一種車用發動機硬體在環仿真過程中的信號匹配方法及裝置製造方法
2023-05-16 06:18:56 1
一種車用發動機硬體在環仿真過程中的信號匹配方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種車用發動機硬體在環仿真過程中使用的信號匹配方法及裝置，建立在已有的發動機硬體在環仿真系統的背景和基礎上，在目標機和發動機ECU控制器之間設置信號匹配電路，分別對低速信號和高速信號進行匹配處理；主要解決車用發動機硬體在環仿真中目標機數據採集卡與發動機ECU控制器之間的信號匹配問題，不僅能實現電平轉換，還能利用硬體完成仿真過程中高速信號的生成和採集，可以有效降低仿真對硬體在環仿真平臺性能的要求，可利用較低配置的仿真平臺，實現模型以較短步長進行的實時仿真。
【專利說明】一種車用發動機硬體在環仿真過程中的信號匹配方法及裝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種車用發動機硬體在環仿真測試【技術領域】，具體涉及一種車用發動機硬體在環仿真過程中的信號匹配方法及裝置。
【背景技術】
[0002]現代汽車電子開發流程往往採用V字型模式，相比傳統的開發流程具有開發效率高，省時、省力、開發風險低的優點，硬體在環仿真屬於V字型開發流程中的一個環節。在車用發動機控制系統的開發過程中，利用硬體在環仿真的技術主要是指利用發動機實時仿真模型代替實物發動機作為控制對象，通過數據採集卡或者其他類型的接口轉換電路將仿真模型的運行結果轉換成真實電信號，與真實發動機ECU控制器連接調試。
[0003]已知發動機的仿真模型有很多種，其中應用廣泛且具有代表性的仿真方法有兩種。一種是基於計算流體動力學(CFD)的建模方法如GT-Power、AVLBOOSTre、Fluent、KIVA等商業軟體，其主要關注發動機工作過程中的流體的流動特性和燃燒狀態，適用於對發動機工作過程的模擬計算以及性能的預測和評價，但是由於其複雜的求解過程不具有實時性，在應用中不適用於控制系統的設計與實現。另一種是基於平均值模型思想的建模方法，該模型忽略了不同曲軸轉角所對應的缸內變化，採用數個發動機循環中變量的平均值來描述發動機的動態過程，通過進氣歧管壓力模型、燃油蒸發與補償模型、動力輸出模型，描述發動機瞬態和穩態的工作狀態，如dSPACE公司的發動機實時模型、TESIS公司提供的enDYNA發動機模型、SimuQuest公司提供的Enginuity等商業模型以及國內外學者在Matlab Simulink平臺上搭建的自有模型,但是這些模型的實時仿真需要依賴實時仿真平臺，是發動機控制系統開發中硬體在環仿真的主要技術方法。
[0004]發動機控制過程中需要依賴各種傳感器的信號，但是發動機仿真模型重點關注的是基於發動機工作機理過程的參數計算，相對於傳感器信號的更新過程屬於宏觀表象，其反映了發動機多個工作循環過程中的平均現象。而表徵發動機運行過程中的曲軸、凸輪軸傳感器、噴油器驅動、點火線圈驅動脈衝信號重點表徵一共工作循環內的控制過程，其信號的更新頻率遠高於發動機仿真模型所描述的發動機參數更新頻率，因此相對於發動機仿真模型可以定義為高速信號，其他類型的傳感器和執行器信號數據更新頻率可以與發動機仿真模型的數據頻率一致，定義為低速信號。
[0005]真實發動機ECU控制器需要依賴同步的發動機曲軸、凸輪軸傳感器信號實現發動機曲軸位置以及判缸功能的實現，計算發動機實際轉速，並在此基礎上控制噴油和點火時亥IJ。而發動機仿真工具包往往忽略發動機的微觀變化情況，與實際發動機運行所能測量的傳感器信號之間存在差別:仿真生成的數據直接是發動機轉速，而不是實際的曲軸、凸輪軸傳感器信號；發動機仿真模型的需要的控制參數點火提前角是數字量，而實際系統中該參數是通過點火驅動信號相對應的曲軸位置和氣缸上止點位置的角度差進行表徵的；發動機仿真模型的需要的控制參數噴油脈寬是數字量，而實際系統中則是由噴油器驅動信號的導通電平時間表徵，因此發動機仿真模型無法直接通過AD、DA轉換的方式與ECU控制器接口，各自所需的控制信號在形式上有所差別。同時，硬體在環仿真平臺的工作電壓往往在0-5V之間，而實際車用發動機ECU控制器的驅動信號的工作範圍在0-12V或者0-24V之間，需要實現傳感器信號的電壓匹配。由上可見，在發動機硬體在環仿真過程中，需要進行信號的匹配處理。
[0006]根據國內外文獻顯示，已知硬體在環仿真的信號匹配方法有如下:1)針對曲軸、凸輪軸信號發生直接利用硬體在環仿真平臺計算生成並且通過數據採集卡輸出，但是這種方法對實時仿真平臺的運算速度要求較高，且在轉速較高時會出現採樣率低造成的失真；
2)利用曲軸、凸輪軸信號模擬發生的方式，包括使用FPGA、CPLD等高速可編程邏輯器件實現的曲軸、凸輪軸信號模擬發生和利用模擬電路實現的兩種方法，前者利用專用的數據板卡實時計算成本較高且功能單一應用不靈活，後者電路結構固定無法模擬不同種類的傳感器；3)對ECU控制器修改數據接口，利用通信接口的方式或者簡化傳感器信號使其滿足硬體在環仿真平臺的數據類型，但是這種方法已經修改了真實發動機控制ECU的功能，沒有辦法對產品的全部功能進行測試，應用有局限。
[0007]以上現有的已知發動機硬體在環仿真用的信號匹配方法尚有缺點。若採用仿真平臺直接處理這些仿真過程中的高速信號，需要實時仿真平臺具有更高的運算速度，在相同仿真步長和運算速率下，發動機仿真模型的數據更新頻率較低，消耗大量的實時仿真運算資源用於高速信號的生成。
【發明內容】
[0008]針對現有技術存在的缺陷，本發明要解決的技術問題在於:提供一種車用發動機硬體在環仿真過程中使用的信號匹配方法及裝置，在已有的發動機硬體在環仿真系統的背景和基礎上，解決車用發動機硬體在環仿真中目標機數據採集卡與發動機ECU控制器之間的信號匹配問題，不僅能實現電平轉換，還能利用硬體完成仿真過程中高速信號的生成和採集，可以有效降低仿真對硬體在環仿真平臺性能的要求，可利用較低配置的仿真平臺，實現模型以較短步長進行的實時仿真。
[0009]為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為:
[0010]一種車用發動機硬體在環仿真過程中使用的信號匹配方法，利用主機、目標機、發動機ECU控制器進行發動機硬體在環平臺進行仿真測試，其中，主機上建立有硬體在環仿真的工作環境，目標機由實時仿真模型平臺配合數據採集卡予以實現，其上設置有實時作業系統內核，發動機實時仿真模型、傳感器接口模型、數據採集卡驅動，通過主機對發動機實時仿真模型的配置後編譯並下載到目標機上實時運行；其特徵在於:在目標機和發動機ECU控制器之間設置信號匹配電路，分別對低速信號和高速信號進行匹配處理；所述信號匹配電路包括高速信號處理電路和低速信號調理電路，主要涉及對高速信號處理以及低速信號調理；高速信號處理包括:將發動機實時仿真模型輸出的發動機轉速信號還原成真實曲軸、凸輪軸傳感器信號,將發動機ECU控制器輸出的噴油、點火信號轉換成噴油脈寬信號和點火提前角信號發送給發動機實時仿真模型作為仿真輸入，利用所述高速信號處理的方法，將高速信號的產生過程從硬體在環平臺上剝離；低速信號調理包括:將溫度、進氣壓力、氧傳感器信號經實時仿真模型仿真發生後與ECU控制器接口之間的信號進行調理，主要包括電壓轉換、限流保護，將工作電壓、電流調理至目標機數據採集卡和發動機ECU控制器的工作範圍之內。
[0011]按上述技術方案，上述信號匹配方法具體包括如下步驟:
[0012]S1:首先根據所仿真的發動機參數以及其對應的傳感器類型，對信號匹配電路中高速信號處理電路中的單片機進行初始化設定和參數配置；具體包括:根據發動機裝配特性明確曲軸、凸輪軸傳感器信號的相位差，計算得到曲軸凸輪軸同步相位控制字參數；根據曲軸、凸輪軸傳感器類型，修改曲軸、凸輪軸傳感器波形ROM中的曲軸、凸輪軸傳感器波形ROM參數；
[0013]S2:給發動機ECU控制器上電，發動機ECU控制器輸出初始化多路點火線圈驅動信號、多路噴油器驅動信號到信號匹配電路；發動機ECU控制器輸出的初始化的多路點火線圈驅動信號、多路噴油器驅動信號經過信號匹配電路的電平轉換電路將電壓值轉換到0-5V的直流電壓區間，送入信號匹配電路中高速信號處理電路單片機的輸入捕獲IO接口，通過計算將多路信號處理成單路信號，隨後通過計算得到初始化的點火提前角信號和噴油脈寬信號，利用信號匹配電路中高速信號處理電路的DA轉換器實現輸出，作為仿真用參數輸送給目標機內的數據採集卡供發動機實時仿真模型進行實時仿真；
[0014]S3:然後，啟動主機和目標機使發動機實時仿真模型工作，發動機實時仿真模型根據目標機內數據採集卡採集得到的仿真用點火提前角信號、噴油脈寬信號開始運行，模擬發動機的運轉過程，仿真得到發動機轉速值和溫度、進氣壓力、排氣空燃比參數信號，並通過傳感器接口模型轉化為實際的傳感器信號值，通過目標機內數據採集卡輸出；
[0015]S4:目標機內數據採集卡輸出的仿真後的發動機轉速值信號再次進入信號匹配電路中的高速信號處理電路；仿真後的轉速信號模擬電壓通過0-5V的直流電壓表徵發動機O-1OOOOrpm的轉速特徵，之後，通過信號匹配電路中的高速信號處理電路的AD採集埠採集後，計算得到頻率控制字，結合SI中預設的曲軸凸輪軸同步相位控制字參數和曲軸、凸輪軸傳感器波形ROM參數，單片機內部的DDS累加器開始工作，得到同步後的曲軸傳感器信號和凸輪軸傳感器信號，再通過高速信號處理電路中的DA轉換器輸出該仿真後的曲軸傳感器信號和凸輪軸傳感器信號；並且可以根據所選擇的傳感器特性，自動控制輸出電路選擇開關，選擇交流或者直流工作方式供發動機ECU控制器採集；
[0016]S5:目標機內數據採集卡輸出的仿真後的的溫度、進氣壓力、氧傳感器信號送入低速信號調理電路；之後，通過低速信號調理電路中的電阻網路電平轉換和保護電路處理以後，送入發動機ECU控制器，實現信號的電平轉換和電路接口保護；
[0017]S6:發動機E⑶控制器通過米集仿真後的曲軸傳感器信號和凸輪軸傳感器信號、以及仿真後的溫度、進氣壓力、氧傳感器信號，根據發動機ECU控制器內置的控制內核模塊，調整多路點火線圈驅動信號和多路噴油器驅動信號；
[0018]S7:重複上述步驟S2，得到供發動機實時仿真模型進行實時仿真的仿真用點火提前角信號和噴油脈寬信號；由於發動機實時仿真模型此時已經初始化運行成功，此時點火提前角的計算，需要結合曲軸傳感器波形ROM輸出的數據，實時計算系統的點火提前角，而不再是初始化參數。
[0019]按上述技術方案，在單片機MCU中，實現基於DDS原理的曲軸、凸輪軸信號發生，使得發動機轉速信號還原成真實曲軸、凸輪軸傳感器信號。[0020]按上述技術方案，所述步驟SI中:可選擇的曲軸、凸輪軸傳感器波形ROM參數包括:按傳感器原理分為的霍爾式、磁電式、磁阻式、光電式曲軸信號傳感器，按發動機飛輪磁碟分為60-2齒和36-2齒曲軸信號；凸輪軸信號傳感器按照凸輪齒數分為2齒和6+1齒凸輪軸信號，對於剩餘類型的傳感器通過手動模式完成波形ROM參數設定。
[0021]一種採用上述方法的車用發動機硬體在環仿真過程中使用的信號匹配裝置，應用於包括主機、目標機、發動機ECU控制器的硬體在環平臺；其中，主機上建立有硬體在環仿真的工作環境，目標機由實時仿真模型配合數據採集卡予以實現，其上設置有實時作業系統內核，發動機實時仿真模型、傳感器接口模型、數據採集卡驅動，通過主機在主機對發動機仿真模型的配置後編譯並下載到目標機上實時運行；其特徵在於:在目標機和發動機ECU控制器之間設置信號匹配電路，分別對低速信號和高速信號進行匹配處理；所述信號匹配電路包括高速信號處理電路和低速信號調理電路；所述高速信號處理電路主要由集成了 CPU、RAM、ROM、定時器、計數器和多種I / 0接口的單片機MCU電路構成；所述低速信號調理電路中包括電阻網路電平轉換電路和保護電路，主要包括電壓轉換、限流保護，用以將工作電壓、電流調理至目標機數據採集卡和發動機ECU控制器的工作範圍之內。
[0022]按上述技術方案，高速信號處理電路中還包括:
[0023]電平轉換電路，將驅動電壓高於單片機的工作範圍的信號調理到單片機工作電壓範圍以內；
[0024]AD / DA轉換器，將模擬信號和頻率控制字的數位訊號進行互轉；
[0025]交直流切換電路，通過交直流切換電路可以根據不同的波形ROM特點，設置輸出直流、交流信號。
[0026]按上述技術方案，所涉及的AD轉換器、DA轉換器為單片機內部的AD、DA轉換模塊，或者是片外獨立AD、DA轉換器電路。
[0027]相比與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:本發明的信號調理方法一次性完成了所有接口信號的調理；採用外置硬體裝置實現了高速信號的發生、採集與轉換，降低了發動機實時仿真對仿真平臺性能的要求，在同等設備性能的情況下可以大大提高發動機實時仿真的精度；信號匹配採用單片機，降低了成本，編程簡單使用靈活。本發明方法可針對不同類型的發動機及配置的不同類型的傳感器進行配置仿真，同時《仿真平臺和ECU控制器採用模擬信號方式連接，具有良好的普遍適用性和通用性。
[0028]具體有益效果為:
[0029]由於車用發動機仿真模型中所需的輸入參數為點火提前角、噴油脈寬信號，皆為具有物理意義的數字量，輸出的發動機參數為發動機轉速、溫度、壓力等具有物理意義的數字量；而真實發動機ECU控制器中表徵這些參數的信號依次為點火線圈驅動脈衝信號、噴油器驅動脈衝信號、曲軸與凸輪軸傳感器波形信號、溫度傳感器電壓、壓力傳感器電壓等真實模擬信號，信號在形式上存在差別，往往無法直接對接。現有的解決辦法所述的方法或多或少部有前述的缺點。本發明的信號調理方法一次性完成了所有接口信號的調理。
[0030]曲軸、凸輪軸傳感器、噴油器驅動、點火線圈驅動脈衝信號數據的更新頻率遠高於發動機仿真模型所描述的發動機參數更新頻率，若採用實時仿真平臺直接計算與處理這些高速信號，需要實時仿真平臺具有更高的運算速度，同時消耗大量的實時仿真運算資源，在相同仿真步長和運算速率下，發動機仿真模型的數據更新頻率較低，無法最大程度的將實時仿真平臺的運算能力全部用於發動機機理過程的仿真。本發明方法針對發動機仿真模型和真實發動機ECU控制器的信號特點，利用外置硬體裝置實現了高速信號的發生、採集與轉換，可以降低發動機實時仿真對仿真平臺性能的要求，通過將高速信號的計算與處理從實時仿真平臺剝離，將仿真平臺的運算能力與運算時間最大限度的用於發動機工作機理的處理，在同等設備性能的情況下可以大大提高發動機實時仿真的精度。
[0031]該信號匹配方法的實現核心器件為單片機，配合不同的軟體算法完成，相比已有的文獻採用FPGA、CPLD等高速可編程邏輯器件為基礎的數據板卡實現，大大降低了實驗成本，具有編程簡單使用靈活的特點。
[0032]該方法可以適配不同類型的發動機，及其上配置的不同種類的傳感器、不同數量的點火線圈、噴油器，針對不同類型參數的發動機硬體在環仿真具有良好的普遍適用性。
[0033]該方法及裝置與實時仿真平臺和發動機ECU控制器的連接採用模擬信號的方式，因此可以適用於不同類型的發動機硬體在環實時仿真平臺，也可以適用於不同的發動機實時仿真模型，局限性小，具有通用性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1為本發明的信號匹配裝置在硬體在環仿真系統中的硬體連接結構圖；
[0035]圖2為硬體在環仿真系統及本發明的信號匹配裝置的軟體結構圖；
[0036]圖3為本發明的信號匹配方法流程示意圖；
[0037]圖4為本發明根據軟硬體布局結構進行的參數匹配示意圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖1-4對本發明【具體實施方式】做進一步詳細說明。
[0039]如圖1-4本發明的實施需要建立在已有的發動機硬體在環仿真平臺上，即已經構建了發動機實時仿真模型並且可以在實時仿真平臺上運行；發動機控制ECU具備基本的控制邏輯，其硬體接口滿足實際發動機對象配置的各類傳感器。通過硬體在環仿真平臺的發動機仿真模型代替真實發動機運行，用於發動機ECU控制器開發過程中的實驗步驟。發動機實時仿真模型輸出的具有物理意義的信號，通過傳感器接口模型可以轉換成符合傳感器特性的模擬電信號物理量，並通過數據採集卡輸出。
[0040]該信號匹配方法中所述的高速信號處理方法中，曲軸、凸輪軸信號的發生採用DDS的原理實現，利用低成本單片機MCU實現。發動機實時仿真模型輸出的信號只有轉速信號，通過數據採集卡將轉速轉換成0-5V之間的模擬電壓，該信號通過AD採集電路轉化成頻率控制字，控制DDS信號發生器輸出的信號頻率；同時由於不同類型的發動機其曲軸、凸輪軸信號的同步相位差不同，可以根據實際仿真對象的特點調整曲軸、凸輪軸同步相位控制字實現兩路傳感器信號的硬體同步；曲軸、凸輪軸信號波形數據存儲在相應的波形ROM中，通過修改ROM波形數據，可以適配不同發動機上所有不同類型的傳感器，按傳感器原理分為霍爾式、磁電式、磁阻式、光電式曲軸信號傳感器，按發動機飛輪磁碟分為60-2齒、36-2等類型曲軸信號；凸輪軸信號傳感器按照凸輪齒數分為2齒、6+1齒等；經計算後的數據通過DA轉換電路輸出，由於前述磁電式、磁阻式傳感器工作在交流狀態，其他類型的傳感器工作在直流狀態，通過交直流切換電路可以根據不同的波形ROM特點，設置輸出直流、交流信號。
[0041]該信號匹配方法中所述的高速信號處理方法中，噴油脈寬、點火信號的採集採用單片機的定時器和計數器實現。不同類型的發動機其匹配的發動機ECU控制器輸出的點火線圈驅動信號和噴油器驅動信號數量不一樣，其驅動電壓高於單片機的工作範圍，通過電平轉換電路調理到單片機工作電壓範圍以內，連接單片機輸入捕獲IO埠 ；通過軟體計算將多路信號處理成單路信號；結合曲軸信號傳感器進行計算得到點火提前角，通過對噴油器驅動信號的計時得到噴油脈寬；然後通過DA轉換器電路將信號輸出至發動機實時仿真平臺的數據採集卡接口。
[0042]該信號匹配方法中所述的高速信號處理方法中所涉及的AD、DA轉換器可以採用單片機內部的AD、DA轉換器，也可是片外獨立AD、DA轉換器電路。
[0043]該信號匹配方法中所述的高速信號處理方法在單片機中實現，包括不同廠家不同型號的可編程微處理器。
[0044]該信號匹配方法中所述的低速信號調理方法中，主要利用電阻網絡和保護電路實現溫度、進氣壓力、氧傳感器等其他發動機控制必須的傳感器信號的匹配，將工作電壓、電流調理至發動機仿真平臺數據採集卡和發動機控制ECU的工作範圍之內。
[0045]如圖1_2、4所示，完成實時仿真平臺、信號匹配電路、發動機控制ECU之間的電氣物理連接。
[0046]以下，結合附圖3-4對本發明信號匹配的方法和過程進一步闡述。
[0047]首先，根據所仿真的發動機參數及其相應的傳感器類型來配置高速信號匹配電路中的單片機程序:
[0048]根據發動機裝配特性確定曲軸、凸輪軸傳感器信號的相位差，計算得到曲軸凸輪軸同步相位控制字參數；根據曲軸、凸輪軸傳感器類型，修改相應的波形ROM中的數據。可選擇的波形ROM參數包括:按傳感器原理分為的霍爾式、磁電式、磁阻式、光電式曲軸信號傳感器，按發動機飛輪磁碟分為的60-2齒、36-2等類型曲軸信號；凸輪軸信號傳感器按照凸輪齒數分為2齒、6+1齒等，對於其他類型的傳感器可以通過手動編程的形式完成波形ROM數據的設定。
[0049]完成上述的軟體初始化設定後，系統可以連通進行工作，其工作過程如圖3-4所示。步驟如下:
[0050](I)首先，給發動機控制ECU上電，ECU輸出初始化多路點火線圈驅動信號、多路噴油器驅動信號。多路點火線圈驅動信號、多路噴油器驅動信號經過信號匹配電路的電平轉換將電壓值轉換到0-5V的直流電壓區間，再輸入到高速信號匹配電路中單片機的IO 口，通過軟體計算將多路信號處理成單路信號，計算得到初始化的點火提前角、噴油脈寬，利用高速信號匹配電路的DA轉換器實現輸出，作為發動機實時仿真的初始化控制輸入參數。
[0051](2)然後，利用主機上的開發環境啟動目標機內的發動機實時仿真模型開始工作。根據數據採集卡採集得到的仿真用點火提前角、噴油脈寬信號發動機實時仿真模型開始運行，模擬發動機的運轉過程，仿真得到發動機轉速值和溫度、進氣壓力、排氣空燃比等其他參數信號並通過傳感器模型轉化為實際的傳感器信號，通過數據採集卡輸出。
[0052](3)發動機仿真模型輸出0-5V轉速模擬信號,該信號通過直流電壓表來表徵發動機O-1OOOOrpm的轉速特徵，高速信號匹配電路中AD採集端採集到轉速信號後，結合前述的預設的曲軸凸輪軸同步相位控制字和曲軸、凸輪軸傳感器波形ROM，單片機內部的DDS累加器工作，得到同步後的曲軸、凸輪軸傳感器信號，然後通過高速信號處理電路中的DA轉換器輸出，並且可以根據所選擇的傳感器特性，自動控制輸出電路選擇開關，選擇交流或者直流工作方式供發動機ECU控制器採集。
[0053](4)發動機實時仿真模型通過實時仿真平臺數據採集卡輸出溫度、進氣壓力、氧傳感器等其他發動機控制必須的傳感器信號，輸入到低速信號調理電路，然後通過電阻網路電平轉換和保護電路處理以後，最後輸入到發動機ECU控制器，實現信號的電平轉換和電路接口保護。
[0054](5)發動機ECU控制器，根據採集曲軸、凸輪軸傳感器信號、其他各類傳感器信號以及內置的控制程序，調整多路點火線圈、噴油器驅動信號。
[0055](6)重複上述步驟(I)，得到仿真用點火提前角、噴油脈寬信號。由於發動機仿真模型此時已經初始化運行成功，此時計算點火提前角需要結合曲軸傳感器波形ROM輸出的數據，而不再是初始化參數。
【權利要求】
1.一種車用發動機硬體在環仿真過程中使用的信號匹配方法，利用主機、目標機、發動機ECU控制器進行發動機硬體在環平臺進行仿真測試，其中，主機上建立有硬體在環仿真的工作環境，目標機由實時仿真模型平臺配合數據採集卡予以實現，其上設置有實時作業系統內核，發動機實時仿真模型、傳感器接口模型、數據採集卡驅動，通過主機對發動機實時仿真模型的配置後編譯並下載到目標機上實時運行；其特徵在於:在目標機和發動機ECU控制器之間設置信號匹配電路，分別對低速信號和高速信號進行匹配處理；所述信號匹配電路包括高速信號處理電路和低速信號調理電路，主要涉及對高速信號處理以及低速信號調理；高速信號處理包括:將發動機實時仿真模型輸出的發動機轉速信號還原成真實曲軸、凸輪軸傳感器信號，將發動機ECU控制器輸出的噴油、點火信號轉換成噴油脈寬信號和點火提前角信號發送給發動機實時仿真模型作為仿真輸入，利用所述高速信號處理的方法，將高速信號的產生過程從硬體在環平臺上剝離；低速信號調理包括:將溫度、進氣壓力、氧傳感器信號經實時仿真模型仿真發生後與ECU控制器接口之間的信號進行調理，主要包括電壓轉換、限流保護，將工作電壓、電流調理至目標機數據採集卡和發動機ECU控制器的工作範圍之內。
2.根據權利要求1所述的車用發動機硬體在環仿真過程中使用的信號匹配方法，其特徵在於:具體包括如下步驟: 51:首先根據所仿真的發動機參數以及其對應的傳感器類型，對信號匹配電路中高速信號處理電路中的單片機進行初始化設定和參數配置；具體包括:根據發動機裝配特性明確曲軸、凸輪軸傳感器信號的相位差，計算得到曲軸凸輪軸同步相位控制字參數；根據曲軸、凸輪軸傳感器類型，修改曲軸、凸輪軸傳感器波形ROM中的曲軸、凸輪軸傳感器波形ROM參數； 52:給發動機ECU控制器上電， 發動機ECU控制器輸出初始化多路點火線圈驅動信號、多路噴油器驅動信號到信號匹配電路；發動機ECU控制器輸出的初始化的多路點火線圈驅動信號、多路噴油器驅動信號經過信號匹配電路的電平轉換電路將電壓值轉換到0-5V的直流電壓區間，送入信號匹配電路中高速信號處理電路單片機的輸入捕獲IO接口，通過計算將多路信號處理成單路信號，隨後通過計算得到初始化的點火提前角信號和噴油脈寬信號，利用信號匹配電路中高速信號處理電路的DA轉換器實現輸出，作為仿真用參數輸送給目標機內的數據採集卡供發動機實時仿真模型進行實時仿真； 53:然後，啟動主機和目標機使發動機實時仿真模型工作，發動機實時仿真模型根據目標機內數據採集卡採集得到的仿真用點火提前角信號、噴油脈寬信號開始運行，模擬發動機的運轉過程，仿真得到發動機轉速值和溫度、進氣壓力、排氣空燃比參數信號，並通過傳感器接口模型轉化為實際的傳感器信號值，通過目標機內數據採集卡輸出； 54:目標機內數據採集卡輸出的仿真後的發動機轉速值信號再次進入信號匹配電路中的高速信號處理電路；仿真後的轉速信號模擬電壓通過0-5V的直流電壓表徵發動機O-1OOOOrpm的轉速特徵，之後，通過信號匹配電路中的高速信號處理電路的AD採集埠採集後，計算得到頻率控制字，結合Si中預設的曲軸凸輪軸同步相位控制字參數和曲軸、凸輪軸傳感器波形ROM參數，單片機內部的DDS累加器開始工作，得到同步後的曲軸傳感器信號和凸輪軸傳感器信號，再通過高速信號處理電路中的DA轉換器輸出該仿真後的曲軸傳感器信號和凸輪軸傳感器信號；並且可以根據所選擇的傳感器特性，自動控制輸出電路選擇開關，選擇交流或者直流工作方式供發動機ECU控制器採集；S5:目標機內數據採集卡輸出的仿真後的的溫度、進氣壓力、氧傳感器信號送入低速信號調理電路；之後，通過低速信號調理電路中的電阻網路電平轉換和保護電路處理以後，送入發動機ECU控制器，實現信號的電平轉換和電路接口保護； S6:發動機ECU控制器通過採集仿真後的曲軸傳感器信號和凸輪軸傳感器信號、以及仿真後的溫度、進氣壓力、氧傳感器信號，根據發動機ECU控制器內置的控制內核模塊，調整多路點火線圈驅動信號和多路噴油器驅動信號； S7:重複上述步驟S2，得到供發動機實時仿真模型進行實時仿真的仿真用點火提前角信號和噴油脈寬信號；由於發動機實時仿真模型此時已經初始化運行成功，此時點火提前角的計算，需要結合曲軸傳感器波形ROM輸出的數據，實時計算系統的點火提前角，而不再是初始化參數。
3.根據權利要求1或2所述的車用發動機硬體在環仿真過程中使用的信號匹配方法，其特徵在於:在單片機MCU中，實現基於DDS原理的曲軸、凸輪軸信號發生，使得發動機轉速信號還原成真實曲軸、凸輪軸傳感器信號。
4.根據權利要求3所述的車用發動機硬體在環仿真過程中使用的信號匹配方法，其特徵在於:所述步驟SI中:可選擇的曲軸、凸輪軸傳感器波形ROM參數包括:按傳感器原理分為的霍爾式、磁電式、磁阻式、光電式曲軸信號傳感器，按發動機飛輪磁碟分為60-2齒和36-2齒曲軸信號；凸輪軸信號傳感器按照凸輪齒數分為2齒和6+1齒凸輪軸信號,對於剩餘類型的傳感器通過手動模式完成波形ROM參數設定。
5.一種採用上述權利要求1-4之一所述方法的車用發動機硬體在環仿真過程中使用的信號匹配裝置，應用於包括主機、目標機、發動機E⑶控制器的硬體在環平臺；其中，主機上建立有硬體在環仿真的工作環境，目標機由實時仿真模型配合數據採集卡予以實現，其上設置有實時作業系統內核，發動機實時仿真模型、傳感器接口模型、數據採集卡驅動，通過主機在主機對發動機仿真模型的配置後編譯並下載到目標機上實時運行；其特徵在於:在目標機和發動機ECU控制器之間設置信號匹配電路，分別對低速信號和高速信號進行匹配處理；所述信號匹配電路包括高速信號處理電路和低速信號調理電路；所述高速信號處理電路主要由集成了 CPU、RAM、R0M、定時器、計數器和多種I / 0接口的單片機MCU電路構成；所述低速信號調理電路中包括電阻網路電平轉換電路和保護電路，主要包括電壓轉換、限流保護，用以將工作電壓、電流調理至目標機數據採集卡和發動機ECU控制器的工作範圍之內。
6.根據權利要求5所述的車用發動機硬體在環仿真過程中使用的信號匹配裝置，其特徵在於:高速信號處理電路中還包括: 電平轉換電路，將驅動電壓高於單片機的工作範圍的信號調理到單片機工作電壓範圍以內； AD / DA轉換器，將模擬信號和頻率控制字的數位訊號進行互轉； 交直流切換電路，通過交直流切換電路可以根據不同的波形ROM特點，設置輸出直流、交流信號。
7.根據權利要求6所述的車用發動機硬體在環仿真過程中使用的信號匹配裝置，其特徵在於:所涉及的AD轉換器、DA轉換器為單片機內部的AD、DA轉換模塊，或者是片外獨立AD、DA轉換器電路。
【文檔編號】G05B19/042GK103699035SQ201310685575
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月16日 優先權日:2013年12月16日
【發明者】曾春年, 孟磊, 李向華, 羅文 , 魏曉旭 申請人:武漢理工大學