王凱 張允富 高洋 馬越

摘 要：為滿足高壓共軌柴油機對環(huán)保和經(jīng)濟等方面日益提升的性能，ECU的功能以及復雜程度都在不斷提高，導致開發(fā)難度也在不斷增加，用臺架試驗方法來逐步調試ECU這一傳統(tǒng)方法耗費巨大人力物力，且開發(fā)周期長、調試環(huán)境不穩(wěn)定，還有可重復性差的缺點，難以適應ECU系統(tǒng)頻繁升級換代的需要。硬件在環(huán)仿真測試，可以對生成的快速控制原型測試，經(jīng)過反復試驗及逐漸逼近的方式來驗證ECU功能，最終可以生成目標代碼下載到硬件中。本研究針對Sofim8140.43S系列高壓共軌柴油機ECU燃油噴射系統(tǒng)進行在環(huán)仿真的測試驗證。

關鍵詞：高壓共軌柴油機;噴油系統(tǒng);硬件在環(huán)仿真

引言

硬件在電機的開發(fā)中在回路仿真中起著重要作用。該硬件模擬循環(huán)測試系統(tǒng)中受控對象的狀態(tài)，向控制器返回逼真的反饋，并通過模擬各種復雜情況來檢測控制中的缺陷，從而縮短開發(fā)周期。為了保證發(fā)動機的硬件測試，發(fā)動機模型是仿真的重要組成部分，必須保證模型的準確性和實時性。

1硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)架構

高壓協(xié)同柴油機ECU硬件主要由高壓協(xié)同柴油機機油機ECS、開關柜、hil-ECS、PC機等外圍設備組成，它們在一個封閉的開發(fā)試驗系統(tǒng)中相互連接。在系統(tǒng)運行時，機柜向ECU提供模擬發(fā)動機ECU工作所需的各種信號，包括溫度傳感器模擬信號、壓力傳感器模擬信號和模擬開關信號。ECU還生成開關控制信號，用于控制控制機箱上相應的繼電器、指示燈和儀器。同時，ECU通過數(shù)據(jù)采集卡將筒體電磁閥的驅動信號發(fā)送到PC，HIL-ECU將采集控制箱生成的傳感器仿真信號發(fā)送到PC，后者根據(jù)從雙方收到的信號計算電機模型，計算電機的仿真速度，并通過HIL-EC控制電機、驅動凸輪和凸輪旋轉驅動電機。此外，電動機ECU從曲軸和凸輪中采集旋轉信號，并根據(jù)其自身的環(huán)仿真系統(tǒng)硬件閉合控制策略生成噴霧器電磁閥驅動信號。

2油門信號建模

供油量大小可由加速踏板傳感器信號反應，作為位置類傳感器，其數(shù)學模型成線性關系。位移量可以反映0-5V間連續(xù)可調電壓信號，由下式表示：

其中：V0—傳感器輸出電壓;K—位移系數(shù);S—位移量。

為便于應用到硬件在環(huán)仿真實驗臺使用過程中，用電位器來代替實際踏板。電位器滿量程為10KΩ，于是有以下電阻電壓換算：

3燃油計量單元模型

燃油計量單元是用于控制流入高壓油泵燃油的燃油量，通過ECU（ElectronicControlUnit）控制脈沖打開或關閉閥門保持軌道壓力的平衡。為了保證整個模型的實時性，燃油計量單元控制閥的工作特性由MAP形式給出：

式中：QFMU——通過燃油計量閥的燃油體積流量;neng——發(fā)動機轉速，r/min;Acor——當前電流值，mA。

軟件用戶界面設計

采用LabVIEW8.5在生態(tài)仿真系統(tǒng)的主程序中開發(fā)了高壓協(xié)同柴油機的ECU硬件。其中包括“軟件操作”菜單、尋呼標簽、系統(tǒng)名稱、“模擬顯示”頁和“軟件操作”菜單（在五個部分中選擇一個文本文件來存儲與系統(tǒng)運行時有關的數(shù)據(jù)），或退出軟件的選項?！阜猪摗鬼摵灴勺屇x取模擬的第1頁、模擬的第2頁或其中一個資料清單頁面做為模擬的主要顯示頁面。仿真?zhèn)?包含發(fā)動機轉速計、軸圖、溫度信號、指示燈、繼電器和開關信號。仿真?zhèn)?包含壓力信號、霍爾信號（轉速）、油磁驅動信號?！纲Y料清單」頁面使用多欄清單方塊來顯示系統(tǒng)作業(yè)期間的重要資料參數(shù)。軟件操作控制欄包括水平操縱桿開關、數(shù)據(jù)文件保存路徑、數(shù)據(jù)保存按鈕、加載初始參數(shù)按鈕、程序啟動/停止按鈕以及控制軟件操作的系統(tǒng)退出按鈕。

4軌道模型

軌道中的燃料流動主要由進入軌道和處于軌道中的燃料流動決定，這種流動由高壓泵、從輻射管流出的燃料流動和從軌道流出的燃料流動決定。在計算燃料壓力時，應考慮燃料物理特性變化的影響。柴油噴射過程非常快。因此，假設注射溫度保持不變，并且注射壓力僅隨注射壓力而變化。為了確保及時要求，通過系統(tǒng)實驗室的石油流量測量不同壓力下流出的流量。鐵路壓力計算如下：

式中：pp——軌道壓力;Qall——高壓油泵供體積油流量;Qinj——流出噴油器的體積流量;Qlos——損失流量由實驗MAP測試得到;K——此時燃油體積彈性模量。

5傳感器信號的發(fā)生

對于模擬輸入量，在本文中有進氣溫度、冷卻液溫度、油門踏板位置以及共軌壓力等信號。由式4知道，溫度傳感器輸出的物理量與電壓直間的換算關系，且為U的單一函數(shù)，在進行標定后進行函數(shù)擬合，得出進氣溫度和冷卻液溫度與電壓U之間的函數(shù)關系。并且兩路電壓量都在0-5V之間。為了保證輸出信號的可靠性，ECU同時檢測踏板內部2套滑動電阻，隨著踏板開度的增大，兩組信號線的輸出電壓也隨之增大，且在正常情況下始終保持電阻1的電壓為電阻2電壓的2倍。

6高壓共軌供油仿真模型

使用Simulink軟件環(huán)境中的MATLAB/Simulink軟件編譯高負荷燃油系統(tǒng)毛坯模型。為確保高壓油料系統(tǒng)的實時能力，采用氣缸倒運法建立了高壓儲罐泵的毛坯模型。型腔的燃油流量是根據(jù)已知物理參數(shù)計算的，結果放入機箱中，模塊模型由觸發(fā)存儲和讀取階段的角度確定，凸輪相位位置每2度存儲一次，索引值為180，索引間隔由速度和配置的步長間隔計算，存儲的燃油流量數(shù)據(jù)由讀取階段確定，并輸出值。該模型需要設置以下子模塊：角確定模塊、存儲數(shù)據(jù)模塊、讀取數(shù)據(jù)模塊、相位計算模塊等。

7軟件程序流程

發(fā)動機硬件不應在循環(huán)仿真系統(tǒng)中的單個仿真周期內過長，否則將忽略發(fā)動機的動態(tài)響應時間，這會影響系統(tǒng)的實時性能，并影響硬件丟失在循環(huán)仿真中的重要性。為此，開發(fā)了高性能柴油機ECU硬件在Echo仿真系統(tǒng)環(huán)境中采用多線程技術，作為其主要程序中的引擎仿真模型、用戶界面模塊、數(shù)據(jù)采集卡模塊和CAN通信模塊，同時作為四個獨立的while循環(huán)運行。round robin功能允許您設置模塊運行的優(yōu)先級，以確保整個系統(tǒng)的實時性能。如圖1所示，軟件操作分為軟件啟動、軟件初始化、程序啟動、程序退出和軟件退出等幾個部分。

8柴油機噴油量仿真測試

為了驗證柴油機毛坯模型中噴水裝置的可靠性，準確模擬高壓活塞式輸送系統(tǒng)中噴水裝置的噴水裝置設計，需要測試噴嘴模型。該測試控制器模塊采用PID油量控制器，通過轉速偏差控制筒體每周期的推力。柴油機仿真將25%轉速下的燃油量與實際轉速進行了比較。指定起點保持恒定，目標壓力來自軌道貼圖。仿真結果表明，油量小于實際誤差，表明從公共管道流出的燃油流量的計算值和實際值與實際值相匹配，以滿足后續(xù)測試。

結束語

本文提出了一種基于虛擬網(wǎng)格的LEACH改進算法。將無線傳感器網(wǎng)絡劃分為若干個網(wǎng)格，每個網(wǎng)格是一個簇，簇頭的選取考慮了剩余能量和距離，最后對本文算法進行了仿真，并與CEED算法和LEACH算法進行了比較。結果表明，本文提出的算法在平衡網(wǎng)絡能耗和延長網(wǎng)絡生存期方面具有很大的優(yōu)勢。但本文考慮的網(wǎng)絡簡單，傳感器節(jié)點同構，下一步實際應用中應考慮異構節(jié)點的情況。

參考文獻

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