CN102540905B - 一种发动机爆震模拟信号产生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机爆震模拟信号产生装置，包括宿主机，目标机和I/O接口模块，所述宿主机和目标机通过TCP/IP协议连接，所述目标机和I/O接口模块通过PCI总线连接；所述宿主机用于控制爆震信号发生的开始和终止，可实时调节信号的频率和幅值；所述目标机用于产生阻尼衰减的类正弦波数字信号；所述I/O接口模块用于将数字信号转换成模拟信号输出到ECU模块，产生信号精确、结构简单，能够在发动提管理系统测试中灵活调节爆震信号，使用方便，通用性好。

Description

一种发动机爆震模拟信号产生方法
技术领域
本发明涉及信号模拟产生领域，尤其是涉及一种发动机爆震模拟信号产生方法及其装置。
背景技术
爆震是发动机运行过程中的一种不正常燃烧现象。发生爆震原因可归结为终燃混合气的快速自燃，即远离火花塞的部分可燃混合气在被正常点燃前自行燃烧。强烈爆震会对发动机工作产生不利影响，导致输出功率和热效率降低，发动机过热，甚至使气缸盖、活塞发生局部金属变软或烧损。因此，在发动机管理系统中需要对爆震做针对性处理。
在现代车用发动机管理系统研究中，为了提高ECU(Electronic Control Unit)电子控制单元，开发效率和精确性，汽车电子系统开发提出了基于模型的现代开发流程V模式开发流程，V模式中采用硬件在环仿真(Hardware In-the-Loop Simulation，HILS)的开发方法：即为了测试ECU性能，在进行整体系统的仿真测试时，控制器采用真实的ECU，被控对象和系统运行环境可以全部或部分采用实时数学模型来模拟。
在发动机管理系统HILS中需要对爆震信号进行模拟。目前，模拟爆震信号的方法大致有以下3种：第一种是通过人为敲击产生振动信号来模拟，这种方法最为简单，但是频率上达不到爆震率的范围要求，而且不具有可重复性；第二种是用真实的化学模型和分子混合模型进行数值模拟，这种方法最为逼真，但过于复杂。第三种是采用普通的信号发生器产生频率和幅值可调的方波信号，这种方法虽然在频率和复制上满足要求，但实际的爆震信号为衰减的类正弦波，与该方法产生的信号差别较大。因此，以上几种方法都不能很好地满足发动机管理系统开发测试的要求。
发明内容
本发明针对目前爆震信号模拟装置的不足，提出一种结构简单、信号可调并且可重复再现的爆震模拟信号产生方法及其装置。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下；
一种发动机爆震模拟信号产生装置，包括宿主机，目标机和I/O接口模块，所述宿主机和目标机通过TCP/IP协议连接，所述目标机和I/O接口模块通过PCI总线连接；所述宿主机用于控制爆震信号发生的开始和终止，可实时调节信号的频率和幅值；所述目标机用于产生阻尼衰减的类正弦波数字信号；所述I/O接口模块用于将数字信号转换成模拟信号输出到ECU模块。
一种发动机爆震模拟信号产生方法，包括如下步骤：首先在宿主机中的Matlab/Simulink中搭建爆震发生器模型，再编译后下到所述目标机运行产生数字信号，最后由I/O接口模块产生模拟信号。
进一步的，在Matlab/Simulink中建立爆震信号发生器模型，建立阻尼衰减的类正弦波信号模拟产生爆震信号，所述正弦波的表达式如公式(a)：
U(t)＝a*e-2πfdt*cos(2πft)+Noise             (a) 
公式(a)中U为爆震信号电压值，a为该类正弦函数最大振幅，f为爆震频率，d为衰减阻尼系数，t为时间，Noise为噪声信号；将公式(a)中电压-时间对应关系改成电压-曲轴转角的关系，所述表达式如公式(b)：
(b)
公式(b)中 为当前曲轴转角其角度为0～4π， 为设定的爆震发生初始角，ω为当前发动机转速，单位rad/s，
当曲轴转角处于设定的爆震起始角 和爆震终止角 之间时，所述爆震信号发生器模型模拟产生爆震信号，信号波形表达式如公式(b)；曲轴转角 不处于设定的爆震发生角度区间时，所述爆震信号发生器模型不产生模拟爆震信号波形，即只产生噪声信号波形。
进一步的，所述宿主机可实时修改所述爆震信号发生器模型中设定的爆震幅值、频率、衰减阻尼及爆震发生起始和终止角，在模型运行时所述目标机可以实时按照修改后的参数进行对应的改变。
本发明的有益效果主要表现在：产生信号精确、结构简单，能够在发动提管理系统测试中灵活调节爆震信号，使用方便，通用性好。
附图说明
图1是本发明装置框图；
图2是爆震信号发生器模型逻辑结构图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
如附图1所示，一种发动机爆震模拟信号的发生装置，所述发生装置包括：宿主机中建立爆震模拟信号发生器模型，并编写PCI1727板卡的驱动程序，在MATALB/Simulink下产生相应的PCI1727板卡的AO接口，使用Matlab/RTW工具箱生成目标代码，将代码通过TCP/TP下载到目标机上。代码在目标机中运行时，宿主机实时监控运行状态，并可实时修改每一个发动机工作循环的爆震起始和终止角度、爆震频率、阻尼系数及振幅，具体方法如下：使用Matlab/Xpcexplore，宿主机与目标机连接，将目标代码下到目标机后运行，在explore下模型描述文件中修改爆震模型振幅、频率、阻尼参数值，即可产生不同强度、类型的爆震模拟信号。
2)目标机将宿主机编译的目标代码实时运行，产生数字爆震信号波形，再通过PCI总线，由I/O接口模块，即PCI1727板卡的AO接口(模拟信号输出接口)转换成相应的模拟信号输出。
在Matlab/Simulink中建立爆震信号发生器模型中，建立阻尼衰减的类正弦波信号模拟产生爆震信号，所述类正弦波的表达式如下(a)：
U(t)＝a*e-2πfdt*cos(2πft)+Noise               (a) 
式(a)中U为爆震信号电压值，a为该类正弦函数最大振幅，f为爆震频率，d为衰减阻尼系数，t为时间，Noise为噪声信号。
由于发动机爆震发生在发动机工作工程压缩上止点附近，爆震发生时间应该和发动机曲轴转角相对应，因此，要将式(a)中电压(U)-时间(t)对应关系改成电压(U)-曲轴转角(0-4π)，所述表达式如下(b)：
(b)
式(b)中 为当前曲轴转角，其范围在0～4π， 为设定的爆震发生初始角，ω为当前发动机转速，单位rad/s。
如图2所示，当曲轴转角处于设定的爆震起始角 和爆震终止角 之间时，爆震信号发生器模型模拟产生爆震信号，信号波形表达式如式(b)；曲轴转角不处于设定的爆震发生角度区间时，爆震信号发生器模型不产生模拟爆震信号波形，即只产生噪声信号波形。
如图2中第二步所示，可在爆震信号发生器模型中设定爆震幅值、频率、衰减阻尼及爆震发生起始和终止角，在爆震信号发生器模型运行时目标机可同样可以实时改变。
具体步骤包括：编写PCI1727板卡在Xpc Target下的驱动程序(Xpc Target是一种高性能的主机—目标机构原型环境，它能把Simulink模型和物理系统连接起来并在低成本的PC硬件上实时运行。利用xPC Target可以在主机上设计模型，并用Real-Time Workshop自动生成代码，最后下载到运行xPC Target实时内核的PC机上。)在MATALB/Simulink下产生相应的PCI1727板卡的AO接口，将其与所述爆震信号发生器模型连接；配置RTW(Real-Time Workshop)环境生 成目标代码，将生成的目标代码下载到目标机上，实时运算，并在PCI1727板卡的AO接口中输出模拟信号。
对于本发明，一种爆震模拟信号的产生方法及其装置，在开发和测试发动机管理系统时，可以产生不同振幅强度和频率的多种爆震模拟信号，使得验证的覆盖面更加广泛，而且可以通过重复产生相同信号对系统进行多次验证。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (2)

1.一种发动机爆震模拟信号产生方法，其特征在于，包括宿主机，目标机和I/O接口模块，所述宿主机和目标机通过TCP/IP协议连接，所述目标机和I/O接口模块通过PCI总线连接；所述宿主机用于控制爆震信号发生的开始和终止，可实时调节信号的频率和幅值；所述目标机用于产生阻尼衰减的类正弦波数字信号；所述I/O接口模块用于将数字信号转换成模拟信号输出到ECU模块，包括如下步骤：首先在宿主机中的Matlab/Simulink中搭建爆震信号发生器模型，再编译后下到所述目标机运行产生数字信号，最后由I/O接口模块产生模拟信号；在Matlab/Simulink中建立爆震信号发生器模型，建立阻尼衰减的类正弦波信号模拟产生爆震信号，所述类正弦波的表达式如公式(a)：
U(t)＝a*e-2πfdt*cos(2πft)+Noise       (a)
公式(a)中U为爆震信号电压值，a为该类正弦函数最大振幅，f为爆震频率，d为衰减阻尼系数，t为时间，Noise为噪声信号；将公式(a)中电压-时间对应关系改成电压-曲轴转角的关系，所述表达式如公式(b)：
公式(b)中为当前曲轴转角其角度为0～4π，为设定的爆震发生初始角，ω为当前发动机转速，单位rad/s，
当曲轴转角处于设定的爆震起始角和爆震终止角之间时，所述爆震信号发生器模型模拟产生爆震信号，信号波形表达式如公式(b)；曲轴转角不处于设定的爆震发生角度区间时，所述爆震信号发生器模型不产生模拟爆震信号波形，即只产生噪声信号波形。
2.根据权利要求1所述的一种发动机爆震模拟信号产生方法，其特征在于，所述宿主机可实时修改所述爆震信号发生器模型中设定的爆震幅值、频率、衰减阻尼及爆震发生起始和终止角，在模型运行时所述目标机可以实时按照修改后的参数进行对应的改变。
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