CN110780659A - 一种柴油机电控系统故障模拟及测试系统及方法 - Google Patents

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曹春芳
杨薇
贾利
刘涛
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    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0221—Preprocessing measurements, e.g. data collection rate adjustment; Standardization of measurements; Time series or signal analysis, e.g. frequency analysis or wavelets; Trustworthiness of measurements; Indexes therefor; Measurements using easily measured parameters to estimate parameters difficult to measure; Virtual sensor creation; De-noising; Sensor fusion; Unconventional preprocessing inherently present in specific fault detection methods like PCA-based methods

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Abstract

本发明提供了一种柴油机电控系统故障模拟及测试系统，包括柴油机实时仿真故障模型，ControlDesk试验管理软件，dSPACE硬件在回路仿真测试平台，ECU控制器和标定软件。本发明运用柴油机实时仿真模型代替真实的发动机，模拟故障状态，可以在真实的被控对象未完全开发完成前进行各种故障测试，并且可以避免真实被控对象在极限条件下故障测试的风险。通过模型可较方便模拟柴油机故障，并对多种故障类型进行重复测试，可大幅度降低台架试验的时间、降低开发成本、缩短研发周期。

Description

一种柴油机电控系统故障模拟及测试系统及方法
技术领域
本发明属于柴油机故障测试技术领域，尤其是涉及一种柴油机电控系统故障模拟及测试系统及方法。
背景技术
随着汽车电控系统ECU的功能日渐复杂，对电控系统进行全面系统地测试，特别是故障测试尤为重要。考虑到安全性及成本，依靠真实的控制对象模拟柴油机故障，很多故障无法模拟，且往往需要付出高昂的代价。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种柴油机电控系统故障模拟及测试系统及方法，通过柴油机实时仿真模型模拟真实的发动机，在模型中模拟柴油机故障，在半实物仿真环境下验证柴油机的控制策略。
现如今仿真已经是电控单元开发流程中的重要环节。本发明柴油机实时仿真系统依靠实时硬件平台与柴油机实时模型模拟被控对象的运行状态，通过硬件接口与真实的ECU形成闭环测试环境。通过硬件在回路仿真测试，能够更好的掌握ECU的功能、再现各种发动机故障，从而及早发现柴油机系统设计中的缺陷，可大幅度降低台架试验的时间、降低开发成本、缩短研发周期。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明一方面提供了一种柴油机电控系统故障模拟及测试系统，包括：
柴油机实时仿真故障模型，通过柴油机实时仿真模型模拟真实的发动机，在模型中模拟柴油机故障；
ControlDesk试验管理软件，执行柴油机实时仿真故障模型并将执行结果发送到dSPACE硬件在回路仿真测试平台；
dSPACE硬件在回路仿真测试平台，用于根据接收的ControlDesk试验管理软件发送的执行结果，实时模拟柴油机的传感器信号及执行器信号，并发送到ECU控制器，并接收ECU控制器返回的执行器信号；
ECU控制器，用于对接收的dSPACE硬件在回路仿真测试平台发出的传感器信号及执行器信号作出响应，反馈给dSPACE硬件在回路仿真测试平台；
标定软件，接收dSPACE硬件在回路仿真测试平台输出的ECU控制器返回的执行器信号，在线监控所述ECU控制器的响应。
进一步的，所述柴油机实时仿真故障模型通过Simulink仿真实现。
相对于现有技术，本发明所述的系统具有以下优势：
本发明运用柴油机实时仿真模型代替真实的发动机，模拟故障状态，可以在真实的被控对象未完全开发完成前进行各种故障测试，并且可以避免真实被控对象在极限条件下故障测试的风险。通过模型可较方便模拟柴油机故障，并对多种故障类型进行重复测试，可大幅度降低台架试验的时间、降低开发成本、缩短研发周期。
本发明另一方面提出一种柴油机电控系统故障模拟及测试方法，包括如下步骤：
1)构建用于模拟柴油机故障状态的柴油机实时仿真故障模型；
2)通过ControlDesk试验管理软件执行柴油机实时仿真故障模型，并将执行结果发送到dSPACE硬件在回路仿真测试平台；
3)dSPACE硬件在回路仿真测试平台根据接收的ControlDesk试验管理软件发送的执行结果，实时模拟柴油机的传感器信号及执行器信号，并发送到ECU控制器；
4)ECU控制器对接收的dSPACE硬件在回路仿真测试平台发出的传感器信号及执行器信号作出响应，反馈给dSPACE硬件在回路仿真测试平台；
5)通过标定软件接收dSPACE硬件在回路仿真测试平台输出的ECU控制器返回的执行器信号，在线监控所述ECU控制器的响应，根据ECU控制器监测到的发动机仿真模型的状态，判断相应的故障，在与柴油机实时仿真故障模型比较，从而验证ECU控制器的控制功能的正确性。
所述方法与上述系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述柴油机电控系统故障模拟及测试系统的原理框图；
图2为本发明实施例加速踏板信号与发动机转速不匹配故障模型；
图3为本发明实施例踏板低负荷时增加发动机转速的显示图；
图4为本发明实施例踏板高负荷时逐渐减小发动机转速的显示图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明的柴油机电控系统故障模拟及测试系统，如图1所示，包括：
柴油机实时仿真故障模型，用于模拟柴油机故障状态，具体通过柴油机实时仿真模型模拟真实的发动机，在模型中模拟柴油机故障；
ControlDesk试验管理软件，执行柴油机实时仿真故障模型并将执行结果发送到dSPACE硬件在回路仿真测试平台，并实时显示、在线修改输入输出信号；
dSPACE硬件在回路仿真测试平台，根据接收的ControlDesk试验管理软件发送的执行结果，实时模拟柴油机的传感器信号及执行器信号，并发送到ECU控制器，并接收ECU控制器返回的执行器信号；
ECU控制器，用于对接收的dSPACE硬件在回路仿真测试平台发出的传感器信号及执行器信号作出响应，反馈给dSPACE硬件在回路仿真测试平台；
标定软件，接收dSPACE硬件在回路仿真测试平台输出的ECU控制器返回的执行器信号，在线监控所述ECU控制器的响应，并对数据进行优化。
所述柴油机实时仿真故障模型通过Simulink仿真实现。
本发明通过上述系统进行柴油机电控系统故障模拟及测试的方法，包括如下步骤：
步骤1，开展测试前，对故障模拟类型进行需求分析，根据需求搭建不同的故障测试工程，构建用于模拟柴油机故障状态的柴油机实时仿真故障模型，模拟发动机异常故障；如图2所示，本实施例以加速踏板信号与发动机转速不匹配故障模型为例进行说明；
步骤2，通过ControlDesk试验管理软件执行柴油机实时仿真故障模型，并将执行结果发送到dSPACE硬件在回路仿真测试平台；
步骤3，dSPACE硬件在回路仿真测试平台根据接收的ControlDesk试验管理软件发送的执行结果，实时模拟柴油机的传感器信号及执行器信号，并发送到ECU控制器；之后接收ECU控制器返回的执行器信号并反馈给ControlDesk试验管理软件。
步骤4，ECU控制器对接收的dSPACE硬件在回路仿真测试平台发出的传感器信号及执行器信号作出响应，反馈给dSPACE硬件在回路仿真测试平台；
步骤5，通过标定软件接收dSPACE硬件在回路仿真测试平台输出的ECU控制器返回的执行器信号，在线监控所述ECU控制器的响应，根据ECU控制器监测到的发动机仿真模型的状态，判断相应的故障，在与柴油机实时仿真故障模型比较，从而验证ECU控制器的控制功能的正确性。
现有技术中，对于柴油机，为防止负载突增或突降，造成发动机转速剧烈波动，损坏发动机或其他部件，因此，ECU控制器通常具有一定范围的调速能力。即当加速踏板信号不变时，发动机的转速会稳定在一定的区间内，如实际转速偏离了此区间，ECU将控制发动机尝试将转速提升或降低，并最终稳定在对应转速区间内。
当加速踏板为低负荷时，在仿真故障模型中将发动机转速限制在高转速范围，正常情况下，则ECU喷油量会明显减少，且有可能出现断油现象。
如图3所示，本实施例设置油门开度5％，发动机稳定时转速400r/min。时间到达5s时，改变发动机转速到达4000r/min，结果喷油量出现了一个大抖动之后出现了断油现象。
当加速踏板为高负荷时，在仿真故障模型中将发动机转速限制在低转速范围，正常情况下，则ECU喷油量将会剧烈变化，试图将发动机转速提高。
如图4所示，本实施例设置油门开度80％，发动机转速稳定在4700r/min。时间到达5s时，逐渐减小发动机转速，喷油量逐渐增加，用以提高发动机转速。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种柴油机电控系统故障模拟及测试系统，其特征在于包括：
柴油机实时仿真故障模型，通过柴油机实时仿真模型模拟真实的发动机，在模型中模拟柴油机故障；
ControlDesk试验管理软件，执行柴油机实时仿真故障模型并将执行结果发送到dSPACE硬件在回路仿真测试平台；
dSPACE硬件在回路仿真测试平台，用于根据接收的ControlDesk试验管理软件发送的执行结果，实时模拟柴油机的传感器信号及执行器信号，并发送到ECU控制器，并接收ECU控制器返回的执行器信号；
ECU控制器，用于对接收的dSPACE硬件在回路仿真测试平台发出的传感器信号及执行器信号作出响应，反馈给dSPACE硬件在回路仿真测试平台；
标定软件，接收dSPACE硬件在回路仿真测试平台输出的ECU控制器返回的执行器信号，在线监控所述ECU控制器的响应。
2.根据权利要求1所述的一种柴油机电控系统故障模拟及测试系统，其特征在于：所述柴油机实时仿真故障模型通过Simulink仿真实现。
3.一种柴油机电控系统故障模拟及测试方法，其特征在于包括如下步骤：
1)构建用于模拟柴油机故障状态的柴油机实时仿真故障模型；
2)通过ControlDesk试验管理软件执行柴油机实时仿真故障模型，并将执行结果发送到dSPACE硬件在回路仿真测试平台；
3)dSPACE硬件在回路仿真测试平台根据接收的ControlDesk试验管理软件发送的执行结果，实时模拟柴油机的传感器信号及执行器信号，并发送到ECU控制器；
4)ECU控制器对接收的dSPACE硬件在回路仿真测试平台发出的传感器信号及执行器信号作出响应，反馈给dSPACE硬件在回路仿真测试平台；
5)通过标定软件接收dSPACE硬件在回路仿真测试平台输出的ECU控制器返回的执行器信号，在线监控所述ECU控制器的响应，根据ECU控制器监测到的发动机仿真模型的状态，判断相应的故障，在与柴油机实时仿真故障模型比较，从而验证ECU控制器的控制功能的正确性。
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