偉世通使用NI LabVIEW控制設(shè)計和仿真模塊簡化汽車動力總成控制

　　“在當(dāng)今應(yīng)用于汽車工業(yè)的軟件中，LabVIEW主要具有兩個主要優(yōu)勢：一個是其前面板，可以作為強(qiáng)大的用戶界面;另一個是其生動的開發(fā)環(huán)境，可以避免底層語言編程。”

　　挑戰(zhàn)：

　　對多個變量進(jìn)行仿真，驗(yàn)證復(fù)雜的汽車發(fā)動機(jī)設(shè)計，以獲得最佳的耗油量、發(fā)動機(jī)性能以及尾氣排放控制。

　　解決方案：

　　使用NI LabVIEW控制設(shè)計和仿真模塊，我們開發(fā)了一個可以進(jìn)行實(shí)時控制、分析和測試的應(yīng)用。

　　如今，汽車動力總成控制系統(tǒng)必須保持持續(xù)的發(fā)展以滿足要求。這些要求包括調(diào)節(jié)尾氣的排放以適應(yīng)日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn);提供更好的耗油量以遵守企業(yè)平均耗油量的標(biāo)準(zhǔn);并滿足用戶對性能和舒適性的需要。

　　這些要求是相互聯(lián)系的，甚至經(jīng)常是相互矛盾的。比如，貧燃技術(shù)可以顯著地減少油耗，但同時降低了三元催化轉(zhuǎn)換的效率，造成了額外的空氣污染。

　　有兩種方式可以滿足如今的汽車規(guī)范，一種為改進(jìn)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，另一種為引進(jìn)新的更加復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計。

　　在決定發(fā)動機(jī)性能的參數(shù)中，凸輪軸外形是最重要的設(shè)計參數(shù)。

　　在設(shè)計過程中，一些發(fā)動機(jī)著重滿足扭矩的需要，另一些著重優(yōu)化速度，因此沒有某種外形可以滿足所有的設(shè)計參數(shù)的要求。

　　雙頂置凸輪軸(Double overhead camshaft, DOHC)發(fā)動機(jī)主要有四種可變凸輪定時策略：

　　• 只有進(jìn)氣凸輪相移 (只進(jìn)氣)
　　• 只有排氣凸輪相移(只排氣)
　　• 進(jìn)氣凸輪和排氣凸輪等量相移 (兩者相等)
　　• 進(jìn)氣凸輪和排氣凸輪獨(dú)立相移 (雙獨(dú)立)

　　在雙獨(dú)立可變凸輪軸發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)(Twin-independent variable camshaft timing, TIVCT)中，進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸均獨(dú)立完成校正。其變化量是氣門位置和發(fā)動機(jī)速度的函數(shù)。

　　為提高發(fā)動機(jī)性能，系統(tǒng)提供了很大的自由度。正因如此，需要找到一種途徑，能夠優(yōu)化氣門定時參數(shù)，以獲得最好的耗油量、發(fā)動機(jī)性能以及排放控制。

　　然而，這項技術(shù)的結(jié)果是一個高度復(fù)雜的實(shí)時控制算法。雖然在幾年前TIVCT就已經(jīng)被引入汽車發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，但其仍然是如今研究和探索的焦點(diǎn)。

　　使用LabVIEW完成實(shí)時控制、分析和測試

　　此工程是基于TIVCT發(fā)動機(jī)進(jìn)行建模和最優(yōu)控制器設(shè)計，以達(dá)到特殊的發(fā)動機(jī)性能要求。控制策略的目標(biāo)是為發(fā)動機(jī)提供扭矩的參考量跟蹤，同時最大限度地減少制動時的油耗率，并優(yōu)化燃料燃燒的穩(wěn)定性。

　　使用LabVIEW控制設(shè)計和仿真模塊及其自帶的線性代數(shù)函數(shù)來完成此項目。在當(dāng)今應(yīng)用于汽車工業(yè)的軟件中，LabVIEW主要具有兩個主要優(yōu)勢：一個是其前面板，可以作為強(qiáng)大的用戶界面;另一個是其生動的開發(fā)環(huán)境，可以避免底層語言編程。

　　另外，NI的很多硬件都集成了用來控制、設(shè)計和仿真的工具，以便于開發(fā)實(shí)時控制、分析和測試應(yīng)用。這也讓LabVIEW對于汽車研發(fā)部門來說很有吸引力。

　　對于發(fā)動機(jī)模型，控制系統(tǒng)操作最主要的變量包括進(jìn)氣歧管的氣流量、獨(dú)立凸輪軸在入口處的位置和相對于曲軸的排氣閥排氣時間。

　　控制輸出為發(fā)動機(jī)扭矩，制動的油耗率以及平均有效壓力示值的變化系數(shù)。其它影響系統(tǒng)性能的變量(如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，發(fā)動機(jī)冷卻液溫度)被當(dāng)作外部參數(shù)，作為控制系統(tǒng)的調(diào)度變量使用。