始； 进行步骤105，初始化； 进行步骤110,读取发动机的排气溫度;对于发动机台架实验中可通过CAN总线直接获 取发动机排气溫度数据的情形，将该仿真系统与发动机台架通过CAN总线，实时读取出台架 试验中发动机排气溫度数据，采用在线的方法进行DOC溫度特性的仿真;或者，对于不具备 发动机排气溫度信号采集功能的台架，通过该仿真系统主控单元中的溫度采集模块进行发 动机排气溫度信号采集； 进行步骤115,通过电路单元计算入口溫度、空气流速和CH喷射量； 进行步骤120，D/A转换模块输出对应的电压信号； 进行步骤125,各电路单元实时仿真； 进行步骤130，A/D模块实时采集电路单元的电压信号； 进行步骤135,上位机对从CAN得到的数据进行解析、存储，同时通过数据处理，将A/D 采集模块采集的电压模拟信号转换为溫度信号，并W波形图的形式在上位机界面实时显 示； 进行步骤140，仿真完毕?否，进行步骤130，A/D模块实时采集电路单元的电压信号;是， 进行步骤145,结束。
[0024] 所述的仿真系统可W进行在线测试或离线测试； 在线测试，发动机排气溫度信号的采集分为两种方式:对于具备发动机排气溫度信号 采集功能的发动机台架，通过CAN总线实时读取出台架试验中发动机排气溫度数据;或者， 对于不具备发动机排气溫度信号采集功能的发动机台架，通过主控单元中的溫度采集模块 进行发动机排气溫度信号采集； 离线测试，离线测试是指将已通过发动机台架实验获取到的DOC排气溫度数据存储到 主控单元中，采用离线的方法进行DOC溫度特性的仿真。而且，该仿真系统还能够克服现有 DOC数值模型的实时求解对硬件资源要求高、计算量巨大，求解结果不连续等问题。
[0025] 本实施例中，为确保足够的仿真精度，电路单元个数选择为6个，每个电路单元均 包含运算放大器、模拟乘法器和同相端调零电路模块；电路单元加入运放同相端调零电路 模块，减少了运算放大器自身的零漂造成的系统误差、提高仿真系统精度。
[0026] 利用下面的偏微分方程组作为数学模型，对输入信号进行放大、乘积、求和、积分 运算； 基于传热学的基本原理，搭建DOC分布式参数模型，一维分布式参数模型的控制方程为 偏微分方程组，用公式1表示：
将公式1做离散化处理，其中第k个单元的控制方程用公式2表示：
第嫌欄御寒鑑廬 氣。薰醜带第簾鑛鮮祿鑛療 專济:::舊鍵華荒翊纖攝饒 :馨:迦;教韦窠捕氧姥扳庭識g 基于热电相似原理写出第k个单元电路的瞬态方程，用公式3表示：
黨占1、单元气、^2這還对卑皂犀遣 奚矣-1)、金奇气律嚴受对芭毎產道 2< 驾忘'、遠；-忍化袁又豈寞乃玄电；邊 秦；震彩爭峯赛機獲龜鸯 .、觀.;'.雨變攀議囊鑽':： C 气痒坑S :奪爲沒技義建鑛參； 巧、H二告IX5C敦定情￡]等巧巧巧 上位机是WNI Labview为软件平台建立了人机交互界面，建立数据接收模块、数据存 储模块和数据显示模块； 数据接收模块是将上位机通过CAN接口卡与主控单元进行数据传输，将包括有电路单 元反馈的电压信号，通过CAN通信模块将CAN报文帖从主控单元发送至上位机的模块； 数据存储模块是将上位机将接收到的数据Wxlsx的格式进行保存的模块； 数据显示模块是将从采集到的CAN报文帖中解析出实时采集的电压模拟信号，同时通 过数据处理，将电压模拟信号转换为溫度信号，再W波形图的形式在上位机界面上显示的 模块。
[0027] 仿真测试 为了验证本发明的一种基于模拟电路的DOC硬件在环仿真系统的可行性，测试了该仿 真系统的阶跃响应特性，并将本发明的仿真系统模拟的实时溫度响应特性与Simul ink仿真 模型计算得到的溫度响应特性进行了对比，二者具有非常相似的响应特性，而且本发明的 仿真系统的溫度响应特性连续性更好，从而证明了本发明的仿真系统的可行性。
[0028] 所用到的测试仪器有TEK TDS 1012C示波器，无源电压探头。测试了本发明的仿真 系统的阶跃工况的响应特性，将所得到的示波器测试结果与在相同工况下用Simulink得到 的仿真结果进行比较。从图3和图4的对比中可W看出，该仿真系统实测的响应特性与 Simulink中的仿真结果相吻合。实验证明，一种基于模拟电路的DO网更件在环仿真系统的电 压响应与用Simul ink模型计算得到的DOC溫度场的溫度响应基本一致。
【主权项】
1. 一种基于模拟电路的氧化催化器硬件在环仿真系统，其特征在于，包括电源单元、主 控单元、电路单元和上位机； 主控单元与上位机通过CAN接口卡连接，主控单元与电路单元通过直插方式连接，电源 单元与主控单元通过拔插式接线端子连接，电源单元通过电平转换芯片为各模块提供所需 电压； 主控单元包含微控制器(ECU)、温度采集模块、D/A转换模块、A/D转换模块、CAN通信模 块，主控单元内存储和运行有程序，根据程序指令为电路单元提供电压信号、采集发动机排 气温度信号、采集电路单元反馈电压信号、与上位机通过CAN通信模块进行数据传输，将信 息实时上传到上位机； 所述的仿真系统可以进行在线测试或离线测试； 在线测试，发动机排气温度信号的采集分为两种方式:对于具备发动机排气温度信号 采集功能的发动机台架，通过CAN总线实时读取出台架试验中发动机排气温度数据;或者， 对于不具备发动机排气温度信号采集功能的发动机台架，通过主控单元中的温度采集模块 进行发动机排气温度信号采集； 离线测试，离线测试是指将已通过发动机台架实验获取到的氧化催化器(DOC)排气温 度数据存储到主控单元中，采用离线的方法进行DOC温度特性的仿真； 电路单元为2个以上，每个电路单元均包含运算放大器、模拟乘法器和同相端调零电路 丰旲块； 利用下面的偏微分方程组作为数学模型，对输入信号进行放大、乘积、求和、积分运算； 基于传热学的基本原理，搭建DOC分布式参数模型，一维分布式参数模型的控制方程为 偏微分方程组，用公式1表示：将公式1做离散化处理，其中第k个单元的控制方程用公式2表示：基于热电相似原理写出第k个单元电路的瞬态方程，用公式3表示：上位机是以NI Labview为软件平台建立了人机交互界面，建立数据接收模块、数据存 储模块和数据显示模块； 数据接收模块是将上位机通过CAN接口卡与主控单元进行数据传输，将包括有电路单 元反馈的电压信号，通过CAN通信模块将CAN报文帧从主控单元发送至上位机的模块； 数据存储模块是将上位机将接收到的数据以xlsx的格式进行保存的模块； 数据显示模块是将从采集到的CAN报文帧中解析出实时采集的电压模拟信号，同时通 过数据处理，将电压模拟信号转换为温度信号，再以波形图的形式在上位机界面上显示的 模块。
【专利摘要】本发明的一种基于模拟电路的氧化催化器硬件在环仿真系统，包括电源单元、主控单元、电路单元和上位机。基于热电相似原理，将氧化催化器（DOC）中温度场特性映射到电路中，通过采集发动机排气温度并将其转化为电压信号，利用模拟电路的电压变化特性模拟DOC中不同位置温度响应特性。采用真实硬件电路，电路响应特性与DOC相一致，不涉及数值求解中的定时器及时间补偿问题，直接获取系统的实时响应特性。不涉及计算求解，不占用计算资源。利用该仿真系统，通过在线或离线测试的方法，就能获取DOC温度响应特性的相关数据，仿真系统的阶跃响应特性与Simulink仿真模型计算结果吻合，且温度响应特性连续性更好，适合用于发动机后处理系统控制器的设计和验证。
【IPC分类】F01N11/00, G05B19/042
【公开号】CN105443213
【申请号】CN201510465462
【发明人】殷悦, 袁新枚, 刁庆华, 王闯, 邢增臻, 孙科, 李海湘
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年8月3日