CN107765567A - 一种直喷汽油机高压燃油系统仿真设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直喷汽油机高压燃油系统仿真设备，仿真设备包括依次连接的上位机、工控机、电控单元、负载箱，上位机控制工控机的操作，工控机中设置控制板卡、数据采集板卡和数据输出板卡，控制板卡中设置有根据高压油泵的机械特性、电控特性及工作原理构建的仿真模型，负载箱中设置有高压油泵和高压喷油器，电控单元用于向高压油泵和高压喷油器发送驱动信号，数据采集板卡用于采集驱动信号并发送给上位机，上位机用于运行仿真模型以计算油轨压力，数据输出板卡用于模拟轨压传感器的压力信号并输出给电控单元。本发明的仿真能够减少数据模型对大量试验数据的依赖，减少模型参数化时间，提高使用效率。

Description

一种直喷汽油机高压燃油系统仿真设备

技术领域

本发明涉及在环仿真领域，具体涉及一种直喷汽油机高压燃油系统仿真设备。

背景技术

随着汽车电子的发展，硬件在环仿真设备在发动机控制领域得到了广泛的应用。国内外都有一些成熟的硬件在环仿真设备供应商，其设备由于用途广泛，通用性较好，在发动机燃油系统仿真方面，通常使用电压检测板卡和PID油轨控制模型，在实际使用过程中发现对于最新的直喷汽油机高压燃油系统，其检测设备和仿真模型的适用性较差，无法得到与高压油泵试验台和发动机台架相同的试验效果。

因此，亟待提供一种能够与高压油泵试验台和发动机台架相同的试验效果的仿真设备。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的实施例提供了一种直喷汽油机高压燃油系统仿真设备，该设备结合直喷汽油机高压燃油系统中的电控零部件：高压喷油器、高压油泵、轨压传感器的电控制特性和机械特性进行仿真系统的硬件和软件模型设计，让高压燃油系统的硬件在环仿真设备与真实系统高度相似，从而得到实际系统相同的仿真效果。

本发明采用的技术方案为：

本发明实施例提供的一种直喷汽油机高压燃油系统仿真设备，所述直喷汽油机高压燃油系统包括高压油泵、高压喷油器、高压油轨、轨压传感器、低压油泵，所述低压油泵设置在油箱中，与所述高压油泵连接，所述高压油轨与所述高压油泵连接，并设置有所述高压喷油器和所述轨压传感器，所述仿真设备包括依次连接的上位机、工控机、电控单元、负载箱，所述上位机控制所述工控机的操作，所述工控机中设置控制板卡、数据采集板卡和数据输出板卡，所述控制板卡中设置有根据所述高压油泵的机械特性、电控特性及工作原理构建的仿真模型，所述负载箱中设置有所述高压油泵和所述高压喷油器，所述电控单元用于向所述高压油泵和所述高压喷油器发送驱动信号，所述数据采集板卡用于采集所述驱动信号并发送给所述上位机，所述上位机用于运行所述仿真模型以计算油轨压力，所述数据输出板卡用于模拟所述轨压传感器的压力信号并输出给所述电控单元。

可选地，还包括故障注入板卡，所述故障注入板卡设置在所述负载箱和所述工控机之间。

可选地，所述负载箱中还设置有继电器，用于对所述低压油泵进行模拟控制。

可选地，所述上位机、工控机、电控单元、负载箱依次通过线束进行连接。

本发明实施例提供的直喷汽油机高压燃油系统仿真设备基于直喷汽油机高压燃油系统的零部件机械特性、电控特性以及工作原理进行设计，基于物理模型进行建模，与油泵试验台和发动机台架等真实系统相同的仿真效果；同时，基于物理模型的仿真模型可通过零部件的机械特性和电控特性进行参数化，减少对数据模型对大量试验数据的依赖，减少模型参数化时间，提高使用效率。

附图说明

图1为本发明实施例进行仿真的直喷汽油机高压燃油系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的直喷汽油机高压燃油系统仿真设备的构成图；

图3为本发明实施例进行仿真的直喷汽油机高压燃油系统的零部件特性图；

图4为本发明实施例的高压燃油系统故障注入单元构成图；

图5为本发明实施例的高压油泵控制原理图；

图6为本发明实施例的高压燃油系统软件模型设计图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

图1为本发明实施例进行仿真的直喷汽油机高压燃油系统的结构示意图；图2为本发明实施例的直喷汽油机高压燃油系统仿真设备的构成图；图3为本发明实施例进行仿真的直喷汽油机高压燃油系统的零部件特性图；图4为本发明实施例的高压燃油系统故障注入单元构成图；图5 为本发明实施例的高压油泵控制原理图；图6为本发明实施例的高压燃油系统软件模型设计图。

本发明提供的直喷汽油机高压燃油系统仿真设备依据电控零部件的特性，进行数据采集板卡和负载箱的设计，如图1所示，本发明进行仿真测试的直喷汽油机高压燃油系统包括高压油泵101、高压喷油器102、高压油轨103、轨压传感器104、低压油泵105，所述低压油泵105设置在油箱106 中，与所述高压油泵101连接，所述高压油轨103与所述高压油泵101连接，并设置有所述高压喷油器103和所述轨压传感器104。如图2所示，本发明提供的仿真设备可包括依次连接的上位机201、工控机202、电控单元203、负载箱204，所述上位机201控制所述工控机202的操作，所述工控机202中设置控制板卡和数据处理板卡206，数据处理板卡可包括数据采集板卡和数据输出板卡，所述控制板卡中设置有根据所述高压油泵的机械特性、电控特性及工作原理构建的仿真模型，所述负载箱204中设置有所述高压油泵101和所述高压喷油器102，所述电控单元203用于向所述高压油泵101和所述高压喷油器102发送驱动信号，所述数据采集板卡用于采集所述驱动信号并发送给所述上位机201，所述上位机201用于运行所述仿真模型以计算油轨压力，所述数据输出板卡用于模拟所述轨压传感器的压力信号并输出给所述电控单元203，从而形成闭环控制。数据采集板卡具体用于采集驱动信号的起始角度和结束角度。

在本发明中，上位机201可为个人计算机，其与工控机202连接并控制工控机202的操作，包括运行仿真模型等。工控机202可为现有技术中的常用设备，在一个示例中可为型号为TP_RTPC_3U.4的设备。控制板卡和数据处理板卡可安置在工控机的机壳的卡槽中，控制板卡和数据处理板卡可采用现有的板卡，例如，控制板卡可采用型号为ES1130.3的板卡，数据采集板卡可采用型号为ES1336.1的板卡，数据输出板卡可采用型号为PB4350DAC的板卡等，但并不局限于此。电控单元202可为现有的设备，内部设置控制器如单片机，例如，可采用型号为9GDZ+的设备，但是并不局限于此，只要是具有控制功能的任何设备都可以，在此不做特别限定。

在本发明的一个示例中，本发明的仿真设备还科包括故障注入板卡205，所述故障注入板卡设置在所述负载箱204和所述工控机202之间，具体可通过线束连接。故障注入板卡205用于模拟直喷汽油机高压燃油系统零部件故障模式(随后介绍)。

此外，所述负载箱204中还设置有继电器，用于对所述低压油泵进行模拟控制。由于真实的低压油泵控制电流较大，电控单元输出电流小，因此可通过继电器实现小电流控制大电流信号。继电器的恒压可为5bar，其生成的信号可通过数据采集板卡进行采集，并发送给上位机。

本发明实施例仿真的直喷汽油机高压燃油系统的高压油泵101、高压喷油器102、轨压传感器104的电控特性可如图3所示。本发明通过故障注入板卡205对直喷汽油机高压燃油系统的电控零部件的故障进行模拟的故障模块可如下表1所示：

表1：故障模式定义

通过上表1可知，故障模式可包括：轨压传感器故障、低压油泵故障、高压油泵故障、高压喷油器故障。轨压传感器故障分为轨压传感器电路电压过低故障、轨压传感器电路电压过高故障、轨压传感器信号不可信故障；低压油泵故障分为对地短路故障、对电源短路故障、开路故障；高压油泵故障分为可信度故障、对地短路故障、对电源短路故障、开路故障；高压喷油器故障分为驱动电路对地短路故障、驱动电路过流故障、驱动电路开路故障、驱动电路接触不良故障。故障注入板卡的设计可如图4所示，结合直喷汽油机高压燃油系统零部件故障模式进行设计，设计可覆盖系统全部故障模式，通过故障注入单元可实现自动的故障注入功能。

本发明在建立高压燃油系统仿真模型时，考虑到高压喷油器和高压油泵对油轨压力有直接影响。高压喷油器为电流驱动的执行器，喷油量与驱动电流时间成正比。直喷汽油机的高压油泵工作原理较为复杂，如图5所示，与柴油机常用的转子式高压油泵有所不同，分为吸油和压油两个行程，在压油行程通过控制执行器信号使高压油泵电磁阀关闭进行泵油，向油轨里泵油达到目标压力。

如图6所示，本发明的仿真设备基于高压油泵的工作原理和油轨内压力变化的影响因素进行物理建模。油轨内的初始压力等于低压油路压力值，油轨内燃油的体积等于油轨容积。油轨内压力的变化与燃油变化量(泵油流量- 喷油流量-燃油泄漏量)，本发明依据直喷汽油机高压油泵的机械特性、电控特性及工作原理进行泵油流量的建模，通过驱动电流信号的起始角度和关闭角度计算有效的柱塞行程，通过截面积得到泵油体积，通过发动机实时转速转换为泵油流量。通过泵油流量、喷油流量和燃油泄漏量计算燃油变化量，进而通过积分控制器得到油轨内压力值。

综上，本发明实施例的直喷汽油机高压燃油系统仿真设备具备以下特点：1)软件模型的泵油流量是基于直喷汽油机高压油泵的机械特性、电控特性及实际的工作原理进行设计，基于物理模型进行建模，从而模型仿真可以得到与实际系统相似度很高的仿真效果。2)硬件设计是基于电控零部件的电信号特性进行，包括负载箱设计和硬件板卡、上位PC机的选择。3)故障注入单元设计基于实际零部件的故障模型进行设计，可以有针对性的仿真高压燃油系统零部件故障状态，进行故障模式及处理功能测试。

以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种直喷汽油机高压燃油系统仿真设备，所述直喷汽油机高压燃油系统包括高压油泵、高压喷油器、高压油轨、轨压传感器、低压油泵，所述低压油泵设置在油箱中，与所述高压油泵连接，所述高压油轨与所述高压油泵连接，并设置有所述高压喷油器和所述轨压传感器，其特征在于，所述仿真设备包括依次连接的上位机、工控机、电控单元、负载箱，所述上位机控制所述工控机的操作，所述工控机中设置控制板卡、数据采集板卡和数据输出板卡，所述控制板卡中设置有根据所述高压油泵的机械特性、电控特性及工作原理构建的仿真模型，所述负载箱中设置有所述高压油泵和所述高压喷油器，所述电控单元用于向所述高压油泵和所述高压喷油器发送驱动信号，所述数据采集板卡用于采集所述驱动信号并发送给所述上位机，所述上位机用于运行所述仿真模型以计算油轨压力，所述数据输出板卡用于模拟所述轨压传感器的压力信号并输出给所述电控单元。

2.根据权利要求1所述的直喷汽油机高压燃油系统仿真设备，其特征在于，还包括故障注入板卡，所述故障注入板卡设置在所述负载箱和所述工控机之间。

3.根据权利要求1所述的直喷汽油机高压燃油系统仿真设备，其特征在于，所述负载箱中还设置有继电器，用于对所述低压油泵进行模拟控制。

4.根据权利要求1所述的直喷汽油机高压燃油系统仿真设备，其特征在于，所述上位机、工控机、电控单元、负载箱依次通过线束进行连接。