发动机实时模型在ECU硬件在环测试平台中的应用与研究

摘要

计算机仿真在发动机控制系统的开发过程中发挥的作用越来越大。目前，ECU的开发设计流程普遍采用基于“V模式”开发平台，本文所研究的发动机实时模型就是V流程开发过程中的一个重要环节：ECU硬件在回路仿真测试的组成部分。
　　 在对发动机的各种建模方法作了全面的研究和比较后，同时考虑了ECU硬件在环仿真对于实时模型的性能要求，本文采用较为成熟和完善的发动机平均值模型作为建模的理论基础。并对排量为1.342升的汽油机建立了完整的发动机实时模型。
　　 本文首先建立了进气管空气动态模型，燃油蒸发和流动动态模型和动力输出模型。在此基础上，对发动机冷却系统、排放系统也建立了初步的平均值模型，对于涡轮增压、可变气门正时等新技术在汽油机上的应用，本文也尝试性地建立了相关计算模型，使得整个发动机实时模型更加完整。同时，在模型架构和仿真运用上，本文创新性地将其分为模型结构体和数据结构体，使得模型物理意义更加清晰，确保了HIL系统设计中最为重要的实时性和精确性。
　　 通过发动机稳态试验，对所建立的汽油机平均值模型进行了参数辨识和模型验证。系统离线仿真和在线仿真结果比对表明，本文所建立的汽油机实时模型合理可行，其实时性能够满足HIL在线仿真的要求，进气歧管压力、进气管空气质量流量、发动机转速和扭矩等主要特性的仿真精度均在5％以内，并且在优化模型参数配置后可进一步提高仿真模型精度。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第1章 绪论

1.1 硬件在环(HIL)仿真测试技术在ECU开发中的应用与发展

1.2 硬件在环仿真系统的国内外研究现状

1.2.1 国外硬件在环仿真系统的研究现状

1.2.2 国内硬件在环仿真系统的研究现状

1.3 发动机模型的研究现状

1.4 本文主要内容

第2章 发动机平均值模型的搭建

2.1 发动机模型软件整体架构及需求分析

2.1.1 模型结构体

2.1.2 数据结构体

2.2 进气管空气特性计算模型

2.2.1 节气门处空气流量计算模型

2.2.2 进气口空气流量计算模型

2.2.3 进气压力计算模型

2.3 燃油系统计算模型

2.3.1 燃油蒸发与燃油流动计算模型

2.3.2 油耗计算模型

2.3.3 电子燃油泵计算模型

2.3.4 燃油压力计算模型

2.3.5 喷油器计算模型

2.4 动力输出模型

2.5 冷却系统计算模型

2.5.1 发动机部分计算模型

2.5.2 节温器计算模型

2.5.3 散热器计算模型

2.5.4 水泵计算模型

2.5.5 空气通道内气体换热计算模型

2.5.6 冷却风扇模型

2.6 发动机排放模型

2.6.1 碳氢化合物(HC)排放模型

2.6.2 一氧化碳(CO)排放模型

2.7 其他发动机附属机构的计算模型

2.7.1 涡轮增压器计算模型

2.7.2 可变气门正时执行机构模型

第3章 模型参数化配置

3.1 台架试验系统介绍

3.2 进气管空气动态特性模型参数辨识

3.3 燃油动态特性模型参数辨识

3.3.1 喷油器特性相关参数辨识

3.3.2 进气道油膜模型参数辨识

3.4 动力输出模型相关参数辨识

第4章 模型验证

4.1 进气管空气动态模型验证

4.2 进气管燃油动态特性模型验证

4.3 动力输出模型验证

4.4 HIL在线仿真测试

4.4.1 基于PXI的硬件在环仿真平台系统架构

4.4.2 HIL在线仿真

第5章 全文总结与工作展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

作者简历