近年来,为降低油耗和排放,柴油机技术水平得到了较大的发展,发动机电控单元(ECU)的功能和复杂程度、控制精度都在不断提高,相应的开发难度也在不断加大。在电控系统设计的初始阶段,建立柴油机动态模型并对其进行控制仿真是非常重要的环节。利用硬件在环仿真(Hardware in the Loop Simulation)技术,可以使柴油机控制系统ECU的开发和测试变得更加灵活和便捷。高压共轨式柴油机是一种全新的技术。其电控系统的开发对柴油机各个工况的性能仿真研究也提出更高要求。本文应此要求,进行柴油机硬件在环仿真系统的研究。主要工作表现在以下方面:(1)采用平均值模型与充排法模型相结合来构建适应柴油机硬件在环仿真的数学模型。克服了单纯平均值控制模型严重依赖试验数据、通用性差以及控制参数有限的不足。在保证实时性要求的前提下,提高了模型的通用性,且由于充排法模型的采用使排放等预测功能的实现成为可能。(2)应用Matlab/Simulink开发工具建模后,采用智能遗传算法对上述模型求解的积分步长进行优化,得到最佳实时性与准确性的仿真结果。根据实际测量结果对稳态工况下的模型计算进行了校正后,进行了发动机的变工况等典型动态过程仿真,仿真参数在整个仿真过程中的变化与实验结果相吻合。对电控增压柴油机控制策略及系统参数的调整具有指导意义。(3)利用神经网络较强的非线性映射能力,建立了直接诱发NO_x生成的因素与NO_x生成量之间映射关系的神经网络NO_x排放模型。该神经网络模型与充排法模型相结合,克服了其它排放模型计算量庞大的缺点,具有较好的仿真实时性、准确性及通用性。通过修正后可以预测变工况时的NO_x的排放。(4)为模拟车用柴油机复杂运行工况时的负载特性,建立了以汽车动力学为基础的驱动力与行驶阻力相平衡的动态负载特性仿真模型,并用实车试验数据验证了该模型的正确性。(5)采用从模型框图到硬件在环平台配置的快速开发方法。由Matlab/Simulink建立的模型框图通过Matlab/RTW实时目标,自动生成优化的可在具有实时内核的仿真平台中运行的可执行代码。与传统方法相比,该解决方案大大加速了硬件在环系统的开发。(6)设计了由具有RTAI实时内核的Linux操作系统及I/O接口组成的硬件在环仿真平台,实现柴油机运行参数仿真结果及输入、输出信号量的转换,提供了与ECU的接口。该平台满足了柴油机硬件在环仿真的高性能要求,且具有资源开放的特点。(7)研究了共轨油压控制策略及其ECU快速原型开发。比较几种控制策略以后表明:所设计的具有参数模糊自整定功能的PID控制器实时仿真模型具有较高的控制精度和可靠性。使用快速原型化工具RTW,无需进行繁琐的手工编程和调试过程,快速实现μC/OSII嵌入式操作系统和ARM构架微处理器组成的ECU快速原型开发。本研究构建出了一个较为完整的硬件在环仿真系统,具有实时性和通用性的特点,成为开发柴油机ECU的有效工具。