專利名稱：：燃氣發(fā)動機電控噴射控制設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型涉及車用燃氣發(fā)動機電控技術(shù)，特別涉及基于工業(yè)計算機的車用燃氣發(fā)動機電控噴射
技術(shù)領(lǐng)域：
。(二)
背景技術(shù)：
燃氣發(fā)動機是指燃燒氣體燃料(如液化石油氣LPG、壓縮天然氣CNG、液化天然氣LNG、氫氣和煤氣等)的發(fā)動機。發(fā)動機燃用氣體燃料能夠降低有害污染物的排放，對于解決能源短缺、減輕大氣污染和汽車能源多樣化有積極的意義。電子控制單元(簡稱ECU)是燃氣發(fā)動機的核心技術(shù)部件，而軟件(控制算法)和硬件電路(傳感器采集電路和執(zhí)行器驅(qū)動電路)設(shè)計的優(yōu)劣直接影響燃氣發(fā)動機電控單元整體控制品質(zhì)。目前車用燃氣發(fā)動機電控單元幾乎全部采用以單片機為核心的控制器。由于單片機的硬件、軟件資源有限，在車用燃氣發(fā)動機電控噴射技術(shù)開發(fā)過程中，會受到諸多條件限制，很難進行多方案、復(fù)雜控制算法的分析調(diào)試及系統(tǒng)特性的實時仿真，用于燃氣發(fā)動機電控噴射技術(shù)的開發(fā)十分不方便。雖然專利為CN1749544A的專利文件公開了一種采用工控機(工業(yè)控制計算機)為核心的控制系統(tǒng)，用于燃氣發(fā)動機的燃氣供給控制。但該系統(tǒng)采用的是步進電機控制方式，而非新型的噴射式控制方式，同時該系統(tǒng)也不具備控制算法開發(fā)、調(diào)試和仿真功能。目前國內(nèi)外已研發(fā)出用于發(fā)動機控制器開發(fā)的商業(yè)化軟件和設(shè)備，如dSPACE公司的Microbox、PiTechnology推出的適合于汽油機ECU快速控制開發(fā)平臺OpenECU系統(tǒng)、AccurateTechnologies(ATI)的基于目標(biāo)ECU控制策略快速開發(fā)環(huán)境的No-HooksOnTarget和江奎科技有限公司的多功能汽車發(fā)動機電控單元快速開發(fā)平臺UECU。但是這類商業(yè)化產(chǎn)品針對性很強，適用范圍窄，主要針對燃油發(fā)動機。國內(nèi)專利號為CN1641505A和CN1402187A的實用新型創(chuàng)造都提出了一種控制器仿真測試系統(tǒng)，兩者只具備仿真調(diào)試功能，其目的均是為汽車控制器提供一個虛擬的檢測平臺。專利號CN1687849A的實用新型創(chuàng)造利用單片機建立了一個多功能電子控制單元的開發(fā)平臺，但該平臺不具備控制策略仿真和評估功能。(三)
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)車用燃氣發(fā)動機多點燃氣噴射控制、控制參數(shù)的在線調(diào)整和發(fā)動機運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，具備控制策略仿真和評估功能的車用燃氣發(fā)動機電控噴射控制設(shè)備。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的它包括開發(fā)裝置、運行裝置和信號處理裝置，開發(fā)裝置通過Ethernet網(wǎng)絡(luò)與運行裝置連接，運行裝置與信號處理裝置互聯(lián)，信號處理裝置包括工業(yè)數(shù)據(jù)采集板卡、輸入信號調(diào)理模塊和輸出信號驅(qū)動模塊，工業(yè)數(shù)據(jù)采集板卡與運行裝置互聯(lián)，輸入信號調(diào)理模塊連接工業(yè)數(shù)據(jù)采集板卡，安裝在燃氣發(fā)動機上的傳感器連接輸入信號調(diào)理模塊，工業(yè)數(shù)據(jù)采集板卡的輸出連接輸出信號驅(qū)動模塊，輸出信號驅(qū)動模塊連接燃氣發(fā)動機執(zhí)行機構(gòu)。本實用新型還有這樣一些技術(shù)特征1、所述的運行裝置采用xPCTarget實時內(nèi)核；2、所述的輸入信號調(diào)理電路連接節(jié)氣門傳感器、進氣壓力傳感器、進氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、爆震傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和氧傳感器，輸出信號驅(qū)動電路包括點火驅(qū)動電路、多點噴射控制閥驅(qū)動電路和怠速電機驅(qū)動電路，點火驅(qū)動電路連接點火線圈，怠速電機驅(qū)動電路連接怠速電機，多點噴射控制閥驅(qū)動電路連接低壓燃氣噴嘴。本實用新型燃氣發(fā)動機電控噴射技術(shù)研發(fā)設(shè)備由開發(fā)裝置、運行裝置和信號處理裝置三部分組成。開發(fā)裝置的計算機稱為上位機，主要完成控制模型的設(shè)計、接口模塊的設(shè)計，監(jiān)控界面的設(shè)計以及通過MATLAB/RTW編譯生成目標(biāo)應(yīng)用程序。開發(fā)裝置通過Ethernet網(wǎng)絡(luò)與運行裝置連接，控制運行裝置仿真進程的開始、停止、仿真裝置運行參數(shù)和仿真模型參數(shù)的在線調(diào)整，開發(fā)裝置目標(biāo)應(yīng)用程序的下載和運行裝置計算結(jié)果的上傳。運行裝置的計算機稱為下位機。開發(fā)裝置編譯生成的目標(biāo)應(yīng)用程序在下位機上具有很高的實時運算速度，能夠滿足實時控制對采樣步長的要求。運行裝置通過信號處理裝置將下位機與燃氣發(fā)動機上的傳感器和執(zhí)行機構(gòu)相連，組成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。信號處理裝置包括安裝在下位機上的工業(yè)數(shù)據(jù)采集板卡、輸入信號調(diào)理模塊和輸出信號驅(qū)動模塊組成。安裝在燃氣發(fā)動機的傳感器信號通過輸入信號調(diào)理模塊整形和濾波后，接到下位機采集板卡的信號端子板上。采集板卡的輸出信號經(jīng)過輸出信號驅(qū)動模塊連接燃氣發(fā)動機執(zhí)行機構(gòu)。下位計算機根據(jù)發(fā)動機傳感器采集的信息，判斷發(fā)動機的運行工況，實時計算出燃油噴射閥的噴射時刻和基本脈寬、閉環(huán)空燃比調(diào)節(jié)的噴射脈寬、點火提前角、點火初級線圈閉合角和怠速步進電機的位移等基本控制參量，通過采集板卡的數(shù)字輸出D/0和自主設(shè)計的多點噴射控制閥驅(qū)動電路、點火驅(qū)動電路和怠速步進電機驅(qū)動電路實現(xiàn)上述控制。上位計算機通過網(wǎng)絡(luò)對下位計算機實時運行的控制算法中控制參數(shù)在線調(diào)整和標(biāo)定，實現(xiàn)遠程監(jiān)測和控制;上位計算機將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)實時保存。本實用新型的工作原理是開發(fā)裝置的上位計算機安裝MATLAB圖形化編程開發(fā)環(huán)境。根據(jù)不同的開發(fā)目的，建立相應(yīng)的燃氣發(fā)動機控制系統(tǒng)模型，主要包括參數(shù)采集接口模塊、數(shù)據(jù)信號處理模塊、燃氣噴射控制算法、計算結(jié)果處理及顯示模塊。利用RTW生成燃氣發(fā)動機控制模型的xPC目標(biāo)代碼。在建立控制模型后，通過離線狀態(tài)的仿真分析，初步對控制算法的控制效果進行評估。運行裝置實時運行燃氣發(fā)動機控制模型的xPC目標(biāo)代碼，根據(jù)信號處理裝置提供的發(fā)動機信息，判斷發(fā)動機的運行工況，通過實時計算，在線控制多點燃氣噴射閥和點火線圈等執(zhí)行機構(gòu)。開發(fā)裝置計算機和運行裝置計算機之間采用TCP/IP協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)通信，開發(fā)裝置可以在線調(diào)整和標(biāo)定運行裝置的控制參數(shù)。本實用新型是一種能夠進行車用燃氣發(fā)動機電控噴射技術(shù)開發(fā)的設(shè)備。它能夠在線實現(xiàn)車用燃氣發(fā)動機的噴射控制，控制參數(shù)在線調(diào)整和發(fā)動機運行狀態(tài)實時監(jiān)測；能夠在該設(shè)備上離線進行燃氣噴射控制算法開發(fā)和仿真；能夠進行控制器部分硬件性能測試的半物理仿真(或稱為硬件在環(huán)仿真)功能。本實用新型的優(yōu)點在于由于該設(shè)備運行裝置計算機是基于MATLAB環(huán)境運行的，可根據(jù)不同車型對燃氣發(fā)動機控制模型的參數(shù)進行快速修改，或建立新的發(fā)動機控制系統(tǒng)模型，因此平臺是完全開放和通用的，具有很好的利用前景。根據(jù)開發(fā)目的和考核目標(biāo)的要求，該設(shè)備能夠完整或部分的實現(xiàn)產(chǎn)品級控制器的功能，如車用燃氣發(fā)動機多點燃氣噴射、點火、怠速和閉環(huán)空燃比控制等，為燃氣發(fā)動機電控技術(shù)研發(fā)提供快捷的開發(fā)測試環(huán)境；利用該設(shè)備能夠?qū)崟r監(jiān)測車用燃氣發(fā)動機運行狀態(tài)，在線顯示和保存試驗數(shù)據(jù)；該設(shè)備能夠?qū)Πl(fā)動機的系統(tǒng)特性進行全面離線或在線的仿真分析，能夠快速實現(xiàn)不同控制算法的發(fā)動機性能對比試驗。(四)圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2圖8為本實用新型信號處理裝置電路圖，其中圖2為燃氣發(fā)動機氧傳感器信號處理電路原理圖，圖3為燃氣發(fā)動機爆震傳感器信號處理電路原理圖，圖4為信號處理裝置的信號接口端子電路原理圖，圖5為信號處理電路與采集板卡連接的端子電路原理圖，圖6為電源模塊電路原理圖，圖7為采用L298芯片組成的怠速步進電機驅(qū)動電路原理圖，圖8為采用L298組成的燃氣噴嘴電磁閥驅(qū)動電路原理圖；圖9為本實用新型的實施框圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明結(jié)合圖1，本實施例包括上位機，連接上位機的下位機，與下位機互聯(lián)的采集板卡，連接采集板卡的輸入信號調(diào)理電路和輸出信號驅(qū)動電路，節(jié)氣門傳感器、進氣壓力傳感器、進氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、爆震傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和氧傳感器連接輸入信號調(diào)理電路，驅(qū)動電路包括點火驅(qū)動電路、多點噴射控制閥驅(qū)動電路和怠速步進電機驅(qū)動電路，點火驅(qū)動電路連接點火線圈，怠速電機驅(qū)動電路連接怠速電機，多點噴射控制閥驅(qū)動電路連接低壓燃氣噴嘴。實施例中下位計算機采用PIV2.4GHz處理器，采集板卡選用研華公司的PCL812PG多功能采集板卡，該板卡提供16路12位ADC、2路DAC、16路D/I和16路D/0。信號處理裝置的電路部分由圖2圖8組成。圖2為燃氣發(fā)動機氧傳感器信號處理電路。釆用TLC4501CD自動校準(zhǔn)高精密運算放大器組成的差動放大電路實現(xiàn)氧傳感器信號的處理，并通過采集板卡AD0輸入到下位計算機。圖3為燃氣發(fā)動機爆震傳感器信號處理電路。采用TLC4501CD自動校準(zhǔn)高精密運算放大器組成的放大電路實現(xiàn)爆震傳感器信號處理，并通過采集板卡AD1輸入到下位計算機。圖4為信號處理裝置的信號接口端子。該端子接口信號順序為1、33—12V電源(+);2、34—信號地GND(電源地)；34一氧傳感器02;56—爆震傳感器knock;7—節(jié)氣門傳感器TPS;8—怠速節(jié)氣門信號ITPS;9—怠速開關(guān)Iswitch;10—水溫傳感器Tw;ll—空氣溫度傳感器TA;12—轉(zhuǎn)速傳感器SP;13—霍爾傳感器；14一MAP傳感器；1518—燃氣噴射控制信號(+);1920—點火信號；2128—怠速步進電機控制信號；2932燃氣噴射控制信號(一)。圖5為信號處理電路與采集板卡連接的端子。該端子接口與采集板卡端口信號連接如表l所示。表lPCL812PG采集板卡通道信號分配<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>10點火驅(qū)動信號數(shù)字信號D/06，D/07，D/08,D/0911怠速電機驅(qū)動信號數(shù)字信號D/O10,D/Oll圖6為電源模塊。信號處理裝置外部供給電源為+12V，由于TLC4501CD和L298芯片需要+5V電源，因此增加了電源模塊。該模塊采用LM7805芯片。圖7為采用L298芯片組成的怠速步進電機驅(qū)動電路。圖8為采用L298組成的燃氣噴嘴電磁閥驅(qū)動電路。發(fā)動機節(jié)氣門傳感器、怠速節(jié)氣門信號、怠速開關(guān)、冷卻液溫度、進氣溫度傳感器和進氣壓力傳感器傳感器，這4路模擬信號通過采集板卡AD2AD7通道輸入到下位計算機。轉(zhuǎn)速傳感器和霍爾傳感器通過采集板卡數(shù)字輸入DI1和DI2采集到下位計算機。下位計算機根據(jù)發(fā)動機傳感器采集的信息，判斷發(fā)動機的運行工況，實時計算出燃油噴射閥的噴射時刻和基本脈寬、閉環(huán)空燃比調(diào)節(jié)的噴射脈寬、點火提前角、點火初級線圈閉合角和怠速電機的位移等基本控制參量，通過采集板卡D01D04和噴射驅(qū)動電路控制4個燃氣噴射電磁閥、通過采集板卡D05和D06控制發(fā)動機點火時序，通過采集板卡D07D010和怠速步進電機驅(qū)動電路實現(xiàn)怠速控制。結(jié)合圖3，本實施例由上位計算機、下位計算機和發(fā)動機及安裝在其上的傳感器和執(zhí)行器。如前所述，本實用新型具備燃氣發(fā)動機在線控制、控制算法離線仿真和控制器硬件在環(huán)仿真三種功能。其中，控制算法離線開發(fā)和控制器硬件在環(huán)仿真不需要真實發(fā)動機，因此發(fā)動機用虛框表示。在上位計算機實現(xiàn)四種功能建立燃氣發(fā)動機控制系統(tǒng)模型、生成系統(tǒng)控制模型代碼、控制算法的離線仿真分析和控制效果的評估和試驗數(shù)據(jù)后處理。下位機實時運行發(fā)動機模型，通過信號處理裝置采集發(fā)動機運行工況信息，實現(xiàn)燃氣噴射控制。本實施例的控制方法為開發(fā)裝置利用MATLAB圖形化編程開發(fā)環(huán)境建立相應(yīng)的燃氣發(fā)動機控制系統(tǒng)模型，利用RTW生成燃氣發(fā)動機控制模型的xPC目標(biāo)代碼，在建立控制模型后，通過離線狀態(tài)的仿真分析，初步對控制算法的控制效果進行評估；運行裝置實時運行燃氣發(fā)動機控制模型的xPC目標(biāo)代碼，信號處理裝置反饋發(fā)動機信息給運行裝置，運行裝置根據(jù)信號處理裝置提供的發(fā)動機信息判斷發(fā)動機的運行工況，通過實時計算，調(diào)整和標(biāo)定運行裝置的控制參數(shù)，在線控制多點燃氣噴射閥、點火線圈、怠速步進電機、噴嘴和點火驅(qū)動電路，開發(fā)裝置和運行裝置之間采用TCP/IP協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)通信，開發(fā)裝置對運行裝置實時運行的控制算法中控制參數(shù)在線調(diào)整和標(biāo)定并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)實時保存。權(quán)利要求1、一種燃氣發(fā)動機電控噴射控制設(shè)備，其特征在于它包括開發(fā)裝置、運行裝置和信號處理裝置，開發(fā)裝置通過Ethernet網(wǎng)絡(luò)與運行裝置連接，運行裝置與信號處理裝置互聯(lián)，信號處理裝置包括工業(yè)數(shù)據(jù)采集板卡、輸入信號調(diào)理模塊和輸出信號驅(qū)動模塊，工業(yè)數(shù)據(jù)采集板卡與運行裝置互聯(lián)，輸入信號調(diào)理模塊連接工業(yè)數(shù)據(jù)采集板卡，安裝在燃氣發(fā)動機上的傳感器連接輸入信號調(diào)理模塊，工業(yè)數(shù)據(jù)采集板卡的輸出連接輸出信號驅(qū)動模塊，輸出信號驅(qū)動模塊連接燃氣發(fā)動機執(zhí)行機構(gòu)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣發(fā)動機電控噴射控制設(shè)備，其特征在于所述的輸入信號調(diào)理電路連接節(jié)氣門傳感器、進氣壓力傳感器、進氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、爆震傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和氧傳感器，輸出信號驅(qū)動電路包括點火驅(qū)動電路、多點噴射控制閥驅(qū)動電路和怠速電機驅(qū)動電路，點火驅(qū)動電路連接點火線圈，怠速電機驅(qū)動電路連接怠速電機，多點噴射控制閥驅(qū)動電路連接低壓燃氣噴嘴。專利摘要本實用新型提供了一種車用燃氣發(fā)動機電控噴射控制設(shè)備。它包括開發(fā)裝置、運行裝置和信號處理裝置，開發(fā)裝置通過Ethernet網(wǎng)絡(luò)與運行裝置連接，運行裝置與信號處理裝置互聯(lián)；信號處理裝置包括工業(yè)數(shù)據(jù)采集板卡、輸入信號調(diào)理模塊和輸出信號驅(qū)動模塊，工業(yè)數(shù)據(jù)采集板卡與運行裝置互聯(lián)，輸入信號調(diào)理模塊連接工業(yè)數(shù)據(jù)采集板卡，安裝在燃氣發(fā)動機上的傳感器連接輸入信號調(diào)理模塊，工業(yè)數(shù)據(jù)采集板卡的輸出連接輸出信號驅(qū)動模塊，輸出信號驅(qū)動模塊連接燃氣發(fā)動機執(zhí)行機構(gòu)。本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)車用燃氣發(fā)動機多點燃氣噴射控制、控制參數(shù)的在線調(diào)整和發(fā)動機運行狀態(tài)的實時監(jiān)測；能夠進行控制器部分硬件性能測試的半物理仿真。文檔編號F02M21/02GK201034050SQ20072011603公開日2008年3月12日申請日期2007年4月20日優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日發(fā)明者勇劉,濱呂,曹云鵬,滕萬慶申請人:哈爾濱工程大學(xué)