基于動態(tài)模擬技術(shù)的混動車輛發(fā)動機電控單元檢測系統(tǒng)設(shè)計

韓 銳

(廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院，廣西 河池 547017)

0 引言

混動車輛是指同時裝備熱動力源和電動力源的汽車，將電機應(yīng)用于混合動力汽車，可使動力系統(tǒng)根據(jù)車輛的實際工作條件進行靈活調(diào)節(jié)，同時使發(fā)動機工作在最優(yōu)的狀態(tài)下，達到降低燃油消耗和排放的目的。與傳統(tǒng)車輛相比，混動車輛對燃油的消耗量更少，同時工作程序更復(fù)雜，發(fā)生故障的概率更大?；靹榆囕v的動力系統(tǒng)中發(fā)動機及電控單元是決定混動車輛正常行駛性能的直接因素[1]。發(fā)動機是為混動車輛提供動力的裝置，而電控單元則是電氣控制單元，具體來說，就是將各種電氣部件結(jié)合在一起，以達到對一個或一些對象進行控制，以確保被控設(shè)備的安全可靠運行。

混動車輛發(fā)動機電控單元常見的故障包括了以下方面：怠速不穩(wěn)、加速不良、起步過渡不平穩(wěn)等。由于混動汽車發(fā)動機電控單元組成元素較多，其故障診斷與檢測牽扯內(nèi)容較多，給混動車輛發(fā)動機電控單元檢測工作帶來較大難度。為實現(xiàn)對混動車輛發(fā)動機電控單元的精準(zhǔn)檢測，設(shè)計并開發(fā)了混動車輛發(fā)動機電控單元檢測系統(tǒng)。從目前電控單元檢測系統(tǒng)發(fā)展較為成熟的研究成果包括：文獻[1]提出的基于機器視覺的發(fā)動機檢測系統(tǒng)、文獻[2]提出的基于大數(shù)據(jù)的發(fā)動機檢測系統(tǒng)以及文獻[3]提出的基于改進YOLOv4的發(fā)動機檢測系統(tǒng)，其中文獻[1]提出系統(tǒng)根據(jù)輪廓點的距離-位置、坡度-位置等順序曲線，對輪廓點進行選擇和剔除，基于最小二乘法，對選取的輪廓點進行圓弧擬合，實現(xiàn)對輪廓點的外徑測量，針對 VVT發(fā)動機端面存在的刮擦等缺陷，利用連通性分析，確定被檢測區(qū)域，利用支持向量機對其進行分類，完成發(fā)電機缺陷的檢測。文獻[2]提出系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)庫、智能分析模塊、檢測模塊、信息查詢和維修模塊以及檢修模塊等部分組成。為了防止人為操作對故障檢測造成的影響，使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障檢測模式，對發(fā)動機進行故障類型的識別，并對卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，從而提高故障檢測的智能化程度。而文獻[3]提出系統(tǒng)在路徑聚集網(wǎng)絡(luò)中，建立一個底層的特征融合層，將更多的淺層特征和更深層的特征進行融合，從而提升該網(wǎng)絡(luò)對小目標(biāo)損壞的檢測能力。為了降低網(wǎng)絡(luò)中的冗余參數(shù)，將一個深度可分卷積引入到一個頸部結(jié)構(gòu)中，并將標(biāo)準(zhǔn)卷積重新構(gòu)造成一個深度可分卷積的形式，通過特征提取與匹配，輸出發(fā)動機的檢測結(jié)果。然而上述傳統(tǒng)檢測系統(tǒng)存在明顯的檢測功能與運行性能問題，主要體現(xiàn)在檢測誤差大、檢測響應(yīng)速度慢等方面，為此引入動態(tài)模擬技術(shù)。

動態(tài)模擬技術(shù)就是對真實事物或過程進行模擬的技術(shù)，將其應(yīng)用到混動車輛發(fā)動機電控單元檢測系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計工作中，通過對發(fā)動機電控單元運行狀態(tài)的模擬判斷當(dāng)前電控單元是否存在運行故障，通過系統(tǒng)優(yōu)化以期能夠在加快檢測速度的同時，提高系統(tǒng)的檢測精度。

1 混動車輛發(fā)動機電控單元檢測硬件系統(tǒng)設(shè)計

優(yōu)化設(shè)計的混動車輛發(fā)動機電控單元檢測的基本原理是確定電控單元在正常狀態(tài)下的運行特征，在此基礎(chǔ)上收集當(dāng)前電控單元的運行數(shù)據(jù)，并與正常運行特征進行匹配，若當(dāng)前運行特征與正常狀態(tài)下的運行特征差距較大，則認(rèn)為當(dāng)前電控單元存在運行故障，進而得出故障類型、故障位置等信息的檢測結(jié)果[2]。為了方便車輛發(fā)動機電控單元信息的采集、分析與處理，需要在待檢測的電控單元中安裝傳感器、處理器等設(shè)備。結(jié)合優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)軟件功能的運行需要，對硬件設(shè)備以及連接電路進行改裝與調(diào)整，保證系統(tǒng)硬件與軟件部分的適配度。

1.1 車輛發(fā)動機電控單元傳感器

優(yōu)化設(shè)計的混動車輛發(fā)動機電控單元檢測系統(tǒng)中使用的傳感器包括溫度傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、霍爾傳感器等。

溫度傳感器在結(jié)構(gòu)設(shè)計上包括前端感應(yīng)電路、帶隙參考電路、運放和模數(shù)轉(zhuǎn)換器等部分。其中，前端傳感電路采用三極管基極-發(fā)射極上電壓的差值來實現(xiàn)負值的輸出，雙路電壓差值來實現(xiàn)正值的輸出。由于電壓差的輸出值很小，所以在設(shè)計電路的時候，通常會使用全差分運算放大器來對信號進行放大，放大后的差分信號再經(jīng)過ADC來對感溫電路輸出的電壓進行采樣和量化，并輸出數(shù)字碼[3]。發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器和霍爾傳感器主要用來獲取發(fā)動機轉(zhuǎn)速和曲軸的精準(zhǔn)位置，發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器是一種電磁感應(yīng)式傳感器，安裝在發(fā)動機缸體的左側(cè)，傳感器中有電磁感應(yīng)線圈，并與曲軸上齒圈的輪齒相對應(yīng).齒圈的輪齒有兩個缺齒，可用于識別曲軸的位置。在發(fā)動機轉(zhuǎn)動的同時，曲軸內(nèi)的環(huán)形齒輪也隨之轉(zhuǎn)動，感應(yīng)器內(nèi)的電磁場也隨之改變，從而產(chǎn)生一種感應(yīng)電壓，并把信號傳輸給上位機[4]。該電壓脈沖的頻率與發(fā)動機的速度成比例，由計算機對其頻率信號進行分析，得到發(fā)動機的速度。另外霍爾傳感器的基本原理為：當(dāng)電流以與磁場相垂直的方向流過被置于磁場中的半導(dǎo)體襯底時，在與電流與磁場相垂直的半導(dǎo)體襯底的橫表面上會出現(xiàn)霍爾電壓，該電壓與電流與磁場的強度成比例。在葉輪的凹槽面對空氣間隙時，磁體產(chǎn)生的磁力通過導(dǎo)板、空氣間隙和半導(dǎo)體襯底形成一個回路，在這個回路中，傳感器會輸出一個霍爾電壓，而在葉輪的刀片進入空氣間隙后，刀片會繞過原磁路，此時傳感器不會輸出一個霍爾電壓。在傳感器安裝過程中，需保證傳感器之間型號的適配度，保證不同類型的傳感器數(shù)據(jù)能夠統(tǒng)一處理，且傳感器之間的運行不會產(chǎn)生互斥現(xiàn)象[5]。

1.2 車輛發(fā)動機電控信號處理器

車輛發(fā)動機電控信號處理器主要用來完成對車輛發(fā)動機電控單元傳感信號的處理，使輸出的傳感信號滿足系統(tǒng)的輸入要求。

電控信號處理器內(nèi)置傳感器接口和通信接口，輸入的傳感器輸出信號通過運放電路對其阻抗進行匹配、放大，將其調(diào)制成可供數(shù)據(jù)檢測裝置接收的模擬信號；在對繼電器狀態(tài)進行測量的基礎(chǔ)上，對繼電器狀態(tài)進行測量，并對其進行測量[6]。在信號調(diào)制電路中，由于輸入信號的特性和幅值存在差異，在調(diào)制電路中，必須對信號的特性進行變換，并采用多通道開關(guān)來實現(xiàn)門控，從而節(jié)省 A/D的資源。在車輛發(fā)動機電控信號處理器中添加一個低通濾波器元件，為提高初始電控檢測信號的采集質(zhì)量提供執(zhí)行裝置。

1.3 系統(tǒng)電路設(shè)計

考慮混動車輛發(fā)動機電控單元檢測系統(tǒng)中硬件裝置的改裝結(jié)果，對系統(tǒng)中部分電路的連接方式進行調(diào)整[7]。分壓隔離電路的調(diào)整結(jié)果如圖1所示。

圖1 分壓隔離電路圖

模擬信號經(jīng)衰減電路進行衰減，再由比例放大電路處理后，轉(zhuǎn)為±10 V范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)信號，由模擬板卡讀取數(shù)值，完成模擬量的讀取。實現(xiàn)大電壓衰減和電壓跟隨采集的功能[8]。另外，可靠穩(wěn)定的電源電路是硬件系統(tǒng)各部件功能正常的基本保證，采用轉(zhuǎn)向電源芯片取代常規(guī)系統(tǒng)中的電源芯片，使其工作溫度范圍更寬，既能滿足系統(tǒng)需求，又能將浪涌電壓對系統(tǒng)電源的影響降到最低，同時有效提升系統(tǒng)硬件的抗干擾能力。

2 混動車輛發(fā)動機電控單元檢測系統(tǒng)軟件功能設(shè)計

在硬件系統(tǒng)的支持下，對混動車輛發(fā)動機電控單元檢測系統(tǒng)的軟件部分進行優(yōu)化設(shè)計，系統(tǒng)軟件功能的設(shè)計與執(zhí)行原理為：利用動態(tài)模擬技術(shù)模擬正常狀態(tài)下混動車輛發(fā)動機電控單元中各個元件的執(zhí)行過程，并得出正常狀態(tài)下電控單元的標(biāo)準(zhǔn)運行特征。針對不同的電控單元故障類型，設(shè)置電控單元的檢測標(biāo)準(zhǔn)，利用傳感器裝置采集發(fā)動機電控單元的實時運行信號，通過對信號特征的提取與分析，判斷當(dāng)前混動車輛發(fā)動機電控單元是否存在故障，并確定故障類型以及故障位置，完成系統(tǒng)的檢測功能。

2.1 動態(tài)模擬技術(shù)

混動車輛發(fā)動機電控過程模擬的目的是確定發(fā)動機電控單元在不同狀態(tài)下的運行特征，為電控單元檢測標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考，并將發(fā)動機電控單元運行過程中容易出現(xiàn)故障的節(jié)點位置作為電控運行信號采集的測點位置[9]。為保證混動車輛發(fā)動機電控單元工作過程的模擬結(jié)果與電控單元的實際運行過程相符，利用動態(tài)模擬技術(shù)進行電控過程模擬。動態(tài)模擬技術(shù)的基本運行流程如圖2所示。

圖2 發(fā)動機電控單元的動態(tài)模擬流程圖

從圖2中可以看出，動態(tài)模擬技術(shù)的運行大體可以分為兩個步驟，首先建立模擬對象的等效模型，根據(jù)電控單元中各個元件的工作原理，實時獲取電控單元的動態(tài)運行數(shù)據(jù)；然后將其添加到構(gòu)建的等效模型中，實現(xiàn)模型狀態(tài)的調(diào)整，通過電控單元實際運行狀態(tài)與同步動態(tài)調(diào)整，得出最終的模擬結(jié)果[10]?；靹榆囕v發(fā)動機電控單元的主要功能包括控制發(fā)動機啟動、怠速、空燃比、極限轉(zhuǎn)速、減速斷油、燃油蒸氣回收、爆震、電動燃油泵自診斷等，從組成結(jié)構(gòu)上來看，電控單元由發(fā)動機控制器、點火線圈和火花塞、噴油器等部分組成，具體的組成結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 混動車輛發(fā)動機電控單元組成結(jié)構(gòu)圖

電控單元通過引擎控制模塊設(shè)定工作方式，通過油門的位移和位移速率來分析駕駛員的意圖，獲得油門傳遞的基本期望值[11]。在運行過程中，將混動車輛發(fā)動機的實時運行數(shù)據(jù)表示為：

xengine=κgather·κtransmission·x

(1)

其中：κgather和κtransmission分別為發(fā)動機的采集系數(shù)和傳輸系數(shù)，x為發(fā)動機的實際運行數(shù)據(jù)，初始采集的發(fā)動機數(shù)據(jù)包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門角度等，根據(jù)發(fā)動機的控制目標(biāo)計算電控單元的執(zhí)行控制量，計算公式如下：

Cx=xengine-xtarget

(2)

式中，xtarget表示混動車輛的發(fā)動機控制目標(biāo)，若計算得出控制量取值為0，證明當(dāng)前混動車輛發(fā)動機的運行狀態(tài)與控制目標(biāo)一致，無需啟動電控單元程序，若計算得出Cx的值為正數(shù)，則向當(dāng)前發(fā)動機運行的反方向執(zhí)行電控任務(wù)，否則向當(dāng)前發(fā)動機運行方向執(zhí)行電控任務(wù)，由此可以根據(jù)公式(2)的計算結(jié)果判斷是否啟動電控單元，并以控制量計算結(jié)果為內(nèi)容生成控制指令[12]。在混動車輛發(fā)動機電控過程動態(tài)模擬過程中，重復(fù)上述過程，根據(jù)實時數(shù)據(jù)的采集結(jié)果，切換電控單元的運行狀態(tài)，直至當(dāng)混動車輛發(fā)動機停止運行。

2.2 設(shè)置混動車輛發(fā)動機電控單元檢測標(biāo)準(zhǔn)

混動車輛發(fā)動機電控單元的故障類型包括：電控元件啟動困難、電控元件怠速不穩(wěn)、電控單元運行偏差、電控單元爆震等，以電控元件啟動困難為例，在該故障下電控單元的運行特征可以表示為：

τDifficulty in starting=tfiring-t0≠0

(3)

其中：tfiring和t0分別為發(fā)動機電控單元的實際啟動時間和理論啟動時間[13]。同理可以得出電控元件怠速不穩(wěn)、電控單元運行偏差和電控單元爆震故障下電控單元的標(biāo)準(zhǔn)運行特征為：

(4)

式中，vt+1、vt和vt-1分別對應(yīng)的是連續(xù)3個時刻的電控元件執(zhí)行速度，α為常數(shù)系數(shù)，Cx和C′對應(yīng)的是電控元件的理論控制量和實際輸出控制量，Avibrate和A0分別為電控元件輸出信號的振動信號幅值與幅值閾值[14]。按照上述方式可以得出混動車輛發(fā)動機電控單元其他故障下的標(biāo)準(zhǔn)運行特征，并以此作為混動車輛發(fā)動機電控單元的檢測標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 采集混動車輛發(fā)動機電控單元輸出信號

利用安裝在混動車輛發(fā)動機電控單元上的傳感器設(shè)備，獲取電控單元的實時運行與輸出信號[15]。需要采集的混動車輛發(fā)動機電控單元運行信號包括轉(zhuǎn)速、溫度、壓力以及運行狀態(tài)等，電控單元實時轉(zhuǎn)速信號的采集過程可以量化表示為：

(5)

式中，變量f和δ分別表示發(fā)動機電控單元的工作頻率及其內(nèi)部電機的極對數(shù)[16]。電控單元工作溫度數(shù)據(jù)的采集結(jié)果為：

(6)

式中，Rt表示t時刻溫度傳感器中的熱敏電阻值，B表示電控單元的材質(zhì)系數(shù)。同理可以得出混動車輛發(fā)動機電控單元壓力以及元件工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集結(jié)果。在對混動車輛發(fā)動機電控單元的輸出信號進行采集之前，需要將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后用計算機對其進行處理和分析，并從中提取相關(guān)的參數(shù)和信息。由于計算機僅能對有限長度的離散時序進行處理，因此需要對連續(xù)的模擬信號進行取樣并對其進行截斷[17]。在采樣過程中，將一串相等間隔的周期脈沖與模擬信號作點積，而截斷則是對信號進行加窗處理。設(shè)置混動車輛發(fā)動機電控單元輸出信號的采集頻率為：

(7)

其中：Δtsampling為采樣間隔。在式(7)表示采集頻率的驅(qū)動下，按照上述方式獲取發(fā)動機電控單元的實時輸出信號，并對不同傳感器輸出的信號采集結(jié)果進行融合處理，融合處理過程如下：

(8)

從式(8)中可以看出，在初始信號融合之前首先需要對信號進行歸一化處理，保證異構(gòu)信號之間的可融合性，變量xmin和xmax分別表示初始采集信號的最小值和最大值，xg為信號的歸一化處理結(jié)果，?為數(shù)據(jù)融合權(quán)重值[18]。重復(fù)上述操作，實現(xiàn)在混動車輛發(fā)動機運行狀態(tài)下電控單元輸出信號的實時采集。

2.4 提取混動車輛發(fā)動機電控信號特征

以獲取的混動車輛發(fā)動機電控單元輸出信號采集結(jié)果為處理對象，從時域和頻域兩個方面提取電控信號特征，時域特征的提取向量包括：信號峰值、方根幅值、偏斜度等，信號峰值特征向量的提取結(jié)果為：

(9)

其中：Xmax為電控單元信號的最大值，Xi為第i個信號采集結(jié)果，Ngather為電控單元信號采集總量。另外方根幅值和偏斜度特征向量的提取結(jié)果為：

(10)

(11)

式中，XA為混動車輛發(fā)動機電控信號的離散點幅值[19]。最終在考慮特征權(quán)值的情況下，對提取的電控信號特征進行融合處理，得出電控單元輸出信號的綜合特征，將其記為τcon。

2.5 實現(xiàn)混動車輛發(fā)動機電控單元檢測功能

最終采用特征匹配的方式判斷當(dāng)前混動車輛發(fā)動機電控單元是否存在故障狀態(tài)，并確定故障類型，電控單元特征的匹配過程如下：

(12)

若式(12)的計算結(jié)果高于閾值s0，說明當(dāng)前混動車輛發(fā)動機電控單元存在運行故障，運行故障類型與比對的特征標(biāo)準(zhǔn)一致，若計算得出si取值低于閾值，則證明當(dāng)前特征標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的故障類型不屬于發(fā)動機電控單元，如果當(dāng)前電控單元信號與故障標(biāo)準(zhǔn)特征的匹配度均低于s0，則認(rèn)為當(dāng)前混動車輛發(fā)動機電控單元不存在運行故障[20]。在此基礎(chǔ)上，針對存在故障的混動車輛發(fā)動機電控單元的故障點進行檢測，最終將故障狀態(tài)、故障類型、故障位置等參數(shù)的檢測結(jié)果以可視化的形式輸出，實現(xiàn)系統(tǒng)的混動車輛發(fā)動機電控單元檢測功能。

3 系統(tǒng)測試

以測試優(yōu)化設(shè)計基于動態(tài)模擬技術(shù)的混動車輛發(fā)動機電控單元檢測系統(tǒng)的檢測功能和性能為目的，在混動車輛發(fā)動機不同的運行狀態(tài)下，利用優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)對發(fā)動機電控單元進行檢測，設(shè)計相應(yīng)的系統(tǒng)測試實驗。此次實驗采用白盒測試的方式，在不同的發(fā)動機運行狀態(tài)下，對發(fā)動機中內(nèi)置電控單元的運行情況進行設(shè)置，在已知電控單元運行情況的基礎(chǔ)上，利用檢測系統(tǒng)得出發(fā)動機電控單元狀態(tài)的檢測結(jié)果，通過與設(shè)置真實值的對比，得出反映系統(tǒng)檢測功能的測試結(jié)果，最終通過發(fā)動機不同運行場景下系統(tǒng)檢測功能的比對，體現(xiàn)出系統(tǒng)的運行性能。

3.1 選擇混動車輛發(fā)動機電控單元檢測對象

混動車輛發(fā)動機電控單元由信號輸入裝置、電子控制裝置、執(zhí)行元件等部分組成，在此次實驗中選擇某混動車輛中LFB11型號的發(fā)動機電控單元作為檢測對象。所有發(fā)動機電控單元通過導(dǎo)線將信號傳遞給各個傳感器或執(zhí)行元件，從而使電控單元正常工作。把發(fā)動機電控單元輸出的線束先連接到試驗合故障模擬設(shè)置電路中再接到原線束中，即將試驗臺串聯(lián)到線路中。在實驗開始之前，對準(zhǔn)備的電控單元檢測對象進行調(diào)試，保證電控單元在初始狀態(tài)下均處于正常工作狀態(tài)，保證電控單元狀態(tài)設(shè)置任務(wù)的可操作性。

3.2 搭建系統(tǒng)運行與測試環(huán)境

優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)以Linux為操作平臺，選擇TestStand作為測試執(zhí)行管理軟件。NITestStand被用來開發(fā)，管理和實施測試程序。這一系列的測試都是用兩種測試程序語言所寫出的。測試順序還對執(zhí)行過程、報告產(chǎn)生、數(shù)據(jù)庫輸入以及與其它系統(tǒng)的聯(lián)接進行標(biāo)準(zhǔn)化。NITestStand能夠與一系列軟件實現(xiàn)無縫集成，同時還能將模塊化的儀表、軟切換等檢測設(shè)備進行集成，為檢測系統(tǒng)提供了一套完備的軟件、硬件環(huán)境。

3.3 安裝與調(diào)試硬件系統(tǒng)裝置

根據(jù)檢測系統(tǒng)硬件模塊的優(yōu)化設(shè)計結(jié)果，將相關(guān)設(shè)備元件安裝在選擇的發(fā)動機電控單元檢測對象上，其中傳感器設(shè)備的安裝情況如圖4所示。

圖4 混動車輛發(fā)動機電控單元傳感器裝置安裝實景

按照上述方式完成對硬件系統(tǒng)中其他裝置的實際安裝。為保證硬件設(shè)備在實際檢測工作中的正常運行，同時保證硬件設(shè)備之間及其與發(fā)動機之間的適配度，需要在開始實驗之前對所有安裝的硬件裝置進行調(diào)試。在調(diào)試操作中，首先將所有的硬件設(shè)備切換至工作狀態(tài)，隨機發(fā)布一個執(zhí)行指令，觀察硬件設(shè)備的輸出結(jié)果是否與預(yù)期結(jié)果一致，得出單一硬件設(shè)備的調(diào)試結(jié)果。在此基礎(chǔ)上對硬件設(shè)備進行聯(lián)合調(diào)試，判斷處理器是否能夠成功接收傳感器輸出信號，并得出相應(yīng)的處理結(jié)果。若調(diào)試發(fā)現(xiàn)硬件設(shè)備存在故障或硬件設(shè)備之間存在不適配的情況，需要對相應(yīng)設(shè)備進行重新連接，或替換對應(yīng)的硬件設(shè)備，直至所有裝置均調(diào)試成功為止。

3.4 動態(tài)模擬技術(shù)的應(yīng)用

此次系統(tǒng)測試實驗分別在發(fā)動機處于遲相、進相和調(diào)相狀態(tài)下進行，遲相運行狀態(tài)是指混動車輛發(fā)動機勵磁模塊處于過勵磁狀態(tài)，同時向發(fā)動機輸送有功功率和無功功率，此時功率因數(shù)為正。進相運行狀態(tài)降低了發(fā)動機勵磁電流，使發(fā)動機電勢降低，發(fā)動機負荷電流產(chǎn)生助磁電樞反應(yīng)，系統(tǒng)輸送有功功率，此時發(fā)動機處于進相運行狀態(tài)。而調(diào)相運行狀態(tài)則是指發(fā)動機不發(fā)出有功功率，只是用來將感性無功功率輸送到電網(wǎng)，從而對系統(tǒng)無功進行調(diào)節(jié)，維持系統(tǒng)電壓水平。動態(tài)模擬技術(shù)的應(yīng)用如下：

1)首先，獲取車輛電控單元的各種數(shù)據(jù)，及采集系數(shù)和傳輸系數(shù)κgather和κtransmission，根據(jù)發(fā)動機的控制目標(biāo)計算電控單元的執(zhí)行控制量。

2)其次，控制量計算結(jié)果為內(nèi)容生成控制指令，得出電控元件怠速不穩(wěn)、電控單元運行偏差和電控單元爆震故障下電控單元的標(biāo)準(zhǔn)運行特征。

3)最后，分別在上述實驗場景下，采用人為設(shè)置與破壞的方式，對混動車輛發(fā)動機電控單元的實際運行狀態(tài)進行設(shè)置，并記錄電控單元的狀態(tài)信息與故障位置信息，以此作為判斷系統(tǒng)輸出檢測結(jié)果是否正確的比對標(biāo)準(zhǔn)。

利用動態(tài)模擬技術(shù)，模擬發(fā)動機電控單元檢測樣本在不同發(fā)動機運行場景下的工作狀態(tài)，并通過系統(tǒng)軟件功能的運行輸出最終的電控單元檢測結(jié)果，圖5表示的是系統(tǒng)輸出的第一個電控單元樣本的檢測結(jié)果。

圖5 混動車輛發(fā)動機電控單元檢測系統(tǒng)運行界面

為保證實驗結(jié)果的可信度，實驗共準(zhǔn)備800個電控單元檢測樣本，將其劃分成8組，每組實驗的樣本數(shù)量為100個，采用多組實驗取平均值的方式，得出較為精準(zhǔn)的實驗結(jié)果。按照上述方式可以得出系統(tǒng)輸出的其他發(fā)動機電控單元在不同場景下的輸出結(jié)果。為體現(xiàn)出優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)在檢測功能方面的優(yōu)勢，設(shè)置傳統(tǒng)的基于機器視覺的發(fā)動機電控單元檢測系統(tǒng)和基于大數(shù)據(jù)的發(fā)動機電控單元檢測系統(tǒng)作為實驗的兩個對比系統(tǒng)，在相同的實驗環(huán)境下進行對比系統(tǒng)的開發(fā)，并獲得不同場景下電控單元的檢測結(jié)果。

3.5 設(shè)置系統(tǒng)量化測試指標(biāo)

設(shè)置漏檢率和誤檢率作為系統(tǒng)功能的量化測試指標(biāo)，其中漏檢率主要用來檢測系統(tǒng)是否能夠?qū)⑻幱诋惓顟B(tài)的所有電控單元成功檢測出來(漏檢率指標(biāo)為未檢測出的異常數(shù)量與總數(shù)量比值)，而誤檢率則是判斷系統(tǒng)檢測輸出的電控單元異常類型是否正確(誤檢率為錯誤檢出的異常數(shù)量與總數(shù)量比值)，上述指標(biāo)的數(shù)值結(jié)果如下：

(13)

式中，變量numset和numdetection分別表示設(shè)置為異常狀態(tài)的電控單元數(shù)量以及系統(tǒng)檢測出處于異常狀態(tài)的電控單元數(shù)量，numerror in type表示系統(tǒng)檢測故障類型錯誤的電控單元數(shù)量。最終計算得出系統(tǒng)的漏檢率和誤檢率越低，證明對應(yīng)系統(tǒng)的檢測功能越優(yōu)。

3.6 實驗結(jié)果對比分析

3.6.1 遲相運行狀態(tài)

統(tǒng)計混動車輛發(fā)動機遲相運行狀態(tài)下，系統(tǒng)輸出的電控單元檢測結(jié)果數(shù)據(jù)，得出反映系統(tǒng)檢測功能的測試結(jié)果，如表1所示。

表1 發(fā)動機遲相狀態(tài)下系統(tǒng)檢測功能測試數(shù)據(jù)表

(1)輸出處于異常狀態(tài)的電控單元數(shù)量/個;

(2)異常類型檢測錯誤的電控單元數(shù)量/個。

將表1數(shù)據(jù)代入到公式(13)中，計算得出發(fā)動機遲相運行狀態(tài)場景下，兩對比系統(tǒng)對電控單元狀態(tài)的平均漏檢率分別為3.12%和1.41%，電控單元異常類型的平均誤檢率分別為2.51%和1.38%，而優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)的漏檢率和誤檢率平均值分別為0.25%和0.50%。

3.6.2 進相運行狀態(tài)

在混動車輛發(fā)動機進相運行狀態(tài)下，通過相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，得出系統(tǒng)檢測功能的測試結(jié)果，如表2所示。

表2 發(fā)動機進相狀態(tài)下系統(tǒng)檢測功能測試數(shù)據(jù)表

(1)輸出處于異常狀態(tài)的電控單元數(shù)量/個；

(2)異常類型檢測錯誤的電控單元數(shù)量/個。

通過公式(13)的計算得出3個系統(tǒng)的平均漏檢率分別為4.07%、1.93%和0.25%，而平均誤檢率分別為3.14%、1.88%和0.5%。

3.6.3 調(diào)相運行狀態(tài)

重復(fù)上述操作，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計與公式(13)的計算，得出混動車輛發(fā)動機調(diào)相運行狀態(tài)下系統(tǒng)對電控單元檢測功能的測試對比結(jié)果，如圖6所示。

圖6 調(diào)相運行狀態(tài)下系統(tǒng)對電控單元檢測功能測試結(jié)果

從圖6中可以直觀地看出，3個系統(tǒng)的平均漏檢率分別為3.7%、3.1%和0.3%，平均誤檢率分別為3.2%、3.2%和0.5%。綜合上述3種場景下的實驗結(jié)果，可以看出優(yōu)化設(shè)計基于動態(tài)模擬技術(shù)的混動車輛發(fā)動機電控單元檢測系統(tǒng)的漏檢率和誤檢率始終低于兩種傳統(tǒng)方法，通過縱向?qū)Ρ?，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)在3種發(fā)動機運行場景下的漏檢率和誤檢率未發(fā)生明顯波動，由此說明優(yōu)化設(shè)計方法具有良好的運行穩(wěn)定性能。

4 結(jié)束語

在節(jié)能環(huán)保的大背景下，混動車輛的市場占比與應(yīng)用范圍逐漸擴大，逐漸成為主流車輛形式。電控單元是混動車輛發(fā)動機的重要組成部分，直接決定了發(fā)動機的工作效率，從而影響混動車輛的行駛性能。在此次研究中，通過動態(tài)模擬技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計并開發(fā)了一套軟硬件相結(jié)合的混動車輛發(fā)動機電控單元檢測系統(tǒng)，從實驗結(jié)果中可以看出，優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)具有良好的檢測功能，能夠適應(yīng)發(fā)動機的不同運行狀態(tài)，因此具有較高的應(yīng)用價值。然而此次系統(tǒng)測試實驗未對電控單元故障位置檢測性能進行測試，因此在投入使用之前還需對實驗數(shù)據(jù)加以補充。