提前角设为15°,节气门开度为7°,设定转速为4500 r/min,点击RUN开始测试。扭矩、曲轴转速变化如图5(a)(b)所示。点击保存数据即可保存CSV格式的数据。

基于PXI的真实ECU在环测试
曲轴转速设为1000 r/min时点击RUN开始运行,如图6分别显示了硬件ECU输出的1-4缸点火信号、2-3缸点火信号、1缸喷油和2缸喷油信号。

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