MicroNova使用LabVIEW FPGA进行精准而全面的发动机仿真

MicroNova是NI的合作伙伴，在MicroNova，我们致力于为汽车行业测试工作台的自动化（HIL仿真）生产完整的信息娱乐系统，包括用于分块车身、信息娱乐、底盘以及动力总成电力电子控制单元(ECU)测试的系统。

率先开发12缸喷油器仿真器

我们最近开发了一款全新的、灵活的可编程发动机HIL板卡，它代表了自动化和仿真领域HIL仿真器技术的最新进步。我们使用NI LabVIEW FPGA模块和NI PXI-R系列可重配置I/O模块开发了该板卡，用来仿真最多12个气缸的直喷式喷油器。这是我们率先开发的能够进行此类仿真的板卡。此外，这种紧凑的架构非常适合移动的汽车测试。借助LabVIEW，我们还整合了其他一些优势，包括在更小的空间内集成更多的功能和接口，能够达到更高的精度和性能，这些都为未来的应用打下了坚实的基础。

开发灵活的多功能发动机仿真器

发动机HIL板卡是完整发动机HIL仿真器的基础。使用传感器捕获发动机的高速信号是一个非常复杂的过程，因此我们需要一个板卡来完成这项任务。传感器捕获信号后，我们需要对该过程生成的发动机数据进行物理调理，以进行进一步的逻辑处理。之后我们使用一个专为各类发动机开发的软件模型，直接在板卡上面对信号进行评估，以确保能够控制和调整仿真特定发动机所需的参数。

我们能够触发CPU、系统中的其他I/O板卡以及曲轴角度，并在整个系统范围内通过背板总线的信号实现同步。我们还可以使用这些信号来控制外部仪器（例如示波器）。

尽管该板卡具有紧凑的架构（尺寸为标准的欧洲板卡尺寸），但仍能够满足12缸发动机高速信号的所有需求。我们能够提供并重新测量所有需要的发动机信号，而且只需通过配置就可使板卡适应不同数量的气缸。 因此，同一块板可以在不同时间使用不同的配置。

我们的板卡能够生成具有任意给定特性的曲轴输入信号以及多达四个独立凸轮轴输入信号，这些特性包括基于“转速”(revolution)仿真输出结果的可变凸轮轴控制，以及控制器位置信号“凸轮轴调整”。

发动机HIL板卡可以在记录曲轴角度的同时同步记录所有的喷油时间和点火角度，并将这些数据提供给HIL CPU作为仿真输入。发动机HIL板卡通过模拟、数字以及脉宽调制器(PWM)接口采集输入信号，并通过相同数量的接口输出变量数据。 爆震信号的仿真则是在多达6个独立传感器上根据用户定义的爆震函数产生基于转速的输出信号来实现的。

我们的发动机HIL板卡的优势不仅在于紧凑的架构，还在于其超高的精度。

模拟I/O的数模转换器(DAC)具有高达16位的分辨率，无需多路复用器也可独立工作，更大程度保证了通道间的隔离，进而保证了信号的质量。输入和输出之间的快速转换周期为未来的高性能应用打下了基础。

可能的应用领域包括不同量级的各种发动机，例如：

• 12缸V型发动机：带可变气门驱动和凸轮轴调节，可无限制运行，两个节流阀用于控制运行，六个爆震传感器，直喷式燃油喷射

• 6缸直列发动机：带可变气门驱动和可变凸轮轴调节，可无限制运行，一个节流阀用于控制运行，三个爆震传感器，直喷式燃油喷射

• 4缸共轨嵌入式柴油发动机：带有涡轮增压器，涡轮中冷器，一个节气门

• 2缸V型发动机：进气歧管喷射，两个爆震传感器，两个节气门（摩托车用发动机）

我们使用LabVIEW开发的这款发动机HIL板卡具有高度集成性，并且能够为发动机HIL仿真器接口提供精准的性能参数。通过配置，我们能够轻松、灵活地以最高测量精度采集大多数类型的发动机的高速信号。由于我们能够在同一系统中高效地实现这些测试，最终发动机控制器的测试质量也将不断提高。

作者信息：

Orazio Ragonesi
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