LabVIEW FPGA應用于全面的發動機仿真

我們zui近開發了一種創新、靈活、可編程的發動機HIL仿真板，它代表了汽車仿真領域HIL仿真器的進展。使用NI LabVIEW FPGA模塊和PXI-7831R可重配置I/O模塊，我們開發的這塊HIL板卡模擬了多達12缸的直接噴油裝置。這是這樣的仿真*次得以實現。系統所具有的緊湊的架構非常適合汽車測試。LabVIEW為我們帶來了很多額外的優勢，因為它使我們能在一個更小的空間里整合更多的函數和接口，具有更高的精度，而且也為未來的高性能應用要求提供了擴展空間。

開發一款靈活、多功能的發動機仿真器

發動機HIL仿真板是一個完整發動機HIL仿真器的基礎。對發動機信號的高速捕獲是個非常復雜的過程，所以我們需要一個專門針對該任務的電路板。在信號捕獲環節之后，我們還會將這個過程獲得的發動機數據進行調整，以用于進一步的邏輯處理。然后，利用為每種發動機特制的軟件模型，我們將直接在板上對信號進行評估，以確保模擬該種發動機所必須的控制調節參數可用。

我們可以觸發CPU和系統中其它I/O板卡，并同時測量曲軸角度，并與系統的總線背板信號同步。我們還可以利用這些信號來控制外部儀器（例如示波器）。

盡管該仿真板的緊湊型架構（標準歐洲板的大小）體積并不大，它卻滿足了快速仿真12缸發動機信號的所有需求。我們能夠生成和重新測量所有必要的發動機信號，而且僅通過調整配置就可以將該仿真板卡用于不同氣缸數的發動機。所以，可以在同一塊仿真板卡上實現不同時間不同配置。

我們的仿真板產生了曲軸輸入信號和多達四個任意參數的獨立凸輪軸輸入信號，包括在仿真輸出“回轉”信號的基礎上實現可變凸輪軸控制，以及根據控制器位置信號實現“凸輪軸調整”。

發動機的HIL仿真板能夠與曲軸的轉角同步記錄其燃油噴射總次數和點火角度，并把它們作為HIL CPU的仿真輸入。它通過模擬、數字和脈沖寬度調制（Pulse-width modulator, PWM）接口獲取輸入信號，并通過相同數量接口類型輸出變量。爆震信號的仿真則是由一個用戶定義的包含六路獨立傳感器變量的爆震函數決定的。該函數的輸出與轉速也有關系。

我們的發動機HIL仿真板的優勢不僅表現在它緊湊的結構，同時也體現在它高度的準確性上。在沒有多路復用的情況下，模擬I/O通道的數字模擬轉換器（Digital-to-analog converter, DAC）將信號獨立地轉換為16位的數據，因而保證了在各通道獨立情況下實現高質量的信號。輸入輸出轉換周期短也為未來的高性能應用提供了擴展空間。

該HIL仿真板可能的應用領域包括種類繁多的各種等級發動機，例如：

· 12缸V型發動機，擁有非限定操作所需的多種氣閥驅動和可調凸輪軸，限定操作所需的兩個節流閥、六個爆震傳感器，以及直接燃油噴射裝置

· 6缸直列發動機，擁有非限定操作所需的多種氣閥驅動和可調凸輪軸，遏制操作所需的一個節流閥、三個爆震傳感器，以及直接燃油噴射裝置

· 4缸共軌柴油直列發動機，擁有渦輪增壓機、增壓空氣冷卻器以及一個節流閥

· 2缸V型發動機，擁有進氣管噴射器、兩個爆震傳感器，和兩個節流閥（摩托車）。

我們使用LabVIEW開發的這款發動機HIL仿真板為高集成度設計，在發動機HIL仿真接口方面性能優異。通過配置，我們可以一種靈活無誤的方式zui大精度地捕獲發動機的大多數高速信號。因此，使用這個系統高效運行測試，發動機控制器測試的質量顯著提高。

LabVIEW FPGA應用于全面的發動機仿真