专利名称：与发动机试验台类型无关的发动机试验台监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及旨在实时监控发动机试验台的系统，该系统允许完全无关于可 能容纳它的发动机试验台来设计发动机试验。
背景技术：
对热机或电动机和对影响它们行为的许多参数的研究以及对某些标准(例 如抗污染标准)的遵守需要在研究或鉴定台上进行发电机试验。由于发动机控 制参数的数量不断增多，因此通过新技术的出现，在若干发动机校准阶段期间 调整发动机参数。为减少开发发动机所需的时间，试验中心必须优化他们的工 作方法和他们的设备。
在发动机试验台上进行的研究允许通过研究各个可调整的参数对发动机 操作的影响来对内燃机的操作进行全面研究。
发动机试验台与监控系统(采集和控制系统)相关联，该系统的软件组织 允许设计并驱动此类发动机试验。
图1示出与发动机试验台监控系统相关联的
常规硬件体系结构。发动机试验台(BEM)由发动机(MOT)以及以下允许驱 动发动机或分析其操作的元件组成
-制动器或发生器(FG)
-自动机(AUT)
-气体分析箱(BAG)
-废气分析仪(AF)
-燃料消耗平衡器(BCC)。
通常在描述所考虑的发动机试验的采集、控制和序列定义条件的"试验配
置"的基础上组织发动机试验台监控软件(SOFTW)。
试验配置可由用户通过监控软件特有的"试验配置编辑器"来实施。 该试验配置随后可被监控软件适当地执行。监控软件随后被委托执行所需
的数据采集和对所需数量的实时估算以及在保证实验条件的安全的同时控制所得到的设定值(永久安全监视)。对这些操作的序列的定义由监控软件通过
其计算机平台的实时核来执行，该实时核经由相关联的驱动器请求电子i/o和
数字通信卡。
根据常规组织，每个试验配置依赖于每个发动机试验台的具体设备。当在
发动机试验台No. 1的设备的基础上设计试验配置时，该试验配置不可直接移 植到发动机试验台No.2，这是因为特别地专用于制动调节、气体分析、烟气 分析和燃料消耗测量功能的昂贵设备的异质性。然而，通过经由修改发动机试 验台No.2的设备特有的I/O的声明和标识使在发动机试验台No. 1上实现的试 验配置适应于发动机试验台NO. 2的设备可实现该可移植性。发动机试验台设 备的I/O列表与试验配置声明直接相关。在将该试验配置移植到设置有不同设 备的另一发动机试验台的情况下，修改这些声明的必要性便是不可避免的了。
常规监控软件仅仅具有用于控制发动机试验台设备的驱动器。现在，每个 发动机试验台设备需要适于每个试验的参数化对要下载的测量的选择，对测 量范围的定义，对结果格式的定义等。这些操作由用户在试验配置编辑阶段期 间执行。
对于常规监控软件(SOFTW)，对特定软件驱动器的参数化并未集成到监 控软件中，因为这导致每次添加对新的驱动器的支持时修改这种软件。该代码 被特别地集成到图3所示的每个驱动器中，图3示出三种类型的设备(EX、 EY 和EZ)，这些设备分别具有它们各自专用的驱动器PX、 PY和PZ。它们与常 规监控软件(SOFTW)及其关联编辑软件(EDIT)通信。因而每个驱动器必 须集成其特定参数化的编辑功能的代码(针对EDIT)和所涉及的设备的实时 管理代码(针对SOFTW)两者。
这种组织是更加约束性的，因为它需要在每个驱动器内管理用于编辑其特 定参数的各种兼容操作环境。通常，Windows (美国Microsoft (微软))对 话框的代码被直接集成在驱动器内。
最后，这些各种发动机试验台控制系统不允许共同地执行发动机控制。
根据本发明的实时监控系统包括允许完全与集成发动机控制系统时可能 容纳它的发动机试验台无关地(并且因此与具体材料设备无关)察觉发动机试 验的软件组织。
发明概述本发明涉及旨在实时采集和控制发动机试验台的系统(SS)，该系统包括
计算机平台(PC)、与实时模块(MTR)相关联的软件操作环境(OS)。该
系统包括以下元件
-包括对与各种发动机试验台相关联的设备和驱动器的描述的文件(FD)，
-用于控制发动机试验台设备的一组软件驱动器(PL)，其独立于所述软 件操作环境(OS)和所述计算机平台(PC)，
-用于由发动机试验釆集和控制条件定义的试验配置的编辑器(EDIT)， 所述配置独立于所述软件驱动器(PL)和所述发动机试验台设备，
-旨在从所述描述文件(FD)读取信息且负责通过实施对所需的软件驱动 器的加载来实时执行来自所述编辑器的试验配置的实时监控软件(STR);并 且其中
-用于控制发动机试验台设备的所述软件驱动器(PL)与所述实时监控软 件(STR)实时通信。
根据一实施例，试验配置可通过发动机试验台的一般功能来定义。有利地， 描述文件(FD)可以是XML (可扩展标记语言)格式。类似地，试验配置编 辑器(EDIT)可使用XML格式模式。
根据另一实施例，采集和控制系统(SS)也包括发动机控制系统。该发动 机控制系统可包括旨在自动生成适于使发动机与软件(STR)通信的发动机控 制驱动器的模块。根据本发明，该自动发动机控制驱动器生成模块可包括以下 元件
-发动机控制模型生成模块， -发动机控制模型编译器模块。
在包括使用控制驱动器的实施例中，计算机平台(PC)可在发动机试验台 监控任务与控制驱动器解释任务之间有利地共享其处理器资源。
附图简述
参考附图并阅读下文对非限制性实施例各示例的描述将清楚地理解根据
本发明的实时监控系统的其它特征和优点，附图中
-图1示出与发动机试验台监控系统相关联的常规硬件体系结构，
-图2示出在根据本发明的监控系统的上下文内设备和编辑与监控软件之
间经由一般驱动器的通信，以-图3示出在常规监控系统的上下文内设备和编辑与监控软件之间经由专 用驱动器的通信。
详细描述
根据本发明的发动机试验台的实时采集和控制系统(ss)包括以下元件(图
1):
-计算机平台(PC)，
-与实时模块(MTR)相关联的软件操作环境(OS)， -发动机试验台监控模块(MS)，
-用于输入和输出的釆集和控制的一组电子卡(CEES)。这些输入和输出
由i/o指示，
-一组电子数字通信卡(CECN)， -数字通信多路复用装置(MCN)，
-一组通常被称为驱动器的软件驱动器(PL)。它们可以是
-各种电子卡的软件驱动器。通常，驱动器与每种电子卡相关联， -发动机试验台设备驱动器。通常，这些设备经由专用数字通信是可
访问的，所选数字通信协议的解释驱动器与该专用数字通信是系统关联的，
-电子输入调理和成形接口 (IEE)以及用于与发动机点火和喷射接口的电 子成形接口与功率级(IEMF)。
计算机平台(PC)可以是PC兼容的微型计算机。作为示例，以下PC类 型配置可用于实现根据本发明的监控系统
-Pentium (奔腾)700 MHz处理器
-RAM存储器128 Mo
-硬盘20Go或以上
-CD-ROM读取器32X或以上。
根据本发明的实时监控系统包括可在以下软件操作环境(OS)下工作的一 组软件模块(监控模块(MS)、实时模块(MTR)、驱动器(PL)):带有 其来自于Ardence有限公司(美国)的RTX扩展的Microsoft Windows NT4、 2000和XP。通过修改实时模块(MTR)可考虑其它操作环境。它是表示监控 系统(SS)的核心的实时可执行件。它在应用的实时执行中起主要作用，并且 它使用驱动器接口以连接到驱动器并在适当的时候调用它们以便实现对机试验台的采集和控制。该模块由监控模块(MS)的实时监控软件(STR)以 透明的方式启动(launch)。是该模块负责应用程序的实时执行。实时模块履
行以下功能
-开启、标识驱动器以及与其通信， -执行实时应用，
-与实时监控软件(STR)通信。
根据本发明的实时发动机试验台监控系统是基于"对象编程(object programming)"原理的。根据我们的发明，利用尤其是€++语言在计算机编 程的范围内开发的该原理应用于发动机试验台控制系统的范围。换言之，"对 象编程"原理被扩展到对发动机试验台监控的管理。根据"对象编程"原理， 计算机程序的所有组件被封装在对象中。这种概念的对象在工业编程中是必要 的，因为它使每个对象能具有允许它工作的一组可用方法。根据原理，操作对 象所需的所有变量被封装在所考虑的对象的类内，使得该对象外部没有软件功 能可直接访问这些受保护的变量。这仅可通过与每个对象相关联的"方法"(用 所考虑的对象类声明的软件功能)来实现。
在发动机试验台监控系统的上下文内，该原理允许用相当特殊的结构来构 造系统，其中该结构允许与可能容纳它的发动机试验台(并且因此与特定材料 设备)完全无关地设计发动机试验。发动机试验台变成"对象"。
因而，发动机试验台监控模块(MS)包括以下元件(图2):
-描述所考虑的发动机试验的采集、控制和序列定义条件的试验配置编辑器 (EDIT)，
-实时监控软件(STR)，
-描述各种发动机试验台的组成的文件(FD)。
试验配置编辑器(EDIT)是使用户能通过菜单、工具栏、图形对象等写入 试验配置的图形可执行件。优选地，该编辑器使用XML (可扩展标记语言)模 式。配置编辑器履行以下功能
-从XML加载发动机试验的配置，
-用于配置的编辑的人/机接口 (表示要执行的试验的应用)， -用于显示屏的图形编辑的人/机接口。
实时监控软件(STR)是与用户交互以执行发动机试验的的应用。用户具 有菜单和图形窗口供他或她用于控制应用的执行。是该应用对于用户透明地启动该执行所需的所有实时应用。该软件使试验台操作员能执行由编辑器配置的 应用。它履行以下功能
-人/机接口，
-与实时模块接口，
-从XML加载的配置。
发动机试验台监控模块(MS)使用描述要使用的所有发动机试验台的组成 的唯一文件(FD)。例如，这些可以是公司的所有发动机试验台。该文件中描 述且由实时监控软件(STR)读取的信息——比如每个发动机试验台的设备以 及每个不同设备的相应功能的列表一以在可能容纳这种监控系统的任何试验 台上可用的一般功能的形式列出。描述文件(FD)可以是标准XML格式以便 于其管理。
图2还示出这种监控系统的操作。该图可与图3相比较，图3示出常规监 控系统的操作。可以理解，在常规的情况下，经由编辑器EDIT对特殊配置的 编辑是根据每个设备(EX、 EY、 EZ)的各种驱动器(PX、 PY、 PZ)实现的。 另一方面，根据我们的发明的控制系统，对配置的编辑是与驱动器和设备类型 完全无关的。无论是EX与PX还是EY与PY，对配置的编辑保持不变。
经由编辑器EDIT的试验配置的声明因而与发动机试验台的设备完全无 关，因为它只需要旨在容纳监控系统的发动机试验台的一般功能(例如，燃料 消耗测量功能、C02测量、烟气不透明度测量等)。由于描述各种发动机试验 台的组成的文件(FD)，对所需设备的驱动器的隐式加载在正在执行试验配置 的实时监控软件(STR)内是自动化的。
实时采集和控制系统(SS)的驱动器(PL)是允许系统被扩展的可能性而 无需修改现有配置的独立软件模块。它们可以是Windows (美国Microsoft) 或RTX⑧可执行件。Windows⑧可执行件是必要的异步驱动器，而RTX⑧可执 行件可以是同步或异步类型。异步驱动器是关于核心异步地运行的驱动器，因 此它们不阻止其执行。它们可控制或不控制硬件。同步驱动器是与实时系统
(SS)的核心同步地运行的RTX⑧实时可执行件，并且它们可控制或不控制硬 件。
驱动器定义文件也优选地是XML格式，并且它们包含两种数据 -将关于驱动器导出的信道、表格、映像和动作通知实时系统(SS)的公共 数据。该数据描述例如信道的类型、表格的大小或者如何编辑或显示驱动器的动作，
-专用数据为每个驱动器所特有并且它可按其特定的模式定义。例如，映像 的十六进制地址或者驱动器所控制的设备的名称是这种数据的示例。
这些驱动器于是需要允许核心与驱动器之间的通信的接口。该驱动器接口 基于对锁存在存储器中的共享存储以及同步对象(互斥量、信号量、事件)的 使用。它允许驱动器和应用程序交换消息。
为了最好地操作发动机试验台监控模块(MS)的结构，发动机试验台控制 系统包括用于控制没有任何参数化代码的发动机试验台设备的驱动器(PL)。
设备的参数化被记录在描述文件(FD)内。驱动器内不需要参数化代码，这些 驱动器于是与操作环境(例如，Windows NT4 SP6、 Windows XP、适应于国家 语言的人/机接口)和监控平台无关。优化它们的唯一目的是控制所考虑的设备 与监控软件STR的核心的实时关系。
与仅有用于控制发动机试验台设备的驱动器的常规监控软件不同，监控软 件STR可依赖于控制发动机试验台设备的驱动器以及描述各种发动机试验台 的所有设备的文件(FD)两者。
材料设备的软件驱动器的功能与试验的配置功能之间的这种分离是基本 的，因为每个发动机试验台设备需要适于每个试验的参数化对要下载的测量 的选择，对测量范围的定义，结果格式定义等。这些操作由用户在试验配置的 编辑阶段期间执行。
有发动机控制的实施例
根据依照本发明的发动机试验台监控系统的具体实施例，后者还包括发动 机控制系统。
旨在容纳监控系统的发动机试验台可按不同方式履行发动机控制功能 -第一个是将该功能委托给通常与发动机接线器(wiring loom) —起的标准 发动机计算器。然而，该第一解决方案不允许用户访问集成在该发动机计算器 内的发动机控制的参数；
-第二解决方案在于用开发(development)发动机计算器代替标准发动机 计算器。该第二解决方案通常根据授权或不授权具有这种通常由客户(汽车或 零件制造商)提供的设备的发动机研究合同来调整。尽管该解决方案允许首先 访问设置值和发动机控制的主要结果，但是它不允许访问自动的发动机控制策 略，并且它将设置值访问限于不能电子控制的接口 (通常是膝上型PC)。-第三解决方案在于用诸如IFP (法国)开发的ACEbox⑧系统之类的完全
发动机控制开发系统来代替标准发动机计算器。该第三解决方案允许提供利用 可完全电子控制的接口对设置值、主要的发动机控制结果以及自动发动机控制 策略的完全访问。尽管该解决方案完全适于关于发动机控制的开发需要，但是
它仍然旨在用于需要专用于发动机控制的全部CPU(中央处理器)资源的应用。 当发动机控制需求不需要专用于发动机控制的全部CPU资源时，根据本发
明的系统提供第四解决方案。该系统包括代替标准发动机计算器的、集成在监
控系统(SS)内的发动机控制系统。
根据本实施例，监控系统(SS)的计算机平台(PC)在两个任务之间共享
平台处理器(CPU)的资源。第一任务是对试验台的监控。第二个是对从自动
模型化获得的编译代码的解释。该模型化是在用于模拟多域动态系统的设计平
台下执行的。
这种平台可以是例如MATLAB (MathWorks,美国)和Simulink (MathWorks,美国)的结合。MATLAB⑧是专用于解决信号处理或数字分析 问题的软件。它允许执行矩阵计算并以图形形式显示结果。这些问题的公式化 类似于要解决的问题的数学公式化。使用该软件在于启动命令行，这在大多数 情况下可类似于C编程。Simulink⑧是基于模型化用于模拟多域动态系统的设 计平台。它提供具有一组可个人化的块库的交互式图形环境，其中该块库允许 利用精度控制/命令、信号处理、通信系统以及其它时间变量系统来设计。通过 在MATLAB⑧下启动的命令与Simulink⑧相关联的MATLAB⑧变成极易用于过 程模拟(通过功能块的复制/粘贴编程)的图形工具。
发动机试验台监控系统于是包括允许自动生成发动机控制驱动器的模块。
该模块包括
-实时发动机控制模型生成模块， -实时发动机控制模型编译器模块。
编译提供发动机控制驱动器这些模块的使用允许将发动机控制模型转换 成监控器的驱动器，该驱动器能够代替发动机标准计算器的智能(映像、算法、 策略)。
发动机尤其是其接线器(将发动机致动器和检测器接线)经由电子i/o卡 和电子调理接口 (电化绝缘、测量縮放等)与电源接口 (点火线圈、喷射器、
螺线管阀、继电器等)与软件(STR)结合。与软件(STR)的这种结合在Windows 操作环境下经由特定实时驱动器来实现从而被编译。后者于是履行发动机控制 功能。
该解决方案的优点是显而易见的，因为发动机试验台上的中心单元的数量 是最佳的(1PC二监控+发动机控制)。另一方面，该概念满足将数据集中在 单个平台内的需要。在监控计算机平台与发动机控制之间不再必须具有通信电 子。用户收集的所有数据在单个机器内是可用的并且因此是完全相关的。
以上基于发动机控制功能描述的这种概念可应用于以供OS使用的兼容
MATLAB / Simulink⑧模型的形式开发的任何其它功能。诸如发动机制动器之 类的设备的调节的示例是其完美的说明。 监控系统(SS)的操作
发动机试验台(BEM)与通常负责以下操作的控制系统(SS)相关联 -数据采集和发动机设置值控制(BAG、 AF、 BCC)， -制动器或发生器(FG)的控制和调节， -发动机试验序列的自动化和定义，
-发动机试验台安全的管理和集中(通常直接负责专用自动机(AUT))。 如下执行图1中以箭头示出的这些操作
-通过输入电子调理与成形接口 (IEE)以及通过与发动机试验台设备(例 如，气体分析箱(BAG)、用于烟气不透明度分析的废气分析仪(AF)以及燃 料消耗平衡器(BCC))的数字通信实现发动机数据采集。通过这些异质接口
(采集卡、数字链接、现场总线等)对系统状态的采集是由独立模块控制的 驱动器，
-对发动机设置值的控制是通过输出电子成形与功率级(IEMF)执行的，
-对发动机试验台设备的设置值的控制是通过与这些设备的数字通信 (MCN)执行的，比如范围选择、桶填充(bucket filling)等，
-对制动器(或发生器)的控制和调节是通过电子I/0接口 (IEE和IEMF) 和/或特定数字通信(MCN)实现的，
-对发动机试验序列的自动化和定义是监控软件(STR)所固有的。发动机 试验的配置以被一次配置且可重用的作业对象(job object)(消耗平衡器、自 动机、标准化循环等)的形式执行。这些对象支持继承性和多态性相同的应 用程序可在不修改装有非常不同类型的设备的试验台的情况下运行，
-对发动机试验台安全的控制和集中化通过与试验台自动机(AUT)的数字通信执行。
根据包括发动机控制系统的发动机试验台监控系统的特殊实施例，监控系
统可从MATL AB / Simulink 类型平台自动生成代码。正是由于它的开放式体 系结构，系统的所有功能可被非常简单地扩展，而无需修改或者甚至重新编译 现有代码。因而，驱动器和车辆模型以及算法可在几分钟内从MATLAB⑧/ Simulink⑧类型平台转到试验台。
此外，监控系统(SS)允许执行
-具有向量、表格和映像支持的数学计算(实时)，
-在系统的所有信道上监视警报和后续反应(包括计算)。每个信道可具有 任何数量的警报器，这些警报器的阈值可以是非常复杂的公式，
-通过真正实时宏语言对过程进行多任务控制，该宏语言可由驱动器扩展且 使自动机的使用成为不必要，除重大安全外，
-人工和自动多频率数据存储，
-实时优化的多线程图形显示和动画。
根据本发明的监控系统(SS)因而允许以高达10kHz的频率(无限信道) 实时监控、控制和采集系统状态。它的使用领域从对试验台的常规监控延伸到 对一组平台和发动机控制的监控。
权利要求
1.一种旨在实时采集和控制发动机试验台的系统(SS)，包括计算机平台(PC)、与实时模块(MTR)相关联的软件操作环境(OS)，其特征在于，它包括以下元件包括对与各种发动机试验台相关联的设备和驱动器的描述的文件(FD)，用于控制发动机试验台设备的一组软件驱动器(PL)，所述软件驱动器独立于所述软件操作环境(OS)和所述计算机平台(PC)，用于由发动机试验采集和控制条件定义的试验配置的编辑器(EDIT)，所述配置独立于所述软件驱动器(PL)和所述发动机试验台设备，旨在从所述描述文件(FD)读取信息且负责通过实施对所需软件驱动器的加载来实时执行来自所述编辑器的试验配置的实时监控软件(STR)；并且其中用于控制发动机试验台设备的所述软件驱动器(PL)与所述实时监控软件(STR)实时通信。
2. 如权利要求1所述的采集和控制系统(SS)，其特征在于，由所述编辑 器(EDIT)编辑的试验配置是通过一般发动机试验台功能来定义的。
3. 如权利要求1和2中任一项所述的采集和控制系统(SS)，其特征在于， 所述描述文件(FD)是XML (可扩展标记语言)格式的。
4. 如权利要求1到3中任一项所述的采集和控制系统(SS)，其特征在于， 所述试验配置编辑器(EDIT)使用XML (可扩展标记语言)格式模式。
5. 如权利要求1到4中任一项所述的采集和控制系统(SS)，其特征在于， 所述系统还包括发动机控制系统。
6. 如权利要求5所述的采集和控制系统(SS)，其特征在于，所述发动机 控制系统包括旨在自动生成适于使发动机与所述软件(STR)通信的发动机控 制驱动器的模块。
7. 如权利要求6所述的采集和控制系统(SS)，其特征在于，所述自动发 动机控制驱动器生成模块包括发动机控制模型生成模块， 发动机控制模型编译器模块。
8.如权利要求6和7中任一项所述的采集和控制系统(SS)，其特征在于， 所述计算机平台(PC)在所述控制驱动器的发动机试验台监控任务与解释任务 之间共享其处理器资源。
全文摘要
一种旨在与可能容纳它的发动机试验台无关地实时监控发动机试验台的系统。该监控系统主要包括描述与各种发动机试验台相关联的设备和驱动器的文件，以及用于控制发动机试验台设备的一组软件驱动器。这些驱动器与系统的软件操作环境和计算机平台无关。该系统还包括被开发成从描述文件读取信息并加载所需驱动器的实时监控软件，使得试验配置可被实时执行。这些配置来自于系统特有的试验配置编辑器并且它们与发动机试验台无关。本发明还可应用于试验台上的热机或电动机的研究。
文档编号G01M15/00GK101517391SQ200780035891
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月17日 优先权日2006年9月27日
发明者M·乌尔德阿布德拉希 申请人:Ifp公司