MicroNova​将​LabVIEW FPGA​应用​于​全面、​精准​的​发动​机​仿真

Orazio Ragonesi, MicroNova AG

"系统​所​具有​的​紧凑​的​架构​非常​适合​汽车​测试。​LabVIEW​为​我们​带来​了​很多​额外​的​优势,​因为​它​使​我们​能​在​一个​更​小​的​空间​里​整合​更多​的​函数​和​接口,​具有​更高​的​精度,​而且​也​为​未来​的​高性能​应用​要求​提供​了​扩展​空间。"

- Orazio Ragonesi, MicroNova AG

挑战:

开发​一​款​紧凑、​高​精度​的​仿真​板​用于​发动​机​硬件​在​环​(Hardware-​in-​the-​loop, HIL)​测试。

解决​方案:

利用​NI LabVIEW FPGA​模​块​完成​一个​完整​的​HIL​发动​机​测试​环境​建​模,​仿真​多​达​12​缸​发动​机​的​运行​数据。

在​MicroNova,​我们​为​汽车​行业​的​测试​平台​(HIL​仿真)​提供​交​钥匙​的​完整​信息​系统,​包括​车身​配件、​信息​娱乐​系统、​底盘​以及​动力​传​动​系统​电子​控制​单元​(ECU)​的​测试​系统。

 

 

世界上​第一​款​12​缸​燃油​喷射​仿真器

我们​最近​开发​了​一种​创新、​灵活、​可​编​程​的​发动​机​HIL​仿真​板,​它​代表​了​汽车​仿真​领域​HIL​仿真​器​的​最新​进展。​使用NI LabVIEW FPGA​模块PXI-7831R​可​重​配置​I/​O​模块,​我们​开发​的​这​块​HIL​板​卡​模拟​了​多​达​12​缸​的​直接​喷​油​装置。​这​是​这样​的​仿真​第一次​得以​实现。​系统​所​具有​的​紧凑​的​架构​非常​适合​汽车​测试。LabVIEW为​我们​带来​了​很多​额外​的​优势,​因为​它​使​我们​能​在​一个​更​小​的​空间​里​整合​更多​的​函数​和​接口,​具有​更高​的​精度,​而且​也​为​未来​的​高性能​应用​要求​提供​了​扩展​空间。

 

开发​一​款​灵活、​多功能​的​发动​机​仿真器

发动​机​HIL​仿真​板​是​一个​完整​发动​机​HIL​仿真​器​的​基础。​对​发动​机​信号​的​高速​捕获​是​个​非常​复杂​的​过程,​所以​我们​需要​一个​专门​针对​该​任务​的​电路​板。​在​信号​捕获​环节​之后,​我们​还​会​将​这个​过程​获得​的​发动​机​数据​进行​调整,​以​用于​进一步​的​逻辑​处理。​然后,​利用​为​每​种​发动​机​特制​的​软件​模型,​我们​将​直接​在​板​上​对​信号​进行​评估,​以​确保​模拟​该​种​发动​机​所​必须​的​控制​调节​参数​可用。

 

我们​可以​触发​CPU​和​系统​中​其它​I/​O​板​卡,​并​同时​测量​曲轴​角度,​并与​系统​的​总​线​背​板​信号​同步。​我们​还​可以​利用​这些​信号​来​控制​外部​仪器​(例如​示波器)。

 

尽管​该​仿真​板​的​紧凑​型​架构​(标准​欧洲​板​的​大小)​体积​并不​大,​它​却​满足​了​快速​仿真​12​缸​发动​机​信号​的​所有​需求。​我们​能够​生成​和​重新​测量​所有​必要​的​发动​机​信号,​而且​仅​通过​调整​配置​就​可以​将​该​仿真​板​卡​用于​不同​气缸​数​的​发动​机。​所以,​可以​在​同​一块​仿真​板​卡​上​实现​不同​时间​不同​配置。

 

我们​的​仿真​板​产生​了​曲轴​输入​信号​和​多​达​四​个​任意​参数​的​独立​凸轮轴​输入​信号,​包括​在​仿真​输出“回​转”信号​的​基础​上​实现​可变​凸轮轴​控制,​以及​根据​控制器​位置​信号​实现“凸轮轴​调整”。

 

发动​机​的​HIL​仿真​板​能够​与​曲轴​的​转​角​同步​记录​其​燃油​喷射​总​次数​和​点火​角度,​并​把​它们​作为​HIL CPU​的​仿真​输入。​它​通过​模拟、​数字​和​脉冲​宽度​调制​(Pulse-​width modulator, PWM)​接口​获取​输入​信号,​并​通过​相同​数量​接口​类型​输出​变量。​爆​震​信号​的​仿真​则​是​由​一个​用户​定义​的​包含​六路​独立​传感器​变量​的​爆​震​函数​决定​的。​该​函数​的​输出​与​转​速​也有​关系。

 

我们​的​发动​机​HIL​仿真​板​的​优势​不仅​表现​在​它​紧凑​的​结构,​同时​也​体现​在​它​高度​的​准确​性​上。​在​没有​多​路​复​用​的​情况​下,​模拟​I/​O​通道​的​数字​模拟​转换​器​(Digital-​to-​analog converter, DAC)​将​信号​独立​地​转换​为​16​位​的​数据,​因而​保证​了​在​各​通道​独立​情况​下​实现​高​质量​的​信号。​输入​输出​转换​周期​短​也​为​未来​的​高性能​应用​提供​了​扩展​空间。

 

该​HIL​仿真​板​可能​的​应用​领域​包括​种类​繁多​的​各种​等级​发动​机,​例如:

  • 12​缸​V​型​发动​机,​拥有​非​限定​操作​所需​的​多种​气​阀​驱动​和​可​调​凸轮轴,​限定​操作​所需​的​两​个​节流阀、​六​个​爆​震​传感器,​以及​直接​燃油​喷射​装置
  • 6​缸​直列​发动​机,​拥有​非​限定​操作​所需​的​多种​气​阀​驱动​和​可​调​凸轮轴,​遏制​操作​所需​的​一个​节流阀、​三​个​爆​震​传感器,​以及​直接​燃油​喷射​装置
  • 4​缸​共​轨​柴油​直列​发动​机,​拥有​涡轮​增​压​机、​增​压​空气​冷却​器​以及​一个​节流阀
  • 2​缸​V​型​发动​机,​拥有​进​气管​喷射器、​两​个​爆​震​传感器,​和​两​个​节流阀​(摩托​车)。

 

我们​使用​LabVIEW​开发​的​这​款​发动​机​HIL​仿真​板​为​高​集成​度​设计,​在​发动​机​HIL​仿真​接口​方面​性能​优异。​通过​配置,​我们​可以​一种​灵活​无误​的​方式​最大​精度​地​捕获​发动​机​的​大​多数​高速​信号。​因此,​使用​这个 系统​高效​运行​测试,​发动​机​控制器​测试​的​质量​显著​提高。

 

作者​信息:

Orazio Ragonesi
​MicroNova AG
​Unterfelding 17
​Vierkirchen
​Germany
​Tel: 49 8139 9300 0
​Fax: 49 8139 9300 80
info@micronova.de

 

推荐​配置:

NI  LabVIEW FPGA​模块
​PXI-7831R 可​重​配置​I/​O​模块

Figure 1. ​ ​The Engine-​HIL Simulator Can Accommodate Several Integrated HIL-​Boards ​