在发动机台架试验中控制VVL执行器的一种方法

赖家钦 黄晓波 潘俭栓 龚贺师

摘要：在研发发动机的VVL技术过程中，往往都需要进行发动机预研究台架试验;此文介绍了一种方法可以保证在原平台ECU控制软件不带VVL控制模块的情况下，通过增加新的控制器并开发新的控制软件单独控制VVL执行器的方法;从而达到缩短开发周期以及降低研发费用的作用，并且此类方法可以作为通用方案兼容所有型号发动机的VVL技术研发工作。

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.

关键词：VVL控制;发动机控制;发动机研发

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

中图分类号：TK4                                           文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）18-0077-03

0  引言

发动机VVL技术是指通过改变发动机在不同转速时的气门升程使发动机在运转工况范围内获得最佳的气门升程，达到提高动力性及经济性的效果;在开发研究发动机VVL技术的前期，一般都需要对搭载了VVL技术的发动机样机进行预研究。通常都是制作一两台搭载了VVL 技術的样机并进行台架性能试验;公司高层只有对试验测试的结果进行评审后才能确定后面的开发计划并且正式立项进行发动机开发;从而更能够保证技术研发方向的准确性。传统情况下，为了完成VVL样机的台架性能摸底测试，就需要ECU软件供应商为新的VVL样机匹配升级一套具备VVL控制功能的ECU软件数据。因为ECU软件中VVL执行器的控制系统非常复杂，它需要识别曲轴相位以及凸轮轴正时，并在这个基础上开发复杂的控制策略;所以ECU软件供应商在开发升级VVL控制模块的过程需要耗费大量时间且增加项目研发费用。

而我们此处的方法是在保证原平台ECU控制软件不变的情况下，通过增加带PWM输出以及CAN通讯功能的简易控制器从而实现对VVL设备的控制功能，并能完成VVL发动机样机的全部性能摸底试验任务。这样既可以有效地加快项目研发进度也能够减少发动机研发成本。

1  新VVL控制方案实现过程

①在实验前准备一台搭载了VVL硬件的试验样机、12V电源、一台安装了Busmaster软件的笔记本电脑;另外，还需准备一个简易控制器，该控制需要具备PWM输出、CAN通讯功能以及软件刷写功能，并按照图1的硬件线路图进行安装。

②通过Simulink软件搭建VVL控制器的应用层控制模型;整个软件模型需要包含三部分功能：1）CAN信号接收解析模块;2）VVL执行器核心控制策略模块;3）控制信号状态转换以及硬件端口驱动模块。

③将Simulink模型编译成嵌入式代码，将这些代码放入到控制器的独有集成工具中完成软件集成工作并生成可刷写的S19文件;最后把该文件通过bootload工具刷写到控制器的存储单元中。

④整个控制方案的试验操作过程如下：

在发动机的正常试验过程中，通过Busmaster软件（一个能够接收和发送报文的开源软件）把对VVL执行器的控制信息以CAN通讯的形式发送给VVL控制器。控制器会根据我们自定义的软件逻辑接收和解析报文信号，并按照内部的控制软件策略进行程序运算;最后，VVL控制器会驱动PWM硬件端口实现对VVL执行器的控制。

2  Simulink控制模型软件

①如图2，整个Simulink模型包括了三个控制模块—CAN_Rx，VVL_Time，VVL_Control。

②如图3，由于在定义DBC（该文件在Busmaster软件被用于将输入输出变量的物理值转换成hex值，并能够简化发送报文的操作过程）文件时，将控制信息存放在了第一个字节中，所以在Simulink中搭建信号解析逻辑时只需要将第一个Byte的数据进行读取操作。最后将解析好的信号传递给VVL_ON_1变量，并通过该变量将控制信息传递给控制模块进行逻辑运算。

③通过状态机VVL_Time模块把VVL_ON_1信号按照巧妙的运算逻辑转化成对四个逻辑量信号（A1，A2，B1，B2）的控制;其中四个变量的状态代表了VVL执行器的四个销子的伸缩状态。

④如图4，通过VVL_Control模块将四个逻辑量信号转化成PWM信号，最终通过PWM端口驱动VVL执行器工作;并实现了通过独立控制器控制VVL执行器的整个过程。

3  结论

通过Busmaster软件把对凸轮轴的控制命令转化成CAN报文信息发送给VVL控制器，控制器在接收了报文信息后根据软件控制策略驱动VVL执行器移动凸轮轴，从而改变发动机的气门升程。如图5，图片显示的是在发动机定转速稳定运行过程中切换凸轮轴前后发动机的缸内压力变化循环曲线图。实验结果证明，通过此种控制方法确实可以完成对VVL执行器的控制并且能够满足发动机台架性能测试的所有功能需求。

所以通过分析对比，我们不难发现此种控制方法相交于传统的通过发动机的ECU去控制VVL执行器的方法有如下优势：

①通过此种控制方法可以有效加快发动机的研发进度。

②由于此种控制方法可以有效减少研发费用。

③此套方法可以作为平台化方案，兼容不同发动机平台的VVL执行器的控制工作，让此套系统的效益最大化。

参考文献：

[1]童孙禹，李献菁，刘帅，等.两段式VVL及EGR技术对汽油机经济性影响分析[C].2013中国汽车工程学会年会，2013.

[2]赤坂裕三，三浦創，祝玉文.可降低汽油机燃油耗和排放的可变气门机构的技术动向[J].国外内燃机，2006，38（002）：55-58.

[3]童孙禹，李献菁，刘帅，等.两段式VVL及EGR技术对汽油机经济性影响分析[C].2013中国汽车工程学会年会，2013.