發動機實驗環境下傳感器信號的重構方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種傳感器信號重構方法，具體講是一種發動機實驗環境下傳感器信號的重構方法，屬于發動機研發領域。
【背景技術】
[0002]發動機ECU開發過程中，在進行臺架試驗驗證前，通常在實驗室采用信號發生器模擬發動機各種傳感器信號，例如轉速，節氣門位置等信號，將其作為ECU的輸入變量通過程序對輸入處理后對各種執行器進行控制，以達到控制發動機的正常運轉目的。由于信號發生器的輸出波形過于理想，而實際發動機傳感器輸出信號會帶有一定的毛刺，并不平滑，在進行臺架試驗時，如果以信號發生器模擬發動機各種傳感器信號給發動機ECU生成控制策略去控制發動機實驗，將無法達到預想的實驗目的。
[0003]發動機在實驗環境下，各類傳感器的信號是不斷變化的，且沒有明確的變化規律。在穩態工況下，發動機ECU的控制策略是在多種傳感器信號的依據下修正得來，而在實驗環境下，發動機ECU的工作又是受多種參數的綜合影響的，若以單一信號的變化來評判發動機ECU是不準確的，需要同時向發動機ECU提供多路傳感器信號，而信號發生器不能同時模擬發動機多種信號的輸入。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術缺陷，提供一種能再現多種傳感器信號，以滿足發動機實驗開發需要的發動機實驗環境下傳感器信號的重構方法。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明提供的發動機實驗環境下傳感器信號的重構方法，包括以下步驟:
[0006]I)、上位機讀取各傳感器的信號并按設定的格式間隔保存;所述同一傳感器的信號間隔保存；
[0007]2)、上位機解析各傳感器的信號，確定各信號類型后，分別通過傳感器的輸出特性求解出各自的實際輸出信號y:
[0008]y = ao+aix+a2X2+-.-+anxn
[0009]式中，X為傳感器的輸入，aQ為零位輸出，ai為傳感器的線性靈敏度，a2，……，an為非線性項的待定常數；
[0010]3 )、判斷步驟2)取得的各實際輸出信號y是否超出對應傳感器的取值范圍，若超出則舍棄;若符合，將各實際輸出信號y以間隔時間T進行存儲作為實驗時下位機的輸入。
[0011]本發明中，所述間隔時間T小于上位機讀取各傳感器的信號的間隔時間。
[0012]本發明的有益效果在于:(1)、通過上位機將讀取到的發動機不同時刻的各類信號的存儲，并求解出各傳感器不同時刻的實際輸出信號y后存儲，間隔輸入到下位機作為輸出，避免信號發生器的輸出波形過于理想，無法接近實際環境中發動機各種傳感器信號的不足，提高發動機ECU開發的可靠性；(2)、本發明可以同時向發動機ECU提供多路傳感器信號，實現多重傳感器信號的重構，建立虛擬實驗環境更加貼近實際，使發動機實驗控制更加精確。
【附圖說明】
[0013]圖1是發動機實驗環境下傳感器信號重構框圖；
[0014]圖2是數據保存文本示例；
[0015]圖3是建立傳感器信號與E⑶輸入信號對應關系流程圖；
[0016]圖4發動機冷起動工況下重構的轉速信號的變化曲線；
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0018]如圖1所示，本發明的發動機實驗環境下傳感器信號的重構方法，具體過程如下:
[0019]步驟1、發動機各類物理信號包括溫度信號、進氣壓力信號、蓄電池電壓信號、節氣門開度信號、曲軸和凸輪軸信號、爆震信號以及氧傳感器信號等;其中溫度信號、進氣壓力信號、蓄電池電壓信號和節氣門開度信號均屬于模擬信號，曲軸和凸輪軸信號屬于脈沖信號。上位機讀取各傳感器信號，將各傳感器采集的溫度、節氣門開度、發動機轉速、蓄電池電壓、進氣壓力等信號以TXT文本的形式保存下來，TXT文本中數據保存的時間間隔為IS，TXT文本與各傳感器的信號值一一對應。
[0020]如圖2所示，TXT文本中，第一行為保存的各傳感器信號名稱，即為數據類型和單位，第一列為保存數據的序號，后面依次對應的是各個傳感器采集到的數據值，最后一列為保存數據的時間，數據值為空白時表示未采集該傳感器的數據;數據文件只精確到秒，每秒對應一個至兩個數據點不等。在采集傳感器信號的過程中，數據類型遠不止這幾種，實際使用時可根據實際進行變化，但是數據的格式是確定的。
[0021]步驟2、上位機保存的TXT數據文本中，顯示的是各個傳感器相對應的物理信號值，而下位機(ECU)輸出的是相當于傳感器輸出的電壓等電信號，對應于各傳感器的輸入和輸出信號，所以建立各傳感器信號與發動機ECU信號模擬系統之間關系的紐帶就在于傳感器的輸出特性關系，同時模擬系統輸出的信號必須符合傳感器的輸出特性，并且覆蓋傳感器的工作范圍。
[0022]建立傳感器輸入信號與最終輸出給ECU信號的對應關系，需要對應輸入的四項內容:數據類型、傳感器的輸出特性公式、數據取值范圍和數據值。
[0023]1)、確定數據類型
[0024]下位機(ECU)輸入信號的類型有三種:模擬量信號、開關量信號、脈沖信號，需要確定數據文本中所需要模擬的傳感器信號的類型，例如，節氣門開度信號屬于模擬量信號。
[0025]2)、傳感器的輸出特性公式
[0026]傳感器的輸出特性即為傳感器的輸入與輸出之間的關系。對于傳感器來說，數據文本中保存的是傳感器輸入信號的數值，而下位機(ECU)輸入信號的是傳感器的輸出電壓/頻率信號的值，所以需要傳感器的輸出特性公式對數據文本中的數據進行轉換。
[0027]—般情況下需要用到的是傳感器的靜態特性，指傳感器的輸入信號為穩態信號或者變化緩慢的信號時，傳感器的輸出隨輸入的變化。傳感器的輸出特性可由η次方代數方程式來表示，即:
[0028]y = ao+aix+a2X2+-.-+anxn
[0029]式中，X為傳感器的輸入，比如溫度、壓力等;y實際輸出信號，一般為電信號;ao為零位輸出;ai為表示為傳感器的線性靈敏度，adPai為已知參數;a2，……，an為非線性項的待定常數，由實際測量數據得到X與y的數值，不同X對應不同y的值，以X為橫坐標，y為縱坐標，繪出特性曲線來，根據曲線判斷y與X的函數關系，確定X的最高階次，然后將數值導入數學軟件Matlab中，根據其特定功能函數，確定a2，......，an的具體值，確定最終實際輸出特性的函數表達式。
[0030]3)、確定數據取值范圍
[0031]不同傳感器輸出特性所在的取值范圍是不一樣的，為避免在信號的數值轉換過程中出現無效解，需要確定數據的取值范圍，使得解有效。
[0032]4)數據值
[0033]若步驟3)中得到的實際輸出信號y不符合對應傳感器的取值范圍，則舍棄不用;若符合，將得到不同時刻的實際輸出信號y存儲在上位機的存儲單元中，每隔500ms發送到下位機(ECU)同時輸出。由于TXT文本中數據保存的時間間隔為I s，I s之內最多兩個數據，故取時間間隔為500ms。
[0034]以轉速信號為例，將發動機冷起動工況下不同時刻轉速信號采集保存在上位機中，數據保存在圖2表的第二列，第二列第二行為時刻I脈沖信號數據文本，第二列第三行為時刻2脈沖信號的數據文本，以此類推，在重構時，由于在保存數據時定義了不同列的數據類型，選擇圖2第二列的數據即自動確定文本類型為脈沖信號，上位機自動調用轉速傳感器靜態標定的輸出特性公式，將輸入帶入公式求得的解為y，轉速傳感器正常工作范圍數值為[a，b]，判斷y是否超出[a，b]，沒有超出將其作為有效值，超出則舍棄，將不同時刻y的值即轉速數值存儲的上位機中，按設定的間隔時間向下位機(ECU)發送作為其轉速信號的輸入。
[0035]如圖4所示，可以清楚看出圖中轉速信號的變化曲線較好地重構了實驗環境下的轉速信號。
[0036]本發明的應用途徑很多，以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進，這些改進也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種發動機實驗環境下傳感器信號的重構方法，其特征在于包括以下步驟: 1)、上位機讀取各傳感器的信號并按設定的格式保存;所述同一傳感器的信號間隔保存； 2)、上位機解析各傳感器的信號，確定各信號類型后，分別通過傳感器的輸出特性求解出各自的實際輸出信號y:y = ao+aix+a2X2+-..+anxn 式中，X為傳感器的輸入，ao為零位輸出，m為傳感器的線性靈敏度，a2，……，an為非線性項的待定常數； 3)、判斷步驟2)取得的各自實際輸出信號y是否超出對應傳感器的取值范圍，若超出則舍棄;若符合，將各實際輸出信號y以間隔時間T進行存儲作為實驗時下位機的輸入。2.根據權利要求1所述的發動機實驗環境下傳感器信號的重構方法，其特征在于:所述間隔時間T小于同一傳感器信號保存的間隔時間。
【專利摘要】本發明公開了一種發動機實驗環境下傳感器信號的重構方法，屬于發動機研發領域。上位機讀取各傳感器信號并以一定格式保存，其數據一一對應各傳感器信號的數值。上位機中通過讀取傳感器數值并確定數據類型后，根據傳感器靜態標定的輸出特性公式求解出實際電信號，求解時對取值范圍進行限定，保證解的有效性，將實際電信號保存后作為下位機輸入，實現傳感器信號的重構，進而建立虛擬實驗環境。
【IPC分類】G05B23/02
【公開號】CN105629951
【申請號】CN201511019530
【發明人】魏民祥, 汪*, 夏媛, 魏鑫月
【申請人】南京航空航天大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月30日