CN114137873A - 发动机的程序开发方法及装置、发动机的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机的程序开发方法及装置、发动机的控制系统。发动机包括：电控模块，电控模块内置第一控制程序和第二控制程序；第一控制程序用于控制发动机的点火控制模块的输出；第二控制程序用于控制发动机的发动机控制模块的输出；第一控制程序与第二控制程序采用相同的程序开发方法。程序开发方法包括：获取初级模型；获取应用需求，并根据应用需求修正初级模型，得到修正模型；根据修正模型生成源代码；编译源代码得到与应用需求对应的目标程序。本发明实施例可以通过精确控制发动机中各控制模块的工作来实现对发动机工作状态的精准控制，尽量减少发动机工作过程中无谓的燃油消耗和污染物排放。
Description
技术领域
本发明实施例涉及发动机技术领域，尤其涉及一种发动机的程序开发方法及装置、发动机的控制系统。
背景技术
随着全球对电能的需求以及船舶、油田、铁路和建筑等行业对驱动系统功能的需求的不断增加，柴油和燃气等类型发动机的发展不断被推动。当前的生产数据显示，对于功率超过500kW的发动机，约95％的发电机组发动机和约75％的船用发动机均采用了转速大于1200r/min的高速发动机。相关排放法规的要求越发严格的趋势，使得降低发动机燃油消耗率和降低排放成为发动机领域的重要研究目标和发展方向。例如国际海事组织在2016年强制实施限制船用柴油机氮氧化物排放的TierⅢ法规，相比TierⅠ阶段法规，氮氧化物的排放需降低80％。因此，如何实现发动机的节能减排成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种发动机的程序开发方法及装置、发动机的控制系统，通过精确控制发动机中各控制模块的工作来实现对发动机工作状态的精准控制，尽量减少发动机工作过程中无谓的燃油消耗和污染物排放。
第一方面，本发明实施例提供了一种发动机的程序开发方法，发动机包括：电控模块，所述电控模块内置第一控制程序和第二控制程序；所述第一控制程序用于控制所述发动机的点火控制模块的输出；所述第二控制程序用于控制所述发动机的发动机控制模块的输出；所述第一控制程序与所述第二控制程序采用相同的程序开发方法；
所述程序开发方法包括：
获取初级模型；
获取应用需求，并根据所述应用需求修正所述初级模型，得到修正模型；
根据所述修正模型生成源代码；
编译所述源代码得到与所述应用需求对应的目标程序。
可选地，所述初级模型为可视化模型。
可选地，根据所述应用需求修正所述初级模型，得到修正模型，包括：
根据所述应用需求对所述初级模型进行验证；其中，所述验证包括模型功能性验证和模型覆盖率验证；
若所述初级模型通过验证，将所述初级模型作为所述修正模型；
若所述初级模型未通过验证，调整所述初级模型，并再次进行验证。
可选地，在根据所述修正模型生成源代码之后，还包括：
对所述修正模型与所述源代码进行结构一致性检验。
可选地，在编译所述源代码得到与所述应用需求对应的目标程序之后，还包括：
对所述修正模型与所述目标程序进行代码一致性验证和代码覆盖率验证。
可选地，在编译所述源代码得到与所述应用需求对应的目标程序之后，还包括：
检查所述目标程序的代码运行缺陷，并根据所述应用需求对所述目标程序进行功能性检验。
第二方面，本发明实施例还提供了一种发动机的程序开发装置，包括：
模型获取模块，用于获取初级模型；
模型修正模块，用于获取应用需求，并根据所述应用需求修正所述初级模型，得到修正模型；
源代码生成模块，用于根据所述修正模型生成源代码；
程序生成模块，用于编译所述源代码得到与所述应用需求对应的目标程序。
第三方面，本发明实施例还提供了一种发动机的控制系统，包括：点火控制模块、发动机控制模块和如本发明任意实施例所提供的电控模块；
所述电控模块包括第一控制单元和第二控制单元；所述第一控制单元内置所述第一控制程序，所述第二控制单元内置所述第二控制程序；所述第一控制单元与所述点火控制模块连接；所述第二控制单元与所述发动机控制模块连接。
可选地，所述发动机的控制系统还包括：介调模块；所述介调模块与所述电控模块连接，用于提供发动机的运行环境。
可选地，所述发动机的控制系统还包括：传感器；所述传感器与所述电控模块电连接，用于获取发动机的运行参数并传输至所述电控模块。
本发明实施例提供的发动机的程序开发方法中，通过电控模块对发动机的点火控制模块和发动机控制模块进行统一控制，相比于现有技术中机械式的控制，采用软件控制的准确度更高，可以避免发动机多余的燃油消耗和污染物排放。并且，将用于控制点火控制模块的第一控制程序和用于控制发动机控制模块的第二控制程序均采用同一种方法开发，使得电控模块中各类控制程序的代码风格一致，便于修改和升级，降低开发难度，以使控制软件的开发过程更适应发动机产品随着排放法规越来越快的更新迭代速度，进一步提高控制精确度。因此，与现有技术相比，本发明实施例可以尽量减少发动机工作过程中无谓的燃油消耗和污染物排放，实现节能减排。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种发动机的程序开发方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种发动机的程序开发方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种发动机的程序开发装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种发动机的控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例提供了一种发动机的程序开发方法，可以由发动机的程序开发装置执行，该装置可以由软件和/或硬件实现，该程序开发方法适用于对发动机中用于驱动各种控制模块的控制程序的开发。发动机包括：电控模块，电控模块内置第一控制程序和第二控制程序；第一控制程序用于控制发动机的点火控制模块(Ignition Control Module，ICM)的输出；第二控制程序用于控制发动机的发动机控制模块(Engine Control Module，ECM)的输出；第一控制程序与第二控制程序采用相同的程序开发方法。下面对该程序开发方法进行说明。
图1是本发明实施例提供的一种发动机的程序开发方法的流程示意图。参见图1，该加速度的计算方法包括以下步骤：
S110、获取初级模型。
其中，初级模型可以由开发人员搭建。在开发初期，开发人员可以对系统功能需求进行讨论和定制，并在仿真软件上进行控制逻辑模型搭建，得到初级模型。以针对点火控制模块的控制程序为例，应用需求可以是根据转速和正时发出喷油器电磁阀开启指令，以驱动点火控制模块控制点火装置正确动作。
S120、获取应用需求，并根据应用需求修正初级模型，得到修正模型。
如上所述，应用需求可以是在开发初期，开发人员根据发动机硬件结构对系统功能的需求进行讨论而定制。根据应用需求修正初级模型可以是在仿真环境下对所设计的控制功能进行初步验证，通过验证的模型即为修正模型。
S130、根据修正模型生成源代码。
其中，该步骤可以利用开发平台的自动代码生成技术将修正模型转化成源代码，例如C代码，以简化源代码生成的过程；源代码生成后，可以在实时系统上对源代码对应的控制算法进行验证。
S140、编译源代码得到与应用需求对应的目标程序。
其中，编译后可以对目标程序进行代码规范检查。
本发明实施例提供的发动机的程序开发方法中，通过电控模块对发动机的点火控制模块和发动机控制模块进行统一控制，相比于现有技术中机械式的控制，采用软件控制的准确度更高，可以避免发动机多余的燃油消耗和污染物排放。并且，将用于控制点火控制模块的第一控制程序和用于控制发动机控制模块的第二控制程序均采用同一种方法开发，使得电控模块中各类控制程序的代码风格一致，便于修改和升级，降低开发难度，以使控制软件的开发过程更适应发动机产品随着排放法规越来越快的更新迭代速度，进一步提高控制精确度。因此，与现有技术相比，本发明实施例可以尽量减少发动机工作过程中无谓的燃油消耗和污染物排放，实现节能减排。
在上述各实施方式的基础上，可选地，初级模型可以为可视化模型。这样，在开发过程中，发动机硬件开发人员和电控系统软件开发人员可以更好的对接，初期解决设计过程中出现的逻辑漏洞，减少后期的代码功能缺陷。具体地，在确定需求后，电控系统软件开发人员进行可视化模型的初步搭建，初步搭建完成后，发动机硬件开发人员可以直观获取电控系统软件开发人员的控制逻辑，并根据前述确定的需求直接要求电控系统软件开发人员对模型进行调整，从而实现模型的需求追踪。相比于电控系统软件开发人员直接根据需求做出初级模型，本实施例利用模型的可视化提供了两类开发人员组内交流和沟通的桥梁；以调整后的模型作为初级模型可以初步解决模型中的逻辑漏洞。示例性地，可视化模型可以通过Simulink平台搭建。
图2是本发明实施例提供的另一种发动机的程序开发方法的流程示意图。
参见图2，在一种实施方式中，可选地，程序开发方法包括以下步骤：
S210、获取应用需求。
S220、获取初级模型。
其中，初级模型可以是通过图形化编程的方式在仿真软件上进行控制器模型搭建，并由开发人员经组内交流，对模型进行需求追踪调整得到。
S230、判断初级模型是否通过模型功能性验证和模型覆盖率验证；若是，则执行S250；若否，则执行S240。
其中，该步骤可以是在仿真环境下根据应用需求对初级模型中所设计的控制功能进行初步验证，可以包括静态测试和动态测试等多种测试环节。若初级模型通过验证，则直接将初级模型作为修正模型；若初级模型未通过验证，则调整初级模型，并再次进行验证，直至模型通过验证，将通过验证的模型作为修正模型。
S240、调整初级模型。
S250、获得修正模型。
S260、根据修正模型生成源代码。
其中，该步骤可以通过自动代码生成技术实现。
S270、判断源代码是否通过结构一致性检验；若是，则执行S290；若否，则执行S280。
其中，该步骤为对修正模型和源代码之间结构一致性的验证。
S280、调整源代码。
S290、编译源代码得到与应用需求对应的程序。
S2A0、判断程序是否通过代码一致性验证、代码覆盖率验证、功能性检验和代码运行缺陷检验；若是，则执行S2C0；若否，则执行S2B0。
其中，代码一致性验证和代码覆盖率验证是针对程序和修正模型之间对应关系的验证；功能性检验和代码运行缺陷检验是针对程序和应用需求之间对应关系的验证。
S2B0、调整程序。
S2C0、获得目标程序。
其中，在完成开发、升级或修改后，可以对目标程序进行规范性审查，为保证可靠性，可采用MAAB及MISRA-C规范进行自动检查。通过规范性审查后的目标程序可以在嵌入式平台上进行移植，通过接口与发动机的控制系统中原有的控制模块和驱动模块进行整合，以便发动机整体控制策略的实现。
本实施例中，电控系统应用层程序代码是根据实际需求，使用Simulink搭建模型，在静态、动态测试通过后进行自动代码生成；生成后可以与控制系统原有的驱动进行整合。该基于自动代码生成的电控系统开发，利用仿真软件建立模型，可以在模型设计过程中进行连续的测试与验证，有利于提高电控模块的控制精度。
本发明实施例还提供了一种发动机的程序开发装置，该发动机的程序开发装置可用于实现上述各实施例提供的发动机的程序开发方法，以生成电控模块中的第一控制程序与所述第二控制程序，具有相应的有益效果。图3是本发明实施例提供的一种发动机的程序开发装置的结构示意图。参见图3，该发动机的程序开发装置包括：模型获取模块310、模型修正模块320、源代码生成模块330和程序生成模块340。
其中，模型获取模块310用于获取初级模型。模型修正模块320用于获取应用需求，并根据应用需求修正初级模型，得到修正模型。源代码生成模块330用于根据修正模型生成源代码。程序生成模块340用于编译源代码得到与应用需求对应的目标程序。
在上述各实施方式的基础上，可选地，模型修正模块320具体用于：根据应用需求对初级模型进行验证；其中，验证包括模型功能性验证和模型覆盖率验证；若初级模型通过验证，将初级模型作为修正模型；若初级模型未通过验证，调整初级模型，并再次进行验证。
在上述各实施方式的基础上，可选地，发动机的程序开发装置还包括：第一检验模块，用于在根据修正模型生成源代码之后，对修正模型与源代码进行结构一致性检验。
在上述各实施方式的基础上，可选地，发动机的程序开发装置还包括：第二检验模块，用于在编译源代码得到与应用需求对应的目标程序之后，对修正模型与目标程序进行代码一致性验证和代码覆盖率验证。
在上述各实施方式的基础上，可选地，发动机的程序开发装置还包括：第三检验模块，用于在编译源代码得到与应用需求对应的目标程序之后，检查目标程序的代码运行缺陷，并根据应用需求对目标程序进行功能性检验。
本发明实施例还提供了一种发动机的控制系统，包括如本发明任意实施例所提供的电控模块，具有相应的有益效果。图4是本发明实施例提供的一种发动机的控制系统的结构示意图。参见图4，该控制系统包括：点火控制模块410、发动机控制模块420和电控模块430。
其中，电控模块430包括第一控制单元431和第二控制单元432；第一控制单元431内置第一控制程序，第二控制单元432内置第二控制程序；第一控制单元431与点火控制模块410连接；第二控制单元432与发动机控制模块420连接。示例性地，第一控制单元431与点火控制模块410之间和第二控制单元432与发动机控制模块420之间均可通过串口实现通信连接。
示例性地，电动机可以是单缸机、柴油机。该控制系统可以是高压共轨控制系统，借助高压共轨执行机构对燃油喷射(喷油量、喷油定时、喷油率)、排气阀动作和高压油轨压力进行闭环控制，以优化柴油机缸内混合气的形成和燃烧，提升柴油机整机性能。
该控制系统中可以采用成熟机型的发动机控制模块420和点火控制模块410硬件，其主控制器可以将RISC(Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机)处理器内核、微控制器和DSP(Digital Signal Processing，信号数字化处理)结合在一起。该控制系统可以面向汽车及各种工业应用领域。电控模块430除了用于发动机管理和变速器控制，还可集成于包括电动和混合动力驱动的控制系统中。
示例性地，点火控制模块410可以是喷油控制芯片，其可集成6个微核、7个外部MOSFET高边驱动器，和8个外部MOSFET低边驱动器。两个低边驱动器可以用作直流/直流转换器。6个微核允许6个任务独立于主控制器并行运行。该芯片还可包括诊断、自动DC/DC控制、电流计量和喷射结束感测等功能。
电控模块430对点火控制模块410的控制需求可以是：根据发动机正时控制喷油器动作。具体实现方式可以是：第一控制单元431接收霍尔传感器所采集的信号，并进行计数，以精确读取齿盘信号，计算转速及正时，并根据转速和正时生成电磁阀开闭控制信号；使点火控制模块410根据电磁阀开闭控制信号控制喷油器电磁阀开启时间及驱动脉宽。
示例性地，发动机控制模块420可以是可编程电磁阀驱动芯片。传统电磁阀驱动电路中的升压芯片的调节为机械式调节，是通过调节负载电路电阻来改变升压电压，灵活性较低，升压电压会存在误差。本实施例选用可编程电磁阀驱动芯片作为发动机控制模块420，具备根据控制指令实现升压电压可调、电磁阀升压和维持阶段的电流可调的功能，使电压电流调试更加精确。该芯片还可以调节电磁阀从开启到关闭期间驱动电流各阶段的控制时间，提高供油和喷油的灵活性。
电控模块430对发动机控制模块420的控制需求可以是：实现电路升压电压和各阶段电流的调节。具体实现方式可以是：第二控制单元432接收各种传感器采集的模拟量信号和/或开关量信号，根据上述信号生成升压驱动指令和/或电磁阀驱动指令；使发动机控制模块420根据相关指令做出反应。
在上述各实施方式的基础上，可选地，发动机的控制系统还包括：介调模块；介调模块与电控模块430连接，用于提供发动机的运行环境，以满足发动机运行需要。
具体地，介调模块可以包括：燃油及温度压力调节单元、冷却水调节单元、润滑油调节单元和排气调节单元中的至少一个。其中，燃油及温度压力调节单元用于为发动机提供经过调节的温度、压力、流量合适的燃油，同时能够测量给定工况下的燃油消耗量。冷却水调节单元用于为发动机动力部件、滑油冷却部件和燃油冷却部件提供经过调节，温度压力流量合适的冷却水。润滑油调节单元用于为发动机的润滑和冷却提供经过调节的温度、压力、流量合适的润滑油。排气调节单元用于为发动机提供排气通道。其中，在开发及试验时，介调模块及其中的各功能单元可以是试验系统中的虚拟功能部件。
在上述各实施方式的基础上，可选地，发动机的控制系统还包括：传感器；传感器与电控模块430电连接，用于获取发动机的运行参数并传输至电控模块430。示例性地，传感器可以包括温度传感器、压力传感器等各种类型的传感器，其具体类型可以根据实际需求进行选择，此处不做限定。电控模块430根据运行参数输出控制指令，还可以对运行参数进行监控，有利于研究电控系统主要控制参数随发动机负荷的变化规律及各运行参数间的相互关联，以对发动机进行更精准的控制。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种发动机的程序开发方法，其特征在于，发动机包括：电控模块，所述电控模块内置第一控制程序和第二控制程序；所述第一控制程序用于控制所述发动机的点火控制模块的输出；所述第二控制程序用于控制所述发动机的发动机控制模块的输出；所述第一控制程序与所述第二控制程序采用相同的程序开发方法；
所述程序开发方法包括：
获取初级模型；
获取应用需求，并根据所述应用需求修正所述初级模型，得到修正模型；
根据所述修正模型生成源代码；
编译所述源代码得到与所述应用需求对应的目标程序。
2.根据权利要求1所述的发动机的程序开发方法，其特征在于，所述初级模型为可视化模型。
3.根据权利要求1所述的发动机的程序开发方法，其特征在于，根据所述应用需求修正所述初级模型，得到修正模型，包括：
根据所述应用需求对所述初级模型进行验证；其中，所述验证包括模型功能性验证和模型覆盖率验证；
若所述初级模型通过验证，将所述初级模型作为所述修正模型；
若所述初级模型未通过验证，调整所述初级模型，并再次进行验证。
4.根据权利要求1所述的发动机的程序开发方法，其特征在于，在根据所述修正模型生成源代码之后，还包括：
对所述修正模型与所述源代码进行结构一致性检验。
5.根据权利要求1所述的发动机的程序开发方法，其特征在于，在编译所述源代码得到与所述应用需求对应的目标程序之后，还包括：
对所述修正模型与所述目标程序进行代码一致性验证和代码覆盖率验证。
6.根据权利要求1所述的发动机的程序开发方法，其特征在于，在编译所述源代码得到与所述应用需求对应的目标程序之后，还包括：
检查所述目标程序的代码运行缺陷，并根据所述应用需求对所述目标程序进行功能性检验。
7.一种发动机的程序开发装置，其特征在于，包括：
模型获取模块，用于获取初级模型；
模型修正模块，用于获取应用需求，并根据所述应用需求修正所述初级模型，得到修正模型；
源代码生成模块，用于根据所述修正模型生成源代码；
程序生成模块，用于编译所述源代码得到与所述应用需求对应的目标程序。
8.一种发动机的控制系统，其特征在于，包括：点火控制模块、发动机控制模块和如权利要求1所述的电控模块；
所述电控模块包括第一控制单元和第二控制单元；所述第一控制单元内置所述第一控制程序，所述第二控制单元内置所述第二控制程序；所述第一控制单元与所述点火控制模块连接；所述第二控制单元与所述发动机控制模块连接。
9.根据权利要求8所述的发动机的控制系统，其特征在于，还包括：介调模块；所述介调模块与所述电控模块连接，用于提供发动机的运行环境。
10.根据权利要求8所述的发动机的控制系统，其特征在于，还包括：传感器；所述传感器与所述电控模块电连接，用于获取发动机的运行参数并传输至所述电控模块。
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- 2021-11-23 CN CN202111392402.7A patent/CN114137873A/zh active Pending
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