專利名稱：一種基于fpga的曲軸與凸輪軸模擬信號發(fā)生裝置及產(chǎn)生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號模擬產(chǎn)生領(lǐng)域，尤其是涉及發(fā)動機(jī)曲軸與凸輪軸模擬信號產(chǎn)生方法及裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)研究中，日益復(fù)雜的功能需求和嚴(yán)格的法規(guī)要求使得發(fā)動機(jī)E⑶(Electronic Control Unit)電子控制單元軟硬件的開發(fā)過程越來越復(fù)雜，因此需要一套嚴(yán)格高效的開發(fā)方法來保證產(chǎn)品級ECU的質(zhì)量。為了提高產(chǎn)品開發(fā)的效率和精確性，汽車電子系統(tǒng)開發(fā)提出了基于模型的現(xiàn)代開發(fā)流程V模式開發(fā)流程，該流程保證開發(fā)人員在開發(fā)過程中的每一步都可以得到及時驗證。在產(chǎn)品上市之前，需要對ECU進(jìn)行全面綜合的測試，尤其是故障和極限條件下的測試，使用實際的控制對象進(jìn)行測試，很難實現(xiàn)現(xiàn)實復(fù)雜情況，并且實現(xiàn)成本高，開發(fā)周期長。為解決這一難題，如圖1所示，V模式中提出采用硬件在環(huán)仿真(Hardware In-the-Loop Simulation, HILS)的開發(fā)方法即為了測試ECU 性能，在進(jìn)行整體系統(tǒng)的仿真測試時，控制器采用真實的ECU，被控對象和系統(tǒng)運行環(huán)境可以全部或部分采用實時數(shù)學(xué)模型來模擬。在發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)HILS中需要對傳感器的信號進(jìn)行模擬。在所有需模擬的信號中，曲軸轉(zhuǎn)速信號和凸輪軸相位信號精確度及其兩者之間的同步關(guān)系是至關(guān)重要的，它是整個發(fā)動機(jī)噴油和點火信號的基準(zhǔn)，模擬精度要求高，難度大。市場上現(xiàn)有的模擬發(fā)動機(jī)曲軸凸輪信號的信號發(fā)生器都是具體針對某款發(fā)動機(jī)的，針對不同的發(fā)動機(jī)必須更換不同的信號發(fā)生器或者對信號發(fā)生器進(jìn)行重新編程。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)曲軸和凸輪軸模擬信號產(chǎn)生方法的精確度較低， 通用性不足，本發(fā)明提供一種產(chǎn)生信號精確、有效測試發(fā)動機(jī)硬件的信號調(diào)理能力、通用性好的曲軸與凸輪軸模擬信號產(chǎn)生方法及其裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種基于FPGA的曲軸與凸輪軸模擬信號發(fā)生裝置，通過TCP/IP協(xié)議連接通信的宿主機(jī)及目標(biāo)機(jī)，通過PCI總線與所述目標(biāo)機(jī)相連的FPGA板卡，和與所述FPGA板卡通過數(shù)據(jù)線相連的A0/D0信號板，所述宿主機(jī)用于建立產(chǎn)生曲軸凸輪信號查找表，配置RTW環(huán)境生成目標(biāo)代碼，編寫FPGA板卡在xPC Target實時環(huán)境下的驅(qū)動，以便將目標(biāo)代碼傳輸給FPGA板卡；所述目標(biāo)機(jī)用于實時運行所述目標(biāo)代碼，并通過PCI總線完成與FPGA板卡的數(shù)據(jù)交互；所述FPGA板卡將目標(biāo)機(jī)通過PCI總線傳輸過來的參數(shù)及曲軸凸輪查找表存儲到 FPGA內(nèi)部的RAM中，然后在運行的時候根據(jù)接受的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)，調(diào)整輸出查找表的查
3找頻率；所述A0/D0信號板根據(jù)實際發(fā)動機(jī)曲軸凸輪信號類型，分別使用DO及AO產(chǎn)生磁電式及霍爾式發(fā)動機(jī)曲軸凸輪模擬信號。一種基于FPGA的曲軸與凸輪軸模擬信號發(fā)生方法，包括如下步驟21)在宿主機(jī)的MATALB/Simulink環(huán)境下根據(jù)實際曲軸凸輪輸出需求建立曲軸信號和凸輪軸信號的輸出關(guān)系查找表；22)在宿主機(jī)中編寫FPGA板卡在xPC Target實時環(huán)境下的驅(qū)動程序，在MATALB/ Simulink下產(chǎn)生FPGA板卡的轉(zhuǎn)速參數(shù)接口，同時將曲軸及凸輪軸相位查找表通過目標(biāo)機(jī) PCI總線導(dǎo)入FPGA板卡中；23)在宿主機(jī)中配置RTW環(huán)境生成目標(biāo)代碼，將生成的目標(biāo)代碼下載到目標(biāo)機(jī)上進(jìn)行實時運行，并在FPGA板卡相連的A0/D0信號板中的DO輸出磁電式傳感器模擬信號，AO 則輸出霍爾式/光電式傳感器模擬信號。進(jìn)一步的，所述曲軸信號和凸輪軸信號的輸出關(guān)系為(Degree，Crank)，(Degree, Cam)，其中Degree為查找表的X軸，表示輸出曲軸的相位值，其取值范圍為0 720，對應(yīng)曲軸0° 720°的相位；Crank及Cam分別對應(yīng)為查找表的Y軸，Crank表示對應(yīng)相位值下曲軸輸出值，Cam代表對應(yīng)相位值下的凸輪軸輸出值，其相應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系按照實際需要進(jìn)行設(shè)置。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在產(chǎn)生信號精確、有效測試發(fā)動機(jī)硬件的信號調(diào)理能力、通用性好。


圖1是發(fā)動機(jī)ECU HIL開發(fā)平臺結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明的裝置連接框圖；圖3是某款發(fā)動機(jī)的曲軸凸輪信號圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。如圖2所示，一種基于FPGA的曲軸與凸輪軸模擬信號發(fā)生裝置，通過TCP/IP協(xié)議連接通信的宿主機(jī)及目標(biāo)機(jī)，通過PCI總線與所述目標(biāo)機(jī)相連的FPGA板卡，和與所述FPGA 板卡通過數(shù)據(jù)線相連的A0/D0信號板，所述宿主機(jī)用于建立產(chǎn)生曲軸凸輪信號查找表，配置RTW環(huán)境生成目標(biāo)代碼，編寫FPGA板卡在xPC Target實時環(huán)境下的驅(qū)動，以便將目標(biāo)代碼傳輸給FPGA板卡；所述目標(biāo)機(jī)用于實時運行所述目標(biāo)代碼，并通過PCI總線完成與FPGA板卡的數(shù)據(jù)交互；所述FPGA板卡將目標(biāo)機(jī)通過PCI總線傳輸過來的參數(shù)及曲軸凸輪查找表存儲到 FPGA內(nèi)部的RAM中，然后在運行的時候根據(jù)接受的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)，調(diào)整輸出查找表的查找頻率；所述A0/D0信號板根據(jù)實際發(fā)動機(jī)曲軸凸輪信號類型，分別使用DO及AO產(chǎn)生磁電式及霍爾式發(fā)動機(jī)曲軸凸輪模擬信號。
—種基于FPGA的曲軸與凸輪軸模擬信號發(fā)生方法，產(chǎn)生方法包括以下步驟1)在宿主機(jī)中利用MATALB/Simulink的1_D Lookup Table模塊根據(jù)所需要產(chǎn)生的曲軸凸輪軸波形，建立曲軸信號和凸輪軸信號的輸出查找表(Degree，Crank), (Degree, Cam)，其中Degree為查找表的X軸，Crank及Cam分別為各自查找表的Y軸。Degree表示輸出曲軸的相位值，其取值范圍為0 720，對應(yīng)曲軸0° 720°的相位。Crank表示對應(yīng)相位值下曲軸輸出值，Cam代表對應(yīng)相位值下的凸輪軸輸出值。圖3表示的是某一款發(fā)動機(jī)的曲軸凸輪信號圖，為了模擬產(chǎn)生這樣的曲軸凸輪信號，則查找表中的值如表1中所示。
權(quán)利要求
1.一種基于FPGA的曲軸與凸輪軸模擬信號發(fā)生裝置，其特征在于，通過TCP/IP協(xié)議連接通信的宿主機(jī)及目標(biāo)機(jī)，通過PCI總線與所述目標(biāo)機(jī)相連的FPGA板卡，和與所述FPGA 板卡通過數(shù)據(jù)線相連的A0/D0信號板，所述宿主機(jī)用于建立產(chǎn)生曲軸凸輪信號查找表，配置RTW環(huán)境生成目標(biāo)代碼，編寫 FPGA板卡在xPC Target實時環(huán)境下的驅(qū)動，以便將目標(biāo)代碼傳輸給FPGA板卡；所述目標(biāo)機(jī)用于實時運行所述目標(biāo)代碼，并通過PCI總線完成與FPGA板卡的數(shù)據(jù)交互；所述FPGA板卡將目標(biāo)機(jī)通過PCI總線傳輸過來的參數(shù)及曲軸凸輪查找表存儲到FPGA 內(nèi)部的RAM中，然后在運行的時候根據(jù)接受的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)，調(diào)整輸出查找表的查找頻率；所述A0/D0信號板根據(jù)實際發(fā)動機(jī)曲軸凸輪信號類型，分別使用DO及AO產(chǎn)生磁電式及霍爾式發(fā)動機(jī)曲軸凸輪模擬信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置的曲軸與凸輪軸模擬信號產(chǎn)生方法，其特征在于，包括如下步驟21)在宿主機(jī)的MATALB/Simulink環(huán)境下根據(jù)實際曲軸凸輪輸出需求建立曲軸信號和凸輪軸信號的輸出關(guān)系查找表；22)在宿主機(jī)中編寫FPGA板卡在xPCTarget實時環(huán)境下的驅(qū)動程序，在MATALB/ Simulink下產(chǎn)生FPGA板卡的轉(zhuǎn)速參數(shù)接口，同時將曲軸及凸輪軸相位查找表通過目標(biāo)機(jī) PCI總線導(dǎo)入FPGA板卡中；23)在宿主機(jī)中配置RTW環(huán)境生成目標(biāo)代碼，將生成的目標(biāo)代碼下載到目標(biāo)機(jī)上進(jìn)行實時運行，并在FPGA板卡相連的A0/D0信號板中的DO輸出磁電式傳感器模擬信號，AO則輸出霍爾式/光電式傳感器模擬信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的曲軸與凸輪軸模擬信號產(chǎn)生方法，其特征在于，所述曲軸信號和凸輪軸信號的輸出關(guān)系為(Degree，Crank)，(Degree, Cam)，其中Degree為查找表的 X軸，表示輸出曲軸的相位值，其取值范圍為0 720，對應(yīng)曲軸0° 720°的相位；Crank 及Cam分別對應(yīng)為查找表的Y軸，Crank表示對應(yīng)相位值下曲軸輸出值，Cam代表對應(yīng)相位值下的凸輪軸輸出值，其相應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系按照實際需要進(jìn)行設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于FPGA的曲軸與凸輪軸模擬信號發(fā)生裝置，通過TCP/IP協(xié)議連接通信的宿主機(jī)及目標(biāo)機(jī)，通過PCI總線與所述目標(biāo)機(jī)相連的FPGA板卡，和與FPGA板卡通過數(shù)據(jù)線相連的AO/DO信號板，通過這些部分的合理設(shè)置，使得產(chǎn)生信號精確、有效測試發(fā)動機(jī)硬件的信號調(diào)理能力、通用性好。
文檔編號G05B17/02GK102540906SQ201210037270
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者馮元, 吳朝暉, 姜旭鋒, 張永光, 方正, 楊國青, 袁浦豪, 謝煌 申請人:浙江大學(xué)