專利名稱：一種ecu噴油點火控制的測試系統及其測試方法
技術領域：
本發明屬于汽車控制測試開發技術領域，具體涉及一種ECU噴油點火控制的測試系統及其測試方法。
背景技術：
在現代汽車發動機管理系統研究中，日益復雜的功能需求和嚴格的法規要求使得發動機EOJ (Electronic Control Unit,電子控制單元)軟硬件的開發過程越來越復雜，因此需要一套嚴格高效的開發方法來保證產品級ECU的質量。為了提高產品開發的效率和精確性，汽車電子系統開發提出了基于模型的現代開發流程-V模式開發流程，該流程保證開發人員在開發過程中的每一步都可以得到及時驗證。
在產品上市之前，需要對ECU進行全面綜合的測試，尤其是故障和極限條件下的測試。公開號為CN 101833331A的中國專利公開了一種汽車發動機電控單元的測試系統及測試方法，其包括用于模擬發動機的曲軸信號和凸輪信號的信號模擬單元，信號模擬單元與E⑶相連，E⑶根據曲軸信號、凸輪信號和一些控制參數輸出負載運行控制信號給實際發動機部件，發動機部件按照ECU發來的負載運行控制信號執行動作，通過監測判斷發動機部件的運行狀態數據實現對ECU測試。這種測試技術使用實際的控制對象進行測試，很難對一些實際復雜情況完成相關測試，并且實現成本高，開發周期長。為解決這一難題，如圖I所示，V模式中提出采用硬件在環仿真(HardwareIn-the-Loop Simulation, HILS)的測試方法即為了測試ECU性能，在進行整體系統的仿真測試時，控制器采用真實的ECU，被控對象和系統運行環境可以全部或部分采用實時數學模型來模擬。在發動機管理系統HILS需對ECU進行全方面的性能測試，故需對ECU各種控制信號進行采集。在所有測試項目中，ECU對發動機噴油及點火控制的性能測試是至關重要的。HILS系統根據ECU輸出的噴油/點火控制信號計算得出發動機噴油脈寬、點火正時作用于發動機模型，通過監測判斷發動機模型的運行數據實現對ECU測試。公開號為CN 101718990A的中國專利公開了一種E⑶的模擬檢測裝置及方法，包括主控芯片單元、ECU電壓測試單元、傳感器模擬量產生單元、開關量數字信號產生單元、ECU輸出電感性執行部件模擬負載及保護單元、ECU輸出電阻性模擬負載單元等，其采用模擬E⑶所連接的外部信號和驅動對E⑶共性的輸入/輸出接口進行檢測。但這種檢測裝置在對ECU噴油、點火信號的采集精確度有限，同時其與發動機模型數據交互不便，限制了其在硬件在環仿真系統中的應用。
發明內容
針對現有技術所存在的上述技術缺陷，本發明提供了一種ECU噴油點火控制的測試系統及其測試方法，信號采集精度高，數據交互方便，測試成本低。一種E⑶噴油點火控制的測試系統，包括與E⑶相連的FPGA (現場可編程門陣列)板卡、與FPGA板卡相連的目標機以及與目標機相連的宿主機，所述的目標機內配置有發動機模型。所述的FPGA板卡用于向ECU輸出曲軸凸輪信號，并采集ECU響應輸出的噴油信號和點火信號，進而檢測這兩種信號上升沿及下降沿對應的曲軸轉角；所述的目標機用于根據噴油信號上升沿及下降沿對應的曲軸轉角以及當前時刻發動機模型運行產生的發動機轉速信息計算出噴油脈寬，根據點火信號下降沿對應的曲軸轉角計算出點火正時；所述的發動機模型接收所述的噴油脈寬和點火正時并運行響應，進而產生新一時刻的發動機運行數據；發動機運行數據包括發動機轉速，扭矩，進氣歧管壓力，平均有效壓力等數據；
所述的宿主機用于顯示所述的發動機運行數據以及噴油脈寬和點火正時。所述的FPGA板卡包含有數據交互模塊、信號產生模塊和檢測模塊；所述的信號產生模塊用于產生曲軸凸輪信號并將該信號發送至E⑶；所述的檢測模塊用于采集E⑶響應輸出的噴油信號和點火信號，并檢測這兩種信號上升沿及下降沿對應的曲軸轉角，進而通過數據交互模塊將所述的曲軸轉角傳送至目標機。所述的目標機包含有與發動機模型相連的驅動運算模塊；所述的驅動運算模塊用于接收FPGA板卡檢測得到的曲軸轉角，并根據噴油信號上升沿及下降沿對應的曲軸轉角以及當前時刻發動機模型運行產生的發動機轉速信息計算出噴油脈寬，根據點火信號下降沿對應的曲軸轉角計算出點火正時。優選地，所述的FPGA板卡通過PCI (外設部件互連標準)總線與目標機連接。通過PCI總線，FPGA板卡能夠與目標機進行高速數據交換，滿足系統的實時性需求。優選地，所述的目標機通過TCP/IP協議(傳輸控制協議/因特網互聯協議)與宿主機進行數據傳輸。使得宿主機與目標機僅需通過一根網線就可以完成連接，且目標機與宿主機不受空間位置約束。優選地，所述的發動機模型通過驅動運算模塊將發動機轉速信息輸送給FPGA板卡，以使FPGA板卡根據發動機轉速信息調整曲軸凸輪信號的輸出頻率。能夠簡化發動機模型，有效提高曲軸凸輪信號的模擬精確度。所述的測試系統的測試方法，包括如下步驟(I)在FPGA板卡下，生成曲軸凸輪信號，并將該信號發送至E⑶；采集E⑶響應輸出的噴油信號和點火信號，并檢測這兩種信號上升沿及下降沿對應的曲軸轉角，進而將所述的曲軸轉角傳送至目標機；(2)在目標機下，接收FPGA板卡檢測得到的曲軸轉角，并根據噴油信號上升沿及下降沿對應的曲軸轉角以及當前時刻發動機模型運行產生的發動機轉速信息計算出噴油脈寬，根據點火信號下降沿對應的曲軸轉角計算出點火正時；(3)使發動機模型接收所述的噴油脈寬和點火正時并運行響應，進而產生新一時刻的發動機運行數據；(4)利用宿主機顯示所述的發動機運行數據以及噴油脈寬和點火正時以供用戶診斷。所述的步驟(2)中，根據噴油信號上升沿及下降沿對應的曲軸轉角以及當前時刻發動機模型運行產生的發動機轉速信息通過以下公式計算噴油脈寬
Anele1 — Angle- T = ~
6 * RPM其中T為噴油脈寬，Angle1和Angle2分別為噴油信號上升沿和下降沿對應的曲軸轉角，RPM為當前時刻的發動機轉速。所述的步驟(2)中，根據點火信號下降沿對應的曲軸轉角通過以下公式計算點火正時 Angle = Angle0-Angle3其中Angle為點火正時，Angle3為點火信號下降沿對應的曲軸轉角，Angle0為發動機上止點對應的曲軸轉角且為給定值。優選地，所述的步驟(3)中，發動機模型完成一次運行響應后，通過驅動運算模塊將發動機轉速信息輸送給FPGA板卡，以使FPGA板卡根據發動機轉速信息調整曲軸凸輪信號的輸出頻率。能夠簡化發動機模型，有效提高曲軸凸輪信號的模擬精確度。本發明通過在FPGA板卡下實現噴油點火信號的采集，采樣頻率高，信號采集精確，能有效計算發動機噴油脈寬及點火正時；同時使計算噴油脈寬及點火正時的驅動計算模塊和發動機模型在同一目標機下運行，數據交互方便快捷；且測試方法能有效降低開發和測試成本，縮短開發周期。
圖I為傳統E⑶在環仿真開發平臺結構框圖。圖2為本發明測試系統的結構示意圖。圖3為本發明測試方法的步驟流程示意圖。
具體實施例方式為了更為具體地描述本發明，下面結合附圖及具體實施方式
對本發明的技術方案進行詳細說明。如圖2所示，一種E⑶噴油點火控制的測試系統，包括FPGA板卡、宿主機和目標機；FPGA板卡與E⑶相連，FPGA板卡通過PCI總線與目標機相連，目標機通過TCP/IP協議與宿主機進行數據傳輸。FPGA板卡包含有數據交互模塊、信號產生模塊和檢測模塊；信號產生模塊和檢測模塊均與ECU相連，也均通過數據交互模塊與目標機相連；其中信號產生模塊用于周期性的產生曲軸凸輪信號并將該信號輸送至E⑶，同時其通過數據交互模塊接收目標機輸出的發動機轉速信息，以調整曲軸凸輪信號的輸出頻率；檢測模塊用于采集ECU響應輸出的噴油信號和點火信號，并檢測這兩種信號上升沿及下降沿對應的曲軸轉角，進而通過數據交互模塊將這些曲軸轉角傳送至目標機。目標機包含有驅動運算模塊和發動機模型；驅動運算模塊和發動機模型均與宿主機相連，驅動運算模塊與發動機模型和FPGA板卡相連；其中驅動運算模塊用于接收FPGA板卡檢測得到的曲軸轉角，并根據噴油信號上升沿及下降沿對應的曲軸轉角以及當前時刻發動機模型運行產生的發動機轉速信息計算出噴油脈寬，根據點火信號下降沿對應的曲軸轉角計算出點火正時；發動機模型接收噴油脈寬和點火正時并運行響應，進而產生新一時刻的發動機運行數據，并通過驅動運算模塊將其中發動機轉速信息輸送給FPGA板卡。宿主機用于顯示發動機運行數據以及噴油脈寬和曲軸轉角；在構建目標機程序模塊時，則宿主機用于根據真實發動機的示功圖和萬有特性等參數對發動機模型進行參數化標定，編寫驅動運算模塊，構造噴油點火模型，并將驅動運算模塊嵌入至噴油點火模型中，進而配置RTW環境，將噴油點火模型和發動機模型通過轉換成目標代碼的形式下載至目標機上。在對ECU測試之前，首先需要在FPGA板卡上完成對數據交互模塊、信號產生模塊和檢測模塊的設計，并在宿主機上根據真實發動機的示功圖和萬有特性等參數對發動機模型進行參數化標定，編寫FPGA板卡在xPC Target實時環境下的驅動運算模塊；然后，在MATALB/Simulink下構造FPGA板卡的噴油點火模型(噴油點火模型包括有發動機轉速信息的輸入接口以及噴油脈寬和點火正時的輸出接口)，并將驅動運算模塊嵌入至噴油點火模型中；最后，在宿主機中配置RTW環境，將噴油點火模型和現成的發動機模型通過轉換成目標代碼的形式下載至目標機上，使這兩個模型在目標機上實時運行。如圖3所示，本實施方式的測試過程如下在FPGA板卡下，利用信號產生模塊生成曲軸凸輪信號，并將該信號發送至E⑶；利用檢測模塊采集ECU響應輸出的噴油信號和點火信號，并檢測這兩種信號上升沿及下降沿對應的曲軸轉角，進而通過數據交互模塊將這些曲軸轉角傳送至目標機；在目標機下，利用驅動運算模塊接收FPGA板卡檢測得到的曲軸轉角，并根據噴油信號上升沿及下降沿對應的曲軸轉角以及當前時刻發動機模型運行產生的發動機轉速信息通過以下公式計算出噴油脈寬
權利要求
1.ー種E⑶噴油點火控制的測試系統，其特征在于，包括與E⑶相連的FPGA板卡、與FPGA板卡相連的目標機以及與目標機相連的宿主機，所述的目標機內配置有發動機模型； 所述的FPGA板卡用于向ECU輸出曲軸凸輪信號，并采集ECU響應輸出的噴油信號和點火信號，進而檢測這兩種信號上升沿及下降沿對應的曲軸轉角； 所述的目標機用于根據噴油信號上升沿及下降沿對應的曲軸轉角以及當前時刻發動機模型運行產生的發動機轉速信息計算出噴油脈寬，根據點火信號下降沿對應的曲軸轉角計算出點火正時； 所述的發動機模型接收所述的噴油脈寬和點火正時并運行響應，進而產生新一時刻的發動機運行數據； 所述的宿主機用于顯示所述的發動機運行數據以及噴油脈寬和點火正吋。
2.根據權利要求I所述的ECU噴油點火控制的測試系統，其特征在于所述的FPGA板卡包含有數據交互模塊、信號產生模塊和檢測模塊；所述的信號產生模塊用于產生曲軸凸輪信號并將該信號發送至ECU ;所述的檢測模塊用于采集ECU響應輸出的噴油信號和點火信號，并檢測這兩種信號上升沿及下降沿對應的曲軸轉角，進而通過數據交互模塊將所述的曲軸轉角傳送至目標機。
3.根據權利要求I所述的ECU噴油點火控制的測試系統，其特征在于所述的目標機包含有與發動機模型相連的驅動運算模塊；所述的驅動運算模塊用于接收FPGA板卡檢測得到的曲軸轉角，井根據噴油信號上升沿及下降沿對應的曲軸轉角以及當前時刻發動機模型運行產生的發動機轉速信息計算出噴油脈寬，根據點火信號下降沿對應的曲軸轉角計算出點火正吋。
4.根據權利要求I所述的ECU噴油點火控制的測試系統，其特征在于所述的FPGA板卡通過PCI總線與目標機連接。
5.根據權利要求I所述的ECU噴油點火控制的測試系統，其特征在于所述的目標機通過TCP/IP協議與宿主機進行數據傳輸。
6.根據權利要求3所述的ECU噴油點火控制的測試系統，其特征在于所述的發動機模型通過驅動運算模塊將發動機轉速信息輸送給FPGA板卡，以使FPGA板卡根據發動機轉速信息調整曲軸凸輪信號的輸出頻率。
7.一種如權利要求I所述的測試系統的測試方法，包括如下步驟 (1)在FPGA板卡下，生成曲軸凸輪信號，并將該信號發送至E⑶；采集E⑶響應輸出的噴油信號和點火信號，并檢測這兩種信號上升沿及下降沿對應的曲軸轉角，進而將所述的曲軸轉角傳送至目標機； (2)在目標機下，接收FPGA板卡檢測得到的曲軸轉角，井根據噴油信號上升沿及下降沿對應的曲軸轉角以及當前時刻發動機模型運行產生的發動機轉速信息計算出噴油脈寬，根據點火信號下降沿對應的曲軸轉角計算出點火正時； (3)使發動機模型接收所述的噴油脈寬和點火正時并運行響應，進而產生新一時刻的發動機運行數據； (4)利用宿主機顯示所述的發動機運行數據以及噴油脈寬和點火正時以供用戶診斷。
8.根據權利要求7所述的測試方法，其特征在于所述的步驟(2)中，根據噴油信號上升沿及下降沿對應的曲軸轉角以及當前時刻發動機模型運行產生的發動機轉速信息通過以下公式計算噴油脈寬
9.根據權利要求7所述的測試方法，其特征在于所述的步驟(2)中，根據點火信號下降沿對應的曲軸轉角通過以下公式計算點火正時Angle = Angle0-Angle3 其中Angle為點火正時，Angle3為點火信號下降沿對應的曲軸轉角，Angle0為發動機上止點對應的曲軸轉角。
10.根據權利要求7所述的測試方法，其特征在于所述的步驟(3)中，發動機模型完成一次運行響應后，通過驅動運算模塊將發動機轉速信息輸送給FPGA板卡，以使FPGA板卡根據發動機轉速信息調整曲軸凸輪信號的輸出頻率。
全文摘要
本發明公開了一種ECU噴油點火控制的測試系統，包括與ECU相連的FPGA板卡、與FPGA板卡相連的目標機以及與目標機相連的宿主機，所述的目標機內配置有發動機模型；同時本發明還公開了該測試系統的測試方法。本發明通過在FPGA板卡下實現噴油點火信號的采集，采樣頻率高，信號采集精確，能有效計算發動機噴油脈寬及點火正時；同時使計算噴油脈寬及點火正時的驅動計算模塊和發動機模型在同一目標機下運行，數據交互方便快捷；且測試方法能有效降低開發和測試成本，縮短開發周期。
文檔編號G05B23/02GK102681538SQ20121018251
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月31日 優先權日2012年5月31日
發明者張永光, 方正, 李秀梅, 楊國青, 袁浦豪 申請人:杭州速瑪科技有限公司