一种便携式发动机动态参数测量仪的研制

摘要

汽车发动机在实际运行过程中大部分时间处于非稳定工况，而汽车有害排放和燃油消耗的40%～80%来自于非稳定工况。因此，对于研究发动机各种工况下参数的瞬变特性和改善过渡过程的控制，动态参数测量起着非常重要的作用。然而，发动机不同参数的测量对测量仪器的要求不同。用于分析发动机工作过程的动态参数，如缸内压力等，要求很高的采样频率，需要使用高速、高精度的专用设备；而对于发动机电控系统，受传感器动态特性和ECU处理能力的限制，并不要求很高的采样速率。因此，与发动机控制相关的动态参数测量可以使用采样速率和精度相对较低数据采集仪器。发动机电控系统开发或参数标定过程中，动态参数的采集只需要与汽车上传感器的动态特性和ECU的采样速率相一致或略高一些。　　通常，发动机动态参数测量对测量仪器有两个基本要求：一是基于曲轴转角(Crankshaft Angle，CA)的外触发采样，即曲轴转角域的等间隔采样；二是旋转频率测量与模拟量的采集同步，这样才能得到瞬时转速与被测参数的关系。目前，国内数据采集设备无论是高端产品还是低端产品，大多数是按等时间间隔采样，难以满足旋转机械的数据采集要求。针对发动机电控系统开发和车载实验中动态参数采集，本文基于Freescale16位双核微控制器，设计了低成本的动态参数测量仪，可以实现多通道同步采集，通过边采样、边传送、边存储，可获得长时间内测量参数的动态信息。主要研究内容如下：　　1)综合考虑发动机常用传感器的动态响应、发动机最高工作转速、基于曲轴转角采样的角度分辨率、微控制器的最高采样频率与内存的大小、多通道同步采集要求、网络传输速率等，确定测量仪的基本性能指标，并进行总体结构设计。　　2)动态测量仪硬件电路的设计。包括主控制器的选型，核心电路、电源模块、模拟信号调理模块、转速测量模块、通信模块、液晶显示器驱动和按键检测模块的设计等。　　3)动态测量仪软件的设计。包括Flash存储器读/写程序、模拟信号采集程序、转速信号测量程序、以太网通信程序、液晶显示和按键响应程序的设计。　　4)后台管理软件设计。后台管理软件的主要任务是监控测量仪工作和管理采集的数据，软件功能包括测量仪参数设置、测量仪的运行与停止控制、接收测量仪上传的数据并存入数据库、数据时域波形显示和历史记录回放等。　　5)模拟校验与实机测试。采用多种方式对所开发的动态测量仪进行考核：利用信号发生器输出的不同频率的模拟量信号对测量仪进行校验；采用测量仪对LSU4.2宽域氧传感器闭环加热过程的温度进行测量；在夏利376发动机台架上和在配置有桑塔纳2000ARJ汽油机的电喷发动机/自动变速器ABS综合试验台上进行稳态工况和加减速工况的实际测试。结果表明，测量数据能够真实反映发动机各个参数的动态过程和循环变动，测量仪可以满足常规发动机台架试验和整车试验的要求。

目录

文摘

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致谢

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 发动机动态测量技术研究现状

1.2.1 国外现状

1.2.2 围内现状

1.3 汽车用传感器及其特性

1.3.1 汽车用传感器概述

1.3.2 常用发动机传感器及其特性

1.4 本课题的目的和意义

1.5 本课题的主要内容

1.6 论文结构

第二章 发动机动态参数测量系统硬件设计

2.1 总体设计

2.1.1 基本原则

2.1.2 系统设计要求

2.1.3 系统组成

2.2 下位机控制器模块的设计

2.2.1 主控制器选型

2.2.2 控制器核心电路设计

2.3 电源模块的设计

2.4 模拟量信号调理电路设计

2.5 转速测量模块设计

2.6 转速信号的产生

2.7 转速信号调理电路

2.8 转速计算方法

2.9 通信模块设计

2.9.1 通信方式的选择

2.9.2 SCI通信电路设计

2.9.3 RTL8019AS网络通信硬件设计

2.10 显示模块

2.11 键盘模块

2.12 系统EMC设计

2.13 本章小结

第三章 发动机动态参数测量仪软件设计

3.1 软件开发总体方案

3.2 系统基本功能模块的初始化程序

3.2.1 控制器工作模式设置

3.2.2 控制器内部时钟设置

3.2.3 协处理器初始化设置

3.2.4 键盘模块软件设置

3.2.5 液品显示器初始化设置

3.2.6 SCI通信模块初始化设置

3.2.7 网络通信模块初始化设置

3.2.8 定时器模块设置

3.2.9 A/D转换模块设置

3.2.10 转速测量模块设簧

3.3 信号采集程序设计

3.3.1 模拟信号采集

3.3.2 转速测量采集

3.4 仪器与后台通信程序设计

3.4.1 ARP请求

3.4.2 ARP应答

3.4.3 UDP报文

3.4.4 TCP协议

3.4.5 仪器接收后台发送的数据

3.4.6 仪器向后台发送采集的数据

3.5 闪存的读写程序设计

3.5.1 MC9S12XEP768单片机闪存结构

3.5.2 Flash擦除和写入相关的寄存器介绍

3.5.3 Flash擦除与写入的步骤

3.6 本章小结

第四章 上位机管理软件的设计

4.1 方案选择

4.2 基于Visual Basic的后台管理软件结构

4.3 Visual Basic网络通信软件的设计

4.4 基于Visual Basic的后台管理软件的基本功能

4.5 本章小结

第五章 实验与数据处理

5.1.仿真对比实验

5.1.1 模拟信号采集功能测试

5.1.2 转速测量模块模拟实验

5.2.发动机动态参数的采集

5.3.本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献