MicroNova​使用​LabVIEW FPGA​进行​精准​而​全面​的​发动​机​仿真

Orazio Ragonesi,​MicroNova AG

“这​是​我们​率先​开发​的​能够​进行​此类​仿真​的​板​卡。​此外,​这种​紧凑​的​架构​非常​适合​移动​的​汽车​测试。​借助​LabVIEW,​我们​还​整合​了​其他​一些​优势,​包括​在​更​小​的​空间​内​集成​更多​的​功能​和​接口,​能够​达到​更高​的​精度​和​性能,​这些​都​为​未来​的​应用​打下​了​坚实​的​基础。”

- Orazio Ragonesi,​MicroNova AG

挑战:

开发​用于​发动​机​硬件​在​环​(HIL)​测试​的​紧凑​型​高​精度​板​卡。

解决​方案:

使用​NI LabVIEW FPGA​模​块,​在​完整​的​HIL​测试​环境​下​对​发动​机​进行​建​模,​以​构​建​发动​机​HIL​仿真​器,​从而​对​最高​12​缸​的​发动​机​数据​进行​仿真。

MicroNova​是​NI​的​合作​伙伴,在MicroNova,​我们​致力​于​为​汽车​行业​测试​工作​台​的​自动​化​(HIL​仿真)​生产​完整​的​信息​娱乐​系统,​包括​用于​分​块​车身、​信息​娱乐、​底盘​以及​动力​总​成​电力​电子​控制​单元​(ECU)​测试​的​系统。

 

 

率先​开发​12​缸​喷​油​器​仿真器

我们​最近​开发​了一​款​全新​的、​灵活​的​可​编​程​发动​机​HIL​板​卡,​它​代表​了​自动​化​和​仿真​领域​HIL​仿真​器​技术​的​最新​进步。​我们​使用NI LabVIEW FPGA​模块和​NI PXI-​R​系列​可​重​配置​I/​O​模​块​开发​了​该​板​卡,​用​来​仿真​最多​12​个​气缸​的​直​喷​式​喷​油​器。​这​是​我们​率先​开发​的​能够​进行​此类​仿真​的​板​卡。​此外,​这种​紧凑​的​架构​非常​适合​移动​的​汽车​测试。​借助LabVIEW,​我们​还​整合​了​其他​一些​优势,​包括​在​更​小​的​空间​内​集成​更多​的​功能​和​接口,​能够​达到​更高​的​精度​和​性能,​这些​都​为​未来​的​应用​打下​了​坚实​的​基础。

 

开发​灵活​的​多功能​发动​机​仿真器

发动​机​HIL​板​卡​是​完整​发动​机​HIL​仿真​器​的​基础。​使用​传感器​捕获​发动​机​的​高速​信号​是​一个​非常​复杂​的​过程,​因此​我们​需要​一个​板​卡​来​完成​这项​任务。​传感器​捕获​信号​后,​我们​需要​对​该​过程​生成​的​发动​机​数据​进行​物理​调理,​以​进行​进一步​的​逻辑​处理。​之后​我们​使用​一个​专​为​各类​发动​机​开发​的​软件​模型,​直接​在​板​卡​上​面对​信号​进行​评估,​以​确保​能够​控制​和​调整​仿真​特定​发动​机​所需​的​参数。

 

我们​能够​触发​CPU、​系统​中的​其他​I/​O​板​卡​以及​曲轴​角度,​并​在​整个​系统​范围​内​通过​背​板​总​线​的​信号​实现​同步。​我们​还​可以​使用​这些​信号​来​控制​外部​仪器​(例如​示波器)。

 

尽管​该​板​卡​具有​紧凑​的​架构​(尺寸​为​标准​的​欧洲​板​卡​尺寸),​但​仍​能够​满足​12​缸​发动​机​高速​信号​的​所有​需求。​我们​能够​提供​并​重新​测量​所有​需要​的​发动​机​信号,​而且​只需​通过​配置​就​可​使​板​卡​适应​不同​数量​的​气缸。 因此,​同​一块​板​可以​在​不同​时间​使用​不同​的​配置。

 

我们​的​板​卡​能够​生成​具有​任意​给​定​特性​的​曲轴​输入​信号​以及​多​达​四​个​独立​凸轮轴​输入​信号,​这些​特性​包括​基于“转​速”(revolution)​仿真​输出​结果​的​可变​凸轮轴​控制,​以及​控制器​位置​信号“凸轮轴​调整”。

 

发动​机​HIL​板​卡​可以​在​记录​曲轴​角度​的​同时​同步​记录​所有​的​喷​油​时间​和​点火​角度,​并​将​这些​数据​提供​给​HIL CPU​作为​仿真​输入。​发动​机​HIL​板​卡​通过​模拟、​数字​以及​脉​宽​调制​器​(PWM)​接口​采集​输入​信号,​并​通过​相同​数量​的​接口​输出​变量​数据。 爆​震​信号​的​仿真​则​是在​多​达​6​个​独立​传感器​上​根据​用户​定义​的​爆​震​函数​产生​基于​转​速​的​输出​信号​来​实现​的。

 

我们​的​发动​机​HIL​板​卡​的​优势​不仅​在于​紧凑​的​架构,​还​在于​其​超高​的​精度。

 

模拟​I/​O​的​数​模​转换​器​(DAC)​具有​高达​16​位​的​分辨​率,​无​需​多​路​复​用​器​也​可​独立​工作,​更大​程度​保证​了​通道​间​的​隔离,​进而​保证​了​信号​的​质量。​输入​和​输出​之间​的​快速​转换​周期​为​未来​的​高性能​应用​打下​了​基础。

 

可能​的​应用​领域​包括​不同​量​级​的​各种​发动​机,​例如:

  • 12​缸​V​型​发动​机:​带​可变​气门​驱动​和​凸轮轴​调节,​可​无​限制​运行,​两​个​节流阀​用于​控制​运行,​六​个​爆​震​传感器,​直​喷​式​燃油​喷射

  • 6​缸​直列​发动​机:​带​可变​气门​驱动​和​可变​凸轮轴​调节,​可​无​限制​运行,​一个​节流阀​用于​控制​运行,​三​个​爆​震​传感器,​直​喷​式​燃油​喷射

  • 4​缸​共​轨​嵌入式​柴油​发动​机:​带有​涡轮​增​压​器,​涡轮​中​冷​器,​一个​节​气门

  • 2​缸​V​型​发动​机:​进​气​歧​管​喷射,​两​个​爆​震​传感器,​两​个​节​气门​(摩托​车​用​发动​机)

 

我们​使用​LabVIEW​开发​的​这​款​发动​机​HIL​板​卡​具有​高度​集成​性,​并且​能够​为​发动​机​HIL​仿真​器​接口​提供​精准​的​性能​参数。​通过​配置,​我们​能够​轻松、​灵活​地​以​最高​测量​精度​采集​大​多数​类型​的​发动​机​的​高速​信号。​由于​我们​能够​在​同一​系统​中​高效​地​实现​这些​测试,​最终​发动​机​控制器​的​测试​质量​也​将​不断​提高。

 

作者​信息:

Orazio Ragonesi
​MicroNova AG
​Unterfelding 17
​Vierkirchen
​Germany
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图​1. ​ ​发动​机​HIL​仿真​器​可以​容纳​多个​集成​式​HIL​板​卡 ​