Nissan将RapidPro系统用于发动机控制 - 文章

Nissan将RapidPro系统用于发动机控制

作者：Shigeaki Kakizaki, Frank Schütte

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使用RapidPro硬件进行发动机控制的试验项目
成功用于日产千里马（Maxima）的车载测试
RapidPro系统将被广泛用于日产的研发工作

日本的日产汽车公司在其试验项目中使用最新的信号调理和功率驱动硬件RapidPro, 作为控制日产著名的VQ发动机的完整快速控制原型应用方案的一部分。控制功能在日产千里马上进行验证。该试验项目完全基于dSPACE的硬件和软件工具链。日产将根据实际情况继续在其研发项目中使用RapidPro系统。

Nissan的VQ发动机

为了在真实条件下评价RapidPro系统的信号调理和功率驱动特性，日产选择了千里马作为该试验项目的试验车。千里马由最新的3.5LVQ发动机驱动，VQ发动机是日产的主流V6发动机机型，曾连续11年入选美国权威汽车杂志《Ward’s auto world》的“全球十佳发动机”。日产对VQ发动机的改进是持续不断的，该发动机目前已经发展到第三代，配备了新的发动机管理系统（EMS）。EMS系统支持多种不同的设备，例如连续可变气门正时和可变进气系统。该系统通过从一个传感器读取多重信息来减少系统功能的冗余（例如凸轮轴传感器），因此可以减少所需的传感器。EMS系统的另一个特点是使用高级空燃比混合气控制策略和λ传感器有效地控制排放性能。

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日产的VQ发动机－用于日产千里马－被选择在该试验项目中配备RapidPro.

Nissan用于VQ发动机的快速控制原型（RCP）系统

在控制VQ发动机的fullpass控制方案中，日产使用了dSPACE的MicroAutoBox快速原型，配备了适当信号调理和功率驱动模块的两套RapidPro信号调理单元和一套RapidPro功率驱动单元。RapidPro单元可以适配MicroAutoBox所需连接的传感器和执行器信号（如下图）。发动机控制器模型运行在MicroAutoBox中，这在日产的上一轮研发项目中已经被验证过。使用经过验证的软件工具链：MATLAB®/ Simulink®，dSPACE用于基本IO和扩展发动机控制的Real-Time Interface (RTI)，和试验软件ControlDesk。 Nissan的RapidPro硬件可以通过配置终端进行配置，新的配置软件ConfigurationDesk可以对信号调理和驱动模块进行详细的参数配置。

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“我们对结果非常满意。这套系统工作可靠并且可以快速起动我们的发动机。老实说，我对RapidPro系统可以如此轻易和柔和地的起动发动机感到惊奇，因为我曾经预测这一项目会进展困难。”Shigeaki Kakizaki, 日产汽车公司, 日本

分阶段的试验计划

在设计出大致方案后，试验计划被分为四个主要阶段：

·详细的设计说明和系统配置
·调试和真实的负载测试
·在测试台架上的硬件在回路测试 (HIL)
·车载测试

阶段 1: 详细的设计说明和系统配置

为了细化设计方案，日产提供传感器输入和执行器输出的说明，通过该说明可以选择相应适合的RapidPro模块，见下表。随后，dSPACE公司根据说明进行模块配置，制作传感器/执行器与RapidPro之间和RapidPro和MicroAutoBox之间的线束。设计出的系统中包含了一些预留的通道，可以在今后发动机改进的时候连接附加的传感器和执行器。系统配置充分使用了MicroAutoBox的所有IO通道。

数量模块描述典型应用
1 SC-AI4/1
(4通道差分模拟输入模块) 节气门位置和压力传感器信号（需要放大）
3 SC-AI10/1
(10通道模拟量输入模块) 加速踏板位置，压力传感器，温度传感器，空气质量流速传感器，传感器供电和蓄电池电压测量
2 SC-DI8/1
(8通道数字量输入模块) 曲轴/凸轮轴传感器，开关（例如制动、换挡等)
1 SC-DO8/1
(8通道数字量输出模块) 继电器，点火线圈
1 SC-SENS4/1
(4通道传感器供电模块) 为传感器和点火线圈供电
1 PS-FBD2/1
(2通道全桥驱动模块) 节气门, 滚流涡流控制阀门
5 PS-LSD6/1
(6通道低端驱动模块) 蒸发器继电器，VVT电磁阀, , EGR 步进电机, 燃油喷射器 , 氧传感器加热器

阶段 2: 调试和真实的负载测试

dSPACE在实验室中将日产的真实负载与RapidPro相连进行初步测试。曲轴和凸轮轴的同步，点火和喷油信号产生通过硬件在回路仿真系统进行测试。这些测试都使用运行在MicroAutoBox中的纯激励模型进行。在系统的调试阶段，特别在线束方面，需要一个紧凑并便于操作的RapidPro接口箱(BOB)。在典型的信号连接/断开，接入激励信号，信号测量等方面，RapidPro特制的BOB具有比Sub-D连接器更大的优势。如果在调试时发现存在接线故障，可以直接在BOB上重新接线修正错误。在调试阶段的最后，就可以去掉RapidPro的BOB，正确的线束可以直接连接到 Rapid¬Pro系统。

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阶段 3: 在测试台架上的硬件在回路测试 (HIL)

随后，RapidPro系统到达日产，并被连接到已有的dSPACE的HIL simulator上进行测试，该Simulator与真实发动机的执行器和传感器箱相匹配。在HIL测试中，通过软件确定RapidPro系统的最终配置。例如，工程师可以通过配置软件调整8通道数字输入模块的各个通道采用不同的阈值，调整4通道模拟输入模块的各个通道的截止频率。整个系统没有进行任何硬件改动就通过了测试。成功完成本阶段之后，日产决定直接在千里马上进行车载测试。

阶段 4: 车载测试

将RapidPro系统装配到车上之后，信号在发动机不运行和发动机运行两种状态下分别进行测试。日产测试所有的传感器、执行器，确认了信号的功能性、真实性和噪声。输入信号通过示波器测试，并与ControlDesk测试的模型输入信号进行比较。日产的工程师在第四阶段接受培训如何使用和配置RapidPro系统。

Nissan的RapidPro系统使用经验

Nissan的目的是评价RapidPro原型系统并且开发发动机控制的新功能。RapidPro目前还在使用并发挥重要作用。 RapidPro原型即将被新版本的RapidPro设备取代。VQ发动机的控制方案马上要扩展加入λ控制和爆震检测。dSPACE会为后续的项目提供必要的模块。由于MicroAutoBox的IO资源已经在试验项目中被充分利用，需要使用RapidPro智能IO子系统扩展IO能力。如果使用智能IO子系统处理所有IO任务，用户不再需要制作MicroAutoBox和RapidPro系统之间的线束，而只需要使用高速串行通讯接口进行通讯。

Shigeaki Kakizaki
发动机管理系统工程部
日本日产汽车公司

Frank Schütte
应用部门
德国dSPACE GmbH(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (3/26/2009)


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