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原文传递高压共轨柴油机ECU控制软件功能安全模型研究

论文题名：	高压共轨柴油机ECU控制软件功能安全模型研究
关键词：	汽车电子控制系统;柴油机;安全模块;控制策略
摘要：	随着人们对汽车智能性和车联网要求的提升，在高端汽车中广泛地运用多种功能的ECU，电子控制系统的复杂程度也逐渐变高。在汽车电子控制系统多样化和复杂化的同时，汽车电气电子元件失效导致的汽车安全问题也引起人们广泛关注，为此ISO（International Organization for Standardization，国际标准化组织）颁布了ISO26262标准，对汽车电气电子产品的三个阶段（概念阶段、产品开发阶段以及产品发布阶段之后）提出了要求。本文在原有基于转矩控制的高压共轨柴油机ECU软件上增加安全模块软件，并将软件集成后，进行联合仿真试验研究，研究内容以及成果包括：　　首先，依据功能安全标准ISO26262对软件开发的要求，包括软件设计和测试部分，分析高压共轨柴油机ECU控制软件的安全问题。由于柴油机电子控制系统的软件安全问题较多，以非驾驶员需求的车辆加速为例，进行危害分析和风险评估。根据导致车辆意外加速的三种失效模式（制动踏板失效，自发加速，制动迟滞）确定防止非驾驶员需求加速的安全目标以及汽车安全完整性等级（Automotive Safety Integrity Level，ASIL）C级；采用故障树分析法分别对三种失效模式进行分析，查找出可能导致意外加速的模块，将这些模块的软件功能合并至避免非驾驶员意图加速的ECU软件安全需求。　　其次，基于ISO26262标准对“V字型”开发提出的原则，依据ECU软件安全需求，运用Matlab/Simulink在原有的高压共轨柴油机ECU控制软件基础上增加功能安全控制模型，模型包括电源、制动踏板、加速踏板、轨压以及转矩限制等模块。对传感器原始信号进行故障检测（含供电电压故障、制动踏板状态故障、加速踏板超限或者信号不合理故障、轨压超限故障以及传感器接触不良故障等），根据每种故障的不同失效模式，选择不同替代方式，如加速踏板信号1超限故障，则以加速踏板信号2的两倍作为踏板开度输出，并限制输出转矩和降低喷油量，从而保证避免非驾驶员意图的加速。　　最后，为验证功能安全控制模型的功能性和可靠性，将在Simulink环境下的控制模型和在GT-Power环境下的柴油机被控模型耦合进行联合仿真。第一部分对Simulink控制模型进行单元模块测试，验证五个单元模块的功能性和逻辑性；第二部分进行联合仿真试验，将功能安全模块集成到原有的柴油机ECU控制软件中，通过搭建Simulink和GT-Power接口，将Simulink控制模型与柴油机GT-Power物理模型连接，对功能安全模型进行仿真试验研究。在三种工况下（1400r/min，负荷率10%；1500r/min，负荷率25%；1800r/min，负荷率50%），功能安全模型可将发动机转速从2200r/min限制到2050r/min、发动机输出转矩从304.12Nm限制到265.53Nm和喷油量从55.18mg/cyc降低到47.78mg/cyc，以此保证系统安全性。联合仿真结果表明：功能安全控制模型运行可靠并达到了功能安全需求。
作者：	金炜凯
专业：	动力工程
导师：	李捷辉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2020
正文语种：	中文