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发动机电子控制半实物仿真试验平台的开发
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发动机电子控制半实物仿真试验平台的开发

  现代汽车发动机电子控制系统中,发动机ECU需要实现控制点火提前角、喷油时间等复杂的功能。以往传统的发动机电控系统的设计开发方法需要大量的试验来摸索控制规律,开发周期较长。半实物仿真技术把实车利用硬件接口电路嵌入到模型环境中去,模拟整个系统的运行状态,把实物汽车和虚拟信号有机结合在一起,可有效降低发动机ECU 开发成本、缩短开发周期。目前比较流行的半实物仿真开发工具主要有:dSPACE 产品、xPC Target 产品以及Labview2RT 等。但dSPACE 开发工具价格昂贵,xPC Target 开发工具所使用的数据采集板卡给使用带来诸多不便。本文通过自制的数据采集和模拟电路,配合使用串行口通讯代替上述开发工具,降低了开发费用,增加了使用的灵活性。

  ……

  1 半实物仿真试验平台的总体方案

  所建立的半实物仿真试验台架的总体方案如图1 所示。该平台由Jetta AT1.6 实车发动机硬件系统、基于ARM 微处理器的实时硬件系统和基于Matlab/Simulink 的发动机半实物仿真模型三个主要部分组成。

 

  

 

  在该系统中,用Simulink 建立发动机半实物仿真模型, 根据从实车发动机采集来的发动机的运行状态信号计算和调整喷油时间和点火提前角。通过Matlab 提供的串口通讯读写函数编写C-Mex通讯模块并封装为S 函数供仿真模型调用, 以实现模型与实时硬件之间的数据交换。基于ARM 微处理器LPC2119 设计了发动机实时数据采集和模拟电路, 以实时采集发动机的信息并模拟其运行环境。

  通过改变不同的仿真模型参数, 即可在PC 上位机中实时观察到发动机点火提前角和喷油时间的变化情况。模型处理结果还能与实车运行结果进行比对,从而验证所建模型的正确性。

  2 半实物仿真试验平台的设计

  2.1 实时硬件系统

  针对汽油机而设计的半实物仿真实时硬件系统的功能及组成如下:

  1)信号模拟:根据模型运算结果,模拟产生电控系统所需要的输入信号,模拟其运行环境。

  2)数据采集:实时采集所需的发动机各种状态信号,通过接口电路送给仿真模型进行处理。

  3)高速通讯:实现模型与实时硬件之间实时高速的数据交换。

  ……

  作为实车与仿真模型之间数据交换的接口,发动机实时数据采集和传感器信号模拟电路要求有很高的实时性,即要求有很高的数据处理、通讯速度。一般的8 位单片机很难满足要求。因此,我们采用了飞利浦公司生产的32 位ARM7 处理器内核的

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