发动机管理系统开发的测试技术与平台研究

论文摘要

发动机管理系统(EMS)的研发对整个车辆及动力行业具有深远的影响,然而,其研发过程是复杂的,研发中的测试过程是重要的。本文研究EMS开发过程中的测试技术,分析了EMS研究的历史与现状,分析了EMS开发平台研究的历史与现状,分析了EMS常用配置的功能组成和器件组成,提出了EMS测试要求,建立了EMS开发测试平台。该测试平台可对EMS常用配置的器件组成包括温度类传感器、压力类传感器、节气门位置类传感器、转速与角度位置类传感器、氧传感器、爆震传感器、控制器、螺线管类执行器、电机类执行器等进行测试。该测试平台可在实车环境下,也可在仿真环境下对EMS进气管理功能、燃油管理功能、点火管理功能、怠速管理功能、故障管理功能等进行测试。该测试平台的仿真测试环境由基于平均值模型的发动机实时模型和基于能量平衡的车辆实时模型相互衔接而成。发动机实时模型是采用修正的平均值模型,包括喷油脉宽与相位计算模型、燃油飞行模型、燃油雾化挥发模型,基于节气门开度、进气压力、进气空气流量的多种进气模型,缸内混合气空燃比计算模型,着火与爆震判断及爆震传感器信号仿真生成模型,排气氧计算及氧传感器信号仿真生成模型,燃烧功和功率生成模型等子模型;车辆实时模型是基于车辆动能守恒的模型,包括路面功计算模型,制动功计算模型,车速和发动机转速计算模型。基于CG125发动机进行了虚拟发动机模型参数的确定,详细分析了单缸机转速波动和CAS仿真问题,进行了FAI实际的ECU测试实验,并给出了QJ125摩托车仿真运行的部分实验结果,结果表明虚拟CG125发动机模型能达到EMS开发实时测试要求。应用本文虚拟发动机及其车辆模型的参数确定方法,还可以确定出其它型号的车辆及发动机实时模型以用于其相应的EMS的开发测试。本文研究开发的EMS开发测试平台能够测试得到任意1～4缸机在各种工况(发动机温度、转速、负荷、蓄电池电压、大气温度、大气压力)下,实际的喷油相位、脉宽、点火相位等数据表,并可以进一步计算得到数据表的蓄电池电压、大气温度、大气压力的修正量,可以进行EMS控制策略研究和评估。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 图表索引
• 符号说明
• 缩写说明
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究的背景
• 1.2.1 EMS 研发的重要性
• 1.2.2 EMS 发展历史、现状与形式
• 1.2.3 EMS 开发平台研究历史与现状
• 1.3 研究的意义
• 1.3.1 从车辆电控产品开发流程来看
• 1.3.2 从仿真测试的特点来看
• 1.4 研究的内容
• 第二章 EMS 测试技术与平台设计要求
• 2.1 概述
• 2.2 EMS 功能组成及测试技术
• 2.2.1 进气管理及测试技术要求
• 2.2.1.1 电子节气门主动进气管理
• 2.2.1.2 进气增压进气管理
• 2.2.1.3 可变进气正时系统进气管理
• 2.2.1.4 怠速进气管理
• 2.2.2 燃油控制及测试要求
• 2.2.3 点火控制及测试要求
• 2.2.3.1 点火提前角控制及其测试
• 2.2.3.2 爆震控制及其测试
• 2.2.4 排放管理及测试要求
• 2.2.4.1 废气再循环控制及其测试
• 2.2.4.2 活性炭罐式燃油蒸发控制及其测试
• 2.2.4.3 二次空气喷射控制及其测试
• 2.2.4.4 三元催化转化装置控制及其测试
• 2.2.5 故障管理及测试要求
• 2.3 EMS 器件组成及其测试
• 2.3.1 传感器及其在仿真测试中的要求
• 2.3.1.1 温度类传感器
• 2.3.1.2 压力类传感器
• 2.3.1.3 节气门位置传感器
• 2.3.1.4 转速与转角位置传感器
• 2.3.1.5 氧传感器
• 2.3.1.6 爆震传感器
• 2.3.2 执行器及其在仿真测试中的要求
• 2.3.2.1 单螺线管类执行器
• 2.3.2.2 直流电机执行器
• 2.3.2.3 步进电机执行器
• 2.4 发动机及车辆模拟
• 2.4.1 发动机模拟
• 2.4.2 车辆模拟
• 2.5 本章小结
• 第三章 EMS 开发测试平台硬件设计
• 3.1 硬件设计概述
• 3.2 硬件结构系统设计
• 3.3 测试通道设计
• 3.3.1 ECU 输入通道
• 3.3.2 ECU 输出通道
• 3.4 开发平台外部接口
• 3.5 开发平台内部布局
• 3.6 开发测试平台电源设计
• 3.7 MCU 功能管脚分配
• 3.7.1 微控制器介绍
• 3.7.2 微控制器MCU1 功能分配
• 3.7.3 微控制器MCU2 功能分配
• 3.7.4 微控制器MCU3 功能分配
• 3.8 本章小结
• 第四章 EMS 开发测试平台软件规划
• 4.1 软件规划概述
• 4.2 启动过程描述
• 4.2.1 启动流程
• 4.2.2 PCB 启动初始化与器件模式设置过程
• 4.2.2.1 EDS 初始化
• 4.2.2.2 CAS 以及电位器初始化
• 4.2.2.3 其它LED 检测与初始化
• 4.2.2.4 LCD 初始化
• 4.2.2.5 HOST PC 初始化
• 4.2.2.6 器件工作模式设置
• 4.2.3 MCB 启动初始化过程
• 4.2.3.1 ECU 传感器通道初始化
• 4.2.3.2 ECU 执行器通道初始化
• 4.2.4 VVB 启动初始化过程
• 4.2.5 各控制器通讯接口初始化过程
• 4.2.6 设备自检过程
• 4.2.6.1 频率信号传感器通道自检
• 4.2.6.2 电位器类传感器通道自检
• 4.2.6.3 单螺线管类执行器通道自检
• 4.2.6.4 电机类执行器通道自检
• 4.3 测试过程描述
• 4.3.1 测试模式
• 4.3.2 启动发动机
• 4.3.2.1 发动机启动时MCB 运行过程
• 4.3.2.2 发动机启动时PCB 运行过程
• 4.3.2.3 发动机启动时VVB 运行过程
• 4.3.3 发动机启动后测试过程
• 4.3.3.1 MCB 运行测试程序的过程
• 4.3.3.2 PCB 运行测试程序的过程
• 4.3.3.3 VVB 运行测试程序的过程
• 4.4 分析过程描述
• 4.5 本章小结
• 第五章 虚拟发动机及车辆模型研究
• 5.1 模型概述
• 5.2 建模理论与模型结构
• 5.2.1 模型总体结构
• 5.2.2 燃油计算模型
• 5.2.2.1 喷油脉宽及喷油量计算
• 5.2.2.2 进气管内燃油膜雾分配及油膜蒸发计算
• 5.2.2.3 燃油飞行与截止计算
• 5.2.3 进气计算模型
• 5.2.3.1 MAP 为输入控制变量的进气模型
• 5.2.3.2 AFM 为输入控制变量的进气模型
• 5.2.3.3 TPS 为输入控制变量的进气模型
• 5.2.4 空燃比计算模型
• 5.2.5 着火与爆震判断模型
• 5.2.5.1 失火判断
• 5.2.5.2 爆震判断
• 5.2.6 功和功率以及扭矩生成模型
• 5.2.7 氧传感器信号生成模型
• 5.2.8 车速和发动机转速模型
• 5.2.8.1 路面功计算
• 5.2.8.2 制动功计算
• 5.2.8.3 车速计算
• 5.2.8.4 发动机转速计算
• 5.3 判缸信号处理
• 5.3.1 FAI 的EMS 判缸仿真问题的提出
• 5.3.2 发动机运行动力学分析
• 5.3.3 判缸信号仿真解决方法
• 5.4 本章小结
• 第六章 EMS 开发测试平台应用研究
• 6.1 平台应用概述
• 6.2 模型参数确定及细节问题处理结果
• 6.2.1 燃油类参数确定
• 6.2.2 考虑燃油飞行截止计算进油结果
• 6.2.3 进气类参数确定
• 6.2.4 发动机参数确定
• 6.2.5 车辆及道路参数确定
• 6.2.6 考虑转速波动计算转速结果
• 6.3 喷油点火数据测试
• 6.4 虚拟发动机运行及 ECU 测试实验
• 6.4.1 发动机启动及怠速工况测试
• 6.4.2 空挡发动机运行测试
• 6.4.3 车辆一挡运行测试
• 6.4.4 车辆连续换挡运行测试
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 创新点概述
• 7.3 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 附录A——车用发动机控制技术发展历程
• 附录B——开发测试平台处理信号列表
• 附录C——以LCD 方式设置器件工作模式
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢