基于微機控制的發動機測試系統的研究與設計

王中源 張金龍

摘? 要：研究并設計了一種以IPC（Industrial Personal Computer，工業控制計算機）為核心的微機控制測試系統。解決了電控發動機因結構復雜而無法用一般測試儀器排查故障的問題。該測試系統根據電控發動機顯示的信號數據，檢驗發動機的運作狀況，具有較強的抗干擾能力，較高的可信度，并且操作簡便。

關鍵詞：IPC;微機測試系統;電控發動機

中圖分類號：U467.4? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）11-0047-03

Abstract： A microcomputer control test system with IPC （Industrial Personal Computer） as its core is studied and designed. The problem of the electronic ally engine being unable to troubleshoot with the general test instrument due to the complicated structure is solved. The test system is based on the signal data displayed by electronically controlled engine， which verifies the operation of the engine， has strong anti-jamming ability， high confidence， and is easy to operate.

Keywords： IPC; microcomputer test system; electronic engine

引言

電控發動機以基本信號反應實際工況。該信號進入電控發動機的電子控制單元（ECU）后，根據各種因素對其進行補償等操作進行調整，通過此類合理控制后，從而得到最合適的油氣成分和點火時刻。但電控機系統結構繁雜，普通儀器一般無法提供測試故障診斷功能。因此，研究并設計了一種以IPC（工業控制計算機）為核心的微機控制測試系統。該系統通過對電控發動機一系列信號的測試，完善了電控發動機的測試功能。

1 測試原理

電控發動機的控制系統由許多電子自動控制裝置構成，包括傳感器，執行元件和電子控制單元（ECU）。其中，傳感器負責將發動機各類信息傳遞給電子控制單元（ECU）。電子控制單元（ECU）是發動機電子控制系統的核心，含有專屬控制微機和接口電路。在各種情況下，存儲電控發動機達到最佳的油氣混合度和點火定時。它工作時，根據傳感器提供的實時信號，由執行器調整油氣混合度和點火定時。由此可見，三種電控裝置相輔相成，缺一不可。因此，設計的測試系統，可實現測試發動機輸出信號的功能，并包含在各種工況下，模擬發動機輸出相應傳感器的信號，以此測試ECU和執行器的工作狀態。

2 硬件設計

設計的測試系統主體結構如圖1所示，以ISA總線的IPU為核心，主要有信號檢測和計算機兩個部分。為確保測試系統的可靠性與穩定性，該系統選取性能較好的I/O模板，主板，CPU，處理器等。

該測試系統主要測試數字信號和模擬信號這兩種信號。數字信號通過光電耦合器輸入計算機，光電耦合器選取16/24路光隔離D/I板，型號PCID-782B。考慮到隔離電壓最小值為1500VDC，而輸入通道均含高于隔離電壓最小值的光電隔，所以將光電隔離信號設置在兩通道和輸入通道與IPC之間。模擬信號通過數據采集卡，經A/D轉換輸入計算機。數據采集卡選取含有自動通道掃描的高性能數據采集卡，型號PCL-818HD。它包含采樣速率可達到100KHz的12位A/D轉換器，16個連續字節的I/0端口，DB-37的A/D，D/A接口。

測試的信號通過IPC處理后，轉化成顯示器中的數字和圖像，并可以打印出相應的圖表和曲線。

3 軟件設計

測試系統選用RAD Studio XE3設計軟件。該軟件可按照各自功能劃分為五個模塊，如圖2所示，這五個模塊分別為密碼模塊、初始化模塊，實時信號采集與顯示模塊、數據記錄與報表模塊及幫助模塊。

3.1 密碼、初始化模塊

密碼、初始化模塊主要負責軟件的參數設置，可用于A/D轉換、測量頻率等。

該測試系統選取的以ISA總線的IPU，具有高性能的光電耦合器和數據采集卡，利用這些硬件本身含有的驅動程序，可將其拓展為更加完整的DLL軟件（Dynamic Link Library，動態鏈接庫文件）。通過此程序，可實行復雜的I/O查詢和中斷以及DMA （Direct Memory Access，直接內存存取）方式并行處理。該測試系統將拓展所得的過程相關程序存放在模塊文件中，以方便調用。

除了軟件程序的設置，還需要設置一系列硬件參數。設計的測試系統可在主界面中的工具/初始化菜單，進入“初始化參數模塊”來設置硬件參數。

3.2 實時信號采集與顯示模塊

實時信號采集與顯示模塊主要負責采集電控發動機內部的一系列信號以及與之對應的波形顯示。一般來說，發動機轉速是通過測量曲軸轉速來確定。因此，測量轉速時，光電脈沖式傳感器的一端連接在轉軸上，信號盤轉動，由于電磁感應產生交變電壓，輸出脈沖信號。通過定時/計數器測量脈寬或固定時間內的脈沖信號個數，又因為脈沖信號頻率與轉速成正比，故可由脈沖信號頻率推算出被測轉速。

點火、噴油等信號的測試同樣是通過定時/計數器，測量脈寬或在固定時間內的脈沖信號個數來實現的。

在采集到轉速，點火，噴油等一系列信號后，由RAD Studio XE3設計軟件的應用畫圖功能，將圖像顯示在顯示器上。

3.3 數據記錄和報表模塊

數據記錄和報表模塊主要利用了RAD Studio XE3設計軟件擅長運用數據庫管理器系統的優勢來實現測試數據的儲存，管理和維護。同時，利用數據庫系統，可以方便地查詢數據庫內的信息。在數據記錄時，可多通道采集實時數據，記錄的數據可精確到秒數。由此再使用RAD Studio XE3設計軟件所供的報表制作程序及工具，創建報表文件，并可供打印。

3.4 幫助模塊

為方便用戶使用，以備突發情況的出現，本系統開發中，整合了文本文件、目錄文件、項目文件，建立幫助模塊以供用戶使用。

3.5 抗干擾設計

由于電控發動機結構復雜等問題，在各種工況下存在許多干擾。考慮到各種干擾性，為此，測試系統的硬件和軟件都為測試系統的抗干擾性做出了合理的設計。

3.5.1 硬件設計

（1）以ISA為主線的IPC，具有較高的抗干擾能力。

（2）選用光電耦合器，避免干擾從通道進入。

（3）性能優良的定時/計數器，克服噪聲干擾。

3.5.2 軟件設計

（1）數字濾波排除干擾誤差。

（2）編譯跟蹤程序，避免因突發干擾導致程序失控的情況。

4 實驗測試

該測試系統對日產VG33E型電控發動機的性能進行了測試，其中主要包括三項性能測試分別為起動性能測試、動力性能測試、點火性能測試。如圖3所示，（a）和（b）分別為設計的測試系統和FLUKE測試儀器所形成的點火信號波形圖。由圖可見，所得兩種波形基本相同。

5 結論

設計的發動機測試系統以IPC為硬件核心，以RAD Studio XE3為軟件平臺，可測試電控發動機的工況，并具有較好的抗干擾能力。在一定程度上解決了由于電控機系統結構繁雜，普通儀器一般無法提供測試故障診斷功能的問題。該測試系統工作質量好，可信度高，操作便捷，可及時反映電控發動機的工況，完善了測試。

參考文獻：

[1]鄔志國，張云龍，袁大宏.電控發動機ECU故障自診斷簡析[J]. 汽車技術，2001（05）：35-37.

[2]陳建清.電控發動機故障自診斷系統與故障診斷[J].汽車與配件，2003（37）：29-31.

[3]李彩鳳.電控發動機自診斷系統原理及測試技術[J].汽車技術，2003（06）：22-23.

[4]張紅光，王道靜，劉凱，等.車用電控發動機點火能量測試系統的開發[J].車用發動機，2011（05）：748-752.

[5]溫耀中，萬茂松，解梅.汽車自診斷系統介紹[J].汽車維護與修理，2010（10）：71-73.