基于微机控制的发动机测试系统的研究与设计
来源:用户上传
作者:
摘 要：研究并设计了一种以IPC（Industrial Personal Computer，工业控制计算机）为核心的微机控制测试系统。解决了电控发动机因结构复杂而无法用一般测试仪器排查故障的问题。该测试系统根据电控发动机显示的信号数据，检验发动机的运作状况，具有较强的抗干扰能力，较高的可信度，并且操作简便。
关键词：IPC;微机测试系统;电控发动机
中图分类号：U467.4 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）11-0047-03
Abstract： A microcomputer control test system with IPC （Industrial Personal Computer） as its core is studied and designed. The problem of the electronic ally engine being unable to troubleshoot with the general test instrument due to the complicated structure is solved. The test system is based on the signal data displayed by electronically controlled engine， which verifies the operation of the engine， has strong anti-jamming ability， high confidence， and is easy to operate.
Keywords： IPC; microcomputer test system; electronic engine
引言
电控发动机以基本信号反应实际工况。该信号进入电控发动机的电子控制单元（ECU）后，根据各种因素对其进行补偿等操作进行调整，通过此类合理控制后，从而得到最合适的油气成分和点火时刻。但电控机系统结构繁杂，普通仪器一般无法提供测试故障诊断功能。因此，研究并设计了一种以IPC（工业控制计算机）为核心的微机控制测试系统。该系统通过对电控发动机一系列信号的测试，完善了电控发动机的测试功能。
1 测试原理
电控发动机的控制系统由许多电子自动控制装置构成，包括传感器，执行元件和电子控制单元（ECU）。其中，传感器负责将发动机各类信息传递给电子控制单元（ECU）。电子控制单元（ECU）是发动机电子控制系统的核心，含有专属控制微机和接口电路。在各种情况下，存储电控发动机达到最佳的油气混合度和点火定时。它工作时，根据传感器提供的实时信号，由执行器调整油气混合度和点火定时。由此可见，三种电控装置相辅相成，缺一不可。因此，设计的测试系统，可实现测试发动机输出信号的功能，并包含在各种工况下，模拟发动机输出相应传感器的信号，以此测试ECU和执行器的工作状态。
2 硬件设计
設计的测试系统主体结构如图1所示，以ISA总线的IPU为核心，主要有信号检测和计算机两个部分。为确保测试系统的可靠性与稳定性，该系统选取性能较好的I/O模板，主板，CPU，处理器等。
该测试系统主要测试数字信号和模拟信号这两种信号。数字信号通过光电耦合器输入计算机，光电耦合器选取16/24路光隔离D/I板，型号PCID-782B。考虑到隔离电压最小值为1500VDC，而输入通道均含高于隔离电压最小值的光电隔，所以将光电隔离信号设置在两通道和输入通道与IPC之间。模拟信号通过数据采集卡，经A/D转换输入计算机。数据采集卡选取含有自动通道扫描的高性能数据采集卡，型号PCL-818HD。它包含采样速率可达到100KHz的12位A/D转换器，16个连续字节的I/0端口，DB-37的A/D，D/A接口。
测试的信号通过IPC处理后，转化成显示器中的数字和图像，并可以打印出相应的图表和曲线。
3 软件设计
测试系统选用RAD Studio XE3设计软件。该软件可按照各自功能划分为五个模块，如图2所示，这五个模块分别为密码模块、初始化模块，实时信号采集与显示模块、数据记录与报表模块及帮助模块。
3.1 密码、初始化模块
密码、初始化模块主要负责软件的参数设置，可用于A/D转换、测量频率等。
该测试系统选取的以ISA总线的IPU，具有高性能的光电耦合器和数据采集卡，利用这些硬件本身含有的驱动程序，可将其拓展为更加完整的DLL软件（Dynamic Link Library，动态链接库文件）。通过此程序，可实行复杂的I/O查询和中断以及DMA （Direct Memory Access，直接内存存取）方式并行处理。该测试系统将拓展所得的过程相关程序存放在模块文件中，以方便调用。
除了软件程序的设置，还需要设置一系列硬件参数。设计的测试系统可在主界面中的工具/初始化菜单，进入“初始化参数模块”来设置硬件参数。
3.2 实时信号采集与显示模块
实时信号采集与显示模块主要负责采集电控发动机内部的一系列信号以及与之对应的波形显示。一般来说，发动机转速是通过测量曲轴转速来确定。因此，测量转速时，光电脉冲式传感器的一端连接在转轴上，信号盘转动，由于电磁感应产生交变电压，输出脉冲信号。通过定时/计数器测量脉宽或固定时间内的脉冲信号个数，又因为脉冲信号频率与转速成正比，故可由脉冲信号频率推算出被测转速。
点火、喷油等信号的测试同样是通过定时/计数器，测量脉宽或在固定时间内的脉冲信号个数来实现的。 在采集到转速，点火，喷油等一系列信号后，由RAD Studio XE3设计软件的应用画图功能，将图像显示在显示器上。
3.3 数据记录和报表模块
数据记录和报表模块主要利用了RAD Studio XE3设计软件擅长运用数据库管理器系统的优势来实现测试数据的储存，管理和维护。同时，利用数据库系统，可以方便地查询数据库内的信息。在数据记录时，可多通道采集实时数据，记录的数据可精确到秒数。由此再使用RAD Studio XE3设计软件所供的报表制作程序及工具，创建报表文件，并可供打印。
3.4 帮助模块
为方便用户使用，以备突发情况的出现，本系统开发中，整合了文本文件、目录文件、项目文件，建立帮助模块以供用户使用。
3.5 抗干扰设计
由于电控发动机结构复杂等问题，在各种工况下存在许多干扰。考虑到各种干扰性，为此，测试系统的硬件和软件都为测试系统的抗干扰性做出了合理的设计。
3.5.1 硬件设计
（1）以ISA为主线的IPC，具有较高的抗干扰能力。
（2）选用光电耦合器，避免干扰从通道进入。
（3）性能优良的定时/计数器，克服噪声干扰。
3.5.2 软件设计
（1）数字滤波排除干扰误差。
（2）编译跟踪程序，避免因突发干扰导致程序失控的情况。
4 实验测试
该测试系统对日产VG33E型电控发动机的性能进行了测试，其中主要包括三项性能测试分别为起动性能测试、动力性能测试、点火性能测试。如图3所示，（a）和（b）分别为设计的测试系统和FLUKE测试仪器所形成的点火信号波形图。由图可见，所得两种波形基本相同。
5 结论
设计的发动机测试系统以IPC为硬件核心，以RAD Studio XE3为软件平台，可测试电控发动机的工况，并具有较好的抗干扰能力。在一定程度上解决了由于电控机系统结构繁杂，普通仪器一般无法提供测试故障诊断功能的问题。该测试系统工作质量好，可信度高，操作便捷，可及时反映电控发动机的工况，完善了测试。
参考文献：
[1]邬志国，张云龙，袁大宏.电控发动机ECU故障自诊断简析[J]. 汽车技术，2001（05）：35-37.
[2]陈建清.电控发动机故障自诊断系统与故障诊断[J].汽车与配件，2003（37）：29-31.
[3]李彩凤.电控发动机自诊断系统原理及测试技术[J].汽车技术，2003（06）：22-23.
[4]张红光，王道靜，刘凯，等.车用电控发动机点火能量测试系统的开发[J].车用发动机，2011（05）：748-752.
[5]温耀中，万茂松，解梅.汽车自诊断系统介绍[J].汽车维护与修理，2010（10）：71-73.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15182038.htm
