汽油/CNG兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)ECU在環(huán)仿真

　　技術(shù)路線

　　技術(shù)路線如圖1所示，先根據(jù)各個(gè)子模型的控制策略，建立發(fā)動(dòng)機(jī)ECU模型，獲得初始的點(diǎn)火提前角MAP圖，然后進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化模型和蟻群算法策略，得出新MAP圖，并將其寫入燃?xì)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/ECU">ECU，進(jìn)行驗(yàn)證。

　　利用兩用燃料汽車在瞬態(tài)工況下進(jìn)行的底盤測(cè)功排放實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、三種有害排放物與點(diǎn)火提前角(或空燃比)的單目標(biāo)函數(shù);建立多目標(biāo)優(yōu)化的綜合目標(biāo)函數(shù);在Matlab環(huán)境下進(jìn)行基于智能算法(多目標(biāo)蟻群遺傳算法)的優(yōu)化;獲得新的MAP圖，并將其寫入發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，進(jìn)行驗(yàn)證。

　　發(fā)動(dòng)機(jī)模型和軟件仿真

　　發(fā)動(dòng)機(jī)平均值建模的概念最早由Rasmussen提出，經(jīng)過Powell等人的發(fā)展，最后由Hendricks進(jìn)行系統(tǒng)化的歸納和提煉給出了模型結(jié)構(gòu)和通用表達(dá)形式。它采用數(shù)個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中變量的平均值來描述發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)過程，均值模型也由此得名。現(xiàn)在最為常見和通用的均值模型由三個(gè)子系統(tǒng)模型構(gòu)成，即進(jìn)氣歧管空氣流量子模型、燃油蒸發(fā)與流動(dòng)子模型和動(dòng)力輸出子模型。

　　以某品牌兩用燃料四缸汽油機(jī)電控系統(tǒng)為研究對(duì)象，用Simulink構(gòu)建了以平均值模型為基礎(chǔ)的發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)模型，主要是發(fā)動(dòng)機(jī)ECU綜合仿真模型和發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)模型，包括了進(jìn)氣模塊、燃油模塊、曲軸模塊，傳感器模塊以及空燃比控制、點(diǎn)火提前角控制模塊、測(cè)功器模塊(負(fù)載調(diào)節(jié)器模塊)和排放模塊等。其中，排放模塊是根據(jù)廣東某檢測(cè)站在用汽車瞬態(tài)工況法底盤測(cè)功檢測(cè)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，構(gòu)建的空燃比、點(diǎn)火提前角與排放回歸關(guān)系的模型。

　　系統(tǒng)原理

　　基于PXI的ECU快速原型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2(a)所示， CompactRIO構(gòu)成的ECU快速原型為被測(cè)模型，PXI則是測(cè)試系統(tǒng)。將ECU控制器模型[11]下載到實(shí)時(shí)硬件平臺(tái)——CompactRIO以后，CompactRIO就相當(dāng)于一臺(tái)虛擬ECU，通過I/O口連接至PXI系統(tǒng)。PXI系統(tǒng)可以仿真溫度傳感器、曲軸傳感器、節(jié)氣門開度等信號(hào)，并測(cè)量虛擬ECU輸出的數(shù)據(jù)。

　　基于PXI的真實(shí)ECU在環(huán)仿真結(jié)構(gòu)如圖2(b)所示，真實(shí)ECU模型在通過快速原型環(huán)節(jié)驗(yàn)證之后，將該模型生成的代碼下載到ECU，并對(duì)所產(chǎn)生的目標(biāo)代碼進(jìn)行測(cè)試。由PXI系統(tǒng)數(shù)字采集卡輸出高速可調(diào)脈沖作為ECU的曲軸脈沖和凸輪軸脈沖輸入，ECU經(jīng)過優(yōu)化策略的計(jì)算輸出點(diǎn)火脈寬信號(hào)和噴油脈寬信號(hào)給PXI系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)硬件環(huán)境的構(gòu)建

　　基于PXI的ECU快速原型系統(tǒng)硬件

　　本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)連接圖如圖3(a)所示。例如，PXI系統(tǒng)為ECU快速原型中AI MOD1/TC0 提供熱電偶溫度(發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、油溫、環(huán)境溫度等)和采集AO MOD3/AO0 轉(zhuǎn)速信號(hào)。

　　(a) ECU快速原型 (b)真實(shí)ECU在環(huán)仿真

　　圖3 基于PXI的ECU在環(huán)仿真系統(tǒng)硬件連接