本發(fā)明涉及一種硬件在環(huán)實驗平臺,特別是涉及一種液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)的硬件在環(huán)實驗平臺。

技術(shù)背景

液化石油氣發(fā)動機具有低排放污染性等優(yōu)良性能，已成為當前最具推廣價值的新能源發(fā)動機之一。液化石油氣發(fā)動機優(yōu)良的性能一方面取決于液化石油氣燃料本身的特性，另一方面得益于液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)的精確控制。但是傳統(tǒng)的液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)的開發(fā)涉及機械、電子、軟硬件的研制，且測試通常為實機安裝測試，由于試驗條件可控性和重復(fù)性較差，耗費大量的人力、物力，且系統(tǒng)開發(fā)周期較長，極限工況測試危險性大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真實驗平臺，該系統(tǒng)可以較好的模擬真實液化石油氣發(fā)動機在各種工況下的工作，對液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)進行測試，用以解決液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)開發(fā)周期長、測試難度大等問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)硬件在環(huán)實驗平臺，其特征是，包括有內(nèi)置液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)、通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)的上位機系統(tǒng)；

所述液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)用于計算各種工況下液化石油氣發(fā)動機的狀態(tài)數(shù)據(jù)；

所述通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)用于接收液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)計算數(shù)據(jù)，并將計算數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為傳感器信號發(fā)送給液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)，同時采集液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)反饋信號和執(zhí)行信號，將執(zhí)行信號發(fā)送給液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)，并將所有信號進行顯示和存儲。

進一步地，所述液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)包括工況輸入模塊、進氣道模塊、空氣進氣量計算模塊、液化石油氣供給量計算模塊、缸內(nèi)燃燒模塊、燃氣消耗計算模塊、動力輸出計算模塊、尾氣排放模塊；

所述工況輸入模塊用于輸入液化石油氣發(fā)動機當前的工作狀況數(shù)據(jù)（包括冷卻水溫度、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門前壓力和油門踏板開度數(shù)據(jù)）；

所述進氣道模塊用于計算進氣歧管壓力以及進氣歧管溫度；

所述空氣進氣量計算模塊用于計算進入液化石油氣發(fā)動機各氣缸的空氣量；

所述液化石油氣供給計算模塊用于計算進入液化石油氣發(fā)動機各氣缸的液化石油氣量；

所述缸內(nèi)燃燒模塊用于計算液化石油氣發(fā)動機缸內(nèi)燃燒溫度及壓力；

所述燃氣消耗計算模塊用于累計計算液化石油氣發(fā)動機總?cè)細庀牧浚?/p>

所述動力輸出計算模塊用于計算液化石油氣發(fā)動機輸出扭矩和功率；

所述尾氣排放模塊用于計算液化石油氣發(fā)動機尾氣（如CO、HC和NOx）排放量以及實際過量空氣系數(shù)。

進一步地，所述通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)包括液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)通訊模塊、傳感器信號復(fù)現(xiàn)模塊、液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)通訊模塊；

所述液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)通訊模塊用于接收液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)計算數(shù)據(jù)，將所有數(shù)據(jù)發(fā)送給傳感器信號復(fù)現(xiàn)模塊，并顯示及存儲；

所述傳感器信號復(fù)現(xiàn)模塊用于將液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)通訊模塊接收的液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)計算數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為相關(guān)傳感器信號，并發(fā)送給液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)；

所述液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)通訊模塊用于接收液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)反饋信號和執(zhí)行信號，將執(zhí)行信號發(fā)送給液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)，并顯示及存儲。

進一步地，所述傳感器信號復(fù)現(xiàn)模塊包括傳感器信號復(fù)現(xiàn)裝置和數(shù)據(jù)輸出板卡；

所述傳感器信號復(fù)現(xiàn)裝置用于接收液化石油氣發(fā)動機子系統(tǒng)通訊模塊發(fā)送的發(fā)動機狀態(tài)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行標定后發(fā)送給數(shù)據(jù)輸出板卡，并對信息進行顯示和存儲；

所述數(shù)據(jù)輸出板卡用于將傳感器信號復(fù)現(xiàn)裝置發(fā)送的數(shù)據(jù)進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化為模擬量電壓信號發(fā)送給液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)。

進一步地，所述液化石油氣發(fā)動機當前的工作狀況數(shù)據(jù)包括冷卻水溫度、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門前壓力和油門踏板開度數(shù)據(jù)。

本發(fā)明達到的有益效果：本發(fā)明是基于上位機建立的液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)硬件在環(huán)實驗平臺，

在上位機中建立液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)、通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)，并接入液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)實物進行測試，更接近液化石油氣發(fā)動機的真實運行狀況，而且不需要像現(xiàn)場測試一樣，在實機上安裝液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)進行試驗，降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。

該實驗平臺通過對液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)的性能進行測試，對液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)控制器的控制參數(shù)加以改進，對液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)結(jié)構(gòu)上改進，從而提高了液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)使用時的合理性和可靠性。該實驗平臺開發(fā)測試過程可控制，系統(tǒng)重復(fù)性能好，能獲得比較全面的測試數(shù)據(jù),而且仿真測試信息能夠直觀的反饋給用戶,從而幫助用戶完成液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化。

附圖說明

圖1是本發(fā)明液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)硬件在環(huán)實驗平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中上位機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖2中液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖2中通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是圖4中傳感器信號復(fù)現(xiàn)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是圖2中液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)工作原理示意圖。

圖7是圖2中通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)原理示意圖。

圖8是本發(fā)明的液化石油氣示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發(fā)明的目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實施方式并不因此限定于以下實施例。

如圖1和圖2所示，一種液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)硬件在環(huán)實驗平臺，包括有內(nèi)置液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)11、通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12的上位機系統(tǒng)1，所述上位機系統(tǒng)1用于發(fā)出測試信號及采集液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)反饋信號，并對信號進行存儲及顯示。

具體而言，所述液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)11用于計算液化石油氣發(fā)動機各工況下的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

所述通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12用于接收液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)11計算數(shù)據(jù)，并將計算數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為傳感器信號發(fā)送給液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)2，同時采集液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)2反饋信號和執(zhí)行信號，將執(zhí)行信號發(fā)送給液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)11，并將所有信號進行顯示和存儲。

所述液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)2為待測試或待開發(fā)的液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)實際產(chǎn)品，主要包括液化石油氣發(fā)動機控制器、點火系統(tǒng)、節(jié)氣門、液化石油氣主燃料閥等。

如圖3所示，所述液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)11包括工況輸入模塊111、進氣道模塊112、空氣進氣量計算模塊113、液化石油氣供給量計算模塊114、缸內(nèi)燃燒模塊115、燃氣消耗計算模塊116、動力輸出計算模塊117、尾氣排放模塊118。

所述工況輸入模塊111用于輸入液化石油氣發(fā)動機當前的工作狀況數(shù)據(jù)（包括冷卻水溫度、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門前壓力和油門踏板開度數(shù)據(jù)）。

所述進氣道模塊112用于計算進氣歧管壓力以及進氣歧管溫度；

所述空氣進氣量計算模塊113用于計算進入液化石油氣發(fā)動機各氣缸的空氣質(zhì)量。

所述液化石油氣供給計算模塊114用于計算進入液化石油氣發(fā)動機各氣缸的液化石油氣質(zhì)量。

所述缸內(nèi)燃燒模塊115用于計算液化石油氣發(fā)動機缸內(nèi)燃燒溫度及壓力。

所述燃氣消耗計算模塊116用于累計計算液化石油氣發(fā)動機總?cè)細庀牧俊?/p>

所述動力輸出計算模塊117用于計算液化石油氣發(fā)動機輸出扭矩和功率。

所述尾氣排放模塊118用于計算液化石油氣發(fā)動機尾氣（CO、HC和NOx）排放量以及實際過量空氣系數(shù)。

所述液化石油氣發(fā)動機仿真子模型11中各模塊均采用matlab/simulink軟件中相應(yīng)的模塊搭建。

如圖4所示，所述通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12包括液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)通訊模塊121、傳感器信號復(fù)現(xiàn)模塊122、液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)通訊模塊123。

所述液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)通訊模塊121用于接收液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)11計算數(shù)據(jù)，將所有數(shù)據(jù)發(fā)送給傳感器信號復(fù)現(xiàn)模塊122，并顯示及存儲；

所述傳感器信號復(fù)現(xiàn)模塊122用于將液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)通訊模塊121接收的液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)11計算數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為相關(guān)傳感器信號，并發(fā)送給液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)2。

所述液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)通訊模塊123用于接收液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)2反饋信號和執(zhí)行信號，將執(zhí)行信號發(fā)送給液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)11，并顯示及存儲。

所述通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12中液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)通訊模塊121采用matlab/simulink和labview軟件聯(lián)合編寫。

所有通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12中除液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)通訊模塊121外各子模塊均采用labview軟件編寫。

如圖5所示，傳感器信號復(fù)現(xiàn)模塊122包括傳感器信號復(fù)現(xiàn)裝置1221和數(shù)據(jù)輸出板卡1222。

所述傳感器信號復(fù)現(xiàn)裝置1221用于接收液化石油氣發(fā)動機子系統(tǒng)通訊模塊121發(fā)送的發(fā)動機狀態(tài)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行標定后發(fā)送給數(shù)據(jù)輸出板卡1222，并對信息進行顯示和存儲。

所述數(shù)據(jù)輸出板卡1222用于將傳感器信號復(fù)現(xiàn)裝置1221發(fā)送的數(shù)據(jù)進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化為模擬量電壓信號發(fā)送給液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)2。

所述傳感器信號復(fù)現(xiàn)裝置1221采用NI主機。

所述數(shù)據(jù)輸出板卡1222采用NI DAQ數(shù)據(jù)板卡。

如圖6所示，所述液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)11通過工況輸入模塊111輸入發(fā)動機工況信息，包括冷卻水溫度、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門前壓力以及油門踏板開度數(shù)據(jù)，同時接收通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12發(fā)送的節(jié)氣門開度數(shù)據(jù)，并將冷卻水溫度、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門前壓力以及油門踏板開度數(shù)據(jù)發(fā)送給通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12，將冷卻水溫度、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門前壓力以及節(jié)氣門開度數(shù)據(jù)發(fā)送給進氣道模塊112；進氣道模塊112接收工況輸入模塊111發(fā)送數(shù)據(jù)以及通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12發(fā)送的目標過量空氣系數(shù)數(shù)據(jù)，該模塊對數(shù)據(jù)計算處理后得到進氣歧管壓力和進氣歧管溫度數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)分別發(fā)送給通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12以及空氣進氣量計算模塊113；空氣進氣量計算模塊113接收進氣道模塊112的數(shù)據(jù)，該模塊對數(shù)據(jù)進行計算處理得到空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)分別發(fā)送給液化石油氣供給計算模塊114和缸內(nèi)燃燒模塊115；液化石油氣供給計算模塊114接收空氣進氣量計算模塊113數(shù)據(jù)以及通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12發(fā)送的主燃料閥開度數(shù)據(jù)，該模塊對數(shù)據(jù)進行計算處理后得到液化石油氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)分別發(fā)送給缸內(nèi)燃燒模塊115和燃氣消耗計算模塊116；燃氣消耗計算模塊116接收液化石油氣供給計算模塊114數(shù)據(jù)，該模塊對數(shù)據(jù)進行計算和處理后得到液化石油氣總消耗質(zhì)量，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12；缸內(nèi)燃燒模塊115接收空氣進氣量計算模塊113、液化石油氣供給計算模塊114發(fā)送的數(shù)據(jù)，并接收通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12發(fā)送的點火提前角數(shù)據(jù)，該模塊對數(shù)據(jù)計算處理后得到缸內(nèi)壓力、轉(zhuǎn)速、缸內(nèi)燃燒溫度以及實際過量空氣系數(shù)數(shù)據(jù)，并將缸內(nèi)壓力和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)發(fā)送給動力輸出計算模塊117，將缸內(nèi)燃燒溫度、轉(zhuǎn)速和實際過量空氣系數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送給尾氣排放模塊118，將缸內(nèi)燃燒溫度、缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)發(fā)送給通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12；動力輸出計算模塊117接收缸內(nèi)燃燒模塊115數(shù)據(jù)，該模塊對數(shù)據(jù)進行計算處理后得到扭矩、功率數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12；尾氣排放模塊接收缸內(nèi)燃燒模塊115數(shù)據(jù)，該模塊對數(shù)據(jù)進行計算和處理后得到CO、HC和NOx排放量和實際過量空氣系數(shù)數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12。

如圖7所示，所述通訊及傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12通過液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)通訊模塊121接收液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)11發(fā)送的冷卻水溫度、節(jié)氣門前壓力、油門踏板開度、進氣歧管溫度、進氣歧管壓力、實際空燃比和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給傳感器信號復(fù)現(xiàn)模塊122，同時對該數(shù)據(jù)進行存儲和顯示；傳感器信號復(fù)現(xiàn)模塊112接收液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)通訊模塊數(shù)據(jù)121，對該數(shù)據(jù)進行標定處理后轉(zhuǎn)化為模擬傳感器電壓信號分別為冷卻水溫度、節(jié)氣門前壓力、油門踏板開度、進氣歧管溫度、進氣歧管壓力、實際空燃比和轉(zhuǎn)速信號，并將該信號發(fā)送給液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)2；液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)通訊模塊123接收液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)2發(fā)送的目標空燃比、節(jié)氣門開度、主燃料閥開度和點火提前角數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)11，同時對該數(shù)據(jù)進行存儲和顯示。

如圖8所示，這是本發(fā)明液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)硬件在環(huán)實驗平臺工作原理。由上位機系統(tǒng)1中液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)11輸入發(fā)動機工況數(shù)據(jù)分別為冷卻水溫度、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門前壓力和油門踏板開度數(shù)據(jù)，該子系統(tǒng)同時接收通訊與傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12發(fā)送的目標過量空氣系數(shù)、節(jié)氣門開度、主燃料閥開度、點火提前角數(shù)據(jù)，液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)11對數(shù)據(jù)進行計算和處理后得到冷卻水溫度、節(jié)氣門前壓力、油門踏板開度、進氣歧管壓力、進氣歧管溫度、實際過量空氣系數(shù)、轉(zhuǎn)速、扭矩、燃氣總消耗量、功率、（CO、Nox和HC）排放、缸內(nèi)燃燒溫度、缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)，并將該信號發(fā)送給通訊與傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12；通訊與傳感器信號復(fù)現(xiàn)采集子系統(tǒng)12接收液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)11數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)進行顯示和存儲，并將該數(shù)據(jù)中部分數(shù)據(jù)（主要包括冷卻水溫度信號、節(jié)氣門前壓力信號、油門踏板開度信號、進氣歧管壓力信號、進氣歧管溫度信號、實際空燃比信號和轉(zhuǎn)速信號）進行標定處理后轉(zhuǎn)化為模擬傳感器電壓信號發(fā)送給液化石油氣發(fā)動機電控系統(tǒng)2，同時該系統(tǒng)接收液化石油氣電控系統(tǒng)2發(fā)送的目標過量空氣系數(shù)、節(jié)氣門開度、主燃料閥開度和點火提前角數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)進行顯示和存儲，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給液化石油氣發(fā)動機仿真子系統(tǒng)11。

本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。