CN106814635B - 一种液化石油气发动机电控系统硬件在环实验平台 - Google Patents

一种液化石油气发动机电控系统硬件在环实验平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液化石油气发动机电控系统硬件在环实验平台，包括内置液化石油气发动机仿真子系统、通讯及传感器信号复现采集子系统的上位机系统；所述液化石油气发动机仿真子系统用于计算各种工况下液化石油气发动机的状态数据；所述通讯及传感器信号复现采集子系统用于接收计算数据，并将计算数据转化为传感器信号发送给液化石油气发动机电控系统，同时采集、发送、显示和存储相关信号。本发明可以对液化石油气发动机电控系统进行各种测试，解决在液化石油气发动机电控系统开发过程中通过实机安装试验测试时危险系数高、花费高、周期长、重复性差的问题，从而为液化石油气发动机电控系统的控制策略研究和算法设计验证提供可靠的试验平台。

Description

一种液化石油气发动机电控系统硬件在环实验平台
技术领域
本发明涉及一种硬件在环实验平台,特别是涉及一种液化石油气发动机电控系统的硬件在环实验平台。
技术背景
液化石油气发动机具有低排放污染性等优良性能，已成为当前最具推广价值的新能源发动机之一。液化石油气发动机优良的性能一方面取决于液化石油气燃料本身的特性，另一方面得益于液化石油气发动机电控系统的精确控制。但是传统的液化石油气发动机电控系统的开发涉及机械、电子、软硬件的研制，且测试通常为实机安装测试，由于试验条件可控性和重复性较差，耗费大量的人力、物力，且系统开发周期较长，极限工况测试危险性大。
发明内容
针对上述问题，本发明提供液化石油气发动机电控系统硬件在环仿真实验平台，该系统可以较好的模拟真实液化石油气发动机在各种工况下的工作，对液化石油气发动机电控系统进行测试，用以解决液化石油气发动机电控系统开发周期长、测试难度大等问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种液化石油气发动机电控系统硬件在环实验平台，其特征是，包括有内置液化石油气发动机仿真子系统、通讯及传感器信号复现采集子系统的上位机系统；
所述液化石油气发动机仿真子系统用于计算各种工况下液化石油气发动机的状态数据；
所述通讯及传感器信号复现采集子系统用于接收液化石油气发动机仿真子系统计算数据，并将计算数据转化为传感器信号发送给液化石油气发动机电控系统，同时采集液化石油气发动机电控系统反馈信号和执行信号，将执行信号发送给液化石油气发动机仿真子系统，并将所有信号进行显示和存储。
进一步地，所述液化石油气发动机仿真子系统包括工况输入模块、进气道模块、空气进气量计算模块、液化石油气供给量计算模块、缸内燃烧模块、燃气消耗计算模块、动力输出计算模块、尾气排放模块；
所述工况输入模块用于输入液化石油气发动机当前的工作状况数据（包括冷却水温度、转速、节气门前压力和油门踏板开度数据）；
所述进气道模块用于计算进气歧管压力以及进气歧管温度；
所述空气进气量计算模块用于计算进入液化石油气发动机各气缸的空气量；
所述液化石油气供给计算模块用于计算进入液化石油气发动机各气缸的液化石油气量；
所述缸内燃烧模块用于计算液化石油气发动机缸内燃烧温度及压力；
所述燃气消耗计算模块用于累计计算液化石油气发动机总燃气消耗量；
所述动力输出计算模块用于计算液化石油气发动机输出扭矩和功率；
所述尾气排放模块用于计算液化石油气发动机尾气（如CO、HC和NOx）排放量以及实际过量空气系数。
进一步地，所述通讯及传感器信号复现采集子系统包括液化石油气发动机仿真子系统通讯模块、传感器信号复现模块、液化石油气发动机电控系统通讯模块；
所述液化石油气发动机仿真子系统通讯模块用于接收液化石油气发动机仿真子系统计算数据，将所有数据发送给传感器信号复现模块，并显示及存储；
所述传感器信号复现模块用于将液化石油气发动机仿真子系统通讯模块接收的液化石油气发动机仿真子系统计算数据转化为相关传感器信号，并发送给液化石油气发动机电控系统；
所述液化石油气发动机电控系统通讯模块用于接收液化石油气发动机电控系统反馈信号和执行信号，将执行信号发送给液化石油气发动机仿真子系统，并显示及存储。
进一步地，所述传感器信号复现模块包括传感器信号复现装置和数据输出板卡；
所述传感器信号复现装置用于接收液化石油气发动机子系统通讯模块发送的发动机状态数据，并对数据进行标定后发送给数据输出板卡，并对信息进行显示和存储；
所述数据输出板卡用于将传感器信号复现装置发送的数据进行数模转换，转化为模拟量电压信号发送给液化石油气发动机电控系统。
进一步地，所述液化石油气发动机当前的工作状况数据包括冷却水温度、转速、节气门前压力和油门踏板开度数据。
本发明达到的有益效果：本发明是基于上位机建立的液化石油气发动机电控系统硬件在环实验平台，
在上位机中建立液化石油气发动机仿真子系统、通讯及传感器信号复现采集子系统，并接入液化石油气发动机电控系统实物进行测试，更接近液化石油气发动机的真实运行状况，而且不需要像现场测试一样，在实机上安装液化石油气发动机电控系统进行试验，降低开发成本，缩短开发周期。
该实验平台通过对液化石油气发动机电控系统的性能进行测试，对液化石油气发动机电控系统控制器的控制参数加以改进，对液化石油气发动机电控系统执行机构结构上改进，从而提高了液化石油气发动机电控系统使用时的合理性和可靠性。该实验平台开发测试过程可控制，系统重复性能好，能获得比较全面的测试数据,而且仿真测试信息能够直观的反馈给用户,从而帮助用户完成液化石油气发动机电控系统的设计和优化。
附图说明
图1是本发明液化石油气发动机电控系统硬件在环实验平台的结构示意图。
图2是图1中上位机系统结构示意图。
图3是图2中液化石油气发动机仿真子系统的结构示意图。
图4是图2中通讯及传感器信号复现采集子系统结构示意图。
图5是图4中传感器信号复现模块结构示意图。
图6是图2中液化石油气发动机仿真子系统工作原理示意图。
图7是图2中通讯及传感器信号复现采集子系统原理示意图。
图8是本发明的液化石油气示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
如图1和图2所示，一种液化石油气发动机电控系统硬件在环实验平台，包括有内置液化石油气发动机仿真子系统11、通讯及传感器信号复现采集子系统12的上位机系统1，所述上位机系统1用于发出测试信号及采集液化石油气发动机电控系统反馈信号，并对信号进行存储及显示。
具体而言，所述液化石油气发动机仿真子系统11用于计算液化石油气发动机各工况下的状态数据。
所述通讯及传感器信号复现采集子系统12用于接收液化石油气发动机仿真子系统11计算数据，并将计算数据转化为传感器信号发送给液化石油气发动机电控系统2，同时采集液化石油气发动机电控系统2反馈信号和执行信号，将执行信号发送给液化石油气发动机仿真子系统11，并将所有信号进行显示和存储。
所述液化石油气发动机电控系统2为待测试或待开发的液化石油气发动机电控系统实际产品，主要包括液化石油气发动机控制器、点火系统、节气门、液化石油气主燃料阀等。
如图3所示，所述液化石油气发动机仿真子系统11包括工况输入模块111、进气道模块112、空气进气量计算模块113、液化石油气供给量计算模块114、缸内燃烧模块115、燃气消耗计算模块116、动力输出计算模块117、尾气排放模块118。
所述工况输入模块111用于输入液化石油气发动机当前的工作状况数据（包括冷却水温度、转速、节气门前压力和油门踏板开度数据）。
所述进气道模块112用于计算进气歧管压力以及进气歧管温度；
所述空气进气量计算模块113用于计算进入液化石油气发动机各气缸的空气质量。
所述液化石油气供给计算模块114用于计算进入液化石油气发动机各气缸的液化石油气质量。
所述缸内燃烧模块115用于计算液化石油气发动机缸内燃烧温度及压力。
所述燃气消耗计算模块116用于累计计算液化石油气发动机总燃气消耗量。
所述动力输出计算模块117用于计算液化石油气发动机输出扭矩和功率。
所述尾气排放模块118用于计算液化石油气发动机尾气（CO、HC和NOx）排放量以及实际过量空气系数。
所述液化石油气发动机仿真子模型11中各模块均采用matlab/simulink软件中相应的模块搭建。
如图4所示，所述通讯及传感器信号复现采集子系统12包括液化石油气发动机仿真子系统通讯模块121、传感器信号复现模块122、液化石油气发动机电控系统通讯模块123。
所述液化石油气发动机仿真子系统通讯模块121用于接收液化石油气发动机仿真子系统11计算数据，将所有数据发送给传感器信号复现模块122，并显示及存储；
所述传感器信号复现模块122用于将液化石油气发动机仿真子系统通讯模块121接收的液化石油气发动机仿真子系统11计算数据转化为相关传感器信号，并发送给液化石油气发动机电控系统2。
所述液化石油气发动机电控系统通讯模块123用于接收液化石油气发动机电控系统2反馈信号和执行信号，将执行信号发送给液化石油气发动机仿真子系统11，并显示及存储。
所述通讯及传感器信号复现采集子系统12中液化石油气发动机仿真子系统通讯模块121采用matlab/simulink和labview软件联合编写。
所有通讯及传感器信号复现采集子系统12中除液化石油气发动机仿真子系统通讯模块121外各子模块均采用labview软件编写。
如图5所示，传感器信号复现模块122包括传感器信号复现装置1221和数据输出板卡1222。
所述传感器信号复现装置1221用于接收液化石油气发动机子系统通讯模块121发送的发动机状态数据，并对数据进行标定后发送给数据输出板卡1222，并对信息进行显示和存储。
所述数据输出板卡1222用于将传感器信号复现装置1221发送的数据进行数模转换，转化为模拟量电压信号发送给液化石油气发动机电控系统2。
所述传感器信号复现装置1221采用NI主机。
所述数据输出板卡1222采用NI DAQ数据板卡。
如图6所示，所述液化石油气发动机仿真子系统11通过工况输入模块111输入发动机工况信息，包括冷却水温度、转速、节气门前压力以及油门踏板开度数据，同时接收通讯及传感器信号复现采集子系统12发送的节气门开度数据，并将冷却水温度、转速、节气门前压力以及油门踏板开度数据发送给通讯及传感器信号复现采集子系统12，将冷却水温度、转速、节气门前压力以及节气门开度数据发送给进气道模块112；进气道模块112接收工况输入模块111发送数据以及通讯及传感器信号复现采集子系统12发送的目标过量空气系数数据，该模块对数据计算处理后得到进气歧管压力和进气歧管温度数据，并将该数据分别发送给通讯及传感器信号复现采集子系统12以及空气进气量计算模块113；空气进气量计算模块113接收进气道模块112的数据，该模块对数据进行计算处理得到空气质量数据，并将该数据分别发送给液化石油气供给计算模块114和缸内燃烧模块115；液化石油气供给计算模块114接收空气进气量计算模块113数据以及通讯及传感器信号复现采集子系统12发送的主燃料阀开度数据，该模块对数据进行计算处理后得到液化石油气质量数据，并将该数据分别发送给缸内燃烧模块115和燃气消耗计算模块116；燃气消耗计算模块116接收液化石油气供给计算模块114数据，该模块对数据进行计算和处理后得到液化石油气总消耗质量，并将该数据发送给通讯及传感器信号复现采集子系统12；缸内燃烧模块115接收空气进气量计算模块113、液化石油气供给计算模块114发送的数据，并接收通讯及传感器信号复现采集子系统12发送的点火提前角数据，该模块对数据计算处理后得到缸内压力、转速、缸内燃烧温度以及实际过量空气系数数据，并将缸内压力和转速数据发送给动力输出计算模块117，将缸内燃烧温度、转速和实际过量空气系数数据发送给尾气排放模块118，将缸内燃烧温度、缸内压力数据发送给通讯及传感器信号复现采集子系统12；动力输出计算模块117接收缸内燃烧模块115数据，该模块对数据进行计算处理后得到扭矩、功率数据，并将该数据发送给通讯及传感器信号复现采集子系统12；尾气排放模块接收缸内燃烧模块115数据，该模块对数据进行计算和处理后得到CO、HC和NOx排放量和实际过量空气系数数据，并将该数据发送给通讯及传感器信号复现采集子系统12。
如图7所示，所述通讯及传感器信号复现采集子系统12通过液化石油气发动机仿真子系统通讯模块121接收液化石油气发动机仿真子系统11发送的冷却水温度、节气门前压力、油门踏板开度、进气歧管温度、进气歧管压力、实际空燃比和转速数据，并将该数据发送给传感器信号复现模块122，同时对该数据进行存储和显示；传感器信号复现模块112接收液化石油气发动机仿真子系统通讯模块数据121，对该数据进行标定处理后转化为模拟传感器电压信号分别为冷却水温度、节气门前压力、油门踏板开度、进气歧管温度、进气歧管压力、实际空燃比和转速信号，并将该信号发送给液化石油气发动机电控系统2；液化石油气发动机电控系统通讯模块123接收液化石油气发动机电控系统2发送的目标空燃比、节气门开度、主燃料阀开度和点火提前角数据，并将该数据发送给液化石油气发动机仿真子系统11，同时对该数据进行存储和显示。
如图8所示，这是本发明液化石油气发动机电控系统硬件在环实验平台工作原理。由上位机系统1中液化石油气发动机仿真子系统11输入发动机工况数据分别为冷却水温度、转速、节气门前压力和油门踏板开度数据，该子系统同时接收通讯与传感器信号复现采集子系统12发送的目标过量空气系数、节气门开度、主燃料阀开度、点火提前角数据，液化石油气发动机仿真子系统11对数据进行计算和处理后得到冷却水温度、节气门前压力、油门踏板开度、进气歧管压力、进气歧管温度、实际过量空气系数、转速、扭矩、燃气总消耗量、功率、（CO、Nox和HC）排放、缸内燃烧温度、缸内压力数据，并将该信号发送给通讯与传感器信号复现采集子系统12；通讯与传感器信号复现采集子系统12接收液化石油气发动机仿真子系统11数据，对该数据进行显示和存储，并将该数据中部分数据（主要包括冷却水温度信号、节气门前压力信号、油门踏板开度信号、进气歧管压力信号、进气歧管温度信号、实际空燃比信号和转速信号）进行标定处理后转化为模拟传感器电压信号发送给液化石油气发动机电控系统2，同时该系统接收液化石油气电控系统2发送的目标过量空气系数、节气门开度、主燃料阀开度和点火提前角数据，对该数据进行显示和存储，并将该数据发送给液化石油气发动机仿真子系统11。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种液化石油气发动机电控系统硬件在环实验平台，其特征是，包括有内置液化石油气发动机仿真子系统、通讯及传感器信号复现采集子系统的上位机系统；
所述液化石油气发动机仿真子系统用于计算各种工况下液化石油气发动机的状态数据；
所述通讯及传感器信号复现采集子系统用于接收液化石油气发动机仿真子系统计算数据，并将计算数据转化为传感器信号发送给液化石油气发动机电控系统，同时采集液化石油气发动机电控系统反馈信号和执行信号，将执行信号发送给液化石油气发动机仿真子系统，并将所有信号进行显示和存储；
所述液化石油气发动机仿真子系统包括工况输入模块、进气道模块、空气进气量计算模块、液化石油气供给量计算模块、缸内燃烧模块、燃气消耗计算模块、动力输出计算模块、尾气排放模块；
所述工况输入模块用于输入液化石油气发动机当前的工作状况数据；
所述进气道模块用于计算进气歧管压力以及进气歧管温度；
所述空气进气量计算模块接收进气道模块的数据，该模块对数据进行计算处理得到空气质量数据，并将该数据分别发送给液化石油气供给计算模块和缸内燃烧模块；
所述液化石油气供给计算模块接收空气进气量计算模块数据以及通讯及传感器信号复现采集子系统发送的主燃料阀开度数据，该模块对数据进行计算处理后得到液化石油气质量数据，并将该数据分别发送给缸内燃烧模块和燃气消耗计算模块；
所述缸内燃烧模块用于计算液化石油气发动机缸内燃烧温度及压力；
所述燃气消耗计算模块用于累计计算液化石油气发动机总燃气消耗量；
所述动力输出计算模块用于计算液化石油气发动机输出扭矩和功率；
所述尾气排放模块用于计算液化石油气发动机尾气排放量以及实际过量空气系数。
2.根据权利要求1所述的一种液化石油气发动机电控系统硬件在环实验平台，其特征在于：所述通讯及传感器信号复现采集子系统包括液化石油气发动机仿真子系统通讯模块、传感器信号复现模块、液化石油气发动机电控系统通讯模块；
所述液化石油气发动机仿真子系统通讯模块用于接收液化石油气发动机仿真子系统计算数据，将所有数据发送给传感器信号复现模块，并显示及存储；
所述传感器信号复现模块用于将液化石油气发动机仿真子系统通讯模块接收的液化石油气发动机仿真子系统计算数据转化为相关传感器信号，并发送给液化石油气发动机电控系统；
所述液化石油气发动机电控系统通讯模块用于接收液化石油气发动机电控系统反馈信号和执行信号，将执行信号发送给液化石油气发动机仿真子系统，并显示及存储。
3.根据权利要求2所述的一种液化石油气发动机电控系统硬件在环实验平台，其特征在于：所述传感器信号复现模块包括传感器信号复现装置和数据输出板卡；
所述传感器信号复现装置用于接收液化石油气发动机子系统通讯模块发送的发动机状态数据，并对数据进行标定后发送给数据输出板卡，并对信息进行显示和存储；
所述数据输出板卡用于将传感器信号复现装置发送的数据进行数模转换，转化为模拟量电压信号发送给液化石油气发动机电控系统。
4.根据权利要求1所述的一种液化石油气发动机电控系统硬件在环实验平台，其特征在于：所述液化石油气发动机当前的工作状况数据包括冷却水温度、转速、节气门前压力和油门踏板开度数据。
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