[NI技术]开发一个快速控制原型平台来实现先进的发动机控制系统

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1、W7NATIONAL^INSTRUMENTS[Nl技术]开发一个快速控制原型平台来实现先进的发动机控制系统“结合NI数据采集（DAQ）硬件的LabVIEW开发系统为快速设计和开发可工作系统提供所有需要的工具。编写的代码所具有的灵活性和可移植性使其便于部署在不同平台上，如NlCompactRlOo”-E.Corti,TheChallenge:开发一个快速原型平台来实现内燃机实时控制系统，该控制系统可以处理通當由电子控制单元负责的所有任务,比如发动机位置感应、喷射、点火驱动以及与传感器的连接，以实现标准控制和诊断策賂和新的先逬控制算法的开发。TheSolution:使用具有现场可编程门阵列

2、（FPGA）的NlPXI-R系列多功能RIO模块和运行NlLabVIEW实时模块的NlPXI-8186嵌入式控制器来开发系统。该系统通过几个I/O板卡与发动机传感器相连，可处理与角両求和定时需求有关的时间关键型任务.以实现发动机位38监测以及根据喷射持续时间、相位和提前点火（SA）位置生成精确驱动。时间和信号的关系图Author（s）:E.Corti・L.Solieri・我们为内燃发动机开发了一个虚拟电控单元（VECU）•作为执行新发动机控制策略的灵活平台。我们需要复制现有ECU的所有功能.而且要添加故障生成、先进的燃烧诊断和实验算法等新功能。此外，在执行过程中我们必须实时调整大部分参

3、数。实现该系统需要采用一种基于快速原型技术的新方法。为了缩短开发时间，我们使用了由和模块组成的NI平台,使得LabVIEW可以生成FPGA代码并将代码部署至实时终端。系统驱动需求决定系绕架构的驱动需求有以下几个：平台必须在不同类型的发动机上运行，如火花点火（SI）发动机或压缩点火（CI）发动机；发动机位置感应的猜度必须高于0.1度;喷油定时的精度必须高于1MS;点火提前角必须精确到0.1度内；啖射模式没有限制，即单点喷射、多点喷肘、多嘴啖射、集中喷射均可实现；控制器的计算性能应可允许开发先逬的控制算法。R系列多功能RI0模块可用于监测曲轴转角位置。通过对来自常见位置传感器的角参考信号进

4、行处理来确定曲轴转角的猪确位置.常见位置传感88包括可变磁阻速度（VRS）传感器、孫尔效应传黑器或广泛应用的60-2齿轮传感器等组合传感器。FPGA的高速度使得系统能够识别125ns物理转换中的齿轮啮合。该系统主雯输出喷射和点火驱动信号——该信号功率较低.需要通过外部电源驱动进行放大。所有的执行器之间彼此独立驱动；我们测试并成功驱动了八缸发动机。每次燃烧,NIPXI-8186控制器的实时系统都会对每个汽缸每个循环的喷射持续时间和SA等驱动参数逬行估算。计算结果逬入FPGA的队列中，FPGA根摇所禹的角和定时精度执行这些计算结3LFPGA代码也可处理部分保护程序，以保护发动机部件、点火线

5、圈和喷油器。我们通常采用单周期定时循环结构来确保绝对满足时限要求。倍助FPGA上的高速模拟I/O,我们可以实现最高达200KHz的缸内压力信号高速处理，采集爆震评价指标、热释放速率和MFB趋势等信息。因此，我们能够开发高级控制策略.在不超过爆翼极限的前提下最大限度地提高指示平均有效压力（IMEP）、实现50%位雷控制和主动SA策珞。系统层级我们将系统结构划分为三层：FPGA、实时和图形化用户界面（GUI）。优先级最高以及时间关健塑任务在最底辰——FPGA层，最低优先级的功能位于用户界面层。GUI不在实时系统上运行，而是通过以太网来远程连接，对于VECU运行来说并不是必要的。图形化用户界

6、面的主要任务是低频数据记录和系统管理,包括与实时端逬行交互来更改AFR目标、SA和故障感应等参数。主机的故障并不会影响到发动机控制系统。底层应用程序在phariap实时操作系统和FPGA上运行，主机GUI几乎可以在任何设备上部署：Windows电脑、Linux电脑或掌上电脑。为了评估系统的有效性，我们对玛莎拉蒂V83.2升涡轮増压发动机（AM585）进行了广泛的测试。我们发现时延为125ns时,我们可以准确地定位发动机的相位和位置，实现量长可持续65ms.精度达1ps的多点独立喷射，而且在箱度超过0.1度的条件下SOI是可以选择的。我们还发现点火提前角位置的精度优于0.1度：高速、实时

7、的模拟信号处理是可行的：NlPXI-8186的计算能力可实现先逬的控制策賂和新的算法：采用开环和基于映射的控制策賂.CPU在6,000rpm转速下的负载低于20%;FPGA可使用百万门级芯片中90%的门。如果板卡的模拟功能并不是必要的，那么数字NlPXI-R系列是一个更具有成本效益的替代品。成功的开发及后期的系统修正作为开发虚拟发动机控制单元（ECU）的基础，NI硬件和软件的功能已经通过我们的快速控制原塑（RCP）系绕得到验证.包括FPGA在处