发动机实验环境下传感器信号的重构方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种传感器信号重构方法，具体讲是一种发动机实验环境下传感器信号的重构方法，属于发动机研发领域。
【背景技术】
[0002]发动机ECU开发过程中，在进行台架试验验证前，通常在实验室采用信号发生器模拟发动机各种传感器信号，例如转速，节气门位置等信号，将其作为ECU的输入变量通过程序对输入处理后对各种执行器进行控制，以达到控制发动机的正常运转目的。由于信号发生器的输出波形过于理想，而实际发动机传感器输出信号会带有一定的毛刺，并不平滑，在进行台架试验时，如果以信号发生器模拟发动机各种传感器信号给发动机ECU生成控制策略去控制发动机实验，将无法达到预想的实验目的。
[0003]发动机在实验环境下，各类传感器的信号是不断变化的，且没有明确的变化规律。在稳态工况下，发动机ECU的控制策略是在多种传感器信号的依据下修正得来，而在实验环境下，发动机ECU的工作又是受多种参数的综合影响的，若以单一信号的变化来评判发动机ECU是不准确的，需要同时向发动机ECU提供多路传感器信号，而信号发生器不能同时模拟发动机多种信号的输入。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种能再现多种传感器信号，以满足发动机实验开发需要的发动机实验环境下传感器信号的重构方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供的发动机实验环境下传感器信号的重构方法，包括以下步骤:
[0006]I)、上位机读取各传感器的信号并按设定的格式间隔保存;所述同一传感器的信号间隔保存；
[0007]2)、上位机解析各传感器的信号，确定各信号类型后，分别通过传感器的输出特性求解出各自的实际输出信号y:
[0008]y = ao+aix+a2X2+-.-+anxn
[0009]式中，X为传感器的输入，aQ为零位输出，ai为传感器的线性灵敏度，a2，……，an为非线性项的待定常数；
[0010]3 )、判断步骤2)取得的各实际输出信号y是否超出对应传感器的取值范围，若超出则舍弃;若符合，将各实际输出信号y以间隔时间T进行存储作为实验时下位机的输入。
[0011]本发明中，所述间隔时间T小于上位机读取各传感器的信号的间隔时间。
[0012]本发明的有益效果在于:(1)、通过上位机将读取到的发动机不同时刻的各类信号的存储，并求解出各传感器不同时刻的实际输出信号y后存储，间隔输入到下位机作为输出，避免信号发生器的输出波形过于理想，无法接近实际环境中发动机各种传感器信号的不足，提高发动机ECU开发的可靠性；(2)、本发明可以同时向发动机ECU提供多路传感器信号，实现多重传感器信号的重构，建立虚拟实验环境更加贴近实际，使发动机实验控制更加精确。
【附图说明】
[0013]图1是发动机实验环境下传感器信号重构框图；
[0014]图2是数据保存文本示例；
[0015]图3是建立传感器信号与E⑶输入信号对应关系流程图；
[0016]图4发动机冷起动工况下重构的转速信号的变化曲线；
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0018]如图1所示，本发明的发动机实验环境下传感器信号的重构方法，具体过程如下:
[0019]步骤1、发动机各类物理信号包括温度信号、进气压力信号、蓄电池电压信号、节气门开度信号、曲轴和凸轮轴信号、爆震信号以及氧传感器信号等;其中温度信号、进气压力信号、蓄电池电压信号和节气门开度信号均属于模拟信号，曲轴和凸轮轴信号属于脉冲信号。上位机读取各传感器信号，将各传感器采集的温度、节气门开度、发动机转速、蓄电池电压、进气压力等信号以TXT文本的形式保存下来，TXT文本中数据保存的时间间隔为IS，TXT文本与各传感器的信号值一一对应。
[0020]如图2所示，TXT文本中，第一行为保存的各传感器信号名称，即为数据类型和单位，第一列为保存数据的序号，后面依次对应的是各个传感器采集到的数据值，最后一列为保存数据的时间，数据值为空白时表示未采集该传感器的数据;数据文件只精确到秒，每秒对应一个至两个数据点不等。在采集传感器信号的过程中，数据类型远不止这几种，实际使用时可根据实际进行变化，但是数据的格式是确定的。
[0021]步骤2、上位机保存的TXT数据文本中，显示的是各个传感器相对应的物理信号值，而下位机(ECU)输出的是相当于传感器输出的电压等电信号，对应于各传感器的输入和输出信号，所以建立各传感器信号与发动机ECU信号模拟系统之间关系的纽带就在于传感器的输出特性关系，同时模拟系统输出的信号必须符合传感器的输出特性，并且覆盖传感器的工作范围。
[0022]建立传感器输入信号与最终输出给ECU信号的对应关系，需要对应输入的四项内容:数据类型、传感器的输出特性公式、数据取值范围和数据值。
[0023]1)、确定数据类型
[0024]下位机(ECU)输入信号的类型有三种:模拟量信号、开关量信号、脉冲信号，需要确定数据文本中所需要模拟的传感器信号的类型，例如，节气门开度信号属于模拟量信号。
[0025]2)、传感器的输出特性公式
[0026]传感器的输出特性即为传感器的输入与输出之间的关系。对于传感器来说，数据文本中保存的是传感器输入信号的数值，而下位机(ECU)输入信号的是传感器的输出电压/频率信号的值，所以需要传感器的输出特性公式对数据文本中的数据进行转换。
[0027]—般情况下需要用到的是传感器的静态特性，指传感器的输入信号为稳态信号或者变化缓慢的信号时，传感器的输出随输入的变化。传感器的输出特性可由η次方代数方程式来表示，即:
[0028]y = ao+aix+a2X2+-.-+anxn
[0029]式中，X为传感器的输入，比如温度、压力等;y实际输出信号，一般为电信号;ao为零位输出;ai为表示为传感器的线性灵敏度，adPai为已知参数;a2，……，an为非线性项的待定常数，由实际测量数据得到X与y的数值，不同X对应不同y的值，以X为横坐标，y为纵坐标，绘出特性曲线来，根据曲线判断y与X的函数关系，确定X的最高阶次，然后将数值导入数学软件Matlab中，根据其特定功能函数，确定a2，......，an的具体值，确定最终实际输出特性的函数表达式。
[0030]3)、确定数据取值范围
[0031]不同传感器输出特性所在的取值范围是不一样的，为避免在信号的数值转换过程中出现无效解，需要确定数据的取值范围，使得解有效。
[0032]4)数据值
[0033]若步骤3)中得到的实际输出信号y不符合对应传感器的取值范围，则舍弃不用;若符合，将得到不同时刻的实际输出信号y存储在上位机的存储单元中，每隔500ms发送到下位机(ECU)同时输出。由于TXT文本中数据保存的时间间隔为I s，I s之内最多两个数据，故取时间间隔为500ms。
[0034]以转速信号为例，将发动机冷起动工况下不同时刻转速信号采集保存在上位机中，数据保存在图2表的第二列，第二列第二行为时刻I脉冲信号数据文本，第二列第三行为时刻2脉冲信号的数据文本，以此类推，在重构时，由于在保存数据时定义了不同列的数据类型，选择图2第二列的数据即自动确定文本类型为脉冲信号，上位机自动调用转速传感器静态标定的输出特性公式，将输入带入公式求得的解为y，转速传感器正常工作范围数值为[a，b]，判断y是否超出[a，b]，没有超出将其作为有效值，超出则舍弃，将不同时刻y的值即转速数值存储的上位机中，按设定的间隔时间向下位机(ECU)发送作为其转速信号的输入。
[0035]如图4所示，可以清楚看出图中转速信号的变化曲线较好地重构了实验环境下的转速信号。
[0036]本发明的应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种发动机实验环境下传感器信号的重构方法，其特征在于包括以下步骤: 1)、上位机读取各传感器的信号并按设定的格式保存;所述同一传感器的信号间隔保存； 2)、上位机解析各传感器的信号，确定各信号类型后，分别通过传感器的输出特性求解出各自的实际输出信号y:y = ao+aix+a2X2+-..+anxn 式中，X为传感器的输入，ao为零位输出，m为传感器的线性灵敏度，a2，……，an为非线性项的待定常数； 3)、判断步骤2)取得的各自实际输出信号y是否超出对应传感器的取值范围，若超出则舍弃;若符合，将各实际输出信号y以间隔时间T进行存储作为实验时下位机的输入。2.根据权利要求1所述的发动机实验环境下传感器信号的重构方法，其特征在于:所述间隔时间T小于同一传感器信号保存的间隔时间。
【专利摘要】本发明公开了一种发动机实验环境下传感器信号的重构方法，属于发动机研发领域。上位机读取各传感器信号并以一定格式保存，其数据一一对应各传感器信号的数值。上位机中通过读取传感器数值并确定数据类型后，根据传感器静态标定的输出特性公式求解出实际电信号，求解时对取值范围进行限定，保证解的有效性，将实际电信号保存后作为下位机输入，实现传感器信号的重构，进而建立虚拟实验环境。
【IPC分类】G05B23/02
【公开号】CN105629951
【申请号】CN201511019530
【发明人】魏民祥, 汪*, 夏媛, 魏鑫月
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月30日