基于快速原型的SCR系统电控平台开发设计.docxVIP

??

?

??

基于快速原型的SCR系统电控平台开发设计

?

??

?

?

?

?

?

?

?

???

?

?

?

?

?

摘要：柴油机排放达到国五法规的技术路线有多种,其中以潍柴和玉柴为代表的主机厂采用具有氧化能力的柴油机氧化催化器(DOC,)和柴油机颗粒捕集器(DPF,)以及具有还原尾气中氮氧化物的选择性催化还原(SCR,)反应器组合技术路线作为实施方案,可更加高效地完成对尾气中NOx的转化以及对PM微粒的捕集,具有一定的典型性和代表性。如果采用发动机ECU和真实环境进行控制策略验证,需要实时调整硬件和软件,开发周期较长,较高的再生温度会损坏DPF,碳载量的加载需要较长时间,开发成本也较高。采用快速控制原型系统只需对控制策略进行调整,就能满足控制目标的要求,可缩短开发周期,降低开发成本,为此本文开发了基于快速原型的SCRDPF电控开发平台。

关键词：基于快速原型的SCR系统电控平台开发设计

前言：SCR系统是柴油机有效降低NOx，实现国家第四、第五阶段排放标准的关键尾气处理设备，本文在Simulink环境中，设计实现了基于原机NOx排放脉谱计算尿素需求量的控制策略，与尿素喷射的恒压控制策略、基于的状态转移策略、温度预测控制策略、OBD故障诊断控制策略，经过系统设计、建模、代码生成、软件在环测试等环节完成V型开发流程。用户可以对控制策略进行修改、标定、调试，也可进行二次开发。

一、SCR电控开发平台整体结构设计

本平台包括硬件部分和软件部分,其整体结构如硬件部分主要由反应器部分、信号输入模块、快速原型模块组成;软件部分即系统的控制策略,包括SCR部分控制策略和DPF控制策略。

基于快速原型的SCR系统电控平台开发设计系统设计

1.本系统的设计核心在于基于快速原型的代码生成，以V型开发流程为范式，将从需求提出到模型的实现到最后的标定测试，都全方位实现了其中，系统需求是通过选择性催化还原反应将系统中的NOx还原为氮气;系统设计的核心内容是根据发动机工况计算出合理的尿素的喷射量，使排放满足法规要求;软件设计是通过工具将算法表达出来;代码生成是通过生成目标C代码;软件在环测试是通过既定参数，在环境中测试控制策略的准确性;硬件在环测试(HIL)是把被控对象的模型生成C代码并编译成可执行的文件放到硬件平台进行测试，本系统采用的PROtroniC就是1种具有丰富I/O，处理器性能强大，软件环境功能强大灵活，包含标定数据信息，基于MATLAB/Simulink的控制系统开发及半实物仿真软硬件快速原型工作平台，允许反复修改模型设计，进行离线及实时仿真，实现了的完全无缝连接，该平台可生产可移植的产品级C代码，可将代码编译后下载到PROtroniC硬件中，可与真实输入输出设备进行连接调试，评估其性能特征，从而逐步完成从原型控制器到产品型控制器的顺利转换，节省了传统开发过程中SIL与HIL的测试时间。代码生成是SCR系统开发的重点内容之一，生成代码的过程用户在建立的算法模型经编译生成描述整个模型结构文本，包含模型中的参数、变量、模块名称以及为代码生成所做的各种配置的rtw中间文件时，根据目标语言编译TLC生成包含驱动和操作系统以及其他手写代码一同构成嵌入式系统可用的代码。其中model．c文件包含了其所在模型层面的算法函数，model．h该文件对模型用到的数据结构进行声明，该文件声明了模型所需要的本地数据和本地宏，若模型有外部信号，该文件还将对这些外部信号进行配置与声明，该文件定义了用户自定义的数据结构，以上头文件皆被model．c引用。该代码在经过编译后下载到快速原型或ECU中，进行验证，完成了基于快速原型的开发平台的软件功能测试、代码生成、硬件在环、台架测试标定的全部流程。

2.系统功能模块。系统功能模块包含信号源模块、快速原型模块、尿素喷射系统执行模块、CANape标定模块、信息显示模块大模块，系统输入模块系统输入信号源由发动机台架ECU及模拟信号发生器发出，可将SCR系统所需要的发动机基本数据如转速、扭矩、排气温度等信息通过CAN总线将其发送至快速原型，转为SCR服务的信号如尿素泵压力传感器、液位传感器等以实物实现，排温传感器通过信号发生器的可变电阻器替代，NOx传感器因其工作时候需要足够的排气温度，故也可以用信号发生器的NOx信号代替，SCR系统所用传感器。

3.SCR控制策略。控制策略可根据当前发动机工况及环境条件，控制尿素泵单元，实现尿素溶液的精确喷射，将尾气中的NOx还原为对环境无害的氮气与水，并满足法规限值，同时可以利用标定软件对控制策略中的可标定量进行标定，进而修改控制策略相关参数。若现实条件不具备与之匹配的柴油机实训台架，则可通过