汽油机控制单元硬件在环测试系统仿真研究

发布时间：2020-04-20 23:44

【摘要】：内燃机应用了电子控制技术,使其燃油经济性和排放性能得到很大改善;电子控制也从仅用于燃油喷射控制功能发展到应用于所有功能。目前电子控制已经深入到内燃机的每一个系统中,其运行的每时每刻都离不开控制系统的工作。随着新技术应用的不断增多,内燃机电子控制功能日益复杂,系统中的传感器和执行器数量和种类都不断增多,导致电控单元设计更加复杂;为了保证软件和硬件工作可靠性,需要对各个部分进行严格的测试。电控单元设计是一个边开发、边测试、边改进的过程,软件和硬件设计完成后需要将二者集成,进行完整的控制功能测试。通常将控制器安装在被控对象上进行测试,但是被控对象的开发周期比控制单元长,导致控制器开发完成后无法立即进行测试和改进工作。硬件在环测试技术利用被控对象仿真模型和实时机硬件,仿真被控对象运行过程;该技术构成的系统能够接受电控单元的控制信号,并仿真传感器信号传递给电控单元,因此能够代替被控对象对控制器进行测试。针对实时机系统功能,本文设计了汽油机电控单元硬件在环测试系统。在实时机硬件方面,根据某控制器的功能和I/O资源需求,选用d SPACE相关的处理器卡、I/O卡、信号调理卡,外部供电选用TDK可编程电源,从而组成实时机系统。该系统能够满足发动机仿真的高实时性要求、复杂信号的仿真要求和众多输入与输出接口的要求等。基于软件Control Desk设计人机交互界面,并建立信号关联,用于测试过程中对模型参数的标定和测量。使用Automation Desk建立了自动化测试用例,并在系统上进行测试和报告输出,并对测试结果进行分析。在汽油机仿真模型方面,根据各部分功能建立了用于控制器功能测试的汽油机仿真模型。首先分析汽油机各部分的组成部件及其工作原理,基于各个模块的经验公式和理论公式,建立起各模块的仿真模型。为了增强模型仿真的实时性,部分模块采用实验数据线性拟合方式仿真。该模型主要包含燃油供给系统模型、进排气系统模型、缸内燃烧模型和冷却系统模型,各模块按照系统中的组成部件分别搭建了子模型。然后对某控制器接口和实时机接口进行了分析,其中喷油信号、点火信号、爆震信号使用专用接口,数字信号、模拟信号、PWM信号等使用普通接口,分别建立起控制器与实时机接口的对应关系。对各传感器工作原理和在控制系统中的作用进行了分析,建立了各类传感器仿真模型,其中曲轴、凸轮轴传感器和爆震传感器基于d SPACE模块生成仿真信号,温度、压力和氧传感器基于传感器工作原理和实验数据建立了仿真模型,并将仿真模型信号输出,通过示波器显示仿真波形。最后分析测试用例设计方法,并针对各部分功能分析了相关的影响因素;覆盖的主要功能有:燃油供给系统控制功能、点火系统控制功能、怠速控制功能、空燃比控制功能、负载控制功能、涡轮增压控制功能、进气控制功能、曲轴箱强制通风控制功能、主继电器控制功能。对每一个控制功能设计了测试用例,并在系统中逐一进行了测试。在实施测试过程中,通过上位机用户界面记录了各功能相关的信号数据,并对所记录的数据进行了分析。
【图文】：

硬件在环,信号流图,测试系统

图 1.1 硬件在环测试系统信号流图V 模式开发流程在控制器开发过程中被广泛使用[6]，使开发进程更易管控，开团队分工明确。V 模式开发流程如图 1.2 所示，，在整个流程中，当执行后面的到问题，可快速返回到前面的步骤进行修改，便于对控制逻辑和算法的优化。控制器功能完整性，在开发过程中需要对控制器进行不断地测试验证；测试工整个开发流程中。V 模式开发流程包括初期的需求定义、功能设计、快速原型码生成、硬件在环仿真测试至最终的实车标定。硬件在环测试和实车标定过程问题，可返回至快速原型和代码生成阶段进行完善，保证了控制功能的完整性。

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图 1.2 控制器 V 模式开发流程在环仿真技术又称半实物仿真，该技术主要为控制器建立虚拟的被器的控制功能验证。这种虚拟对象结合物理仿真和数学仿真技术，对程进行实时仿真。该技术以计算机为工具，对被控对象的仿真模型进因此该技术需要完整的被控对象模型。在建立被控对象模型时，需要原理深入研究，建立相应的数学物理方程。仿真模型建立完成之后，使用上位机对仿真过程进行管理；设计相应的测试用例，对控制策在普通嵌入式开发过程中，对控制功能的测试工作是等到开发工作完果测试过程中发现较为严重的错误，需要对前期的工作返工，将造成，这样就会严重阻碍项目的正常进行。如果使用 V 模式开发流程，所开发的功能进行测试验证，出现问题时能够立即改正，避免了上件在环测试技术国内外研究现状
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464.171

【参考文献】