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高压共轨柴油机电控系统的标定与测试作者：邓经纬陈星宁李少鹤陈昭稳来源：《科技视界》2012年第32期【摘要】本文主要介绍了高压共轨柴油机电控系统的标定与测试中的标定/匹配的常用方法，高压共轨柴油机控制系统的标定过程以及标定/匹配实验台架及工具简介这三个方面的内容。
【关键词】高压共轨柴油机；电控系统；标定随着电子控制技术在发动机电子控制系统中的广泛应用，这给电子控制系统与高压共轨柴油机的标定/匹配技术带来了新课题。
对于基于模型开发的电控系统，在其数学模型和硬件模式基本确定的前提下，要让其匹配的柴油机发挥出最优的性能，就取决于软件部分的最佳标定参数了，而这个取得最佳标定参数的过程，就是标定/匹配。
标定是根据整车的各种性能要求（动力性、经济性和排放性等），调整、优化和确定电控系统的运行参数和控制参数的过程。
它包括所有为此而进行的研发、台架和实验室的实验、道路试验、验证等过程。
基准三位MAP图优化是标定过程中的一项内容，也是匹配标定的基础。
而基准三位图一般采用多参量交叉组合法制取，整个MAP平面上每个参数的实验次数多达上千次，以获得各节点上对应功率最佳、经济性最佳和排放量最佳的不同的控制参数，为整个标定过程打下了重要的参考基准。
当然，标定工作量也随之增大。
为了节省人力、物力及财力，通常需采用一定的方法来进行匹配标定。
1 标定/匹配的常用方法标定/匹配过程中，根据需要一般分为在线标定和离线标定修改控制参数。
通常以笔记本作为上位机，通过串口连接ECU的K-线或CAN通讯，进行在线实时调整参数，因此，整个标定工作一般基于Vectory CCP方案。
1.1 人工标定目前，比较常用的发动机标定方法大部分采用专业的标定软件来辅助标定。
如Vectory公司的CANape，或者是ETAS公司的INCA（ETK）标定工具，均能满足用户的标定工作要求。
1.2 自动标定技术人工标定需求实验人员多，采集数据的工作量大，操作复杂，其测量误差也大。
基于高压共轨柴油发动机控制器研究高压共轨柴油发动机控制器是现代柴油发动机的核心部件之一，在提高发动机性能、降低排放等方面有着重要作用。
目前，研究高压共轨柴油发动机控制器已经成为发动机领域的热点之一。
高压共轨柴油发动机的工作原理是通过高压共轨对柴油进行高压喷射，进行全电控制，实现对发动机动力、燃油喷射量等参数的精确控制，从而提高发动机的效率。
在这一过程中，高压共轨柴油发动机控制器起到了关键作用。
它能够对发动机的燃油喷射时间、喷射压力、喷嘴开启时间等参数进行精确调控，确保发动机正常、高效运转，同时降低尾气排放量。
目前，高压共轨柴油发动机控制器研究的主要方向包括复杂输油系统建模、燃油喷射的智能优化等。
其中，燃油喷射的智能优化研究是目前的热点，在提高发动机效率、降低污染排放等方面具有巨大潜力。
在控制器设计方面，传统的PID控制器已经无法满足高速、高效的自适应控制要求。
因此，研究人员正在研究新型控制器算法，如模糊控制、神经网络控制等。
这些新的算法可以更加精确、高效地实现对发动机控制的调节与优化。
另外，高压共轨柴油发动机控制器也面临着一些挑战。
例如，在高压共轨柴油机运行过程中，会产生副产物，例如爆震、氧化等，这些因素会影响燃油的燃烧，从而影响发动机的性能、稳定性以及排放。
因此，高压共轨柴油发动机控制器需要对这些因素进行考虑，以实现更好的调控效果。
总的来说，高压共轨柴油发动机控制器的研究意义重大。
通过研究新型控制器算法，以及对发动机运行中各种因素的考虑，可以实现对发动机动力、燃油喷射参数等的高精度调整与优化，从而提高发动机效率、降低尾气排放量。
随着技术的不断进步和工程实践的不断推进，相信高压共轨柴油发动机控制器将在未来的柴油发动机应用中发挥更重要的作用。
除了高效的控制器算法和对各种因素的考虑，还有其他因素也会影响高压共轨柴油发动机控制器的性能与使用效果。
其中之一就是信号传递的可靠性。
高压共轨柴油发动机控制器需要对发动机的各项参数进行检测和控制，这些参数的采集和反馈信号必须要传递给控制器，从而进行动态调整。
基于NIVeriStand配置的发动机测试控制系统设计文章中的测试系统采用基于NI VeriStand的配置来实现发动机测试控制系统的设计。
系统中通过转矩闭环控制一台舵机的转速或位置来实现对发动机油门的控制。
测试系统将发动机的各个传感器的信号采集到实时采集器中，并能够进行相应的数据分析和管理，同时系统开放性强，具有完全的自定义开发特性。
标签：NI VeriStand；发动机；数据采集前言近年来，随着国内汽车发动机产量的快速增加和技术的进步，对发动机的测试设备的需求量越来越大，要求求越来越高，使得国产发动机测试设备也得到了较快发展。
但与国外先进水平相比，设备的性能、精度和质量水平还较低，成套设备使用的可靠性差，协调各硬件工作的控制软件的技术水平还需提高。
一般的发动机测试中需要测试的数据通道虽然不多，但对数据的采集与处理要求非常高，尤其在对发动机实现转速闭环或是转矩闭环控制的系统中。
NI VeriStand是一个基于配置的实时测试软件，它具有良好的开放行以及自定义特性。
文章中的发动机测试系统将采用基于NI VeriStand配置来实现汽车发动机的测试。
测试中通过转矩闭环控制一台舵机的转速或位置来实现发动机油门的控制。
测试系统不仅实现了发动机转速、转矩的快速控制并且具有实时监控发动机温度、转速、扭矩等状态的功能。
本测试系统中利用NI VeriStand调用可重配置机箱cRIO-9076的FPGA I/O的接口特性，cRIO-9076是嵌入式实时处理器，它拥有一套独立的实时操作系统；其机箱背板具有可供用户自定义的FPGA模块，通过自定义FPGA 的接口将数据以DMA FIFO方式传输给上位机实现的采集、分析、记录、显示等功能。
1 系统硬件结构如图1，发动机测试控制系统硬件结构由上位机、cRIO-9076机箱、NI采集板卡、舵机、发动机、传感器等组成。
其中FPGA程序编译完成后运行于cRIO-9076的机箱背板中。
高压共轨ECU下线测试系统设计与开发孙立行;周文华;聂飞【摘要】针对国内ECU测试设备智能化程度低、扩展性差等问题,对高压共轨ECU输入/输出信号和工作原理进行了分析,对现有的ECU测试方法进行了研究,设计了一款基于虚拟仪器的高效、智能、可扩展的下线测试系统,实现了ECU自动连接、电源管理、程序烧录、一键测试和数据库管理等功能;该系统采用模拟ECU实际工况和读取ECU存储单元内部数据的方法来判断ECU对应功能的正常与否,测试系统和待测ECU的通信采用基于CAN总线的CCP协议;通过上位机程序结合LabVIEW和TestStand软件各自优点,分3层架构完成了测试系统软件开发,实现了简单直观的软件用户界面.实际测试结果表明:该系统能够实现ECU的全功能下线测试,消除了人为操作对测试结果的影响.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2018(035)009【总页数】5页(P1001-1005)【关键词】虚拟仪器;高压共轨;下线测试系统;LabVIEW;TestStand【作者】孙立行;周文华;聂飞【作者单位】浙江大学能源工程学院,浙江杭州310027;浙江大学能源工程学院,浙江杭州310027;浙江大学能源工程学院,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TP273;U464.11+30 引言高压共轨燃油喷射系统不但可以降低柴油机的噪声和排放，也有利于提高柴油机的动力性和经济性[1-2]。
高压共轨系统中的核心部件是ECU，开发高效成熟的ECU 下线测试系统具有重要意义。
目前，博世、德尔福等ECU供应商已掌握成熟的ECU测试技术。
在国内，ECU 功能测试系统国产化成为重要一环。
基于dSPACE的汽车电控系统半实物仿真测试，可对ECU进行全功能测试，但价格昂贵、测试步骤复杂、测试时间长，无法部署在生产线上[3]。
基于信号模拟设备的发动机ECU测试系统可以完成ECU各类输入信号的仿真，但其测试过程需要人工干预，不适用于自动测试[4]。
2012年第32期(总第47期)科技视界Science &Technology VisionSCIENCE &TECHNOLOGY VISION 科技视界随着电子控制技术在发动机电子控制系统中的广泛应用,这给电子控制系统与高压共轨柴油机的标定/匹配技术带来了新课题。
对于基于模型开发的电控系统,在其数学模型和硬件模式基本确定的前提下,要让其匹配的柴油机发挥出最优的性能,就取决于软件部分的最佳标定参数了,而这个取得最佳标定参数的过程,就是标定/匹配。
标定是根据整车的各种性能要求(动力性、经济性和排放性等),调整、优化和确定电控系统的运行参数和控制参数的过程。
它包括所有为此而进行的研发、台架和实验室的实验、道路试验、验证等过程。
基准三位MAP 图优化是标定过程中的一项内容,也是匹配标定的基础。
而基准三位图一般采用多参量交叉组合法制取,整个MAP 平面上每个参数的实验次数多达上千次,以获得各节点上对应功率最佳、经济性最佳和排放量最佳的不同的控制参数,为整个标定过程打下了重要的参考基准。
当然,标定工作量也随之增大。
为了节省人力、物力及财力,通常需采用一定的方法来进行匹配标定。
1标定/匹配的常用方法标定/匹配过程中,根据需要一般分为在线标定和离线标定修改控制参数。
通常以笔记本作为上位机,通过串口连接ECU 的K-线或CAN 通讯,进行在线实时调整参数,因此,整个标定工作一般基于Vectory CCP 方案。
1.1人工标定目前,比较常用的发动机标定方法大部分采用专业的标定软件来辅助标定。
如Vectory 公司的CANape ,或者是ETAS 公司的INCA (ETK )标定工具,均能满足用户的标定工作要求。
1.2自动标定技术人工标定需求实验人员多,采集数据的工作量大,操作复杂,其测量误差也大。
为了克服由人工操作所引起的各种不足,满足控制精度、节省标定开发费用、缩短标定开发周期、保证标定工作可重复的要求,自动标定技术应运而生。
基于NI PXI的智能高压共轨控制系统
王欣然;李铁;黄帅;魏义杰
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2022(44)9
【摘要】针对传统PID轨压控制技术参数整定繁琐、时间成本较高等问题,提出基于NI PXI的智能PID参数自整定技术。
利用NI PXI现场可编程、数据高速传输、并行处理的特点,通过改进的分级BP神经网络进行PID参数自整定。
在无需进行
大量标定实验的前提下,完成轨压控制,降低时间成本。
实验结果表明:该方案在自行设计的高压共轨系统上较好地实现了轨压控制,稳态轨压实验与连续喷油实验的控
制效果与成熟的基于MAP图的PID技术差异不大,2种技术稳态轨压实验最大偏
差为2.1 MPa,连续喷油实验最大偏差为2 MPa;改进的分级BPPID技术的响应速
度较快,低轨压响应速度为0.424 s,而基于MAP图的PID技术响应速度为2.815 s。
基于NI PXI的轨压智能控制降低实验时间成本,保证了良好的轨压控制效果,轨压控制的响应速度较快。
【总页数】7页(P102-108)
【作者】王欣然;李铁;黄帅;魏义杰
【作者单位】上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TK423
【相关文献】
1.基于eTPU的高压共轨柴油机多脉冲燃油喷射控制系统的设计
2.基于VxD-PC 技术的高压共轨控制系统开发
3.基于CPLD的柴油机高压共轨控制系统硬件的开发
4.基于多级闭环高压共轨柴油机怠速控制系统设计
5.基于MC9S12DG128单片机的高压共轨控制系统开发
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基于N I产品的高压共轨柴油机电控单元测试系统的开发Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022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 EngineECU 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：LabVIEWLabVIEW FPGATestStandPXI-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。
图3 LabVIEW FPGA中信号测量程序图4所示为电流信号测量的原理图，以喷油器电流信号为例。
首先针对信号幅值确定两个阈值，分别为电流上升阈值up和下降阈值down。
在测试中，测试程序一经触发，以恒定的采样时间间隔t∆对电流波形进行采样，首先寻找上升沿，当在第n1个循环找到后，把n1值写入预设数组第一行，程序转入寻找下降沿n2，写入数组第二行，接着是后一个脉冲的n3、n4，(n2-n1)*t∆和(n4-n3) *t∆则为主预喷射的喷油脉宽。
图4 电流信号测量原理图找到每一缸喷油信号的上述时间，再考虑各缸相位和当前转速，则可以最终计算出喷油信号相对于该缸上止点的提前角。
实际测量中，FPGA板卡对各通道能实现的最小采样时间间隔t∆为，相当于发动机转速3000转时的CA︒。
在ECU控制功能中，对故障的识别和处理非常重要，必须给予详细的功能测试。
但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。
方案中采用NI PXI-6512数字量输出板卡和继电器组合，在图5的故障发生控制面板通过对下拉式菜单的选择，实现了各种输入输出信号断路、短路、对地短路或对电源短路等故障模拟。
图5 LabVIEW中故障发生控制面板另外，结合软件中CAN J1939协议开发的需要，我们利用PXI-8464 CAN卡在LabVIEW中方便地开发出灵活的、满足J1939协议的收发单元，与ECU节点进行联调，测试和监控ECU节点单元对协议的满足情况。
图6所示为我们在标准的19寸控制柜中安装的PXI控制器，控制器上部安装有监视器，下部则安装有键盘鼠标、接口电路板卡及负载，图7为在LabVIEW中编制的主控制界面。
图6 19寸控制柜中的PXI控制器及NI板卡图7 LabVIEW中的主控制界面ECU功能检测设备开发在ECU软件调试设备开发成功后，公司提出了开发一套产品ECU功能检测仪的需求，用于出厂前ECU质量控制。
我们在软件调试设备开发的原理基础上，考虑到成本，选用MXI-4接口的PXI-PCI-8331板卡，直接用PC机控制NI硬件。
硬件板卡中选用PXI-6229输出转速信号，PXI-6723输出模拟量信号，PXI-6512发生数字量信号，其余DO结合继电器产生故障，PXI-8464实现CAN通讯，并利用TestStand软件进行测试项目管理和报告生成，根据需要增加了相关的产品功能测试项，如ECU上电检测、内存检测、输入输出端口功能检测、驱动电路功能检测等。
测试数据主要通过电流传感器和CAN通讯数据获得，为此定义了简单的CAN 通讯协议，通过测试设备的请求，ECU回复相应的数据。
图8所示为开发完成的检测设备图，图9为TestStand中调用的主要测试步骤。
图8 电控单元功能检测仪图9 TestStand中ECU测试步骤主要测试步骤的测试内容如下：初始化：该步骤主要完成测试流程的配置，包括哪些测试步骤需要进行，各步骤中的具体测试参数的设置等。
短路测试：该步骤完成ECU上电时电源模块测试，通过对上电过程中供电电流的监测，确定供电电路中有无短路、断路故障，确保ECU测试的安全。
CAN握手：完成测试设备与ECU之间的CAN通讯测试，并建立连接，为后续测试的数据获取做准备。
获取ECU ID：测试设备按照协议发出CAN请求，ECU回复软件中的ECU编号。
该编号将作为测试报告的文件名，方便报告管理。
静态数字端口、模拟端口测试：测试设备不发生转速信号，只按照设计的时序依次改变数字端口、模拟端口的电平。
在测试设备发出CAN请求帧后，ECU采集信号，并将测试结果打包通过CAN发送给测试设备，测试设备通过比较发出与收到的数据，进行判别。
该测试步骤覆盖了ECU所有数字、模拟端口通道的功能测试。
动态工况测试1、2、3：在该步骤中，测试设备发生曲轴和凸轮信号，ECU驱动执行器动作。
通过预设的3个特定工况的运行，对驱动电流的峰值大小、脉宽宽度、信号相位进行监测，检测ECU功率驱动电路的功能和软件算法的正确性。
同时，对ECU发出的基于J1939协议的CAN报文进行监测。
测试完成后，生成报告，显示测试通过与否，不通过项在报告中高亮显示，方便检修人员定位。
测试报告自动以ECU编号存盘，为后续的质量跟踪服务。
上述流程已经在实际ECU检测中得到了应用，能够准确有效地发现新制ECU存在的软硬件问题，为生产线上产品ECU的质量控制提供了有效的工具。
结论美国国家仪器公司拥有丰富的软件、硬件系列产品，其强大的软硬件功能，灵活方便的LabVIEW编程工具，帮助我们在很短的时间内，快速方便地建立起满足高标准、高灵活性的一套电控高压共轨控制单元开发平台和一套产品功能测试平台。
基于开放工业标准的计算机技术为基础的虚拟仪器技术，其灵活性和可扩展性是传统仪器所无法比拟的，相比国际上专用的汽车电子测试设备，NI方案具有很好的价格优势和极大的灵活性，相信在我们后续的汽车电控产品开发和生产过程中，NI公司的软硬件产品将会得到更大的应用。
