高压共轨柴油机ECU硬件在环仿真系统软件设计
摘要：介绍了基于CAN 总线的高压共轨柴油机ECU硬件在环仿真系统的软件设计。软件采用Visual C++和I abVIEw 混合编程的方式，构建了发动机仿真模型和硬件在环仿真系统用户界面，实现了CAN总线通信和系统运行数据的处理与记录。在满足实时性要求的同时，本软件为发动机ECU控制策略、控制功能以及工作可靠性的测试和评估提供了一个良好的平台。
关键词：内燃机;高压共轨;柴油机;ECU;硬件
在环仿真;CAN总线0 概述为了缩短开发周期、降低研发费用，硬件在环仿真在发动机的开发过程中已有较多的应用，如柴油机高压共轨ECU 的开发_1]，柴油机高压共轨供油系统的开发_2]，电控单体泵的开发口 等。目前的相关文献较偏重于硬件在环仿真系统的硬件设计，而对于系统软件设计的描述较为简略。本文主要介绍了高压共轨柴油机ECU硬件在环仿真系统的软件开发设计。
作为高压共轨柴油机ECU 硬件在环仿真系统的一部分，系统软件运行于PC机中，实现了以下几项功能：(1)构建灵活友好的人机交互界面(用户界面);(2)构建高压共轨柴油机仿真模型;(3)实现PC机、柴油机ECU和HIL—ECU(仿真ECU)三者之间的CAN总线通信;(4)操作数据采集卡测量喷油脉宽信号;(5)对系统运行时的相关数据进行保存。
1、硬件在环仿真系统架构高压共轨柴油机ECU 硬件在环仿真系统主要由高压共轨柴油机ECU、控制箱、HIL—ECU、PC机以及其他一些外围通信、测试设备组成，连接成为一个闭环的开发测试系统。
系统运行时，控制箱将模拟出发动机ECU工作所需的多种信号提供给ECU，包括温度传感器模拟信号、压力传感器模拟信号以及开关量模拟信号等;ECU也会产生一些开关量控制信号，来驱动控制箱上相应的继电器、指示灯及仪表。同时，ECU 对喷油器电磁阀的驱动信号通过数据采集卡发送给PC机，HII 一ECU也将采集控制箱产生的传感器模拟信号发送给PC机，PC机使用从两个方面接收来的信号进行发动机模型计算，计算出发动机的模拟转速并通过HII ECU控制驱动电机，带动曲轴盘和凸轮盘转动。进一步地，发动机ECU将采集曲轴盘和凸轮盘的转速信号，根据自身控制策略再产生对喷油器电磁阀的驱动信号，从而实现硬件在环仿真系统的闭环控制。
2、软件用户界面设计高压共轨柴油机ECU硬件在环仿真系统的主程序使用LabVIEw 8.5来开发。用户界面如图2所示。其中包括软件操作菜单、分页标签、系统名称、仿真显示页面和软件运行控制栏5个部分。
软件操作菜单用来选择文本文件以保存系统运行时的相关数据，或是选择退出系统关闭软件;分页标签用来选择仿真页面1、仿真页面2或是数据列表页面其中之一作为仿真的主显示页面;仿真页面1包括发动机转速仪表、波形图表、温度信号、指示灯、继电器以及开关信号。仿真页面2包括压力信号、霍尔(转速)信号、喷油电磁阀驱动信号。数据列表页面使用多列列表框来显示系统运行过程中的重要数据参数;软件运行控制栏包括水平摇杆开关、数据文件保存路径、数据保存按钮、载入初始参数按钮、启动/停止程序运行按钮、系统退出按钮，用以实现对软件运行的控制。
3、软件程序设计
3.1 软件程序架构高压共轨柴油机ECU硬件在环仿真系统软件程序采用VC和Labview混合编程的方式来开发。
柴油机仿真模型在Visual C++ 6.0环境下采用C语言编写。编写好后的C程序将被封装为D1 I s(dy—namic link libraries，动态链接库)，供I.abview调用。
系统软件的主程序在Labview 8.5环境下采用G语言编写。具体分为4个模块：发动机仿真模型模块;用户界面模块;数据采集卡模块;CAN通信模块。
3.2 软件程序流程发动机硬件在环仿真系统的一个仿真循环不能太长，否则无法真实反映出发动机的动态响应速度，从而影响系统的实时性，失去硬件在环仿真的意义。
为此，高压共轨柴油机ECU硬件在环仿真系统软件将采用Labview环境下的多线程技术，其主程序中的发动机仿真模型模块、用户界面模块、数据采集卡模块和CAN通信模块将设计成为4个独立的while循环并列执行。通过在循环中使用等待函数来设置各模块运行的优先级，从而保证整个系统的实时性。
软件运行流程可分为软件启动、软件初始化、启动程序运行、停止程序运行以及软件退出等部分。
3.3 各模块程序代码设计
3.3.1 发动机模型模块本软件采用均值发动机模型(mean valueengine mode1)，主要包括涡轮增压器、发动机以及供油系统3个子模块，用以模拟真实发动机的运转状态。
3.3.2 用户界面模块软件的用户界面模块程序可进行子模块划分，包括数据分析处理子模块、波形图表显示子模块、数据列表显示子模块、数据文件保存子模块、程序停止判定子模块。
数据分析处理子模块负责PC机上数据以及相关信息的分析和处理。波形图表显示子模块将系统运行过程中的6个重要数据参数描绘曲线。数据列表显示子模块使用多列列表框来显示系统运行过程中的.14个重要数据参数。数据文件保存子模块负责将系统运行过程中的相关数据信息保存在格式为。txt的文本文件中。程序停止判定子模块在每个循环中都将查询“停止程序运行”按钮是否被按下，以决定是否要停止程序运行。
3.3.3 数据采集卡模块系统使用ADVANTECH PCF1712数据采集卡对喷油器的喷油脉宽信号进行采集。安装好数据采集卡对LabVIEW 的驱动程序后，打开LabVIEW，在程序框图中的函数选板一用户库中，将出现数据采集卡的操作函数。通过使用DeviceOpen.vi、PM W StartRead.vi、CounterReset.vi、DeviceClose.vi等函数，即可完成对喷油脉冲宽度的测量。
3.3.4 CAN通信模块高压共轨柴油机ECU 硬件在环仿真系统软件通过USBCAN接口卡来实现PC机的CAN总线通信，USBCAN接口卡专门提供了应用程序接口Vir—tual CAN Interface(VCI)函数库，库里的函数从ControlCAN.dll中导出E 7]。
首先在LabVIEw 环境下通过使用‘Call LibraryFunction Node依次调用打开设备函数VCI～OpenDe—vice、初始化CAN函数VCI—InitCAN和启动CAN 函数VCI—StartCAN，完成对USBCAN设备的初始化。
之后根据高压共轨柴油机ECU硬件在环仿真系统的CAN总线通信协议，循环调用ControlCAN.dll中的发送数据函数VCI—Transmit和接收数据函数VCI—Receive，即可实现CAN总线通信。
4、仿真验证
对于GI>I高压共轨柴油机ECU，图7和图8分别为轨压和转速对油门动态响应的硬件在环仿真结果和试验结果。
在负荷不变的情况下，增加柴油机油门开度，高压共轨油压和柴油机转速也将上升;维持油门开度不变，轨压和转速均将保持稳定。对比图7和图8可见：轨压和转速对油门动态响应的硬件在环仿真结果与试验结果是一致的，验证了本硬件在环仿真系统软硬件的有效性。
图9为本硬件在环仿真系统在空载情况下，油门从0 至50%时的运行效果。系统在稳态和过渡工况下运行良好，达到了硬件在环仿真系统的开发目的。
5、结论
(1)基于CAN总线的高压共轨柴油机ECU硬件在环仿真系统软件中的均值发动机仿真模型具有较快的运算速度，可以反映真实发动机的动态响应速度，且各硬件设备之间的通信基于CAN 总线，具有较高的传输速率，可达1 Mbit/s，保证了系统仿真的实时性。
(2)软件通过数据采集卡对ECU 喷油控制信号进行了实测，增加了硬件在环仿真系统的真实性。
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