HIL仿真技术监测和诊断发动机燃烧性能
GT-Suite介绍
GT-SUITE—发动机及整车开发工具GT-SUITE是由GAMMA公司开发的高度集成的发动机+动力系统+车辆仿真平台，其所有模块共享相同的前后处理界面。
其操作简单，界面友好易用，多层级模型管理，实机装配式建模理念。
其自带的模板库十分丰富，涵盖：流体、机械、电、磁、热和控制等各类部件。
针对同一个物理现象，GT-SUITE通常提供了不同层次的物理模型，用户可以根据需要构建不同复杂程度的模型。
同时，GT-SUITE能与STAR-CD、STAR-CCM+、Simulink和modeFRONTIER等第三方软件进行耦合计算。
¾G T-POWER—发动机性能、噪声仿真计算、尾气后处理分析，完整的发动机电子控制功能设计；¾G T-SUITE-MP—发动机/整车多物理现象模拟，具体功能包括以下几个主要方面：车辆动力系统仿真计算，循环工况分析和驱动系统部件动态分析，整车参数和控制策略设计；发动机/整车热管理，冷却系统、润滑系统和空调系统参数设计和响应分析；机舱热管理的准三维分析；发动机燃油供给系统压力和流动的动力学计算，通用液压系统分析；刚性和柔性曲柄连杆机构动力学分析，发动机动平衡，机体振动，轴承油膜分析，悬置布置；配气机构运动学、动力学和摩擦学仿真计算，凸轮轴振动分析，凸轮型线设计；通用多体动力学分析功能，包括了丰富的一维、二维和三维机械运动学、动力学模板；通用的电、磁、控制回路设计与分析；¾G T-SUITE-RT—能轻易实现与多种控制硬件供应商产品实现发动机的硬件在环（HiL）仿真。
GT-SUITE各个模块的功能及应用z GT-POWER产品功能¾性能曲线和燃油经济计算及性能优化；¾燃烧和排放分析，包含HCCI等多种燃烧模型；¾进、排气系统和气门升程曲线和正时的优化设计；¾E GR的分析；¾燃烧室部件热分析；¾排气后处理系统的响应特性分析；¾噪声分析和消声元件的设计；¾多种增压装置的匹配计算及动态响应特性分析；¾发动机实时系统控制仿真；¾1D/3D耦合分析；¾T PA燃烧分析功能，实现模拟计算与测试工程师之间的紧密结合。
航空发动机控制系统的实时仿真技术
航空发动机控制系统的实时仿真技术张天宏【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】5页(P26-30)【作者】张天宏【作者单位】南京航空航天大学能源与动力学院【正文语种】中文随着航空发动机技术的发展，其对发动机控制系统的设计要求日益提高。
全权限数字电子控制（Full Authority Digital Electronic Control，FADEC）是现代航空发动机的重要特征之一。
FADEC系统是一种典型的复杂嵌入式控制系统，具有极高的可靠性要求。
航空发动机控制系统设计正面临着控制任务多、复杂度高、难度大且需求多样化的技术挑战，传统的量体裁衣和基于经验的设计流程已经不能适应现代航空发动机控制技术的发展需求，迫切需要采用先进的设计理念和高效的研发手段加以应对。
美国英国等技术先进国家在航空、汽车等复杂嵌入式控制系统研制领域已广泛采用基于模型的设计（Model Based Design, MBD）理念。
所谓MBD是指，在整个控制系统的开发过程中使用系统模型作为载体进行方案评估、验证和目标系统的发布，整个开发流程呈现一种从上至下的技术分解以及从下而上的系统综合过程，即所谓的“V”形体系结构。
与传统的基于经验的设计方法相比，基于模型的设计方法有助于更好地理解备选设计方案和权衡设计要素，从而能够对复杂系统进行高效的优化设计。
设计师采用图形化的工具快速构建各种系统模型，将现有的C代码与标准控制模块库整合，实现基于代码复用的自动代码生成，使嵌入式控制系统设计效率大幅度提高。
基于MBD理念开展复杂嵌入式控制系统研发的必要条件是拥有一种合适的实时仿真平台，这种仿真平台一方面能实时运行控制对象或控制器本身的模型；另一方面要具备与控制器实物或控制对象的信号接口能力。
基于这样的仿真平台可以构建控制器快速原型（RCP），或者开展控制器实物在回路仿真（HIL）[1-2]。
通过实时仿真，能够及时发现各种模型之间的差异，而不需要等到设计周期完成后才发现存在的问题。
EcosimPro多学科系统仿真工具
EcosimPro 多学科系统仿真工具主要应用EcosimPro 是西班牙EAI 公司的0D/1D 多学科系统仿真工具，得到了欧空局（ESA ）的推荐，是ESA 火箭和卫星推进系统和生命保障系统的标准建模工具。
目前EcosimPro 是ESA 指定的航天生态保障系统、环控系统、热控系统、能源系统和推进系统的建模分析工具。
EAI 基于其在动态系统仿真方面的技术积累，在EcosimPro 框架的基础上开发了航空发动机系统分析工具PROOSIS ，并成为欧洲航空业开发新发动机的标准工具。
EcosimPro 已广泛应用于航天、航空、电力、汽车、船舶、工业工程各领域。
上海科梁信息工程股份有限公司与其公司EAI 达成战略合作，共同进行EcosimPro 及PROOSIS 产品中国市场的推广，科梁为客户提供本土化的技术支持服务。
电力领域◆核电站热流系统仿真 ⏹热沉、热平衡计算 ⏹反应堆高温水汽回路性能分析 ⏹控制系统分析 ⏹输电线路分析 ◆火电站热流系统仿真 ⏹混合循环 ⏹系统性能仿真 ◆水电站热流系统仿真 ⏹水电站热平衡◆风能、太阳能电站热流系统仿真 ◆智能电网仿真分析 功能与规格 ●提供便捷的图形化环境进行物理模型的搭建，可用于进行稳态和暂态分析；●能够对任何可以表示为微分代数方程（DAE ）或者常微分方程的动态系统以及离散事件进行建模；●集成了数学、控制、电气、热、机械等多个学科的专业元件库，通过简单的图形化元件拖拽创建多学科耦合的系统模型；●提供丰富的仿真结果图形化显示功能，能够方便的基于模型进行系统设计与分析验证； ●提供面向对象的编程语言EL 进行自定义元件库的建立，易于学习，支持非因果建模； ●系统模型和元件库可以方便地与C++、Excel 、MATLAB/Simulink 双向调用；●软件内核为国际领先的稳态和暂态解算器，强大的解算器能够处理各类线性与非线性动态问题、稳态问题、优化问题、约束求解问题； ●模型可通过S-function 应用到HIL 中。
硬件在环(HIL)技术在动力集成开发中的应用研究
硬件在环(HIL)技术在动力集成开发中的应用研究刘灵【摘要】通过介绍硬件在环(HIL)技术的现状及发展趋势,结合某公司整车开发流程、动力集成能力现状进行了硬件在环技术在动力集成开发中的应用研究,为未来整车项目开发及专业能力建设提供方向.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2018(000)008【总页数】4页(P84-87)【关键词】硬件在环技术;动力集成;应用研究【作者】刘灵【作者单位】一汽海马汽车有限公司动力底盘部,海南海口570216【正文语种】中文【中图分类】TP3910 引言在新车型平台搭载新的动力总成研发项目中，动力系统的匹配开发将是决定整车开发是否成功落地非常重要的一环。
在全新的整车开发流程中，必然涉及到动力总成目标的设定、动力总成的选型、动力总成集成(动力性、经济性、排放性能匹配等)、节能零部件应用配置方案选择等工作，在考虑到动力总成匹配的关键节点时又必须要考虑整车的开发流程、整体开发周期及成本。
在整车开发项目中，动力总成的匹配工作覆盖着整个项目开发节点，目前动力总成的开发存在着需要较长的周期和昂贵的研发成本(发动机的选型、变速器速比的选配等)，因此，动力总成的合理匹配是整车开发工作的关键。
如何将整车的性能开发目标分解到动力总成甚至其零部件的性能目标和设计目标上，实现合理的系统匹配；掌握动力总成的匹配及优化方法，通过模拟仿真技术的应用，缩短开发周期、降低开发成本，这些能力对动力集成工程师尤为重要，这也是动力集成工程师提升整车魅力急需攻克的重要课题。
随着计算机技术的快速发展，在动力集成开发中也产生了多种类型模拟仿真技术及方法。
如何更好地应用这些模拟仿真技术，提高仿真精度、扩大验证范围、选择最适合公司研发体系的模拟仿真技术，是目前动力集成工程师急需建立并提升的能力。
硬件在环(Hardware in the Loop,HIL)技术在动力集成开发中的应用是众多新兴仿真技术中较为典型的一项。
奇石乐KiBox燃烧分析仪功能简介
奇石乐燃烧分析仪——KiBox简介一、仪器设备名称: KiBox Combustion AnalysisKiBox燃烧分析系统二、厂商:瑞士奇石乐仪器股份公司Kistler Instrumente AG国别:瑞士Switzerland三、型号: 2893AK1四、技术特点及优势✓KiBox燃烧分析仪可以用于发动机台架标准稳态燃烧分析———燃烧热力学计算、示功图、爆震分析、燃烧噪声分析、压力升高率分析、瞬时放热率和累计放热率分析，并得到峰值压力、压力升高率、燃烧重心、燃烧持续期、平均有效压力、爆震强度、爆震峰值、爆震频率、燃烧循环波动、燃烧温度、发动机循环功及功率、点火正时、喷油始点终点、喷射持续期等发动机燃烧特征参数。
✓KiBox燃烧分析仪可用于发动机高瞬态工况燃烧分析，更可以用于车载燃烧分析，获得真实驾驶条件的燃烧分析和优化结果, 如海拔、沙漠、低温等条件。
✓无需光电编码器，可以将各种车载转角传感器和触发码盘信号转换为精确可靠的曲轴转角信号，并且在高瞬态的发动机工况下利用车载转角信号(e.g. 60-2、60-2-2、60-2-2-2、60-1、36-2、24-1等)获得所需要的 0.1 CA 转角分辨率✓对于磁电传感器系统基于转速进行角度误差的修正，允许对触发信号进行修正(触发信号标定的需要)，实现零相位延迟。
✓智能信号调理模块，自动识别传感器标定数据并导入。
✓提供车辆行驶条件下发动机上止点的确定。
✓同时获得角域和时域数据，并灵活切换。
✓强大的参数配置界面，独立的数据显示。
具有校验输入信号的诊断功能，自动校验参数设置的有效性。
✓基于每循环燃烧分析的操控性试验，比如扭矩响应。
✓实时的每循环燃烧效率和功率信息，例如，MFB50表示了循环间变化对燃油效率的影响；IMEP 涉及到各缸工作的稳定性及缸间平衡程度。
✓缸内压力的上升率表征了NVH质量的变化。
✓发动机起动质量试验：排放、失火、怠速平稳性。
可测试记录发动机启动前30s和发动机停机后30s的数据。
创新项目应用案例集锦
– LabVIEW的人机交互界面设计
• Pioneer Research Project
– 更多本科生参与到LabVIEW相关的 课题项目中
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暨南大学电子工程系 —生物医电
• 呼吸信号检测与电磁刺激 信号发生系统
– 由呼吸传感器、信号放大器、 数据采集卡、电磁信号发生 器等组成
– 自动检测吸气，呼气的瞬时 时间，实时控制并输出电磁 脉冲信号，刺激人体的胸隔 肌，控制呼吸的节奏
——上海交通大学风电研究中心&上海电气
应用：
通过CompactRIO平台构建1.25MW风电机组的主控制 器，主要实现对I/O端口的数据采集，对风机运 行的控制，用户人机界面功能，以及通信和数据 交互
挑战：
所处的工作环境极为恶劣：控制器置于机舱中，距 离塔底的距离有近百米，机舱内的振动和冲击都 较强，同时控制器工作的环境温度随季节的不同 变化较大
机械本体
工控机系统
四轴运动控制卡
数据采集卡
X轴步腰伺进R服电轴电机步机 进Y电轴大机伺臂服伺电服电机机 小臂伺服电机
驱动驱器动器驱动器 驱动驱器动器
驱动器
驱动部分
手腕电机 驱动器
腰转 电机
M
大臂 电机
M
小臂 电机
M
手腕 电机
M
增量编 码器
限位开关 26
中国象棋机器人 ——北京信息科技大学
• 2008年嵌入式竞赛三等奖 • 采用LabVIEW图形化编程语言，
院校创新项目应用案例集锦
远程实验室/生物医电/ 清洁能源/环境监测/混合动力/机器人与
机械臂/智能车/智能维护系统/ 机器状态监测/结构健康监测/管道安防
汽车英汉对照表7 h-i
汽车中英文对照表7HAA——自动调整多气门间隙的液压自动挺杆HAC——Hill Start Assist Control——上坡辅助控制系统HAS——Horn Activation System——喇叭触发系统HAS——斜坡起步装置HAZ——（电弧焊接时）热影响区HCCI——Homogeneous Charge Compression Igentition——均质混合气压燃；均质充量压燃；均质充气压缩点火；均质混合气压缩着火燃烧；均质充气压燃燃烧；均质充量压缩（燃烧模式）；柴油机预混合燃烧；发动机催化燃烧技术说明：HCCI是一种新型发动机燃烧方式，采用这种方式有可能使发动机在不需要进行尾气后处理的情况下，实现颗粒物质和NOx的零排放。
HCCI的目的是完全消除排气黑烟，NOx降低99%，热效率超过传统柴油机和汽油机。
该思想的主要内容为：在压缩着火前将全部燃料喷入气缸内，快速形成均质稀薄混合气，并将着火点控制在上止点后，从而实现较低缸内压力和温度下的快速燃烧，达到高效清洁的目的。
这种燃烧方式的优点是多点同时着火，燃烧迅速，燃烧温度低。
HCD——Hybrid Control Device——混合式控制装置HCFC——卤化氯氟烃HCU——液压控制单元HCVT——Hydrostatic Continuously Variable Transmission/ Hydrostatic Continuous Variable Transmission——流体静力学无级变速器HCWT——连续小波变换HDA——Hill Descent Assist——陡坡缓降辅助系统HDC——Hill Descent Control————陡坡缓降控制系统；下坡缓降系统；下坡控制系统HDC——Highway Driving Cycle——公路行驶循环HDD——声控导航系统HDDE——重型柴油机HDDV——重型柴油车HDGV——重型汽油车HDLC——High Level Data Link Control——高级数据链路控制HDM——Hydraulically Damped Mount——（用于汽车动力总成支承的）液阻悬置HDR——高动态高精度HDS——Honda Diagnostic System——本田诊断系统HECU——液压控制单元HEMTT——high Extended Mobility Tactical Truck——？HESD——Honda Electronic Steering Damper——本田电子控制转向减振器HEUI——共轨式高压喷油系统HEV——Hybrid Electric Vehicle——混合动力电动汽车HFC——Hydrogen Fuel Cell——氢气燃料电池HFC——宽带混合光纤同轴网HFE——Hydrogen Fueled Engine——氢燃料发动机HFE——Highway Puel Economy——公路行驶燃油经济性HFID——氢火焰离子法HFM——热膜式空气质量流量传感器HFO——重燃料油HFRR——High Frequency Reciprocating Rig——高频往复试验机HGS——液力换档气助力系统HH——Horizontal Harmony——双H水平主轴HH——Hill Holder——（菲亚特）坡起辅助系统HIC——Head Injury Criterion——头部伤害指数HICAS——电动式后轮转向系统HICE——Hydrogen Internal Combustion Engine——氢燃料内燃机HID——High-intensity Discharge——高压气体放电灯；高强度气体放电灯（高亮度投射大灯）；HIDS——HONDA——本田驾驶员智能支持系统HIL——Hard ware-in-the-loop Simulation——硬件在环仿真HIP——热等静压法HIVEC——神经系统模糊逻辑控制HKAA——香港汽车会H-KAT——水解催化器HKTCC——香港房车锦标赛HLDI——Highway Loss Data Institute——美国公路损失统计协会HMI——人机对话界面HMMWV——high Mobility Mutlpurposc Wheeled Vehicle——多用途高机动性四轮驱动车HMS——全能制造系统HPIPEX——硬件管道通信技术HPS——液压功率提供装置HRP——高抗穿透性（汽车玻璃）HRR——Heat Release Rate——放热规律HS——Humidity Sensor——湿度传感器HSA——Hill Start Assist——斜坡起动辅助系统HSB——不对称近光或远光的机动车卤素封闭式前照灯HSD——Hybrid Synergy Drive——混合协同驱动系统（混合动力系统）HSRP——国际合成橡胶生产协会HSS——Hydrogen Storage Alloys——储氢合金HSS——高强度钢HST——Hydro Simulation Technology——水模拟技术HSV——高速数字开关阀HTML——超文本标记语言HTTP——Hyper-Text Transfer Protocol——超级文本传输协议HUD——Head Up Display——超视距抬头显示系统；风挡玻璃影像显示；平视显示器HUM——Honda of the UK Manufacturing Ltd——英国本田制造有限公司HV——Hybrid Vehicle——混合动力汽车HVAC——加热、通风和空调系统HWFET——高速公路燃油经济性测试Hy-Wire——Hydrogen by-wire——氢燃料驱动-线传操控Hy-Wire的转向、加速制动，全部控制功能集于面板两边的手柄上Hy-Wire汽车Hy-wire的线传操纵控制系统底盘线传操纵控制技术（应用于Hy-wire燃料电池概念车）IAA——法兰克福国际车展IACV——怠速空气控制阀IAG——澳大利亚财产保险集团IALA——国际航标协会IAQS——Interior Air Quality System——（VOLVO）车厢内空气品质系统；车厢空气质量保障系统IASCA——国际汽车音响竞赛协会IAT——Intake Air Temperation——进气温度IATF——国际汽车特别工作组；国际汽车行动小组IAT——Intake Air Temperation Sensor——进气温度传感器IBF——Integrate Body-Frame——一（路虎公司）体化底盘车身IC——充气防护帘；电脑感应防侧撞安全气帘；侧撞防护气帘IC——Intelligent Catalyst——智能催化剂ICA——国际铜业协会I.C.Engine——Internal Combustion Engine——内燃机ICFDS——Intelligent Controller For Display System——（特种车辆上采用的）多媒体显示系统中央控制器ICM——防盗控制模块ICM——国际技术形态管理协会ICS——集成控制系统ICTs——信息通讯技术ICU——Immobilizer Control Unit——阻断器控制模块ID——标志符ID——Inflating Devices——气体发生器IDB-C——ITS Data Bus on CAN——以CAN为基础的控制用LAN协议IDI——预燃室式非直喷式柴油机IDIS——Intelligent Driver Information System——智能驾驶信息系统IDM——点火诊断监视器IDP——International Driving Permit——国际驾驶许可；国际驾照IDP——入侵检测防护i-drive——智能操纵系统；（宝马）智能驾驶系统IDS——互动式驾驶系统；交互式驱动系统IDS——Intrusion Detection System——入侵检测系统IDSA——美国工业设计联合会i-DSI——智能双火花塞顺序点火IDSP——自适应悬浮系统IE——Intelligent Engine——智能发动机IEA——国际能源开发署IEC——国际电工委员会IF——Intermittent Failure——间歇性故障IFAC——国际自动控制联盟IGBT——（有完善保护功能大功率）绝缘栅双极性晶体管；绝缘双极晶体管IHC——Integral Handing Control——综合稳定控制系统说明：该系统可以对制动、气门、变速器等进行全面控制，以减少行驶中车辆的晃动。
硬件在环仿真(HIL)：NI领先汽车测试关键之匙
硬件在环仿真（HIL）：NI领先汽车测试关键之匙美国国家仪器有限公司(National Instruments, 简称NI)于日前参加了在上海光大会展中心举办的2015年汽车测试及质量监控博览会。
在此次博览会上，NI联合多家业内合作伙伴，集中展示了NI为汽车行业提供的灵活开放式的测试平台与多样化的解决方案。
2015年是汽车测试及质量监控博览会举办的第十个年头，它已确立为向中国汽车工业展示确保质量、可靠性、耐久性和安全性的各种技术与服务的行业内头号展会。
会上逾280家公司展示了自己的新产品，具体领域包括：发动机/排气测试;车辆动力学测试;材料测试以及碰撞测试等。
NI也借助此次盛会向企业及大众展示了NI 在汽车行业的技术优势与优质解决方案。
据了解，现今几乎所有的汽车OEM与一级供应商在各类测试应用中均有使用或集成了NI产品。
通过为控制、设计和测试提供通用平台，NI 帮助用户节省了在汽车研发到生产各个阶段耗费的成本和时间。
凭借业内领先的I/O、灵活现成的硬件、强大高效的LabVIEW开发环境，用户可以创建适合各种应用的解决方案。
目前NI的产品在汽车行业涉及了车载测试和数据记录、硬件在环仿真、台架测试与控制、快速控制原型、生产线测试、车载信息娱乐系统测试等几大应用。
此次博览会上，NI着重展示了其业内权威的硬件在环仿真(HIL)技术方面的应用。
NI通过其创新的低成本模块化硬件和软件平台帮助工程师和科学家设计并建立自己的HIL系统。
硬件在环HIL仿真技术可以使用NI PXI实时控制器运行仿真模型来模拟受控对象的运行状态，配合NI FPGA模块可适应更高动态特性及更高精度的模型应用需求。
NI硬件在环测试平台具有开放的软硬件技术架构，可以减少工程师的开发时间、成本和风险。
在支持第三方硬件和软件建模工具的同时，NI还提供一系列高性能模拟和数字I/O设备，CAN、LIN和FlexRay总线接口，故障注入硬件等硬件，让客户可以高效实现应用。
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HIL 仿真技术监测和诊断发动机燃烧性能
现代重工（HHI）集团是全球最大的造船公司，其发动机和机械部门
（HHI-EMD）具备全世界最大规模的船用柴油发动机研发与生产能力。
比如该部门推出的HiMSEN 中型发动机是一款四冲程柴油机，输出功率范围从960KW 到25MW，在大型船只上可以用来驱动发电机，在中小型船只上完全可以当做推进发动机来使用。
大型柴油机运行的成本在每小时2000 美元，因此该部门一直在致力开发更高效节能的发动机。
图1：现代重工集团是全球最大造船公司
为了能够更好的监测和诊断发动机燃烧性能，我们需要实现设计一个仿真与测试系统。
HIL（hardware-in-the-loop 硬件在环）仿真技术被普遍认为是一种最有效的解决方案，确保在开发周期早期就完成嵌入式系统的测试，系统
整合阶段这种测试方法也更加全面，能及早的发现问题，降低解决问题的成本。
该仿真与监测系统需要能够检测十缸发动机的运行情况，运转速度在每分钟数千转，同时测量曲轴角的实时变化情况，分辨率要达到0.1 度，因此
HHI-EMD 部门选择采用NI cRIO-9035 CompactRIO 控制器平台搭建了。
cRIO-9035 面向的就是嵌入式高级控制与监测应用领域，集成的是Xilinx。