【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及发动机，尤其涉及虚拟发动机教学应用，具体涉及一种教学用map式发动机虚拟模型构建方法及教学系统。
技术介绍
1、发动机实验课程是汽车类专业核心的学习内容，然而在大多高校里面由于没有发动机实验台架、实验操作危险系数高或者由于课时少且操作难度大，课程难以达成教学目标；此外，发动机台架实验教学还面临着实验设备的高投入、燃油高消耗、学生操作高分险，台架实验教学过程难实施、难观摩、难再现。
2、现有的发动机虚拟教学系统主要以下有2类，分别为：
3、以3d软件环境搭建的用于发动机拆装或装配教学的发动机虚拟教学系统，可以完成发动机拆装、认知、传感器安装等实验项目，具有可视化直观的教学效果，提供了更多的交互性；但是，实验项目单一，流程比较固定，不具有与ecu闭环实时控制的功能，此类实验系统在完成后获得的输出性能数据大多是以离散点不连续的性能输出；
4、以数值模拟或发动机工作过程软件生成的发动机模型，模型计算输出发动机性能数据，此类发动机虚拟教学系统根据发动机的热力过程计算仿真输出性能数据，教学系统更多目的是完成发动机性能实验，不像3d软件环境搭建可视化的显示效果，模型建成后因为标定匹配的优劣造成发动机输出性能与真实发动机性能有偏差。
5、map式发动机是指根据输入变量对应记录发动机输出数据的表格，输入变量被记录在行首、列首、页的位置，在进行检索时，可根据输入变量值对表格的行首、列首、页进行查找并做线性插值计算输出发动机的数据，对于只有一个输入或更多个输入变量的近似存储，然后根据输入变
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种教学用map式发动机虚拟模型构建方法及教学系统，该模型使用真实发动机实验数据为支撑，输出连续且接近真实发动机的实验数据，提供真实发动机台架运行的可视化界面，发动机模型支持与真实ecu闭环连接，提供更多的实验项目。
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种用于虚拟教学的map式发动机虚拟模型，该模型使用真实发动机的性能数据、传感器数据、台架运行视频音频数据形成map表格组建成数据库，形成map体系的数据支持，通过对数据库检索并使用查找表计算得发动机的输出。
4、所述教学用map式发动机虚拟模型包括：发动机台架运行控制及显示程序模块、燃烧分析显示程序模块、数据库、油量计算单元、虚拟发动机计算程序模块及虚拟测功机模型还包括ecu、模拟负载板、fpga及计算机，所述fpga安装在计算机上，在fpga上运行有下位机程序模块；该模型的构建方法包括：
5、流程s01：map式发动机虚拟模型程序启动并建立计算机与fpga通信，下载下位机程序模块到fpga工作,启动虚拟测功机模型；
6、流程s02：发动机台架运行控制及显示程序模块触发启动按钮，虚拟发动机计算程序模块启动发动机，首先进行发动机的启动运行；
7、流程s02：虚拟发动机计算程序模块检索启动过程的数据库数据输出视频音频至发动机台架运行控制及显示程序模块，分别输出燃烧数据至燃烧分析显示程序模块及输出传感器数据至下位机程序模块；
8、流程s04：下位机程序模块计算生成传感器信号输出；
9、流程s05：ecu根据传感器信号控制执行器输出；
10、流程s06：下位机程序模块采集经模拟负载板处理的执行器信号，计算喷油数据；
11、流程s07：油量计算单元根据喷油脉宽和轨压计算出油量；
12、流程s08：根据虚拟发动机计算程序模块检索到的燃烧数据进行显示；
13、流程s09：根据虚拟发动机计算程序模块传输的视频音频数据索引，然后读取文件并显示发动机测功机运行视频音频，同时显示虚拟发动机计算程序模块输出的实验性能数据；界面上设置控制测功机输出负载及控制模式，控制加速踏板信号；控制模式提供恒转矩/恒转速模式及恒转矩/恒踏板位置模式，使用pid控制器来实现用户的调节及自动控制；
14、流程s10：虚拟测功机模型负责输出发动机负载转矩。
15、进一步地，所述流程s08及流程s09一起跟随流程s03工作，燃烧分析显示程序模块显示燃烧过程数据，发动机台架运行控制及显示程序模块显示发动机测功机运行视频音频，显示计算输出的数据，控制测功机模型输出负载转矩及控制模式，控制加速踏板信号；在启动完成后的正常工作时间，系统；会根据发动机台架运行控制及显示程序模块的控制，去控制虚拟测功机模型输出的负载转矩，控制输出给ecu的加速踏板信号，实现正常发动机工作时的加减速控制、负载转矩控制。
16、进一步地，所述流程s03在运行时，首先获得输入油量、提前角、负载转矩，以及前一次的发动机转速进行到数据库中的实验数据索引map检索，检索的数值按照多维表格检索再进行线性插值计算后会输出发动机的下一状态，输出的下一状态数据包括了发动机的性能、传感器数据；根据输入变量检索燃烧分析数据索引map，检索到最靠近工况的燃烧数据；根据输入变量检索视频音频数据索引map，检索到最靠近工况的视频文件位置；根据输出的发动机转速，在曲轴凸轮轴传感器数据map检索到靠近转速的曲轴凸轮轴信号；程序模块的输出分别传输到对应的程序模块。
17、进一步地，所述流程s04及流程s06是运行在fpga上的下位机程序模块实现的功能，其中传感器生成对于发动机上除了曲轴凸轮轴以外的其他传感器直接根据虚拟发动机计算程序模块输出的传感器数值进行输出，曲轴凸轮轴传感器是高速周期信号通过fpga存储器索引输出，即在数据库中存储了不同转速下的曲轴凸轮轴周期信号，信号按照0.1度曲轴转角1个采样点的进行存储，发动机一个循环720度则每个信号存储了7200个数据，当虚拟发动机计算程序模块输出的曲轴凸轮轴信号会一次传输到fpga的曲轴和凸轮轴存储器按照地址进行存储，下位机程序模块根据转速计算的切换周期分别对地址进行读取，每次根据0.1度需要的切换周期进行切换到下一个地址。所述切换周期的计算公式为：
18、t＝f×60÷n×3600
19、式中：f为时钟频率，n为转速rpm，t为地址切换周期；
20、读取的数值经过端口输出就是曲轴凸轮轴的信号；当一个循环7200个数据读取完成后又会从0开始进行读取。
21、进一步地，所述流程s06中下位机程序模块采集的经过模拟负载板处理的信号是喷油器的控制电流，下位机程序模块在采集时根据产生凸轮轴信号记录发动机所在的凸轮轴转角，当采集到喷油波形后，会记录波形t1的开始角度，波形完成一次喷射后会记录波形t1所经过的时间长度即喷油脉宽，t1’为喷射间隔的时间，在一个气缸喷射的波形依次类推记录为t2、t2’...tn、tn’，由于实例使用的柴油机的喷射次数是不确定的，每次下位机程序模块采集时需要把一缸的喷射参数全部确定后再传输给map式发动机虚拟模型，否则会造成较大的喷油误差，发动机输出的性能也因此造成较大波动，实例使用随转速变本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种教学用MAP式发动机虚拟模型构建方法，其特征在于，包括发动机台架运行控制及显示程序模块、燃烧分析显示程序模块、数据库、油量计算单元、虚拟发动机计算程序模块及虚拟测功机模型还包括ECU、模拟负载板、FPGA及计算机，所述FPGA安装在计算机上，在FPGA上运行有下位机程序模块；该模型的构建方法包括：
2.根据权利要求1所述的教学用MAP式发动机虚拟模型构建方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的教学用MAP式发动机虚拟模型构建方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的教学用MAP式发动机虚拟模型构建方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的教学用MAP式发动机虚拟模型构建方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的教学用MAP式发动机虚拟模型构建方法，其特征在于：
7.根据权利要求4所述的教学用MAP式发动机虚拟模型构建方法，其特征在于：
8.根据权利要求1-7任一项所述的教学用MAP式发动机虚拟模型构建方法，其特征在于：
9.一种教学用MAP式发动机虚拟教学系统，其特征
10.根据权利要求9所述的教学用MAP式发动机虚拟教学系统，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种教学用map式发动机虚拟模型构建方法，其特征在于，包括发动机台架运行控制及显示程序模块、燃烧分析显示程序模块、数据库、油量计算单元、虚拟发动机计算程序模块及虚拟测功机模型还包括ecu、模拟负载板、fpga及计算机，所述fpga安装在计算机上，在fpga上运行有下位机程序模块；该模型的构建方法包括：
2.根据权利要求1所述的教学用map式发动机虚拟模型构建方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的教学用map式发动机虚拟模型构建方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的教学用map式发动机虚拟模型构建方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的教学用map式发动机虚拟模型构建方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的教学用map式发动机虚拟模型构建方法，其特征在于：
7.根据权利要求4所述的教学用map式发动机虚拟模型构建方法，其特征在于：
8.根据权利要求1-7任一项所述的教学用map式发动机虚拟模型构建方法，其特征在于：
9.一种教学用map式发动机虚拟教学系统，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的教学用m...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵友，王贵勇，申立忠，肖雨寒，姚国仲，
申请(专利权)人：昆明理工鼎擎科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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