在發動機臺架試驗中控制VVL執行器的一種方法

賴家欽 黃曉波 潘儉栓 龔賀師

摘要：在研發發動機的VVL技術過程中，往往都需要進行發動機預研究臺架試驗;此文介紹了一種方法可以保證在原平臺ECU控制軟件不帶VVL控制模塊的情況下，通過增加新的控制器并開發新的控制軟件單獨控制VVL執行器的方法;從而達到縮短開發周期以及降低研發費用的作用，并且此類方法可以作為通用方案兼容所有型號發動機的VVL技術研發工作。

Abstract： In the process of developing engine VVL technology， it is often necessary to carry out engine pre-research bench test; this article introduces a method to ensure that the original platform ECU control software does not have a VVL control module by adding new controls It also develops new control software to control the VVL actuator separately; so as to shorten the development cycle and reduce the research and development cost， and this type of method can be used as a general solution to be compatible with the VVL technology research and development work of all types of engines.

關鍵詞：VVL控制;發動機控制;發動機研發

Key words： VVL control;engine control;engine research and development

中圖分類號：TK4  ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）18-0077-03

0? 引言

發動機VVL技術是指通過改變發動機在不同轉速時的氣門升程使發動機在運轉工況范圍內獲得最佳的氣門升程，達到提高動力性及經濟性的效果;在開發研究發動機VVL技術的前期，一般都需要對搭載了VVL技術的發動機樣機進行預研究。通常都是制作一兩臺搭載了VVL 技術的樣機并進行臺架性能試驗;公司高層只有對試驗測試的結果進行評審后才能確定后面的開發計劃并且正式立項進行發動機開發;從而更能夠保證技術研發方向的準確性。傳統情況下，為了完成VVL樣機的臺架性能摸底測試，就需要ECU軟件供應商為新的VVL樣機匹配升級一套具備VVL控制功能的ECU軟件數據。因為ECU軟件中VVL執行器的控制系統非常復雜，它需要識別曲軸相位以及凸輪軸正時，并在這個基礎上開發復雜的控制策略;所以ECU軟件供應商在開發升級VVL控制模塊的過程需要耗費大量時間且增加項目研發費用。

而我們此處的方法是在保證原平臺ECU控制軟件不變的情況下，通過增加帶PWM輸出以及CAN通訊功能的簡易控制器從而實現對VVL設備的控制功能，并能完成VVL發動機樣機的全部性能摸底試驗任務。這樣既可以有效地加快項目研發進度也能夠減少發動機研發成本。

1? 新VVL控制方案實現過程

①在實驗前準備一臺搭載了VVL硬件的試驗樣機、12V電源、一臺安裝了Busmaster軟件的筆記本電腦;另外，還需準備一個簡易控制器，該控制需要具備PWM輸出、CAN通訊功能以及軟件刷寫功能，并按照圖1的硬件線路圖進行安裝。

②通過Simulink軟件搭建VVL控制器的應用層控制模型;整個軟件模型需要包含三部分功能：1）CAN信號接收解析模塊;2）VVL執行器核心控制策略模塊;3）控制信號狀態轉換以及硬件端口驅動模塊。

③將Simulink模型編譯成嵌入式代碼，將這些代碼放入到控制器的獨有集成工具中完成軟件集成工作并生成可刷寫的S19文件;最后把該文件通過bootload工具刷寫到控制器的存儲單元中。

④整個控制方案的試驗操作過程如下：

在發動機的正常試驗過程中，通過Busmaster軟件（一個能夠接收和發送報文的開源軟件）把對VVL執行器的控制信息以CAN通訊的形式發送給VVL控制器。控制器會根據我們自定義的軟件邏輯接收和解析報文信號，并按照內部的控制軟件策略進行程序運算;最后，VVL控制器會驅動PWM硬件端口實現對VVL執行器的控制。

2? Simulink控制模型軟件

①如圖2，整個Simulink模型包括了三個控制模塊—CAN_Rx，VVL_Time，VVL_Control。

②如圖3，由于在定義DBC（該文件在Busmaster軟件被用于將輸入輸出變量的物理值轉換成hex值，并能夠簡化發送報文的操作過程）文件時，將控制信息存放在了第一個字節中，所以在Simulink中搭建信號解析邏輯時只需要將第一個Byte的數據進行讀取操作。最后將解析好的信號傳遞給VVL_ON_1變量，并通過該變量將控制信息傳遞給控制模塊進行邏輯運算。

③通過狀態機VVL_Time模塊把VVL_ON_1信號按照巧妙的運算邏輯轉化成對四個邏輯量信號（A1，A2，B1，B2）的控制;其中四個變量的狀態代表了VVL執行器的四個銷子的伸縮狀態。

④如圖4，通過VVL_Control模塊將四個邏輯量信號轉化成PWM信號，最終通過PWM端口驅動VVL執行器工作;并實現了通過獨立控制器控制VVL執行器的整個過程。

3? 結論

通過Busmaster軟件把對凸輪軸的控制命令轉化成CAN報文信息發送給VVL控制器，控制器在接收了報文信息后根據軟件控制策略驅動VVL執行器移動凸輪軸，從而改變發動機的氣門升程。如圖5，圖片顯示的是在發動機定轉速穩定運行過程中切換凸輪軸前后發動機的缸內壓力變化循環曲線圖。實驗結果證明，通過此種控制方法確實可以完成對VVL執行器的控制并且能夠滿足發動機臺架性能測試的所有功能需求。

所以通過分析對比，我們不難發現此種控制方法相交于傳統的通過發動機的ECU去控制VVL執行器的方法有如下優勢：

①通過此種控制方法可以有效加快發動機的研發進度。

②由于此種控制方法可以有效減少研發費用。

③此套方法可以作為平臺化方案，兼容不同發動機平臺的VVL執行器的控制工作，讓此套系統的效益最大化。

參考文獻：

[1]童孫禹，李獻菁，劉帥，等.兩段式VVL及EGR技術對汽油機經濟性影響分析[C].2013中國汽車工程學會年會，2013.

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