摘要

本文將承接上一篇文章，講解如何使用HILS測試ECU。如何手動測試怠速功能、速度控制和超速防止功能？

上期結束后，我們將繼續使用HILS對ECU進行測試。這次，我們將介紹怠速功能、轉速控制和超速防止功能的手動測試。

點擊查閱：硬件在環HIL（一）：什么是HILS？

點擊查閱：硬件在環HIL（二）：HILS的工作原理

點擊查閱：硬件在環HIL（三）：硬件在環仿真和傳感器

點擊查閱：硬件在環HIL（四）：硬件在環仿真和執行器

點擊查閱：硬件在環HIL（五）：硬件在環仿真和工廠模型

點擊查閱：硬件在環HIL（六）：于統計模型的工廠模型

點擊查閱：硬件在環HIL（七）：發電機的被控對象模型

點擊查閱：硬件在環HIL（八）：將工廠模型集成到HILS中

點擊查閱：硬件在環HIL（九）：使用HILS測試ECU

空轉

在考慮怠速控制的功能測試時，我們將再次考慮實際發動機發電機的 ECU 在怠速時的工作情況（表 1）。

表1、空閑期間的系統行為

怠速控制規格

表 2列出了怠速控制規范，圖 1顯示了一個怠速噴油量分布圖示例。該分布圖規定了控制開關關閉時的噴油量，并考慮了以下要求：

怠速轉速為 600 rpm 時的噴油量應與空載運行時所需的噴油量相同。

轉速低于100轉/分時不進行噴油，100-200轉/分時的噴油量允許發動機在低溫啟動時獨立運行。

當轉速達到 1000 rpm 或更高時，不進行噴射，因此轉速迅速下降到怠速轉速，如圖 2 所示。

表2、怠速控制規格

圖1、怠速燃油噴射圖

怠速功能測試

測試按照表 3中的程序進行。

*注：表 3 和表5中所示的測試是用于驗證表 2 和表4中列出的控制規范的測試示例，并非基于任何特定標準。

表3、怠速功能測試程序

如何使用HILS函數設置測試條件

現在，讓我們來看看如何在 HILS 中設置測試條件。

圖 2展示了HILS系統中與 HILS 組件相關的數據流示例。其中，HILS 系統引擎是一個程序，它根據 HILS 組件（例如被控對象模型和輸入/輸出接口）的設置來管理數據流，并在每個循環周期執行被控對象模型和輸入/輸出接口以實現 HILS 功能。HILS 系統引擎還具有其他功能，例如將主機用戶界面上的操作發送給 ECU、將測量數據發送給主機，以及在被控對象模型生成的信號數據和被控對象模型外部生成的信號數據之間進行切換。

圖 2、HILS 系統內的數據流

通過使用此數據切換功能，您可以強制更改工廠模型的狀態以設置測試條件。例如，讓我們在表 3 的步驟 2 中設置測試條件：發動機轉速 3000 rpm（參見圖 4）。

*注：步驟 1 中的 200 rpm 設置幾乎相同，但之前的狀態是發動機停止時的狀態，這與改變發動機轉速的正常控制回路不同，因此將在步驟 2 中進行解釋。

在測試前的正常狀態下，系統模型輸出的發動機轉速有效。在①點，發動機轉速被關閉并切換至3000 rpm，這是測試條件。轉速的逐步變化是為了防止ECU因發動機轉速的突變而檢測到故障。在②點，當轉速達到3000 rpm時，保持轉速恒定，以使系統模型和ECU的狀態穩定。在③點，發動機轉速恢復到系統模型的輸出值，測試條件滿足，可以開始怠速控制功能的測試。

圖 3、空轉功能測試條件設置 (1)

圖 4、空轉功能測試條件設置 (2)

怠速功能測試結果的分析與評價

按照表3中的步驟進行測試時，如圖3所示，在步驟1中，轉速從200 rpm開始增加，同時根據怠速噴油量曲線減少噴油量；當達到怠速轉速時，轉速和噴油量趨于穩定，并出現持續波動。在圖1中，轉速和噴油量在標記為●的點附近穩定波動，這可以視為正常的怠速狀態。

在步驟 2 的條件下，從 3000 rpm 到怠速，轉速逐漸降低，直至 1000 rpm 時不進行噴油；低于 1000 rpm 時，噴油量隨著轉速的降低而增加，與怠速噴油量曲線一致，如圖 4 中從 ③ 開始所示。之后，一旦達到怠速轉速，轉速和噴油量均趨于穩定。如圖 1 中箭頭 2 和箭頭 3 所示，噴油量隨著轉速的降低而增加，并在標記為 ● 的點附近保持穩定，因此可以判定為合格。

除了噴油量之外，在發動機達到怠速后，還會測量節氣門和點火正時，并將其與規格值進行比較和評估。

在負載運行期間測試速度控制和超速防止功能

同樣的方法也適用于速度控制功能和超速防止功能的測試。系統運行細節不在此贅述，控制參數如表4所示，噴油量分布圖如圖5所示。

此處要求旋轉速度控制功能以恒定頻率發電，即使負載發生變化，也不會因發電頻率的變化而對電氣設備的運行造成任何干擾，表 4 中的規格規定旋轉速度的變化必須小于或等于 2%。

超速保護功能測試旨在防止發動機或發電機在因電線斷裂等原因導致發電負載突然中斷時，突然加速并超過其極限轉速，從而因離心力等原因造成損壞。表4中的規格規定，轉速增幅限制為15%或以下。

表4、負載運行時的速度控制和過轉防止功能規格

圖 5、燃油噴射量分布圖

表5、負載運行期間速度控制性能和超速防止功能的測試程序

對負載運行期間轉速控制試驗結果進行分析和評價

圖 6 (a)顯示了速度控制性能測試結果，圖 6 (b)顯示了超速防止功能測試結果。

圖 6、 (a)速度控制性能測試和 (b) 超速防止功能測試

如圖4所示，在空載轉速穩定于3000 rpm后，以2.5kW（25%）的增量逐步增加負載，并測量每次負載增加后轉速的下降值，重復四次直至達到滿載轉速。轉速下降值不超過60 rpm（3000 rpm的2%），符合控制要求。

此外，負載從滿載開始以 2.5kW (25%) 的增量遞減，并在負載遞減后立即測量轉速的增加量，重復四次，直至負載降至零。如果轉速增加量不超過 60 rpm，則判定電機符合要求。

在此測試過程中，ECU 和被控對象模型的行為如下：

例如，如果電氣負載從 5kW 降低到 2.5kW，發動機扭矩將從大約 17Nm 變為 9Nm。17Nm 對應的噴油量為 1.3mg/循環·缸，但即使負載降低，在 ECU 檢測到轉速變化之前，噴油量也不會改變，因此剩余的 7Nm 扭矩（17Nm 減去 10Nm）會加速轉速。

當ECU檢測到轉速增加時，會根據噴油量圖將噴油量減少至0.9 mg/循環·缸，以降低扭矩。在圖5中，虛線上的標記從●變為●。轉速控制性能測試評估虛線上凸起所表示的轉速變化是否在規定范圍內。

對過度旋轉預防功能測試結果的分析和評價

超速保護功能測試中最嚴苛的測試條件是滿載轉速 3600 rpm 和瞬間斷開電氣負載。

測試結果的圖像如圖 6 (b) 所示。當繪制在圖 5 的噴油量圖上時，轉速沿虛線從測試開始時的●位置開始增加，噴油量變為零，然后轉速達到 0 rpm，發動機停止運轉。

卸載瞬間，發動機突然加速并超出正常控制范圍，但轉速保持在4000轉/分以上，滿足4140轉/分以下的控制要求，隨后無噴射減速并按規定停止發動機。同時，指示燈閃爍表示異常，所有要求均已滿足，因此可判定為合格。

至此，我們關于發動機系統正常時的測試討論就結束了。下一篇文章，我們將探討系統出現異常時的測試方法。

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