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一种便携式可遥控信号发生器的设计作者：展伟来源：《中国新通信》 2018年第9期【摘要】信号发生器是电子测量领域内的重要仪器，提供电子线路校试或系统联调时所需的各种制式信号，根据外场试验的应用背景，本文研制了一款便携式可遥控信号发生器。
该信号发生器能产生覆盖短波、超短波的定频、跳频信号，最大输出功率可达到15dBm，特别是该仪器具有体积小、重量轻、功耗低等优点，并可采用无线远程遥控的方式实现对仪器相关设置，同时使用外置的14.4V/10AH 锂电池可满足仪器连续工作时间超过4 小时，十分适合充当野外各种试验的信号源。
【关键词】信号发生器激励器上变频器无线传输模块A Design of Portable Remote Control Signal GeneratorZhan Wei(Tongfang Industrial Co., Ltd, Beijing 100083,china)Abstract: Signal generator is an important instrument in electronic measurement field, which provides various types of signalelectronic circuit calibration or systematic test required, according to the application background of field tests, this paper developeda portable remote control signal generator. The signalgenerator can generate coverage shortwave, ultrashort wave signal, includingfixed and hopped frequency, the maximum output power can reach 15dBm, especially, the instrument has the advantages ofsmall volume, light weight and low power consumption, the instrument can be set by using wireless transmission module, and thecontinuous working time can be more than 4 hours by using an external 14.4V/10AH lithium battery, it is very suitable for signalsource of various field tests.Keywords: signal generator exciter up convertor wireless transmission module引言信号发生器是电子测量领域内的重要设备，通常价格昂贵，体积较大，它的主要功能是负责提供电子线路校试或系统联调时所需要的各种制式信号，信号质量直接关联到测试结果的准确度与精度，目前业界内公认以德国罗德与施瓦茨公司和美国安捷伦公司的信号发生器为最高技术水准。
便携式柴油、汽油发动机综合测试仪的研制的开题报告一、项目背景对于柴油、汽油发动机的维护和修理，测试仪是不可缺少的工具。
传统的柴油、汽油发动机测试仪体积庞大，使用不便，无法满足现代工业的需要。
因此，研制一种既可检测柴油发动机，也可检测汽油发动机的便携式综合测试仪，对于提高机械设备的效率、降低维护成本具有重要的意义。
二、研究目的本研究旨在设计开发一种便携式综合测试仪，可用于柴油发动机和汽油发动机的检测和维护。
通过对发动机的动力性、传动性、无线电信号以及其他特征的测试，实现对发动机的全方位监测。
三、研究内容（1）发动机动力测试部分：建立柴油、汽油发动机动力测试部分的测试系统，实现发动机的输出功率、扭矩、转速等性能参数的测试，并且通过分析这些参数，分析分析发动机输出能力以及可能存在的故障。
（2）传动性测试部分：利用传感器与发动机传动轴相连，通过传动轴的输出转矩、转速等参数，试验转向器、变速器、轮轴轴承等传动部件的正常运转。
（3）无线电信号测试部分：利用电信号测试模块进行电流、电压等信号测试，能够检测发动机的燃油压力、温度、油门角度等参数，以及对其进行合适的控制。
（4）其他特性测试部分：测试吸气量、氧气含量等其他特征，来测试发动机的状态并分析其性能和故障原因。
四、研究方案（1）硬件方案：设计一台集吸气量、氧气含量、油门角度、燃油压力、温度等多种传感器的数据采集模组，将其与单片机及电脑读取模组相连，并设计一个测量架以安装在待检发动机上。
（2）软件方案：开发一款适用的软件系统，实现数据的采集、分析和处理，使测试结果准确可靠，达到更好的数据可视化和处理分析效果。
（3）测试方案：利用实际的发动机进行测试验证，并且对测试结果进行数据分析和精密调整，以达到完整性、准确性和可靠性的目标。
五、拟解决的问题本研究旨在开发一款既可检测柴油发动机，又可检测汽油发动机的综合测试仪。
通过把多个传感器集成到测试仪中，大大提高了测试的可靠性和效率。
汽车发动机转速信号模拟器设计潘红杰;李建玺;张幽彤【摘要】介绍一种简单、便携、多功能的发动机转速信号模拟器,采用PWM信号逼近的方法生成幅值随发动机转速变化的磁电信号,采用输出比较的方式输出霍尔信号.该模拟器可以方便地设定发动机参数和实时在线修改发动机转速,并能够实时显示.实验结果表明,该模拟器具有信号精度高、发动机转速范围大的特点.【期刊名称】《单片机与嵌入式系统应用》【年(卷),期】2010(000)011【总页数】4页(P78-81)【关键词】发动机;转速模拟;单片机;逼近【作者】潘红杰;李建玺;张幽彤【作者单位】北京理工大学汽车电子技术创新中心,北京100081;北京理工大学汽车电子技术创新中心,北京100081;北京理工大学汽车电子技术创新中心,北京100081【正文语种】中文【中图分类】TK464引言随着发动机电控系统的结构和控制策略日趋复杂,电控系统的研发工作难度以及实验工作量大大增加,成本也大幅度提高。
V型开发模式已经成为发动机ECU(Electronic Control Unit,电子控制单元)开发流程的主流,其中的硬件在环仿真中,为了配合ECU软件的开发,需要模拟发动机的转速信号来验证软件算法的正确性。
目前已经有很多研发人员已经做了这方面的研究。
例如,清华大学的章健勇开发的发动机转速模拟器系统利用数字端口实现了大转速范围内发动机转速霍尔信号的模拟[1];北京理工大学的王宇明设计的便携式发动机工况信号模拟器,能够比较真实地模拟发动机传感器信号的类型、形态,基于模型的信号产生方法能够较好地反映发动机工况变化中传感器的内在关系,并且提出了把霍尔信号通过硬件逐步转化成为磁电信号的方法[2];北京城建设计研究总院的赵华伟设计的转速模拟器采用硬件方式产生频率方波信号和电流信号的方法,不仅能够提供发动机所需的方波信号,而且频率调节精度高,能够实现电流的输出[3]。
这些模拟器尚不能模拟得到理想的磁电信号,并且对发动机参数变化的适应性很差。
第27卷 第1期 飞 机 设 计V ol 127N o 11 2007年 2月 A IRCRA FT D ES IGN Feb 2007 收稿日期653;修订日期6 文章编号:1673-4599(2007)01-0069-04便携式发动机参数模拟器的研制郭 健1,成 兰2,朱广义2,郑培华2(11海军驻沈阳地区航空军事代表室,辽宁沈阳 110034)(21沈阳飞机设计研究所,辽宁沈阳 110035)摘 要:利用PC104总线系统的特点,以某型航空发动机参数模拟器的研究为工程应用背景,解决适应现代测试技术特点的测试设备的研制问题。
该模拟器具有抗恶劣环境、小型轻便、集成化程度高等优点,在实际应用的过程中取得了良好效果。
关键词:PC104总线;D /A;A /D中图分类号:V35113 文献标识码:AD evelopm en t of a Por tab l e Eng i n e Par am eter S i m u l a torG U O Jian 1,CHENG Lan 2,ZH U Guang-yi 2,ZHENG Pei-hua 2(11PLA M ilitar y R e p resentative Office in Shenyang A ircraft Cor por a tcon,Shenyang 110034,China )(21Shenyang A ircraft De sing &Research I nstitute,Shenyang 110035,China )Abstra ct:Advanced PC104bus technology pr ovides an a pp r oach t o portable auto m atic te st equi pment (ATE ).This pape r su mm arizes a comprehensive devel opment and research on an engine para m eter si m ulat or for an engine contr oller .The PC104bus ba sed A TE pr ovides efficient c ontr oller failure de 2tecti on,reduced m aintenance costs,and increa sed contr oller availability and safety .Key wor ds:PC-104bus;D /A;A /D 飞机发动机作为飞机最主要和最基本的系统之一,其系统工作状况如何,对飞机性能的发挥有着直接的影响。
汽车发动机模拟器的设计与实现摘要汽车发动机模拟器的设计与实现摘要随着现代汽车制造业的发展，人们对汽车发动机智能化控制的要求越来越高，从而使得发动机智能控制的核心——ECU变得越来越重要。
在传统的ECU研发过程中，研发人员需要将ECU在实际的汽车发动机上进行测试之后才能够出厂。
这就使得ECU的开发周期长，成本高。
本课题设计了一种汽车发动机的模拟器，它能够模拟汽车发动机实际工作时产生的各种信号，就相当于一台虚拟的汽车发动机。
将该发动机模拟器与ECU相连，就能够测试ECU的有关性能，从而避免了将ECU装在实际发动机上进行测试的麻烦，进而缩短了ECU的开发时间，节约了开发成本。
本课题的硬件设计分为三大块，分别是核心板电路设计、液晶板电路设计和信号接口面板电路设计。
在这三部分中，又包括了电源模块设计、处理器模块设计、信号发生电路模块设计、CAN通信模块设计等电路设计。
软件部分包括核心板程序设计、液晶板驱动设计和CAN通信驱动设计。
本模拟器经过调试，能够很好地模拟发动机产生的各类信号，有效地协助了某ECU厂商进行新款ECU的开发。
关键词：发动机模拟器，STM32芯片，CAN通信，触摸屏，嵌入式作者：王磊指导老师：曲波Abstract Design and Implementation of Automotive Engine Simulator Design and Implementation of Automotive EngineSimulatorAbstractWith the development of modern auto industry,people make higher requirement for the intelligent control of automotive engine.So the core of intelligent control——ECU is becoming more and more important.In the process of traditional ECU development,R&D engineer need to test the ECU in the actural automotive engine before it leave factory.This research and development way makes the period of ECU development long and the cost high.This time we will design an automotive engine simulator.It can simulate all kinds of signals of the automotive engine when it is working.In other words,it is equivalent to a virtual automotive engine.Connecting the simulator with the ECU can test the performance of the ECU.The method avoids the trouble of testing ECU on actual automotive engine.It shortens the development time and development cost of ECU.The hardware design of the simulator is divided into three parts:the circuit design of the core panel,the circuit design of LCD panel,and the circuit design of signal interface panel.The three parts include the design of power module,the design of processor module,the design of signal generating circuit,the design of CAN bus communication circuit.The sofeware part includes the design of the core panel program,the design of the LCD driver program,and the design of CAN communication driver program.Atder testing ,the simulator can simulate the signals of automotive engine well.It has helped an ECU manufacturer develop a new ECU.Keywords:Simulator,STM32,CAN Communication,Touch Screen,ARMWritten by:Wang LeiSupervised by:Qu Bo汽车发动机模拟器的设计与实现目录目录第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2课题研究背景 (2)1.3课题研究的目标和主要工作 (2)1.4 论文的结构安排 (3)第二章系统总体设计和相关通信协议简介 (5)2.1系统总体设计方案 (5)2.2相关通信协议简介 (6)2.2.1 SPI总线协议 (6)2.2.2 UART总线协议 (7)2.2.3 CAN总线协议 (8)2.3本章小结 (10)第三章系统硬件设计 (11)3.1核心板电路设计 (12)3.1.1核心板电源模块电路 (12)3.1.2 核心板处理器模块电路 (14)3.1.3 发动机转速信号和油泵转速信号发生电路 (16)3.1.4 空气流量计诊断信号和正时行程传感器信号发生电路 (17)3.1.5 空气流量计流量信号和车速传感器信号发生电路 (18)3.1.6 ECU输出信号检测电路 (21)3.1.7 CAN通信模块电路 (22)3.1.8 USB转串口模块电路 (23)3.2液晶板电路设计 (24)3.2.1液晶板电源模块电路 (25)3.2.2液晶板处理器模块电路 (25)3.2.3触摸屏控制器电路 (27)3.2.4 编码器电路 (28)3.3信号接口面板电路设计 (29)目录汽车发动机模拟器的设计与实现3.3.1可变电压量信号模块设计 (29)3.3.2可变电阻量信号模块设计 (31)3.3.3开关量信号模块设计 (32)3.4 本章小结 (33)第四章系统软件设计 (34)4.1 核心板程序设计 (34)4.1.1 模拟器核心信号程序设计 (35)4.1.2 ECU反馈信号检测程序设计 (39)4.2 液晶板驱动程序设计 (40)4.3 CAN通信模块驱动程序设计 (42)4.4 本章小结 (46)第五章模拟器核心信号测试 ....................................................... 错误！未定义书签。
SimMotor小型发动机模拟器使用手册目录简介 (1)注意事项 (3)附录：25针接口引脚定义图 (4)工作条件 (5)操作说明 (6)连接线路 (6)SimMotor面板操作说明： (7)打开电源 (7)启动模拟器 (8)调节输出信号 (9)用PC端软件控制模拟器 (10)关闭模拟器（熄火） (11)关闭电源 (12)PC端软件使用说明 (13)界面说明 (13)联机通讯 (14)设置发动机参数 (18)转速控制 (20)断开联机 (21)简介本产品用来模拟一个单缸/双缸发动机所产生的各种传感器信号，包括：(1)模拟常用的小型发动机电喷系统的输入和输出信号；(2)内含小型发动机数学模型，适用于硬件在环测试（HIL）；(3)模拟器可以和PC机进行串行通信，用户可以通过PC机设置发动机参数，以适合不同型号小型发动机；(4)包括模拟VRS转速传感器信号，齿数和缺齿都可以通过PC机端软件设置；曲轴信号示意图(5)包括模拟实际MAP传感器信号，并且和VRS信号同步，适用于发动机正时检测；MAP信号示意图(6)用户可以手动调节节气门位置，和发动机外部负载，从而实现发动机工况各种模拟；(7)模拟喷油，点火驱动负载，包括其他各种模拟，数字输入输出信号等。
在开发电喷发动机的ECU时，需要对ECU进行测试。
如果直接在发动机上测试，当ECU运行出错时，有可能损坏发动机。
本产品可模拟出发动机上各个传感器产生的信号，输入给ECU，以测试程序的稳定性。
在本说明书中将产品称做模拟器。
小型发动机模拟器面板图（SimMotor）注意事项请使用正确的电源。
电压要求：模拟器本身工作电压范围为9V~18V，但被测ECU的电源由模拟器的电源直接提供。
所以电源必须同时满足模拟器与被测ECU对工作电压的要求。
电源电压如超出此范围，模拟器或被测ECU可能工作不正常，并有可能烧毁模拟器或者烧毁被测ECU。
电流要求：模拟器典型工作电流60mA，电源所提供的电流应大于模拟器本身工作电流与被测ECU工作电流峰值之和。
SimMotor小型发动机模拟器使用手册目录简介 (1)注意事项 (3)附录：25针接口引脚定义图 (4)工作条件 (5)操作说明 (6)连接线路 (6)SimMotor面板操作说明： (7)打开电源 (7)启动模拟器 (8)调节输出信号 (9)用PC端软件控制模拟器 (10)关闭模拟器（熄火） (11)关闭电源 (12)PC端软件使用说明 (13)界面说明 (13)联机通讯 (14)设置发动机参数 (18)转速控制 (20)断开联机 (21)简介本产品用来模拟一个单缸/双缸发动机所产生的各种传感器信号，包括：(1)模拟常用的小型发动机电喷系统的输入和输出信号；(2)内含小型发动机数学模型，适用于硬件在环测试（HIL）；(3)模拟器可以和PC机进行串行通信，用户可以通过PC机设置发动机参数，以适合不同型号小型发动机；(4)包括模拟VRS转速传感器信号，齿数和缺齿都可以通过PC机端软件设置；曲轴信号示意图(5)包括模拟实际MAP传感器信号，并且和VRS信号同步，适用于发动机正时检测；MAP信号示意图(6)用户可以手动调节节气门位置，和发动机外部负载，从而实现发动机工况各种模拟；(7)模拟喷油，点火驱动负载，包括其他各种模拟，数字输入输出信号等。
在开发电喷发动机的ECU时，需要对ECU进行测试。
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本产品可模拟出发动机上各个传感器产生的信号，输入给ECU，以测试程序的稳定性。
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电压要求：模拟器本身工作电压范围为9V~18V，但被测ECU的电源由模拟器的电源直接提供。
所以电源必须同时满足模拟器与被测ECU对工作电压的要求。
电源电压如超出此范围，模拟器或被测ECU可能工作不正常，并有可能烧毁模拟器或者烧毁被测ECU。
电流要求：模拟器典型工作电流60mA，电源所提供的电流应大于模拟器本身工作电流与被测ECU工作电流峰值之和。
便携式EPA网络调校仪的研究与开发的开题报告一、选题背景随着汽车的普及和人们对驾驶体验的要求提高，汽车工业的发展越来越注重发动机的性能和排放的环保问题。
如何提高发动机的综合性能，减少废气排放已经成为汽车行业研究的重点。
针对发动机调校的需求，各种调校工具得到了广泛使用，特别是用于发动机调校的EPA （Electronic Power Assist）网络调校仪被认为是最为有效的调校工具之一。
目前市场上的EPA网络调校仪大多较为庞大，难以携带，在调校场地使用时需要占用大量空间，给用户带来一定的不便。
因此，研发一款便携式EPA网络调校仪，将具有很大市场前景和应用价值。
二、研究目标本次研究旨在研发一款体积小、重量轻、操作简便、功能强大的便携式EPA网络调校仪。
该仪器可广泛应用于汽车领域，方便用户在不同场地进行发动机的调校和分析工作，提高发动机的综合性能和废气的排放指标。
三、研究内容1. 确定便携式EPA网络调校仪的主要技术参数和性能指标，包括重量、尺寸、功率、操作系统、通信协议等方面的要求。
2. 开发适用于该调校仪的应用软件，对发动机调校、数据分析等功能进行支持和优化。
3. 设计便携式EPA网络调校仪的电路原理图和PCB电路板。
4. 搭建调校仪的系统平台和相关功能模块，并进行测试和优化。
5. 对调校仪的各项指标进行测试和验证，确保其符合设计要求和性能指标。
四、研究方法1. 文献研究法：对EPA网络调校仪相关技术文献进行学习和调研，了解目前市场上的产品和技术发展状况，制定研究方案和开发思路。
2. 硬件设计方法：以高性能处理器为核心，设计便携式EPA网络调校仪的电路原理图和PCB电路板，进行电路模拟、仿真和优化，确保其符合产品要求和性能指标。
3. 软件设计方法：设计适用于该调校仪的应用软件，实现发动机调校、数据分析、通信协议和UI界面等功能，优化软件性能与用户界面，提高用户体验。
4. 系统测试方法：搭建调校仪的系统平台和功能模块，并进行测试和验证。
一种便携式发动机动态参数测量仪的研制的开题报告一、问题阐述随着燃气涡轮发动机的普及及应用发展，越来越多的航空公司开始考虑对机队进行新一代燃气涡轮发动机设备的替换，以期提高飞机的运行效率、降低运营成本和在竞争激烈的市场中获得优势。
但是发动机的可靠性和安全性是使用者最为关心的问题之一，因此需要对发动机动态参数进行实时监测和测量。
传统的发动机动态参数测量方法多数采用在地面进行测试，这种方法需要将发动机拆下并放入实验室进行测试，测试费用高、测试周期长，且对发动机有一定的损坏。
同时，在飞机运行时很难实时测量发动机动态参数。
因此，研制一种便携式发动机动态参数测量仪具有重大意义，能够快速、准确、非侵入式地测量发动机动态参数。
二、研究目的本文旨在研制一种便携式发动机动态参数测量仪，能够实时、准确地测量发动机的动态参数，包括温度、压力、转速等，并可以进行数据存储和传输，以满足航空公司和其他发动机使用者对发动机动态参数实时监测的需求。
三、研究内容1. 研究发动机动态参数的测量原理，包括温度、压力、转速等参数的测量原理及其特点；2. 设计并制作便携式的发动机动态参数测量仪，包括传感器、信号采集和处理、数据显示等模块的设计和制作；3. 对发动机进行实验测量，验证测量仪的可行性和准确性；4. 实现数据存储、传输和分析，并设计并制作数据传输接口；5. 对测量结果进行分析和处理，得出结论并提出改进方案。
四、预期成果1. 研制出一种便携式发动机动态参数测量仪，并可以实现完整的测量和数据处理功能；2. 通过实验验证测量仪的准确性和可靠性；3. 提出改进方案并指导行业发展。
五、研究意义本研究是针对燃气涡轮发动机动态参数测量方案的改进和发展，符合航空发动机行业的需求，具有重要的实际意义和社会意义。
该研究成果可应用于发动机性能测试、生产过程控制、飞机维护和突发事件处理等多个领域，为该行业发展注入新的活力和推动发动机技术革新。
同时，本研究也可以为其他行业的测量参数提供借鉴和启示。
文章编号:1000-0925(2006)06-063-05270120便携式发动机工况信号模拟器的设计与开发王宇明,张付军,刘波澜,黄 英,王永庭(北京理工大学机械与车辆工程学院,北京100081)Design and Exploitation of a Mobile E ngine Operating Condition Signal SimulatorWANG Yu 2ming ,ZHANG Fu 2jun ,L IU Bo 2lan ,HUANG Ying ,WANG Yong 2ting(School of Mechanical and Vehicular Engineering ,Beijing Instit ute of Technology ,Beijing 100081,China )Abstract :A simple mobile engine operating condition signal simulator was developed ,which solvedt he combination of sensor signal in ECU debugging.The simulator provided a flexible parameter setting mode on chip keyboard/L CD.Meanwhile t he simulator also p rovided an engine and a load modal based on t he MA P model ,which p rovided a simple means of ECU hardware 2in 2loop debug.The experimental result shows t hat t his engine operational state signal simulator can produce a combination of ECU sensors πsignal flexibly and is a good assistant instrument in engine ECU software logistic debugging or engine ECU diagnosing.摘要:开发了一种简单、便携的发动机工况信号模拟器。
硬件上,通过内置键盘/L CD 界面为用户提供了灵活的发动机传感器信号参数设定模式;软件上,通过MA P 图模型为用户提供了简单的ECU 硬件在环调试手段,解决了ECU 调试中传感器信号灵活组合的问题。
试验结果表明:所开发的发动机工况信号模拟器能够灵活地输出发动机传感器的组合信号,对发动机ECU 软件逻辑调试和故障测试起到了良好的辅助作用。
关键词:内燃机;便携式;传感器信号;模拟;MA P 图模型K ey w ords :IC engine ;mobile ;sensor signal ;simulation ;MA P model中图分类号:T K407文献标识码:A1概述无论是车辆维修行业对车用发动机ECU 的故障诊断检测还是开发机构对ECU 程序的逻辑调试,都需要给ECU 提供各种工况下的发动机传感器信号。
ECU 软件结构复杂,难以用常规的静态调试方法定量地调试其逻辑,而实车测试又受到多种参量的综合影响,不能准确评价单一信号变化对ECU 控制信号的影响,并据此对ECU 软件的逻辑结构或故障给出准确的评价和诊断。
传统的方法是使用信号发生器或简单电路搭建ECU 调试所需的基本传感器信号,然后通过示波器观察ECU 输出的控制信号进行调试。
这种方法简单,但难以模拟复杂的发动机工况,特别是在模拟复杂的曲轴以及凸轮轴的非收稿日期:2005210212作者简介:王宇明(1982-),男,硕士生,主要研究方向为柴油机电子控制,E 2m ail :birdp aladin @ 。
均匀(缺齿或多齿)信号时,过于简单的信号发生器显得力不从心,需要设计各种信号盘,利用实际传感器产生ECU 所需的曲轴和凸轮轴信号。
这种方法只能针对特定的发动机情况,而且难与发动机的其它信号(如油门踏板位置、增压压力等)建立联系[1]。
因此,发展出了以dSPACE 公司为代表的ECU 硬件在环仿真测试系统,这种系统组合性强,实时性好,但是价格昂贵。
本文开发了价格低廉的发动机工况信号模拟器,能够部分替代dSPACE 硬件在环系统的功能,实现传感器信号的灵活组合,提供发动机的各种工况的信号,满足发动机ECU 软件逻辑调试工作或ECU 故障诊断测试等的需求[2]。
同时,发动机工况信号模拟器操作简单,便携性好,可在不运行发动机的条件下驱动发动机ECU 工作,辅 第27卷第6期 内 燃 机 工 程 Vol.27No.6 2006年12月 Chinese Internal Combustion Engine Engineering Dec.2006助ECU 的调试、故障判断,甚至能模拟出实车条件下很难到达的工况范围,具有灵活性和可调性。
2 系统组成发动机工况信号模拟器的总体设计如图1,它是通过模拟发动机各种工况下的基本传感器信号来驱动发动机ECU 工作,包括曲轴转速和凸轮轴转速信号、水温、油温、进气温度、进气压力、机油压力、油门位置等。
图1 工况信号模拟器系统总成发动机传感器信号的设置可以采用手动模式和基于发动机动态模型的自动模式。
当处于手动模式时,用户利用键盘直接设定发动机转速、油门开度、水温、油温等传感器信号的输出值,这些参数值经过专用电路转换成相应的传感器信号,供用户调试ECU 使用。
当处于基于发动机动态模型的自动模式时,用户只需指定油门开度,工况信号模拟器将通过内置的发动机模型计算出当前工况下发动机应有的转速、水温、油温、进气压力、机油压力等,并通过专用硬件处理电路转换成具有不同电信号特征的发动机传感器信号输出。
用户还可以通过设定负载系数对发动机转速进行调整。
3 系统设计3.1 硬件设计发动机工况信号模拟器采用Motorola 68HC12系列单片机作为核心,4×8中文字型点矩阵L CD 作为输出显示设备,4×4键盘输入模块实现了工况信号模拟器的功能切换和参数修改,同时还留有和上位机通讯的CAN 总线和SCI 串行通信口。
CAN 总线、SCI 串行口用于模型中间变量的采集以及工况信号模拟器的运行监控、模型数据在线修改,以适应发动机的变化,其硬件结构如图2所示。
图2 工况信号模拟器硬件结构由于发动机传感器的工作原理各不相同,其产生信号的电特性也各不相同,如曲轴、凸轮轴传感器信号是脉冲信号;水温、油温、进气温度传感器信号是可变电阻信号;进气压力、机油压力、油门位置传感器信号是0～5V 的电压信号。
因此,对于工况信号模拟器产生的数字信号在送入柴油机ECU 前都必须通过硬件进行相应的信号转换,这是工况信号模拟器设计中的难点所在。
3.1.1 曲轴、凸轮轴信号的处理单片机中的曲轴转速信号是由方波信号与缺齿信号组成的一组0～5V 数字方波信号[3]。
方波的频率是曲轴转速传感器齿信号频率,发动机每圈齿数以及缺齿数均可以设定,工况信号模拟器默认曲轴一圈60齿,每隔180°CA 缺2齿,共缺4齿,如图3所示。
单片机中的凸轮轴转速信号,是一组0～5V 数字方波信号,每720°CA 共5齿。
其中每180°CA 多1齿,0°CA 后n °CA 多一齿(参数可以设定,n默认为30),同时,凸轮轴信号相对于曲轴缺齿信号的相位也可以由用户自行指定,如图4所示。
实际的发动机转速信号是一组近似于正弦波信号的模拟信号,低转速下其幅度约为-1～1V ,高转速时幅值变化可达到-15～15V 。
为了对这种信号进行模拟,工况信号模拟器首先用RC 电路对0～5V图3 曲轴数字信号・46・内 燃 机 工 程 2006年第6期 图4 凸轮轴数字信号方波信号进行滤波、分压,将其转换成三角波信号,然后再使用增益可控的放大电路改变其幅值,最后再通过电平转换产生出所要求的磁电式传感器信号,处理电路的原理如图5所示。
转速方波信号处理结果如图6所示。
图5 磁电式传感器信号模拟电路图6 1000r/min 时转速方波信号处理结果3.1.2 温度信号的处理从单片机输出的水温、油温信号,需要转换成一组0～15k Ω的电阻值。
工况信号模拟器使用SPI 口驱动一组相应的数控电位计,将温度数字信号转换成电阻值后再输出,输出信号如图7所示。
3.1.3 进气压力、机油压力、油门位置传感器信号模拟这几路发动机信号从实际传感器出来都是0～5V 电压信号,因此,可以直接将单片机出来的数字信号接DA 处理电路即可,如图8、图9。
由于单片机系统不支持浮点运算,同时8位数控电位计以及10位DA 芯片精度有限,因此,在传感器信号的模拟过程中不可避免地存在如图7～9所示的量化误差。
3.2 软件设计系统的软件设计主要包括功能界面设计、键盘输入和上位机通讯等。
工况信号模拟器自带一个4×8点阵型字符L CD ,通过LCD 可实时显示当前工图7温度传感器信号模拟图8 进气压力传感器信号模拟图9 油门位置传感器信号模拟况下发动机的各种参数。
同时配合键盘输入,可允许用户在不同发动机工况间自由切换并修改各种传感器信号值。
上电后,系统自动加载操作功能选择界面,进入某一功能后,启动实时中断。
每隔指定时间间隔,系统自动进入中断,扫描键盘地址数据口线并执行相应操作。
同时,工况信号模拟器还通过CAN 和SCI 总线与上位机联系,通过上微机实时监控各种・56・ 2006年第6期 内 燃 机 工 程参量的变化情况并实现模型数据的在线调整。
3.3 柴油机稳态工况模型发动机的工作过程复杂,本文采用了实时系统仿真常用的MA P 模型[4]。
一般用试验方法得到发动机在不同油门开度,不同转速下ECU 的喷油MA P ,由喷油MA P 算出的循环喷油量,经燃料热值和发动机效率环节就可以得出发动机的输出转矩。
发动机负载模型采用与发动机转速有关的一维表格,通过负载修正系数调整发动机负载的大小。
通过动力学模型可得出发动机输出转速的动态变化过程,发动机的动力学方程式可以简化为T e =B ×Q ×ηe(1)w e ×I e =T e -T c ×K load(2)n e =∫tw e d t(3)式中,T e 为发动机输出扭矩;B 为喷油量;Q 为燃油低热值;ηe 为发动机指示热效率;w e 为曲轴角加速度;I e 为发动机等效转动惯量;T c 为负载扭矩;K load 为转矩修正系数;n e 为发动机转速。
