構造高可靠性、高性能的係統
    針對汽車控製和數據采集解決方案供應商Drivven
，我們需要高可靠性、高性能的硬件為2004 Yamaha YZF-R6motuochekaifayinqingkongzhixitongdeyuanxing。yinqingkongzhixitongyaoqiuhaomiaojidequedingxingxunhuanshijian

，yijiweimiaojidejingquepenyouhedianhuoshiji。ciwai

，beikongduixiangyinqingzhuansugaodameifenzhong15,500轉。在這個轉速下
，曲軸每轉一圈不到4ms，係統必須在小於1度的角度內精確控製噴油和點火事件。

    我們在FPGA用於汽車知識產權（IP）領域有專門研究。我們龐大的IP庫容納了一係列核心技術



，如從一係列定位傳感器跟蹤曲軸角坐標的技術；精確角度的噴油及發出精確點火的技術。我們致力於為基於FPGA開kai發fa的de傳chuan動dong係xi控kong製zhi器qi提ti供gong一yi條tiao從cong原yuan型xing到dao生sheng產chan的de無wu縫feng整zheng合he之zhi路lu。由you於yu這zhe條tiao道dao路lu包bao括kuo早zao期qi的de原yuan型xing開kai發fa，其qi中zhong靈ling活huo性xing和he計ji算suan能neng力li至zhi關guan重zhong要yao，因yin此ci我wo們men常chang常chang選xuan擇ze基ji於yuPC的硬件。在這個項目中，出於靈活性、體積小

、穩定的波形因數考慮，我們選擇了一款四槽的NI CompactRIO嵌入式係統。使用這個係統，我們可以方便地增加傳感器和執行器，並且快速、簡單地顯示數據。此外，我們可以把控製器安裝在超級運動摩托車極其有限的可用空間內。這個項目由以下三個主要階段構成。

階段一：定製I/O模塊開發
    我們創建了三個定製CompactRIO I/O模塊。第一個模塊提供22個單端12位模擬輸入，2個可變磁阻（VR）傳感器輸入以及2個霍爾效應傳感器輸入。我們把它稱為A/D組合模塊。這個模塊實現了低通模擬濾波器和所有輸入的過壓/欠qian壓ya保bao護hu。第di二er個ge模mo塊kuai為wei驅qu動dong低di阻zu抗kang點dian式shi噴pen油you嘴zui提ti供gong了le四si個ge通tong道dao，並bing為wei驅qu動dong通tong用yong螺luo線xian管guan提ti供gong了le四si個ge低di側ce感gan性xing負fu載zai開kai關guan。每mei個ge通tong道dao可ke以yi在zai幾ji乎hu沒mei有youCPU幹預下檢測開路

、閉bi路lu或huo禁jin用yong。第di三san個ge模mo塊kuai為wei點dian火huo線xian圈quan提ti供gong八ba個ge低di側ce感gan性xing驅qu動dong器qi。為wei使shi開kai發fa麵mian向xiang生sheng產chan的de控kong製zhi係xi統tong原yuan型xing，我wo們men使shi用yong低di成cheng本ben的de電dian路lu來lai設she計ji每mei個ge模mo塊kuai。因yin此ci
，開kai發fa者zhe可ke以yi在zai原yuan型xing開kai發fa和he生sheng產chan階jie段duan實shi現xian同tong樣yang的deI/O行為。以上三個模塊監視所有的摩托車傳感器並控製其執行器。現階段，我們正在為傳動係控製應用開發其他CompactRIO模塊，包括驅動電子節氣門和連接通用廢氣含氧傳感器的模塊。

階段二：映射工用ECU
    在這個階段中，我們使用CompactRIO小心地接進關鍵的摩托車傳感器和執行器
，並以200Hz的頻率將它們的信號和事件記錄在CompactRIO的閃存文件係統中。信號和事件包括進氣氣壓和溫度、大氣氣壓、冷卻水溫度
、節氣門位置、曲軸位置、凸輪軸位置
、噴油初始角和脈衝寬度以及點火提前。基於FPGA的引擎管理VI用來記錄曲軸的位置（分辨率要求0.3度）yijibuhuopenyouhedianhuoshijianjiudejiaodushiji。womenjinxingledichengbendeyingsheshiyan，youyimingjiashizhezaiyitiaojiaotongfuhehenshaohuojibenmeiyoudechangzhidaolushangjinxing，yinerbuxuyaojiangyinqingcongmotuocheshangchaixiaanzhuangzaigonglvjishang。

    為了完全映射工用ECU的行為，在許多不同的節氣門位置和引擎轉速的組合下（近700個工作點）駕駛摩托車，我們將ECU數據記錄到大小為1Mb的多個文件中（共20個文件，每分鍾一個文件）。駕駛者以盡可能減少瞬態操作的方式小心駕駛摩托車。坐在一輛跟蹤車內的工程師會周期地用無線網絡使用FTP協議將CompactRIO上的數據文件傳送至筆記本電腦上

，並立即分析它們對工作點的覆蓋情況。運行於筆記本電腦上的NI LabVIEW應用程序過濾掉瞬態數據
，並將數據快速排列成轉速/負荷工作點表。對每一個工作點都會計算出平均值和標準差。在2小時內，這個團隊采集到了90%的摩托車工作點數據
，達到完全認識工用ECU映射關係所需的覆蓋率。此後
，工程師們在實驗室中使用LabVIEW再次處理數據，在圖像上修改原始數據以填入缺少的工作點中，提供三維和二維的可視化顯示。

階段三：引擎控製
    在最後的階段中，為了達到可與工用ECU相媲美的性能，同時還提供進行未來控製算法研究和開發的可能，我們使用CompactRIO為一個麵向研究的ECU開發原型，這在麵向生產的電子設備中是不可能實現的。使用CompactRIO
，我們實現了多個引擎管理FPGA核心模塊
，在結構圖中，這些模塊都有可重複配置LabVIEW FPGA圖標。我們可以把同樣的核心模塊直接移植到基於FPGA的成品控製器上。使用LabVIEW實時模塊，我們實現了在高性能賽車應用中常見的轉速密度方法和alpha-N引擎控製組合策略。

    轉速密度引擎控製方法監視進氣氣壓和溫度
，以計算在每個氣缸循環中進入燃燒室空氣的理論質量（密度）。但是，由於進氣和排氣軌道的各種限製和調節效應，引擎的轉速會影響實際進入燃燒室的空氣質量。用戶可以用一個容積效率（Ve）對應引擎轉速的一維查詢表描述這種行為。然後，用戶可以根據燃料油的化學計量（對汽油而言
，約14.7份空氣配1份汽油）計(ji)算(suan)噴(pen)油(you)質(zhi)量(liang)。許(xu)多(duo)客(ke)車(che)引(yin)擎(qing)控(kong)製(zhi)器(qi)對(dui)開(kai)環(huan)控(kong)製(zhi)使(shi)用(yong)轉(zhuan)速(su)密(mi)度(du)方(fang)法(fa)


，直(zhi)至(zhi)噴(pen)油(you)子(zi)係(xi)統(tong)在(zai)閉(bi)環(huan)控(kong)製(zhi)中(zhong)可(ke)直(zhi)接(jie)投(tou)入(ru)運(yun)行(xing)。轉(zhuan)速(su)密(mi)度(du)方(fang)法(fa)的(de)優(you)點(dian)在(zai)於(yu)當(dang)改(gai)變(bian)進(jin)氣(qi)或(huo)排(pai)氣(qi)係(xi)統(tong)時(shi)，僅(jin)需(xu)修(xiu)改(gai)Ve表即可消除容積效率的變化。

    Alpha-N引擎控製方法比較簡單，因為它根據每一個節氣門角度（alpha）和引擎轉速（N）工作點查找空氣質量的經驗值，構成一張包含幾百個點的二維查詢表。為了有效使用轉速密度方法，在整個節氣門/負荷範圍中
，進氣氣壓沒有足夠的可變性
，因此許多高性能和賽車引擎控製器必須依靠alpha-N方法。當用戶對這些引擎作機械修改時
，大部分或所有的工作點必須重新標定。

    我們采用這兩種控製策略的組合方式，在進氣氣壓有最大可變性的低轉速、低負荷工作點采用轉速密度方法。在其餘工作點映射采用alpha-N方法。在觀察了Yamaha用於成品摩托車使用的傳感器後，我們確定工用ECU似乎實現了一種與此類似的策略。我們使用在映射階段采集到的數據來標定這些控製策略。有經驗的駕駛者也不能在工用ECU控kong製zhi和he我wo們men所suo設she計ji的de原yuan型xing控kong製zhi之zhi間jian發fa現xian大da的de不bu同tong。最zui重zhong要yao的de是shi，我wo們men的de係xi統tong沒mei有you功gong率lv計ji延yan時shi，就jiu達da到dao了le這zhe種zhong等deng級ji的de控kong製zhi。我wo們men在zai預yu算suan範fan圍wei內nei成cheng功gong地di按an時shi完wan成cheng為wei摩mo托tuo車cheECU開發原型的項目。

使用CompactRIO和LabVIEW節省時間和資金
    在過去的項目中
，我們至少花了2年和500,000美元在定製設計硬件的基礎上開發相似的ECU原型係統。在這個項目中，設備成本（包括摩托車和CompactRIO）為15,000美元。此外，這個項目中僅用了3個月就完成了。CompactRIO和LabVIEW實時工具提供了所需的可靠性和精確的時間資源，而且係統堅固，能夠承受高溫和高振動的工作環境。