專利名稱：車用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及自動(dòng)化數(shù)控領(lǐng)域，尤其涉及一種用于車用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)數(shù) 據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，汽車面臨著石油供求矛盾加劇和環(huán)境保護(hù)兩個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題，液化石油氣(LPG)和天然氣(CNG)具有價(jià)格便宜、含量豐富、排氣污染低 的突出優(yōu)點(diǎn)，是內(nèi)燃機(jī)最好的代用燃料。車用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)因?yàn)槠淙剂系奶厥?性質(zhì)，普遍設(shè)置了發(fā)動(dòng)機(jī)LPG/CNG控制系統(tǒng)。當(dāng)前研發(fā)的汽車燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)控 制系統(tǒng)有很多，但都普遍面臨適用性單一、排放和燃料消耗不穩(wěn)定以及市場(chǎng) 化后的維修問(wèn)題。為了有效地使用發(fā)動(dòng)機(jī)智能控制系統(tǒng)，充分、持續(xù)地發(fā)揮 燃?xì)怆娮涌刂葡到y(tǒng)對(duì)車輛經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和尾氣排放的有效控制，還需要配 套專用的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。結(jié)合車輛的實(shí)際使用情況和發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 特點(diǎn)，實(shí)時(shí)對(duì)燃?xì)鈩?dòng)力控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，并校準(zhǔn)標(biāo)定。根據(jù)在該技術(shù)領(lǐng)域的檢索，現(xiàn)有的車用LPG/CN'G控制系統(tǒng)中所配套開(kāi)發(fā) 的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其主要的使用對(duì)象一般是專業(yè)的軟件工程師，用于調(diào)試電 控單元(ECU)單片機(jī)軟件。其校準(zhǔn)標(biāo)定過(guò)程為先通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)采集發(fā)動(dòng) 機(jī)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)計(jì)算之后，修改發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行車運(yùn)行， 確定數(shù)據(jù)控制方案后，通過(guò)專業(yè)的芯片燒錄工具，將控制方案固化至電控單 元的處理芯片中。其整個(gè)過(guò)程過(guò)于專業(yè)化，功能單一化。缺點(diǎn)在于，必須是 專業(yè)的軟件工程師進(jìn)行標(biāo)定程序編寫(xiě)，還需要專業(yè)的燒錄工具，芯片固化之 后便不可修改。如果燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用之后，車況和使用環(huán)境發(fā)生了 變化，其控制系統(tǒng)的控制方案卻不可更改，勢(shì)必造成發(fā)動(dòng)機(jī)控制性能的下降。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型旨在提供一種可重復(fù)編程應(yīng)用，面向普通技術(shù)人員操作簡(jiǎn)便 的車用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。 為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型所述的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，包括傳感器， 執(zhí)行機(jī)構(gòu)，PC數(shù)據(jù)監(jiān)控單元，電控單元，其特征在于所述傳感器用于采集發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，并將采集數(shù)據(jù)傳輸給電控單元；執(zhí)行 機(jī)構(gòu)接收電控單元的驅(qū)動(dòng)指令，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行參數(shù)修正;而PC數(shù)據(jù)監(jiān)控單元， 用于人機(jī)操作校準(zhǔn)標(biāo)定、設(shè)定控制方案；電控單元接收傳感器采集的數(shù)據(jù)信 息，處理之后發(fā)送給PC數(shù)據(jù)監(jiān)控單元，又從PC數(shù)據(jù)監(jiān)控單元接受控制方案， 并驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中，電控單元還包括微處理器模塊，采用可編程再應(yīng)用芯片，處理信 號(hào)、計(jì)算數(shù)據(jù)、應(yīng)用控制方案進(jìn)存驅(qū)動(dòng)控制；電源模塊，提供整個(gè)系統(tǒng)各模 塊的所需各種穩(wěn)壓工作電源，并監(jiān)控系統(tǒng)電源；信號(hào)采集處理模塊，轉(zhuǎn)換傳 感器采集信號(hào)為微處理模塊可識(shí)別信號(hào)；輸出驅(qū)動(dòng)模塊，將驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)轉(zhuǎn) 換成驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可識(shí)別信號(hào)；通信端口模塊，通過(guò)串口連接，以RS-232信號(hào)方 式使電控單元與PC機(jī)連接通訊；LED告警模塊，可顯示發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的消耗和 存儲(chǔ)情況，并發(fā)出相應(yīng)報(bào)警；開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是發(fā)動(dòng)機(jī)兩種燃料之 間的切換開(kāi)關(guān)，也是電控單元的電源開(kāi)關(guān)。所述PC數(shù)據(jù)監(jiān)控單元的軟件系統(tǒng)，還具有故障碼解讀功能，根據(jù)采集數(shù) 據(jù)，判定發(fā)動(dòng)機(jī)故障，并提供維修方案。本實(shí)用新型所述的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)采用簡(jiǎn)潔、簡(jiǎn)單、避免誤操作的人性化 設(shè)計(jì)界面，確保了操作過(guò)程中的可靠性。使汽車性能的校準(zhǔn)標(biāo)定工作變得簡(jiǎn) 單，將控制系統(tǒng)特有的故障碼解讀并提供維修方案，節(jié)省了維修工作中的排 査故障時(shí)間，減輕維修人員的工作負(fù)擔(dān)。可以重復(fù)標(biāo)定數(shù)據(jù)燒錄電控單元可 編程再應(yīng)用芯片，恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)智能控制系統(tǒng)優(yōu)良性能。附國(guó)說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型所述數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊圖；圖2為本實(shí)用新型所述電控單元的結(jié)構(gòu)模塊圖；圖3為本實(shí)用新型所述數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理圖。具體實(shí)維方式下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本實(shí)用新型具體實(shí)施制作進(jìn)一步介紹。
如附圖1為本實(shí)用新型所述數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)模塊圖，包括傳感器、電控單元，執(zhí)行機(jī)構(gòu)和PC數(shù)據(jù)監(jiān)控單元四大部分。其中PC數(shù)據(jù)監(jiān)控單元是由PC機(jī)上運(yùn)行的軟件操作系統(tǒng)，通過(guò)通訊端口 模塊與電控單元ECU微處理模塊中再應(yīng)用編程芯片通訊。PC機(jī)串口與電控單 元ECU相連接，對(duì)ECU實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和校準(zhǔn)標(biāo)定工作。電控單元ECU內(nèi)的運(yùn) 行數(shù)據(jù)分為由傳感器實(shí)時(shí)采集的傳感器數(shù)據(jù)和運(yùn)算數(shù)據(jù)(MAP數(shù)據(jù))兩種， 前者反映了實(shí)時(shí)車況，后者是ECU的運(yùn)算控制依據(jù)。校準(zhǔn)標(biāo)定過(guò)程就是根據(jù) 實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)修改運(yùn)算數(shù)據(jù)(MAP數(shù)據(jù))的過(guò)程。操作人員在PC機(jī)上發(fā)出各種指令，這些指令經(jīng)過(guò)PC機(jī)端口模塊轉(zhuǎn)換為 RS-232信號(hào)，傳送到ECU的串口后再被轉(zhuǎn)換為ECU可識(shí)別的信號(hào)，ECU分析指令信號(hào)后，發(fā)送回操作人員所需要的數(shù)據(jù)，或根據(jù)指令做相應(yīng)的處理，然 后返回應(yīng)答信號(hào)。在通訊中，相鄰的數(shù)據(jù)幀相互校驗(yàn)，確保通訊數(shù)據(jù)正確性， 錯(cuò)誤幀系統(tǒng)會(huì)作出提示。通訊協(xié)議采用一問(wèn)一答的方式，即PC機(jī)先發(fā)出指令， ECU接到指令后根據(jù)處理情況作出應(yīng)答，ECU的每一個(gè)通訊動(dòng)作都需要相應(yīng)的. 指令調(diào)動(dòng)，而每一個(gè)指令都會(huì)有相應(yīng)的應(yīng)答返回。在監(jiān)控系統(tǒng)的界面上這些 應(yīng)答情況也都會(huì)反映出來(lái)。使操作人員更好的決定如何處理下一步操作。數(shù)據(jù)標(biāo)定完成后，需要將標(biāo)定完成的控制方案燒錄固化在芯片上，在PC 機(jī)上發(fā)出燒錄指令，ECU芯片會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)，通過(guò)再應(yīng)用編程模塊編輯 燒錄芯片，斷電后數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。再應(yīng)用編程是ARM系列單片機(jī)的新型功 能，可以通過(guò)編程隨時(shí)燒錄和更改芯片數(shù)據(jù)，即使是使用多年后的控制系統(tǒng) 也可以重新校準(zhǔn)標(biāo)定。數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的ECU單元有故障碼儲(chǔ)存功能，在運(yùn)行過(guò)程中遇到的軟件 或硬件故障會(huì)議故障碼形式存儲(chǔ)在RAM中，PC數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出故障碼解讀 命令，ECU就會(huì)將儲(chǔ)存的故障碼傳輸?shù)絇C機(jī)，PC數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)搜索編碼庫(kù)， 解讀故障碼，并提供維修方案。如附圖2為本實(shí)用新型所述電控單元的結(jié)構(gòu)模塊圖，電控單元包括 微處理器模塊其核心部件為L(zhǎng)PC2131單片機(jī)，采用了 32位ARM內(nèi)核微 處理器，具有高性能和低功耗的特性。其采集、計(jì)算、驅(qū)動(dòng)時(shí)間均在微秒級(jí)， 可以迅速掌揮車況，經(jīng)過(guò)縝密計(jì)算，精確控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的消耗和排放質(zhì)量?！‰娫茨K電控單元由汽車蓄電池(12V)供電，而微處理器需3. 3v供電， 各種傳感器需5v供電，模塊采用MC7808芯片將蓄電池^J^穩(wěn)壓至5v,再由 LM117H芯片將5v穩(wěn)壓至3. 3v。由于微處理器模塊中ARM芯片對(duì)于電源的紋 波、瞬態(tài)響應(yīng)性能、時(shí)鐘源的穩(wěn)定性和可靠性有非常高的要求，模塊采用電 源監(jiān)控芯片CA3028,對(duì)芯片工作電源進(jìn)行監(jiān)控。信號(hào)采集處理模塊該模塊將各種傳感器和原車信號(hào)，轉(zhuǎn)換為單片機(jī)相 匹配的信號(hào)，并輸入到單片機(jī)輸入端口；輸出驅(qū)動(dòng)模塊該模塊由光耦合開(kāi)關(guān)根據(jù)單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)燃料 噴嘴噴射燃料；通信端口模塊由于電控單元EDU的微處理器是3.3v供電，為了使電控 單元與PC機(jī)連接通訊，使用SP3232E進(jìn)行RS-232電平轉(zhuǎn)換。LED告警和開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換模塊LED可顯示發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的消耗和存儲(chǔ)情況，并 發(fā)出相應(yīng)報(bào)警，而轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是發(fā)動(dòng)機(jī)兩種燃料之間的切換開(kāi)關(guān)，也是電控單 元的電源開(kāi)關(guān)。如附圖3為本實(shí)用新型所述數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理圖。在汽車運(yùn)行狀 況下，操作人員在PC機(jī)上運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，接通端口，發(fā)出接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 的指令，ECU接到指令后，將采集到的車況參數(shù)依次發(fā)送回PC機(jī)。監(jiān)控系統(tǒng) 會(huì)在界面上顯示接收到的數(shù)據(jù)或者繪制成曲線圖，并且每隔200MS發(fā)出一個(gè) 接收指令，繼續(xù)接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。需要査看ECU中的運(yùn)算MAP數(shù)據(jù)表時(shí)，發(fā)送 接收MAP命令，ECU會(huì)將MAP數(shù)據(jù)表和校驗(yàn)數(shù)據(jù)打包發(fā)送，監(jiān)控系統(tǒng)校驗(yàn)數(shù) 據(jù)正確后顯示在界面上。操作人員從接收的MAP數(shù)據(jù)表和實(shí)時(shí)曲線圖中，了 解汽車各項(xiàng)性能，檢查是否達(dá)到性能要求。如有待改善之處，在系統(tǒng)提示下， 操作人員可以修改或制定新的MAP控制方案，并發(fā)送到ECU， ECU會(huì)立即根據(jù) 新的控制方案運(yùn)行，新方案的運(yùn)行效果會(huì)及時(shí)地反饋到監(jiān)控系統(tǒng)界面中。這 樣反復(fù)標(biāo)定調(diào)整，最終使汽車達(dá)到低消耗、低排放的優(yōu)質(zhì)性能。停止運(yùn)行汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，在監(jiān)控系統(tǒng)中根據(jù)提示燒錄ECU的微處理器，可 以將新的控制方案固化在芯片上，該類型汽車就標(biāo)定完成，可以批量安裝在車 用LPG/CNG發(fā)動(dòng)機(jī)的智能控制系統(tǒng)了。在維護(hù)車用LPG/CNG發(fā)動(dòng)機(jī)智能控制系統(tǒng)時(shí)，同樣在數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的PC
操作界面上發(fā)送接收故障代碼命令，如有故障，系統(tǒng)將顯示故障說(shuō)明及處理 方案，省去了維修人員復(fù)雜的排査工作，提高了工作效率。如果汽車排放和消耗性能有所下降，可以重新標(biāo)定數(shù)據(jù)，燒錄ECU芯片恢復(fù)優(yōu)良性能。本實(shí)用新型所述的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)使汽車性能的校準(zhǔn)標(biāo)定工作變得簡(jiǎn)單、 迅速、可靠，極大地節(jié)省了安裝維護(hù)工作的人力物力。其所支持的故障碼解 讀功能，將控制系統(tǒng)特有的故障碼解讀并提供維修方案，節(jié)省了維修工作中 的排査故障時(shí)間，減輕維修人員的工作負(fù)擔(dān)。而該P(yáng)C數(shù)據(jù)監(jiān)控單元可以將用 過(guò)多年后的車用LPG/CNG發(fā)動(dòng)機(jī)智能控制系統(tǒng)進(jìn)行重新標(biāo)定，恢復(fù)原來(lái)的地 排放低消耗的優(yōu)良性能，增加了控制系統(tǒng)的使用壽命，并節(jié)省了用戶開(kāi)支。 程序采用模塊化設(shè)計(jì)，具有良好的擴(kuò)展性，根據(jù)需要，可以增加額外的標(biāo)定 功能，進(jìn)一步拓寬了其應(yīng)用范圍。根據(jù)需要，系統(tǒng)還可以改為無(wú)線通訊方式，只需在PC機(jī)和ECU上裝入無(wú) 線網(wǎng)卡即可實(shí)現(xiàn)，軟件完全兼容。人機(jī)界面采用簡(jiǎn)潔、簡(jiǎn)單、避免誤操作的 人性化設(shè)計(jì)，確保了操作過(guò)程中的可靠性。
權(quán)利要求1.一種車用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，包括傳感器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，PC數(shù)據(jù)監(jiān)控單元，電控單元，其特征在于所述傳感器用于采集發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)，并將采集數(shù)據(jù)傳輸給電控單元；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收電控單元的驅(qū)動(dòng)指令，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行參數(shù)修正；所述PC數(shù)據(jù)監(jiān)控單元，用于人機(jī)操作校準(zhǔn)標(biāo)定、設(shè)定控制方案；所述電控單元，接收傳感器采集的數(shù)據(jù)信息，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并與PC數(shù)據(jù)監(jiān)控單元雙向通訊，反饋信息，接受應(yīng)用控制方案。
2. 如權(quán)利要求1所述的車用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述電 控單元還包括微處理器模塊,采用可編程應(yīng)用芯片，處理信號(hào)、計(jì)算數(shù)據(jù)、應(yīng)用控制 方案進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制；電源模塊，提供整個(gè)系統(tǒng)各模塊的所需各種工作電源； 信號(hào)采集處理模塊，轉(zhuǎn)換傳感器采集信號(hào)為微處理模塊可識(shí)別信號(hào)； 輸出驅(qū)動(dòng)模塊，將驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可識(shí)別信號(hào)； 通信端口模塊，使電控單元與PC機(jī)連接通訊。
3. 如權(quán)利要求2所述的車用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述電 控單元還包括顯示LED告警模塊，可顯示發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的消耗和存儲(chǔ)情況， 并發(fā)出相應(yīng)報(bào)警。
4. 如權(quán)利要求2所述的車用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述電 控單元還包括開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是發(fā)動(dòng)機(jī)兩種燃料之間的切換開(kāi)關(guān)， 也是電控單元的電源開(kāi)關(guān)。
5. 如權(quán)利要求2所述的車用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述電 控單元的微處理器模塊，使用的主芯片為Philips LPC2131。
6. 如權(quán)利要求2所述的車用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述電 控單元的通信端口模塊，與PC機(jī)采用串口方式RS-232信號(hào)，通信串口轉(zhuǎn) 換芯片為SP3232E。
7. 如權(quán)利要求2所述的車用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，電源模 塊的穩(wěn)壓芯片為MC7808與LM117H。
8. 如權(quán)利要求2或7所述的車用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，電 源模塊的電源監(jiān)控芯片為CA3028。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種車用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，包括傳感器、電控單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、PC數(shù)據(jù)監(jiān)控單元；電控單元接收傳感器采集的數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)處理，并與PC數(shù)據(jù)監(jiān)控單元雙向通訊，發(fā)送數(shù)據(jù)信息，接受控制方案。本系統(tǒng)通過(guò)軟硬件結(jié)合的方式，完成發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)的數(shù)據(jù)搜集和校準(zhǔn)標(biāo)定功能，且電控單元采用可應(yīng)用編程芯片，更新保存控制方案，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的智能監(jiān)控與性能優(yōu)化。具有校準(zhǔn)標(biāo)定便捷，擴(kuò)展性強(qiáng)，人機(jī)界面簡(jiǎn)潔可靠的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/048GK201051218SQ20072006740
公開(kāi)日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2007年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月15日
發(fā)明者宋玉娥 申請(qǐng)人:上海筑達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)有限公司