CN103699035A - 一种车用发动机硬件在环仿真过程中的信号匹配方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车用发动机硬件在环仿真过程中使用的信号匹配方法及装置，建立在已有的发动机硬件在环仿真系统的背景和基础上，在目标机和发动机ECU控制器之间设置信号匹配电路，分别对低速信号和高速信号进行匹配处理；主要解决车用发动机硬件在环仿真中目标机数据采集卡与发动机ECU控制器之间的信号匹配问题，不仅能实现电平转换，还能利用硬件完成仿真过程中高速信号的生成和采集，可以有效降低仿真对硬件在环仿真平台性能的要求，可利用较低配置的仿真平台，实现模型以较短步长进行的实时仿真。

Description

一种车用发动机硬件在环仿真过程中的信号匹配方法及装置

技术领域

本发明涉及一种车用发动机硬件在环仿真测试技术领域，具体涉及一种车用发动机硬件在环仿真过程中的信号匹配方法及装置。

背景技术

现代汽车电子开发流程往往采用V字型模式，相比传统的开发流程具有开发效率高，省时、省力、开发风险低的优点，硬件在环仿真属于V字型开发流程中的一个环节。在车用发动机控制系统的开发过程中，利用硬件在环仿真的技术主要是指利用发动机实时仿真模型代替实物发动机作为控制对象，通过数据采集卡或者其他类型的接口转换电路将仿真模型的运行结果转换成真实电信号，与真实发动机ECU控制器连接调试。

已知发动机的仿真模型有很多种，其中应用广泛且具有代表性的仿真方法有两种。一种是基于计算流体动力学(CFD)的建模方法如GT-Power、AVLBOOSTre、Fluent、KIVA等商业软件，其主要关注发动机工作过程中的流体的流动特性和燃烧状态，适用于对发动机工作过程的模拟计算以及性能的预测和评价，但是由于其复杂的求解过程不具有实时性，在应用中不适用于控制系统的设计与实现。另一种是基于平均值模型思想的建模方法，该模型忽略了不同曲轴转角所对应的缸内变化，采用数个发动机循环中变量的平均值来描述发动机的动态过程，通过进气歧管压力模型、燃油蒸发与补偿模型、动力输出模型，描述发动机瞬态和稳态的工作状态，如dSPACE公司的发动机实时模型、TESIS公司提供的enDYNA发动机模型、SimuQuest公司提供的Enginuity等商业模型以及国内外学者在Matlab Simulink平台上搭建的自有模型，但是这些模型的实时仿真需要依赖实时仿真平台，是发动机控制系统开发中硬件在环仿真的主要技术方法。

发动机控制过程中需要依赖各种传感器的信号，但是发动机仿真模型重点关注的是基于发动机工作机理过程的参数计算，相对于传感器信号的更新过程属于宏观表象，其反映了发动机多个工作循环过程中的平均现象。而表征发动机运行过程中的曲轴、凸轮轴传感器、喷油器驱动、点火线圈驱动脉冲信号重点表征一共工作循环内的控制过程，其信号的更新频率远高于发动机仿真模型所描述的发动机参数更新频率，因此相对于发动机仿真模型可以定义为高速信号，其他类型的传感器和执行器信号数据更新频率可以与发动机仿真模型的数据频率一致，定义为低速信号。

真实发动机ECU控制器需要依赖同步的发动机曲轴、凸轮轴传感器信号实现发动机曲轴位置以及判缸功能的实现，计算发动机实际转速，并在此基础上控制喷油和点火时刻。而发动机仿真工具包往往忽略发动机的微观变化情况，与实际发动机运行所能测量的传感器信号之间存在差别：仿真生成的数据直接是发动机转速，而不是实际的曲轴、凸轮轴传感器信号；发动机仿真模型的需要的控制参数点火提前角是数字量，而实际系统中该参数是通过点火驱动信号相对应的曲轴位置和气缸上止点位置的角度差进行表征的；发动机仿真模型的需要的控制参数喷油脉宽是数字量，而实际系统中则是由喷油器驱动信号的导通电平时间表征，因此发动机仿真模型无法直接通过AD、DA转换的方式与ECU控制器接口，各自所需的控制信号在形式上有所差别。同时，硬件在环仿真平台的工作电压往往在0-5V之间，而实际车用发动机ECU控制器的驱动信号的工作范围在0-12V或者0-24V之间，需要实现传感器信号的电压匹配。由上可见，在发动机硬件在环仿真过程中，需要进行信号的匹配处理。

根据国内外文献显示，已知硬件在环仿真的信号匹配方法有如下：1)针对曲轴、凸轮轴信号发生直接利用硬件在环仿真平台计算生成并且通过数据采集卡输出，但是这种方法对实时仿真平台的运算速度要求较高，且在转速较高时会出现采样率低造成的失真；2)利用曲轴、凸轮轴信号模拟发生的方式，包括使用FPGA、CPLD等高速可编程逻辑器件实现的曲轴、凸轮轴信号模拟发生和利用模拟电路实现的两种方法，前者利用专用的数据板卡实时计算成本较高且功能单一应用不灵活，后者电路结构固定无法模拟不同种类的传感器；3)对ECU控制器修改数据接口，利用通信接口的方式或者简化传感器信号使其满足硬件在环仿真平台的数据类型，但是这种方法已经修改了真实发动机控制ECU的功能，没有办法对产品的全部功能进行测试，应用有局限。

以上现有的已知发动机硬件在环仿真用的信号匹配方法尚有缺点。若采用仿真平台直接处理这些仿真过程中的高速信号，需要实时仿真平台具有更高的运算速度，在相同仿真步长和运算速率下，发动机仿真模型的数据更新频率较低，消耗大量的实时仿真运算资源用于高速信号的生成。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明要解决的技术问题在于：提供一种车用发动机硬件在环仿真过程中使用的信号匹配方法及装置，在已有的发动机硬件在环仿真系统的背景和基础上，解决车用发动机硬件在环仿真中目标机数据采集卡与发动机ECU控制器之间的信号匹配问题，不仅能实现电平转换，还能利用硬件完成仿真过程中高速信号的生成和采集，可以有效降低仿真对硬件在环仿真平台性能的要求，可利用较低配置的仿真平台，实现模型以较短步长进行的实时仿真。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种车用发动机硬件在环仿真过程中使用的信号匹配方法，利用主机、目标机、发动机ECU控制器进行发动机硬件在环平台进行仿真测试，其中，主机上建立有硬件在环仿真的工作环境，目标机由实时仿真模型平台配合数据采集卡予以实现，其上设置有实时操作系统内核，发动机实时仿真模型、传感器接口模型、数据采集卡驱动，通过主机对发动机实时仿真模型的配置后编译并下载到目标机上实时运行；其特征在于：在目标机和发动机ECU控制器之间设置信号匹配电路，分别对低速信号和高速信号进行匹配处理；所述信号匹配电路包括高速信号处理电路和低速信号调理电路，主要涉及对高速信号处理以及低速信号调理；高速信号处理包括：将发动机实时仿真模型输出的发动机转速信号还原成真实曲轴、凸轮轴传感器信号，将发动机ECU控制器输出的喷油、点火信号转换成喷油脉宽信号和点火提前角信号发送给发动机实时仿真模型作为仿真输入，利用所述高速信号处理的方法，将高速信号的产生过程从硬件在环平台上剥离；低速信号调理包括：将温度、进气压力、氧传感器信号经实时仿真模型仿真发生后与ECU控制器接口之间的信号进行调理，主要包括电压转换、限流保护，将工作电压、电流调理至目标机数据采集卡和发动机ECU控制器的工作范围之内。

按上述技术方案，上述信号匹配方法具体包括如下步骤：

S1：首先根据所仿真的发动机参数以及其对应的传感器类型，对信号匹配电路中高速信号处理电路中的单片机进行初始化设定和参数配置；具体包括：根据发动机装配特性明确曲轴、凸轮轴传感器信号的相位差，计算得到曲轴凸轮轴同步相位控制字参数；根据曲轴、凸轮轴传感器类型，修改曲轴、凸轮轴传感器波形ROM中的曲轴、凸轮轴传感器波形ROM参数；

S2：给发动机ECU控制器上电，发动机ECU控制器输出初始化多路点火线圈驱动信号、多路喷油器驱动信号到信号匹配电路；发动机ECU控制器输出的初始化的多路点火线圈驱动信号、多路喷油器驱动信号经过信号匹配电路的电平转换电路将电压值转换到0-5V的直流电压区间，送入信号匹配电路中高速信号处理电路单片机的输入捕获IO接口，通过计算将多路信号处理成单路信号，随后通过计算得到初始化的点火提前角信号和喷油脉宽信号，利用信号匹配电路中高速信号处理电路的DA转换器实现输出，作为仿真用参数输送给目标机内的数据采集卡供发动机实时仿真模型进行实时仿真；

S3：然后，启动主机和目标机使发动机实时仿真模型工作，发动机实时仿真模型根据目标机内数据采集卡采集得到的仿真用点火提前角信号、喷油脉宽信号开始运行，模拟发动机的运转过程，仿真得到发动机转速值和温度、进气压力、排气空燃比参数信号，并通过传感器接口模型转化为实际的传感器信号值，通过目标机内数据采集卡输出；

S4：目标机内数据采集卡输出的仿真后的发动机转速值信号再次进入信号匹配电路中的高速信号处理电路；仿真后的转速信号模拟电压通过0-5V的直流电压表征发动机0-10000rpm的转速特征，之后，通过信号匹配电路中的高速信号处理电路的AD采集端口采集后，计算得到频率控制字，结合S1中预设的曲轴凸轮轴同步相位控制字参数和曲轴、凸轮轴传感器波形ROM参数，单片机内部的DDS累加器开始工作，得到同步后的曲轴传感器信号和凸轮轴传感器信号，再通过高速信号处理电路中的DA转换器输出该仿真后的曲轴传感器信号和凸轮轴传感器信号；并且可以根据所选择的传感器特性，自动控制输出电路选择开关，选择交流或者直流工作方式供发动机ECU控制器采集；

S5：目标机内数据采集卡输出的仿真后的的温度、进气压力、氧传感器信号送入低速信号调理电路；之后，通过低速信号调理电路中的电阻网路电平转换和保护电路处理以后，送入发动机ECU控制器，实现信号的电平转换和电路接口保护；

S6：发动机ECU控制器通过采集仿真后的曲轴传感器信号和凸轮轴传感器信号、以及仿真后的温度、进气压力、氧传感器信号，根据发动机ECU控制器内置的控制内核模块，调整多路点火线圈驱动信号和多路喷油器驱动信号；

S7：重复上述步骤S2，得到供发动机实时仿真模型进行实时仿真的仿真用点火提前角信号和喷油脉宽信号；由于发动机实时仿真模型此时已经初始化运行成功，此时点火提前角的计算，需要结合曲轴传感器波形ROM输出的数据，实时计算系统的点火提前角，而不再是初始化参数。

按上述技术方案，在单片机MCU中，实现基于DDS原理的曲轴、凸轮轴信号发生，使得发动机转速信号还原成真实曲轴、凸轮轴传感器信号。

按上述技术方案，所述步骤S1中：可选择的曲轴、凸轮轴传感器波形ROM参数包括：按传感器原理分为的霍尔式、磁电式、磁阻式、光电式曲轴信号传感器，按发动机飞轮磁盘分为60-2齿和36-2齿曲轴信号；凸轮轴信号传感器按照凸轮齿数分为2齿和6+1齿凸轮轴信号，对于剩余类型的传感器通过手动模式完成波形ROM参数设定。

一种采用上述方法的车用发动机硬件在环仿真过程中使用的信号匹配装置，应用于包括主机、目标机、发动机ECU控制器的硬件在环平台；其中，主机上建立有硬件在环仿真的工作环境，目标机由实时仿真模型配合数据采集卡予以实现，其上设置有实时操作系统内核，发动机实时仿真模型、传感器接口模型、数据采集卡驱动，通过主机在主机对发动机仿真模型的配置后编译并下载到目标机上实时运行；其特征在于：在目标机和发动机ECU控制器之间设置信号匹配电路，分别对低速信号和高速信号进行匹配处理；所述信号匹配电路包括高速信号处理电路和低速信号调理电路；所述高速信号处理电路主要由集成了CPU、RAM、ROM、定时器、计数器和多种I／O接口的单片机MCU电路构成；所述低速信号调理电路中包括电阻网路电平转换电路和保护电路，主要包括电压转换、限流保护，用以将工作电压、电流调理至目标机数据采集卡和发动机ECU控制器的工作范围之内。

按上述技术方案，高速信号处理电路中还包括：

电平转换电路，将驱动电压高于单片机的工作范围的信号调理到单片机工作电压范围以内；

AD／DA转换器，将模拟信号和频率控制字的数字信号进行互转；

交直流切换电路，通过交直流切换电路可以根据不同的波形ROM特点，设置输出直流、交流信号。

按上述技术方案，所涉及的AD转换器、DA转换器为单片机内部的AD、DA转换模块，或者是片外独立AD、DA转换器电路。

相比与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的信号调理方法一次性完成了所有接口信号的调理；采用外置硬件装置实现了高速信号的发生、采集与转换，降低了发动机实时仿真对仿真平台性能的要求，在同等设备性能的情况下可以大大提高发动机实时仿真的精度；信号匹配采用单片机，降低了成本，编程简单使用灵活。本发明方法可针对不同类型的发动机及配置的不同类型的传感器进行配置仿真，同时仿真平台和ECU控制器采用模拟信号方式连接，具有良好的普遍适用性和通用性。

具体有益效果为：

由于车用发动机仿真模型中所需的输入参数为点火提前角、喷油脉宽信号，皆为具有物理意义的数字量，输出的发动机参数为发动机转速、温度、压力等具有物理意义的数字量；而真实发动机ECU控制器中表征这些参数的信号依次为点火线圈驱动脉冲信号、喷油器驱动脉冲信号、曲轴与凸轮轴传感器波形信号、温度传感器电压、压力传感器电压等真实模拟信号，信号在形式上存在差别，往往无法直接对接。现有的解决办法所述的方法或多或少部有前述的缺点。本发明的信号调理方法一次性完成了所有接口信号的调理。

曲轴、凸轮轴传感器、喷油器驱动、点火线圈驱动脉冲信号数据的更新频率远高于发动机仿真模型所描述的发动机参数更新频率，若采用实时仿真平台直接计算与处理这些高速信号，需要实时仿真平台具有更高的运算速度，同时消耗大量的实时仿真运算资源，在相同仿真步长和运算速率下，发动机仿真模型的数据更新频率较低，无法最大程度的将实时仿真平台的运算能力全部用于发动机机理过程的仿真。本发明方法针对发动机仿真模型和真实发动机ECU控制器的信号特点，利用外置硬件装置实现了高速信号的发生、采集与转换，可以降低发动机实时仿真对仿真平台性能的要求，通过将高速信号的计算与处理从实时仿真平台剥离，将仿真平台的运算能力与运算时间最大限度的用于发动机工作机理的处理，在同等设备性能的情况下可以大大提高发动机实时仿真的精度。

该信号匹配方法的实现核心器件为单片机，配合不同的软件算法完成，相比已有的文献采用FPGA、CPLD等高速可编程逻辑器件为基础的数据板卡实现，大大降低了实验成本，具有编程简单使用灵活的特点。

该方法可以适配不同类型的发动机，及其上配置的不同种类的传感器、不同数量的点火线圈、喷油器，针对不同类型参数的发动机硬件在环仿真具有良好的普遍适用性。

该方法及装置与实时仿真平台和发动机ECU控制器的连接采用模拟信号的方式，因此可以适用于不同类型的发动机硬件在环实时仿真平台，也可以适用于不同的发动机实时仿真模型，局限性小，具有通用性。

附图说明

图1为本发明的信号匹配装置在硬件在环仿真系统中的硬件连接结构图；

图2为硬件在环仿真系统及本发明的信号匹配装置的软件结构图；

图3为本发明的信号匹配方法流程示意图；

图4为本发明根据软硬件布局结构进行的参数匹配示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-4对本发明具体实施方式做进一步详细说明。

如图1-4本发明的实施需要建立在已有的发动机硬件在环仿真平台上，即已经构建了发动机实时仿真模型并且可以在实时仿真平台上运行；发动机控制ECU具备基本的控制逻辑，其硬件接口满足实际发动机对象配置的各类传感器。通过硬件在环仿真平台的发动机仿真模型代替真实发动机运行，用于发动机ECU控制器开发过程中的实验步骤。发动机实时仿真模型输出的具有物理意义的信号，通过传感器接口模型可以转换成符合传感器特性的模拟电信号物理量，并通过数据采集卡输出。

该信号匹配方法中所述的高速信号处理方法中，曲轴、凸轮轴信号的发生采用DDS的原理实现，利用低成本单片机MCU实现。发动机实时仿真模型输出的信号只有转速信号，通过数据采集卡将转速转换成0-5V之间的模拟电压，该信号通过AD采集电路转化成频率控制字，控制DDS信号发生器输出的信号频率；同时由于不同类型的发动机其曲轴、凸轮轴信号的同步相位差不同，可以根据实际仿真对象的特点调整曲轴、凸轮轴同步相位控制字实现两路传感器信号的硬件同步；曲轴、凸轮轴信号波形数据存储在相应的波形ROM中，通过修改ROM波形数据，可以适配不同发动机上所有不同类型的传感器，按传感器原理分为霍尔式、磁电式、磁阻式、光电式曲轴信号传感器，按发动机飞轮磁盘分为60-2齿、36-2等类型曲轴信号；凸轮轴信号传感器按照凸轮齿数分为2齿、6+1齿等；经计算后的数据通过DA转换电路输出，由于前述磁电式、磁阻式传感器工作在交流状态，其他类型的传感器工作在直流状态，通过交直流切换电路可以根据不同的波形ROM特点，设置输出直流、交流信号。

该信号匹配方法中所述的高速信号处理方法中，喷油脉宽、点火信号的采集采用单片机的定时器和计数器实现。不同类型的发动机其匹配的发动机ECU控制器输出的点火线圈驱动信号和喷油器驱动信号数量不一样，其驱动电压高于单片机的工作范围，通过电平转换电路调理到单片机工作电压范围以内，连接单片机输入捕获IO端口；通过软件计算将多路信号处理成单路信号；结合曲轴信号传感器进行计算得到点火提前角，通过对喷油器驱动信号的计时得到喷油脉宽；然后通过DA转换器电路将信号输出至发动机实时仿真平台的数据采集卡接口。

该信号匹配方法中所述的高速信号处理方法中所涉及的AD、DA转换器可以采用单片机内部的AD、DA转换器，也可是片外独立AD、DA转换器电路。

该信号匹配方法中所述的高速信号处理方法在单片机中实现，包括不同厂家不同型号的可编程微处理器。

该信号匹配方法中所述的低速信号调理方法中，主要利用电阻网络和保护电路实现温度、进气压力、氧传感器等其他发动机控制必须的传感器信号的匹配，将工作电压、电流调理至发动机仿真平台数据采集卡和发动机控制ECU的工作范围之内。

如图1-2、4所示，完成实时仿真平台、信号匹配电路、发动机控制ECU之间的电气物理连接。

以下，结合附图3-4对本发明信号匹配的方法和过程进一步阐述。

首先，根据所仿真的发动机参数及其相应的传感器类型来配置高速信号匹配电路中的单片机程序：

根据发动机装配特性确定曲轴、凸轮轴传感器信号的相位差，计算得到曲轴凸轮轴同步相位控制字参数；根据曲轴、凸轮轴传感器类型，修改相应的波形ROM中的数据。可选择的波形ROM参数包括：按传感器原理分为的霍尔式、磁电式、磁阻式、光电式曲轴信号传感器，按发动机飞轮磁盘分为的60-2齿、36-2等类型曲轴信号；凸轮轴信号传感器按照凸轮齿数分为2齿、6+1齿等，对于其他类型的传感器可以通过手动编程的形式完成波形ROM数据的设定。

完成上述的软件初始化设定后，系统可以连通进行工作，其工作过程如图3-4所示。步骤如下：

(1)首先，给发动机控制ECU上电，ECU输出初始化多路点火线圈驱动信号、多路喷油器驱动信号。多路点火线圈驱动信号、多路喷油器驱动信号经过信号匹配电路的电平转换将电压值转换到0-5V的直流电压区间，再输入到高速信号匹配电路中单片机的IO口，通过软件计算将多路信号处理成单路信号，计算得到初始化的点火提前角、喷油脉宽，利用高速信号匹配电路的DA转换器实现输出，作为发动机实时仿真的初始化控制输入参数。

(2)然后，利用主机上的开发环境启动目标机内的发动机实时仿真模型开始工作。根据数据采集卡采集得到的仿真用点火提前角、喷油脉宽信号发动机实时仿真模型开始运行，模拟发动机的运转过程，仿真得到发动机转速值和温度、进气压力、排气空燃比等其他参数信号并通过传感器模型转化为实际的传感器信号，通过数据采集卡输出。

(3)发动机仿真模型输出0-5V转速模拟信号，该信号通过直流电压表来表征发动机0-10000rpm的转速特征，高速信号匹配电路中AD采集端采集到转速信号后，结合前述的预设的曲轴凸轮轴同步相位控制字和曲轴、凸轮轴传感器波形ROM，单片机内部的DDS累加器工作，得到同步后的曲轴、凸轮轴传感器信号，然后通过高速信号处理电路中的DA转换器输出，并且可以根据所选择的传感器特性，自动控制输出电路选择开关，选择交流或者直流工作方式供发动机ECU控制器采集。

(4)发动机实时仿真模型通过实时仿真平台数据采集卡输出温度、进气压力、氧传感器等其他发动机控制必须的传感器信号，输入到低速信号调理电路，然后通过电阻网路电平转换和保护电路处理以后，最后输入到发动机ECU控制器，实现信号的电平转换和电路接口保护。

(5)发动机ECU控制器，根据采集曲轴、凸轮轴传感器信号、其他各类传感器信号以及内置的控制程序，调整多路点火线圈、喷油器驱动信号。

(6)重复上述步骤(1)，得到仿真用点火提前角、喷油脉宽信号。由于发动机仿真模型此时已经初始化运行成功，此时计算点火提前角需要结合曲轴传感器波形ROM输出的数据，而不再是初始化参数。

Claims (7)

1.一种车用发动机硬件在环仿真过程中使用的信号匹配方法，利用主机、目标机、发动机ECU控制器进行发动机硬件在环平台进行仿真测试，其中，主机上建立有硬件在环仿真的工作环境，目标机由实时仿真模型平台配合数据采集卡予以实现，其上设置有实时操作系统内核，发动机实时仿真模型、传感器接口模型、数据采集卡驱动，通过主机对发动机实时仿真模型的配置后编译并下载到目标机上实时运行；其特征在于：在目标机和发动机ECU控制器之间设置信号匹配电路，分别对低速信号和高速信号进行匹配处理；所述信号匹配电路包括高速信号处理电路和低速信号调理电路，主要涉及对高速信号处理以及低速信号调理；高速信号处理包括：将发动机实时仿真模型输出的发动机转速信号还原成真实曲轴、凸轮轴传感器信号，将发动机ECU控制器输出的喷油、点火信号转换成喷油脉宽信号和点火提前角信号发送给发动机实时仿真模型作为仿真输入，利用所述高速信号处理的方法，将高速信号的产生过程从硬件在环平台上剥离；低速信号调理包括：将温度、进气压力、氧传感器信号经实时仿真模型仿真发生后与ECU控制器接口之间的信号进行调理，主要包括电压转换、限流保护，将工作电压、电流调理至目标机数据采集卡和发动机ECU控制器的工作范围之内。

2.根据权利要求1所述的车用发动机硬件在环仿真过程中使用的信号匹配方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

S1：首先根据所仿真的发动机参数以及其对应的传感器类型，对信号匹配电路中高速信号处理电路中的单片机进行初始化设定和参数配置；具体包括：根据发动机装配特性明确曲轴、凸轮轴传感器信号的相位差，计算得到曲轴凸轮轴同步相位控制字参数；根据曲轴、凸轮轴传感器类型，修改曲轴、凸轮轴传感器波形ROM中的曲轴、凸轮轴传感器波形ROM参数；

S2：给发动机ECU控制器上电，发动机ECU控制器输出初始化多路点火线圈驱动信号、多路喷油器驱动信号到信号匹配电路；发动机ECU控制器输出的初始化的多路点火线圈驱动信号、多路喷油器驱动信号经过信号匹配电路的电平转换电路将电压值转换到0-5V的直流电压区间，送入信号匹配电路中高速信号处理电路单片机的输入捕获IO接口，通过计算将多路信号处理成单路信号，随后通过计算得到初始化的点火提前角信号和喷油脉宽信号，利用信号匹配电路中高速信号处理电路的DA转换器实现输出，作为仿真用参数输送给目标机内的数据采集卡供发动机实时仿真模型进行实时仿真；

S3：然后，启动主机和目标机使发动机实时仿真模型工作，发动机实时仿真模型根据目标机内数据采集卡采集得到的仿真用点火提前角信号、喷油脉宽信号开始运行，模拟发动机的运转过程，仿真得到发动机转速值和温度、进气压力、排气空燃比参数信号，并通过传感器接口模型转化为实际的传感器信号值，通过目标机内数据采集卡输出；

S4：目标机内数据采集卡输出的仿真后的发动机转速值信号再次进入信号匹配电路中的高速信号处理电路；仿真后的转速信号模拟电压通过0-5V的直流电压表征发动机0-10000rpm的转速特征，之后，通过信号匹配电路中的高速信号处理电路的AD采集端口采集后，计算得到频率控制字，结合S1中预设的曲轴凸轮轴同步相位控制字参数和曲轴、凸轮轴传感器波形ROM参数，单片机内部的DDS累加器开始工作，得到同步后的曲轴传感器信号和凸轮轴传感器信号，再通过高速信号处理电路中的DA转换器输出该仿真后的曲轴传感器信号和凸轮轴传感器信号；并且可以根据所选择的传感器特性，自动控制输出电路选择开关，选择交流或者直流工作方式供发动机ECU控制器采集；

S5：目标机内数据采集卡输出的仿真后的的温度、进气压力、氧传感器信号送入低速信号调理电路；之后，通过低速信号调理电路中的电阻网路电平转换和保护电路处理以后，送入发动机ECU控制器，实现信号的电平转换和电路接口保护；

S6：发动机ECU控制器通过采集仿真后的曲轴传感器信号和凸轮轴传感器信号、以及仿真后的温度、进气压力、氧传感器信号，根据发动机ECU控制器内置的控制内核模块，调整多路点火线圈驱动信号和多路喷油器驱动信号；

S7：重复上述步骤S2，得到供发动机实时仿真模型进行实时仿真的仿真用点火提前角信号和喷油脉宽信号；由于发动机实时仿真模型此时已经初始化运行成功，此时点火提前角的计算，需要结合曲轴传感器波形ROM输出的数据，实时计算系统的点火提前角，而不再是初始化参数。

3.根据权利要求1或2所述的车用发动机硬件在环仿真过程中使用的信号匹配方法，其特征在于：在单片机MCU中，实现基于DDS原理的曲轴、凸轮轴信号发生，使得发动机转速信号还原成真实曲轴、凸轮轴传感器信号。

4.根据权利要求3所述的车用发动机硬件在环仿真过程中使用的信号匹配方法，其特征在于：所述步骤S1中：可选择的曲轴、凸轮轴传感器波形ROM参数包括：按传感器原理分为的霍尔式、磁电式、磁阻式、光电式曲轴信号传感器，按发动机飞轮磁盘分为60-2齿和36-2齿曲轴信号；凸轮轴信号传感器按照凸轮齿数分为2齿和6+1齿凸轮轴信号，对于剩余类型的传感器通过手动模式完成波形ROM参数设定。

5.一种采用上述权利要求1-4之一所述方法的车用发动机硬件在环仿真过程中使用的信号匹配装置，应用于包括主机、目标机、发动机ECU控制器的硬件在环平台；其中，主机上建立有硬件在环仿真的工作环境，目标机由实时仿真模型配合数据采集卡予以实现，其上设置有实时操作系统内核，发动机实时仿真模型、传感器接口模型、数据采集卡驱动，通过主机在主机对发动机仿真模型的配置后编译并下载到目标机上实时运行；其特征在于：在目标机和发动机ECU控制器之间设置信号匹配电路，分别对低速信号和高速信号进行匹配处理；所述信号匹配电路包括高速信号处理电路和低速信号调理电路；所述高速信号处理电路主要由集成了CPU、RAM、ROM、定时器、计数器和多种I／O接口的单片机MCU电路构成；所述低速信号调理电路中包括电阻网路电平转换电路和保护电路，主要包括电压转换、限流保护，用以将工作电压、电流调理至目标机数据采集卡和发动机ECU控制器的工作范围之内。

6.根据权利要求5所述的车用发动机硬件在环仿真过程中使用的信号匹配装置，其特征在于：高速信号处理电路中还包括：

电平转换电路，将驱动电压高于单片机的工作范围的信号调理到单片机工作电压范围以内；

AD／DA转换器，将模拟信号和频率控制字的数字信号进行互转；

交直流切换电路，通过交直流切换电路可以根据不同的波形ROM特点，设置输出直流、交流信号。

7.根据权利要求6所述的车用发动机硬件在环仿真过程中使用的信号匹配装置，其特征在于：所涉及的AD转换器、DA转换器为单片机内部的AD、DA转换模块，或者是片外独立AD、DA转换器电路。

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