汽油/CNG两用燃料发动机ECU在环仿真

　　技术路线

　　技术路线如图1所示，先根据各个子模型的控制策略，建立发动机ECU模型，获得初始的点火提前角MAP图，然后进行多目标优化模型和蚁群算法策略，得出新MAP图，并将其写入燃气ECU，进行验证。

　　利用两用燃料汽车在瞬态工况下进行的底盘测功排放实验数据，建立发动机扭矩、三种有害排放物与点火提前角(或空燃比)的单目标函数;建立多目标优化的综合目标函数;在Matlab环境下进行基于智能算法(多目标蚁群遗传算法)的优化;获得新的MAP图，并将其写入发动机ECU，进行验证。

　　发动机模型和软件仿真

　　发动机平均值建模的概念最早由Rasmussen提出，经过Powell等人的发展，最后由Hendricks进行系统化的归纳和提炼给出了模型结构和通用表达形式。它采用数个发动机循环中变量的平均值来描述发动机的动态过程，均值模型也由此得名。现在最为常见和通用的均值模型由三个子系统模型构成，即进气歧管空气流量子模型、燃油蒸发与流动子模型和动力输出子模型。

　　以某品牌两用燃料四缸汽油机电控系统为研究对象，用Simulink构建了以平均值模型为基础的发动机电控系统模型，主要是发动机ECU综合仿真模型和发动机标定系统模型，包括了进气模块、燃油模块、曲轴模块，传感器模块以及空燃比控制、点火提前角控制模块、测功器模块(负载调节器模块)和排放模块等。其中，排放模块是根据广东某检测站在用汽车瞬态工况法底盘测功检测实验基础上，构建的空燃比、点火提前角与排放回归关系的模型。

　　系统原理

　　基于PXI的ECU快速原型系统结构如图2(a)所示， CompactRIO构成的ECU快速原型为被测模型，PXI则是测试系统。将ECU控制器模型[11]下载到实时硬件平台——CompactRIO以后，CompactRIO就相当于一台虚拟ECU，通过I/O口连接至PXI系统。PXI系统可以仿真温度传感器、曲轴传感器、节气门开度等信号，并测量虚拟ECU输出的数据。

　　基于PXI的真实ECU在环仿真结构如图2(b)所示，真实ECU模型在通过快速原型环节验证之后，将该模型生成的代码下载到ECU，并对所产生的目标代码进行测试。由PXI系统数字采集卡输出高速可调脉冲作为ECU的曲轴脉冲和凸轮轴脉冲输入，ECU经过优化策略的计算输出点火脉宽信号和喷油脉宽信号给PXI系统。

　　系统硬件环境的构建

　　基于PXI的ECU快速原型系统硬件

　　本实验系统连接图如图3(a)所示。例如，PXI系统为ECU快速原型中AI MOD1/TC0 提供热电偶温度(发动机水温、油温、环境温度等)和采集AO MOD3/AO0 转速信号。

　　(a) ECU快速原型 (b)真实ECU在环仿真

　　图3 基于PXI的ECU在环仿真系统硬件连接