專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)氣門升程及配氣相位自動(dòng)測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及發(fā)動(dòng)機(jī)氣門位移測(cè)試裝置，具體是一種氣門升程及配氣相位自動(dòng)測(cè)試儀，屬于發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。
二背景技術(shù)：
氣門升程是影響發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的重要指標(biāo)之一，氣門配氣相位直接決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能好壞，氣門升程及配氣相位測(cè)試都是在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)前進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，由于機(jī)械磨損和潤滑質(zhì)量的不同，氣門實(shí)際工作狀態(tài)與靜態(tài)時(shí)相比存在差異，導(dǎo)致氣門升程及配氣相位會(huì)發(fā)生變化。隨著對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求以及控制精度的提高，動(dòng)態(tài)測(cè)量氣門升程及配氣相位，監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量和進(jìn)、排氣時(shí)刻，對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)和運(yùn)行可靠性至關(guān)重要。傳統(tǒng)的氣門升程及配氣相位測(cè)試在發(fā)動(dòng)機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)，采用塞尺測(cè)量氣門升程，塞尺法測(cè)量氣門升程會(huì)因塞尺升程不一或讀數(shù)誤差產(chǎn)生測(cè)量誤差，造成最大氣門升程誤差。采用光透法或固定轉(zhuǎn)角計(jì)算法測(cè)量配氣相位，光透法判斷氣門開啟或關(guān)閉時(shí)刻，通過飛輪的角度確定的精度只能達(dá)到I度。目前的發(fā)動(dòng)機(jī)電控氣門裝置雖然實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣門運(yùn)動(dòng)控制，但這種控制是一種開環(huán)控制，不能實(shí)時(shí)測(cè)量氣門位移進(jìn)行修正，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣門升程及配氣相位不僅是優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)\排氣量主要手段，而且還是發(fā)動(dòng)機(jī)在不同環(huán)境下保持性能指標(biāo)的手段之一，氣門升程的自適應(yīng)控制對(duì)氣門升程實(shí)時(shí)測(cè)量要求更高，自動(dòng)化測(cè)試氣門升程及配氣相位必不可少。常規(guī)的氣門升程及配氣相位自動(dòng)測(cè)試儀是由壓電位移傳感器、采集卡和計(jì)算機(jī)組成，包括氣門升程、配氣相位的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)離線分析，這種測(cè)試儀附件多，體積較大，在系統(tǒng)體積和配置上難以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)要求?；跀?shù)字信號(hào)處理器(DSP)的氣門升程及配氣相位自動(dòng)測(cè)試，簡化采集系統(tǒng)的配置，減小系統(tǒng)體積，不僅能實(shí)現(xiàn)車載氣門升程及配氣相位數(shù)據(jù)采集及顯示，而且能實(shí)時(shí)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門的故障。
三、發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服上述不足，填補(bǔ)車載發(fā)動(dòng)機(jī)氣門升程及配氣相位自動(dòng)測(cè)試儀空白，氣門升程及配氣相位自動(dòng)測(cè)試裝置在高性能微處理器的基礎(chǔ)上，完成前后臺(tái)多任務(wù)操作。前臺(tái)微處理器完成采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，后臺(tái)計(jì)算機(jī)完成監(jiān)控和顯示任務(wù)。數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，而且運(yùn)算速度高，為動(dòng)態(tài)采集提供了硬件基礎(chǔ)。在采集方法、計(jì)算機(jī)處理和數(shù)據(jù)通訊上有不同的要求。I.采集方法由于單片機(jī)的數(shù)據(jù)空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)文件是單片機(jī)采集系統(tǒng)所必須解決的瓶頸，不同采樣循環(huán)、曲軸轉(zhuǎn)角分辨率、采集范圍的數(shù)據(jù)文件大小明顯不同，氣門數(shù)據(jù)文件容量如表I所示。表I不同采集條件下氣門位移數(shù)據(jù)文件容量[0010]
曲軸轉(zhuǎn)角分辨率采樣范圍位移數(shù)據(jù)文件容量
循環(huán)數(shù)_Γ CA_Γ CA_/MB_
100 0~2 -180-180 0.703 50. O. 2 -60 230 0.334 20 _O. 5 _-50 180 _O. 023_選擇在進(jìn)氣行程的上止點(diǎn)前25。CA至進(jìn)氣行程下止點(diǎn)后50° CA的局部曲軸轉(zhuǎn)角范圍作為氣門位移數(shù)據(jù)采集段，既能大大地降低數(shù)據(jù)量，又能很好地反映進(jìn)氣門開閉過程；動(dòng)態(tài)采集的參數(shù)如表2所示。表2動(dòng)態(tài)采集參數(shù)
—曲軸轉(zhuǎn)角范囤廣CA采樣曲軸轉(zhuǎn)角間隔廣CA采樣點(diǎn)數(shù)采集循環(huán)
-25 230O. 5510202.局部采集觸發(fā)信號(hào)光電編碼器采用增量式光電編碼器，設(shè)計(jì)了光柵盤，光電編碼器的光柵盤部分刻度區(qū)域內(nèi)設(shè)置光柵，用于產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。光柵盤每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生510個(gè)脈沖信號(hào)，輸出信號(hào)為間隔O. 5度的脈沖信號(hào)。3.采集工作原理信號(hào)采集部分硬件由采集單元和采集附件組成，數(shù)據(jù)傳輸及顯示由顯示計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)線組成，采集單元由數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和USB插口電路及串行通訊(SCI)插口電路組成，采集附件由激光位移傳感器和光電編碼器組成。由于DSP的工作是按分時(shí)串行進(jìn)行的，在氣門升程測(cè)試中，高密度連續(xù)采集會(huì)增加A/D 口負(fù)荷，致使DSP無法進(jìn)行其它工作。在一個(gè)工作循環(huán)中，只有進(jìn)氣行程的上止點(diǎn)前25° CA (crankshaft angle)至進(jìn)氣行程下止點(diǎn)后50° CA的255° CA范圍內(nèi)時(shí)，由光電編碼器的同步信號(hào)和角標(biāo)信號(hào)觸發(fā)DSP的A/D功能，，進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，由DSP完成氣門位移測(cè)試，其余時(shí)間DSP可以進(jìn)行升程數(shù)據(jù)的均化、數(shù)據(jù)傳送。4.數(shù)據(jù)通訊用高曲軸轉(zhuǎn)角分辨率采集氣門升程和相位的數(shù)據(jù)較多，選擇合適的數(shù)據(jù)通訊方式。異步串行通訊(SCI)、CAN總線通訊和高速數(shù)據(jù)傳輸(USB)方式是單片機(jī)的主要通訊方式。SCI的發(fā)送波特率較小，數(shù)據(jù)傳輸速度低，因此SCI在傳輸小數(shù)據(jù)文件具有優(yōu)勢(shì)。而USB傳輸方式由于具有相應(yīng)的智能控件，傳輸速率能達(dá)到12 480MBPS，特別適合于大數(shù)據(jù)量的傳輸。在氣門升程及配氣相位監(jiān)控模式中，只傳送氣門升程、配氣相位等參數(shù)，傳送數(shù)據(jù)量小，采用異步串行通訊SCI方式能節(jié)省CPU時(shí)間；在氣門升程及配氣相位測(cè)量模式中，要傳送進(jìn)氣門升程及相位全部數(shù)據(jù)，采用高速數(shù)據(jù)傳輸U(kuò)SB方式。
四
圖I為氣門升程及配氣相位自動(dòng)測(cè)試組成圖圖2為光電解碼器產(chǎn)生的脈沖觸發(fā)信號(hào)圖3為激光位移傳感器的原理圖圖4為采集軟件框圖[0026]圖5為工作時(shí)序圖五具體實(shí)施方式
發(fā)動(dòng)機(jī)氣門升程及配氣相位自動(dòng)測(cè)試裝置由三個(gè)部分組成，如附圖I所示，I.信號(hào)采集部分硬件由采集單元I和采集附件2組成；2.系統(tǒng)軟件部分3，由采集軟件31和數(shù)據(jù)分析軟件32、數(shù)據(jù)顯示軟件33組成；3.數(shù)據(jù)傳輸和顯示4由顯示計(jì)算機(jī)41、數(shù)據(jù)線42、數(shù)據(jù)線43組成。采集單元I由數(shù)字信號(hào)處理器11和USB插口電路12、串行通訊(SCI)插口電路13組成，采集附件2由激光位移傳感器21、光電編碼器22組成，激光位移傳感器21、光電編碼器22分別通過濾波電路接入數(shù)字信號(hào)處理器11的輸入通道，數(shù)字信號(hào)處理器11的通訊通道分別與USB插口電路12、串行通訊(SCI)插口電路13連接。數(shù)字信號(hào)處理器11選用Freescale公司的數(shù)字信號(hào)處理器DSP56F807，它是處理實(shí)時(shí)信號(hào)的專用微處理器，高可達(dá)到40兆條指令/S(MIPS)的指令執(zhí)行速度；能夠進(jìn)行定 點(diǎn)、浮點(diǎn)計(jì)算，它的基本配置為一個(gè)CAN2. OB模塊，兩個(gè)SCI模塊，獨(dú)立8通道12位A/D，程序FLASH為64K，RAM 2K，80MHz的總線頻率，DSP56807的AD單通道采樣頻率達(dá)到200kHz，聞?dòng)谝话鉏OOkHz。USB插口電路12采用了 Cy7c68013集成功能芯片，它的16KB片上RAM(其中包括4KB FIFO)存儲(chǔ)器和片內(nèi)的USB收發(fā)器可以完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和高速發(fā)送，能完成所有采集數(shù)據(jù)的高速傳輸，USB插口電路12通過數(shù)據(jù)線42和顯示計(jì)算機(jī)41連接，串行通訊(SCI)插口電路13通過數(shù)據(jù)線43和顯示計(jì)算機(jī)41連接。 光電編碼器22采用增量式光電編碼器，重新設(shè)計(jì)了光柵盤，使光柵盤每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生510個(gè)脈沖信號(hào)，產(chǎn)生信號(hào)脈沖如附圖2所示。信號(hào)Z為同步信號(hào)，輸出信號(hào)A為間隔O. 5度的脈沖信號(hào)。激光位移傳感器21選用美國MTI公司的高精度漫反射型MicrotrakII激光位移傳感器，如附圖3所示。采用三角量測(cè)技術(shù)來進(jìn)行位移、距離、振動(dòng)及厚度檢測(cè)，分辨率0. I μ m ;高速取樣頻率40KHz ;線性度+/-0. 05%或更好；取樣頻率40kHz反應(yīng)頻率20kHz ;模擬電壓輸出+/_4Vdc模擬電流輸出4-20mA，數(shù)字輸出RS_485，波特率230kb，溫度穩(wěn)定性0. 05%滿量程/攝氏度。傳感器由發(fā)射光源、接受源和光電轉(zhuǎn)換電路組成，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)化，直接輸出電信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)，小型化。系統(tǒng)軟件3由采集軟件31和數(shù)據(jù)分析軟件32、數(shù)據(jù)顯示軟件33組成。數(shù)字信號(hào)處理器11中的數(shù)據(jù)采集軟件31和數(shù)據(jù)分析軟件32采用C++語言編程，顯示計(jì)算機(jī)41中的顯示軟件33中采用LABVIEW軟件編程。根據(jù)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，采集軟件31由初始化模塊、中斷模塊和功能模塊組成，如附圖4所示。初始化模塊主要完成單片機(jī)系統(tǒng)初始化和操作功能初始化，中斷模塊完成由信號(hào)觸發(fā)、實(shí)施AD采集，功能模塊完成通訊傳送、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)計(jì)算等任務(wù)。DSP的工作時(shí)序如附圖5所示，A/D采集數(shù)據(jù)嵌入在數(shù)字信號(hào)處理器的中斷服務(wù)程序中，由外部中斷源-信號(hào)觸發(fā)中斷程序，通過A/D采集功能實(shí)現(xiàn)氣門電壓信號(hào)采集，經(jīng)過電壓位移轉(zhuǎn)換得到氣門升程，并存儲(chǔ)在相應(yīng)的數(shù)組中。數(shù)據(jù)分析軟件32對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，將所采集氣門運(yùn)動(dòng)各點(diǎn)的位移數(shù)據(jù)，找出檢測(cè)范圍內(nèi)所有的最大位移點(diǎn)和最小位移點(diǎn)，然后計(jì)算出氣門的升程。并找出氣門位移開始增大和氣門位移變?yōu)榱阒祵?duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角，計(jì)算氣門開啟持續(xù)角度。通訊傳送由數(shù)字信號(hào)處理器與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)顯示軟件33完成，數(shù)字信號(hào)處理器采用異步串行通訊SCI方式，只傳送氣門升程、配氣相位角度等參數(shù)，采用高速傳輸U(kuò)SB方式高速傳輸全部的氣門升程及對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)。在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通訊軟件據(jù)生成的顯示界面上，顯示氣門升程、氣門開起提前角、關(guān)閉延遲角以及開啟持續(xù)角等參數(shù)，并顯示氣門升程隨曲軸轉(zhuǎn)角變化曲線?！?br> 權(quán)利要求1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣門升程及配氣相位自動(dòng)測(cè)試裝置，其特征在于該自動(dòng)測(cè)試裝置由信號(hào)采集部分硬件和數(shù)據(jù)傳輸及顯示組成，信號(hào)采集部分硬件由采集單元(I)和采集附件(2)組成，數(shù)據(jù)傳輸及顯示由顯示計(jì)算機(jī)(41)、數(shù)據(jù)線(42)、數(shù)據(jù)線(43)組成，采集單元(I)由數(shù)字信號(hào)處理器(11)和USB插ロ電路(12)、串行通訊(SCI)插ロ電路(13)組成，采集附件(2)由激光位移傳感器(21)、光電編碼器(22)組成，激光位移傳感器(21)、光電編碼器(22)分別通過濾波電路接入數(shù)字信號(hào)處理器(11)的輸入通道，數(shù)字信號(hào)處理器(11)的通訊通道分別與USB插ロ電路(12)及串行通訊(SCI)插ロ電路(13)連接，USB插ロ電路(12)通過數(shù)據(jù)線(42)和顯示計(jì)算機(jī)(41)連接，串行通訊(SCI)插ロ電路(13)通過數(shù)據(jù)線(43)和顯示計(jì)算機(jī)(41)連接。
2.如權(quán)利要求I所述的光電編碼器(22)，其 特征在于光電編碼器的光柵盤部分刻度區(qū)域內(nèi)設(shè)置光柵，用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)采集的觸發(fā)信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及發(fā)動(dòng)機(jī)氣門升程及配氣相位自動(dòng)測(cè)試裝置，該裝置由信號(hào)采集部分硬件、系統(tǒng)軟件部分、數(shù)據(jù)傳輸及顯示部分組成，其中信號(hào)采集部分硬件由采集單元1和采集附件2組成，系統(tǒng)軟件部分由采集軟件31和數(shù)據(jù)分析軟件32、數(shù)據(jù)顯示軟件33組成，數(shù)據(jù)傳輸及顯示部分由顯示計(jì)算機(jī)41和數(shù)據(jù)線42、數(shù)據(jù)線43組成，采集單元1由數(shù)字信號(hào)處理器11和USB插口電路12、SCI插口電路13組成，采集附件2由激光位移傳感器21、光電編碼器22組成。該裝置的數(shù)字信號(hào)處理器11完成采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，顯示計(jì)算機(jī)41完成監(jiān)控和顯示數(shù)據(jù)任務(wù)。
文檔編號(hào)G01M15/00GK202630912SQ20112052391
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者王軍, 金毅, 張志遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:中國人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院