汽油/CNG兩用燃料發(fā)動機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)各個子模型的控制策略，建立發(fā)動機ECU模型，獲得初始的點火提前角MAP圖，然后進行多目標優(yōu)化模型和蟻群算法策略，得出新MAP圖，并將其寫入燃氣ECU，進行驗證。

　　利用兩用燃料汽車在瞬態(tài)工況下進行的底盤測功排放實驗數(shù)據(jù)，建立發(fā)動機扭矩、三種有害排放物與點火提前角(或空燃比)的單目標函數(shù);建立多目標優(yōu)化的綜合目標函數(shù);在Matlab環(huán)境下進行基于智能算法(多目標蟻群遺傳算法)的優(yōu)化;獲得新的MAP圖，并將其寫入發(fā)動機ECU，進行驗證。

　　發(fā)動機模型和軟件仿真

　　發(fā)動機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)和通用表達形式。它采用數(shù)個發(fā)動機循環(huán)中變量的平均值來描述發(fā)動機的動態(tài)過程，均值模型也由此得名?，F(xiàn)在最為常見和通用的均值模型由三個子系統(tǒng)模型構(gòu)成，即進氣歧管空氣流量子模型、燃油蒸發(fā)與流動子模型和動力輸出子模型。

　　以某品牌兩用燃料四缸汽油機電控系統(tǒng)為研究對象，用Simulink構(gòu)建了以平均值模型為基礎(chǔ)的發(fā)動機電控系統(tǒng)模型，主要是發(fā)動機ECU綜合仿真模型和發(fā)動機標定系統(tǒng)模型，包括了進氣模塊、燃油模塊、曲軸模塊，傳感器模塊以及空燃比控制、點火提前角控制模塊、測功器模塊(負載調(diào)節(jié)器模塊)和排放模塊等。其中，排放模塊是根據(jù)廣東某檢測站在用汽車瞬態(tài)工況法底盤測功檢測實驗基礎(chǔ)上，構(gòu)建的空燃比、點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快速原型為被測模型，PXI則是測試系統(tǒng)。將ECU控制器模型[11]下載到實時硬件平臺——CompactRIO以后，CompactRIO就相當于一臺虛擬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，并測量虛擬ECU輸出的數(shù)據(jù)。

　　基于PXI的真實ECU在環(huán)仿真結(jié)構(gòu)如圖2(b)所示，真實ECU模型在通過快速原型環(huán)節(jié)驗證之后，將該模型生成的代碼下載到ECU，并對所產(chǎn)生的目標代碼進行測試。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)化策略的計算輸出點火脈寬信號和噴油脈寬信號給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

　　本實驗系統(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)動機水溫、油溫、環(huán)境溫度等)和采集AO MOD3/AO0 轉(zhuǎn)速信號。

　　(a) ECU快速原型 (b)真實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