HIL仿真要求

北京瀚文網星科技有限責任公司測試的發動機控制器能夠持續地調整點火、燃料噴射以及其它發動機性能有關的輸出，所以其測試系統必須能夠以實時閉環的方式根據發動機參數的變化不斷作出調整。這些參數包括歧管壓力、空氣流量、發動機轉速和發動機溫度。測試系統還必須能夠檢測發動機的爆震，控制渦輪增壓器的廢氣排放，并達到技術人員通過節流閥設置的發動機速度和扭矩。

利用一臺真正的發動機來測試發動機控制系統是一種非常危險和高成本的方法。如果控制器存在程序錯誤，將會導致諸如爆震、超速、高溫的情況發生，并損壞測試發動機，甚至引發測試車間中的危險事故。所以，真正的發動機一般只用于zui后的校準工作。

根據控制器輸入來仿真發動機的輸出，我們可以在沒有發動機的情況下得到控制器的HIL測試結果。它還能幫助我們仿真一些在測試試驗室內使用真實發動機時難以達到的情形，比如以極限條件運行。除了仿真正常運行環境，測試系統還通過信號的短路和斷路來仿真故障情形。使用一個HIL仿真器來測試控制器，我們可以確保針對一臺新發動機的控制程序的改進不會引起以前利用舊程序測試發動機時所發現的錯誤。我們并不需要一批真正的發動機來測試新的控制方式，使用之前已測發動機的仿真數據進行回歸測試即可。

實時仿真發動機

多年來，我們已經使用了多種發動機控制器測試系統，包括電動馬達驅動、復雜可編程邏輯器件，以及專門為控制單元設計的整套交鑰匙系統。盡管這些系統的確能滿足了我們的一些要求，但它們很難提供靈活、的全自動解決方案，我們也很難進行進一步改進以滿足未來測試需要。

對于我們的發動機控制器，我們需要建立自己的系統。因為需要只有實時操作系統才能提供的確定性操作，我們選擇了LabVIEW Real-Time模塊進行仿真。在I/O信號方面，我們還使用了FPGA板卡，以滿足我們對定時同步的需求。另外，為了產生輸出波形和脈沖串，我們需要FPGA的運行速度遠高于仿真主循環。

在我們知道NI LabVIEW FPGA模塊和可重配置的I/O硬件以前，我們曾仔細研究過如何建立自己的基于FPGA的硬件系統。我們還尋找到了一塊整合了FPGA和集成I/ O口的電路板。但利用LabVIEW FPGA模塊在NI PXI-7831R可重配置I/ O板上進行FPGA編程，不但其性能參數優于我們的預定規格，而且還節省了自己開發硬件90％的成本。當然，部分成本節省來源于生產力的提高。但通過LabVIEW FPGA模塊，我們可以輕松地在LabVIEW中編程，不再需要雇傭高薪且稀缺的VHDL設計人員了。使用LabVIEW7 Express配置FPGA，即使沒有硬件工程師的幫助，我們的軟件開發人員也可以自主完成。

信號的同步與產生

為了準確地表示一臺發動機的運行狀況，我們必須將多種信號與曲軸的轉角同步，曲軸的轉角代表發動機的運行位置。要正確測試一臺控制器??，我們還必須將對控制器輸出進行采集，采樣信號和我們系統生成的曲軸信號同步。在此，我們使用了PXI-7831R可重配置I/O板卡上的模擬輸出端口，模擬可變磁阻曲軸傳感器。我們以一個曲軸角度的分辨率來追蹤發動機運行位置。例如，如果發動機工作在4000 rpm時，發動機位置跟蹤掃描頻率是24kHz。通過使用LabVIEW FPGA模塊配置PXI-7831R的FPGA，我們將生成的曲軸轉角、爆震以及歧管壓力等仿真信號與控制器的測量信號同步，而測量的分辨率可達25納秒。

產生仿真輸出信號時，需要保證I/O板卡的輸出通道控制要比發動機仿真主循環更快。我們的LabVIEW Real-Time仿真循環以1KHz運行，也就是決策頻率。一旦做出決策，系統必須迅速產生輸入輸出信號以執行控制指令。例如，在測試時，發動機控制器也許會控制發動機運行在發生爆震的狀態。LabVIEW Real-Time模塊中運行的模型便可針對某個特定氣缸控制產生一定幅度的爆震。PXI-7831R板卡上的FPGA然后就會產生這個輸出信號。另外，在曲軸始末角度之間的“爆震窗口”里，系統還必須向被測控制器輸出正確頻率和幅度的輸出信號。總之，通過LabVIEW FPGA模塊和PXI-7831R可重配置I/O板卡，我們解決了之前無法*進行HIL仿真的問題。 

我們還從仿真系統產生了無需與曲軸角度同步的其它信號，包括：開關、溫度、踏板位置、油門位置以及車輛速度。我們在PXI-7831R可重配置I/ O板卡的其它獨立輸出通道上產生了這些信號。每個模擬輸入和輸出都有一個的模數或數模轉換器。利用FPGA架構，我們可以同時并行多個進程。盡管FPGA上沒有操作系統，它卻像一個擁有多個、獨立的處理器的芯片，可以為特定任務進行定制設計。

擴展NI汽車測試平臺

LabVIEW FPGA模塊和可重配置I/O硬件已經將NI汽車測試平臺擴展至發動機測試控制器??HIL仿真應用。在發動機實時仿真中，越來越多的I/O定時同步控制，以及板上輸出信號生成的快速決策將變得非常重要。現在，我們已經可以建立、改進一個可以滿足基本所有ECU測試需求的測試系統。