基于 NI 产品的高压共轨柴油机电控单元测试系统的开发 Developing of Test Equipment for High Pressure Common Rail Diesel Engine ECU with NI Products
作者:杭勇 杨明 陆娟 职务:高级工程师 公司:一汽无锡油泵油嘴研究所 应用领域:汽车 挑战: 发动机电控单元的开发面临着开发效率和开发质量的双重压力, 如何在产品开发过程中 快速地测试控制系统的功能性,可靠性,在保证开发质量的前提下,提高系统开发效率,是 所有开发人员面前的难题.而在实际的发动机台架试验中,人为地产生故障是非常危险的, 可能会对控制器,发动机,台架设备或试验人员造成伤害.因此,用测试设备模拟发生各种 故障信号组合,可以快速地对 ECU 进行该项功能的全面测试,节约台架时间,降低测试风 险. 应用方案 利用 NI 公司的软硬件产品,开发人员可以快速高效地搭建出电子控制系统(ECU)测 试平台, 其灵活的硬件配置,图形化的编程方法,使用户可以方便地开发出从简单的子系统 测试到复杂的全系统测试方案. 在此基础上应用 TestStand 建立了一套 ECU 功能检测设备, 从而在整个开发流程中提供了一个从灵活的软件调试工具, 软件功能测试到硬件电路检测的 完整解决方案. 使用的产品: LabVIEW 7.1 LabVIEW FPGA TestStand 3.5 PXI-6229 M 系列多功能数据采集卡 PXI-7831R 可重新配置的多功能 I/O 卡 PXI-6512 低价位工业数字输出卡 PXI-8464/2 单口软件可选 PXI-CAN 接口 PXI-6723 静态和波形模拟输出板卡 介绍: 高压共轨控制系统的软件开发要求建立起一套硬件在回路仿真测试平台, 要求该平台能 提供高速的相位准确的发动机曲轴和凸轮轴信号,以及其他传感器输入信号,如共轨油压, 踏板开度,冷却水温度,机油压力,燃油温度,增压压力等,对输出到执行器,诸如各缸的 预喷, 主喷以及泵油信号的宽度和相位也要求能准确捕捉, 以反映出控制系统真实的控制功 能.同时,要求测试系统具有故障发生模块,方便调试电控单元的诊断功能.这样在控制软 件的设计过程中,通过硬件在环的仿真调试,可以快速地确认算法的功能,尽早地发现和纠 正软件功能错误,降低开发成本,提高开发效率和开发质量.NI 公司的虚拟仪器理念克服 传统仪器功能单一,扩展开发困难的缺点,为电控高压共轨系统控制单元的开发提供灵活, 完整的硬件在环(Hardware-in-the-Loop)仿真调试平台,并建立产品 ECU 功能检测设备.
本文介绍了该套系统的设计方案及其特点. 正文: 软件调试平台建立: 根据高压共轨控制器的输入信号相位要求,输出信号高速采样要求和故障发生原理,基 于 NI 公司软硬件产品, 利用 PXI-7831R FPGA 板卡高速发生和采集关键信号, 利用 PXI-6512 和继电器组合实现了各种故障的发生.搭建出的测试系统在实际 ECU 功能测试中的应用表 明, 该系统能够高速模拟发生发动机在不同工况下不同相位关系的曲轴和凸轮信号, 结合其 他如共轨压力,油门踏板和温度信号的发生,通过对喷油脉宽和相位,泵油脉宽和相位的捕 捉,实现了对控制器在不同工况下硬件电路,软件功能的测试,进而为控制器的研发和调试 提供了很好的手段. 利用两块 NI 的现场可编程门阵列(FPGA)板卡 PXI-7831R,一块用来发生转速和捕捉 同步信号,实现了高速,相位准确的发动机曲轴和凸轮轴信号的发生,一块用来捕捉喷油和 泵油信号.转速信号采用 While 循环和平铺式顺序(flat sequence)结构,第一个序列中为一 可调计时器,用来控制第二个序列信号点输出的速度,进而改变转速信号的频率,该板卡上 的另外 5 路 AO 用于发生轨压信号,油门开度及其它温度信号,如图 1 所示.
图 1 LabVIEW FPGA 中转速信号发生程序 程序中 While 循环中的循环计数用来控制当前循环各模拟输出口电平的高低,其逻辑 根据所需信号的种类而定,本文中的曲轴信号为每转 48 齿缺 3 齿,凸轮轴信号为每两转 6 齿加 1 齿.另外,为了实现喷油和泵油信号捕捉处理时与转速信号相位的同步,在每两圈曲 轴信号第一齿上升沿位置产生一捕捉同步信号,实际发生的发动机 1500 转信号如图 2.
图 2 实际发生的转速与捕捉同步信号
喷油信号和泵油信号的捕捉是测试中的关键, 直接反映软件的控制输出, 设计中是通过 测量驱动电路中电流波形来获得,选用 Honeywell 的电流传感器.对喷油信号需精确获取喷 油脉宽和喷油相位,对泵油信号主要是获取精确的相位,对脉宽宽度测量精度要求不高. 图 3 为 LabVIEW FPGA 中的程序,显示了一路喷油器控制信号和一路泵油信号的测量 流程.在测试程序中,首先利用速度信号发生模块中的捕捉同步信号来触发测试开始,确保 测试开始点与发动机工作相位的严格同步,进而保证结果中喷油和泵油信号相位的准确性.

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