摘要：介紹了基於CAN 匯流排的高壓共軌柴油機ECU硬體在環模擬系統的軟體設計。軟體採用Visual C++和I abVIEw 混合程式設計的方式，構建了發動機模擬模型和硬體在環模擬系統使用者介面，實現了CAN匯流排通訊和系統執行資料的處理與記錄。在滿足實時性要求的同時，本軟體為發動機ECU控制策略、控制功能以及工作可靠性的測試和評估提供了一個良好的平臺。
關鍵詞：內燃機;高壓共軌;柴油機;ECU;硬體
在環模擬;CAN匯流排0 概述為了縮短開發週期、降低研發費用，硬體在環模擬在發動機的開發過程中已有較多的應用，如柴油機高壓共軌ECU 的開發_1]，柴油機高壓共軌供油系統的開發_2]，電控單體泵的開發口 等。目前的相關文獻較偏重於硬體在環模擬系統的硬體設計，而對於系統軟體設計的描述較為簡略。本文主要介紹了高壓共軌柴油機ECU硬體在環模擬系統的軟體開發設計。
作為高壓共軌柴油機ECU 硬體在環模擬系統的一部分，系統軟體運行於PC機中，實現了以下幾項功能：(1)構建靈活友好的人機互動介面(使用者介面);(2)構建高壓共軌柴油機模擬模型;(3)實現PC機、柴油機ECU和HIL—ECU(模擬ECU)三者之間的CAN匯流排通訊;(4)操作資料採集卡測量噴油脈寬訊號;(5)對系統執行時的相關資料進行儲存。
1、硬體在環模擬系統架構高壓共軌柴油機ECU 硬體在環模擬系統主要由高壓共軌柴油機ECU、控制箱、HIL—ECU、PC機以及其他一些外圍通訊、測試裝置組成，連線成為一個閉環的開發測試系統。
系統執行時，控制箱將模擬出發動機ECU工作所需的多種訊號提供給ECU，包括溫度感測器模擬訊號、壓力感測器模擬訊號以及開關量模擬訊號等;ECU也會產生一些開關量控制訊號，來驅動控制箱上相應的繼電器、指示燈及儀表。同時，ECU 對噴油器電磁閥的驅動訊號通過資料採集卡傳送給PC機，HII 一ECU也將採集控制箱產生的感測器模擬訊號傳送給PC機，PC機使用從兩個方面接收來的訊號進行發動機模型計算，計算出發動機的模擬轉速並通過HII ECU控制驅動電機，帶動曲軸盤和凸輪盤轉動。進一步地，發動機ECU將採集曲軸盤和凸輪盤的轉速訊號，根據自身控制策略再產生對噴油器電磁閥的驅動訊號，從而實現硬體在環模擬系統的閉環控制。
2、軟體使用者介面設計高壓共軌柴油機ECU硬體在環模擬系統的主程式使用LabVIEw 8.5來開發。使用者介面如圖2所示。其中包括軟體操作選單、分頁標籤、系統名稱、模擬顯示頁面和軟體執行控制欄5個部分。
軟體操作選單用來選擇文字檔案以儲存系統執行時的相關資料，或是選擇退出系統關閉軟體;分頁標籤用來選擇模擬頁面1、模擬頁面2或是資料列表頁面其中之一作為模擬的主顯示頁面;模擬頁面1包括髮動機轉速儀表、波形圖表、溫度訊號、指示燈、繼電器以及開關訊號。模擬頁面2包括壓力訊號、霍爾(轉速)訊號、噴油電磁閥驅動訊號。資料列表頁面使用多列列表框來顯示系統執行過程中的重要資料引數;軟體執行控制欄包括水平搖桿開關、資料檔案儲存路徑、資料儲存按鈕、載入初始引數按鈕、啟動/停止程式執行按鈕、系統退出按鈕，用以實現對軟體執行的控制。
3、軟體程式設計
3.1 軟體程式架構高壓共軌柴油機ECU硬體在環模擬系統軟體程式採用VC和Labview混合程式設計的方式來開發。
柴油機模擬模型在Visual C++ 6.0環境下采用C語言編寫。編寫好後的C程式將被封裝為D1 I s(dy—namic link libraries，動態連結庫)，供ew呼叫。
系統軟體的主程式在Labview 8.5環境下采用G語言編寫。具體分為4個模組：發動機模擬模型模組;使用者介面模組;資料採集卡模組;CAN通訊模組。
3.2 軟體程式流程發動機硬體在環模擬系統的一個模擬迴圈不能太長，否則無法真實反映出發動機的動態響應速度，從而影響系統的實時性，失去硬體在環模擬的意義。
為此，高壓共軌柴油機ECU硬體在環模擬系統軟體將採用Labview環境下的多執行緒技術，其主程式中的發動機模擬模型模組、使用者介面模組、資料採集卡模組和CAN通訊模組將設計成為4個獨立的while迴圈並列執行。通過在迴圈中使用等待函式來設定各模組執行的優先順序，從而保證整個系統的實時性。
軟體執行流程可分為軟體啟動、軟體初始化、啟動程式執行、停止程式執行以及軟體退出等部分。
3.3 各模組程式程式碼設計
3.3.1 發動機模型模組本軟體採用均值發動機模型(mean valueengine mode1)，主要包括渦輪增壓器、發動機以及供油系統3個子模組，用以模擬真實發動機的運轉狀態。
3.3.2 使用者介面模組軟體的使用者介面模組程式可進行子模組劃分，包括資料分析處理子模組、波形圖表顯示子模組、資料列表顯示子模組、資料檔案儲存子模組、程式停止判定子模組。
資料分析處理子模組負責PC機上資料以及相關資訊的分析和處理。波形圖表顯示子模組將系統執行過程中的6個重要資料引數描繪曲線。資料列表顯示子模組使用多列列表框來顯示系統執行過程中的.14個重要資料引數。資料檔案儲存子模組負責將系統執行過程中的相關資料資訊儲存在格式為。txt的文字檔案中。程式停止判定子模組在每個迴圈中都將查詢“停止程式執行”按鈕是否被按下，以決定是否要停止程式執行。
3.3.3 資料採集卡模組系統使用ADVANTECH PCF1712資料採集卡對噴油器的噴油脈寬訊號進行採集。安裝好資料採集卡對LabVIEW 的驅動程式後，開啟LabVIEW，在程式框圖中的函式選板一使用者庫中，將出現資料採集卡的操作函式。通過使用、PM W 、、等函式，即可完成對噴油脈衝寬度的測量。
3.3.4 CAN通訊模組高壓共軌柴油機ECU 硬體在環模擬系統軟體通過USBCAN介面卡來實現PC機的CAN匯流排通訊，USBCAN介面卡專門提供了應用程式介面Vir—tual CAN Interface(VCI)函式庫，庫裡的函式從中匯出E 7]。
首先在LabVIEw 環境下通過使用‘Call LibraryFunction Node依次呼叫開啟裝置函式VCI～OpenDe—vice、初始化CAN函式VCI—InitCAN和啟動CAN 函式VCI—StartCAN，完成對USBCAN裝置的初始化。
之後根據高壓共軌柴油機ECU硬體在環模擬系統的CAN匯流排通訊協議，迴圈呼叫中的傳送資料函式VCI—Transmit和接收資料函式VCI—Receive，即可實現CAN匯流排通訊。
4、模擬驗證
對於GI>I高壓共軌柴油機ECU，圖7和圖8分別為軌壓和轉速對油門動態響應的硬體在環模擬結果和試驗結果。
在負荷不變的情況下，增加柴油機油門開度，高壓共軌油壓和柴油機轉速也將上升;維持油門開度不變，軌壓和轉速均將保持穩定。對比圖7和圖8可見：軌壓和轉速對油門動態響應的硬體在環模擬結果與試驗結果是一致的，驗證了本硬體在環模擬系統軟硬體的有效性。
圖9為本硬體在環模擬系統在空載情況下，油門從0 至50%時的執行效果。系統在穩態和過渡工況下執行良好，達到了硬體在環模擬系統的開發目的。
5、結論
(1)基於CAN匯流排的高壓共軌柴油機ECU硬體在環模擬系統軟體中的均值發動機模擬模型具有較快的運算速度，可以反映真實發動機的動態響應速度，且各硬體裝置之間的通訊基於CAN 匯流排，具有較高的傳輸速率，可達1 Mbit/s，保證了系統模擬的實時性。
(2)軟體通過資料採集卡對ECU 噴油控制訊號進行了實測，增加了硬體在環模擬系統的真實性。