專利名稱：車用燃氣發(fā)動機數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及自動化數(shù)控領域，尤其涉及一種用于車用燃氣發(fā)動機數(shù) 據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，汽車面臨著石油供求矛盾加劇和環(huán)境保護兩個嚴峻的問題，液化石油氣(LPG)和天然氣(CNG)具有價格便宜、含量豐富、排氣污染低 的突出優(yōu)點，是內(nèi)燃機最好的代用燃料。車用燃氣發(fā)動機因為其燃料的特殊 性質(zhì)，普遍設置了發(fā)動機LPG/CNG控制系統(tǒng)。當前研發(fā)的汽車燃氣發(fā)動機控 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 化后的維修問題。為了有效地使用發(fā)動機智能控制系統(tǒng)，充分、持續(xù)地發(fā)揮 燃氣電子控制系統(tǒng)對車輛經(jīng)濟性、動力性和尾氣排放的有效控制，還需要配 套專用的發(fā)動機數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。結(jié)合車輛的實際使用情況和發(fā)動機控制系統(tǒng) 特點，實時對燃氣動力控制系統(tǒng)進行監(jiān)控，并校準標定。根據(jù)在該技術(shù)領域的檢索，現(xiàn)有的車用LPG/CN'G控制系統(tǒng)中所配套開發(fā) 的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其主要的使用對象一般是專業(yè)的軟件工程師，用于調(diào)試電 控單元(ECU)單片機軟件。其校準標定過程為先通過監(jiān)控系統(tǒng)采集發(fā)動 機數(shù)據(jù)，經(jīng)過校準計算之后，修改發(fā)動機控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，然后進行車運行， 確定數(shù)據(jù)控制方案后，通過專業(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。其整個過程過于專業(yè)化，功能單一化。缺點在于，必須是 專業(yè)的軟件工程師進行標定程序編寫，還需要專業(yè)的燒錄工具，芯片固化之 后便不可修改。如果燃氣發(fā)動機經(jīng)過長期使用之后，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，勢必造成發(fā)動機控制性能的下降。發(fā)明內(nèi)容本實用新型旨在提供一種可重復編程應用，面向普通技術(shù)人員操作簡便 的車用燃氣發(fā)動機數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。 為實現(xiàn)以上目的，本實用新型所述的發(fā)動機數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，包括傳感器， 執(zhí)行機構(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)動機參數(shù)，并將采集數(shù)據(jù)傳輸給電控單元；執(zhí)行 機構(gòu)接收電控單元的驅(qū)動指令，對發(fā)動機進行參數(shù)修正;而PC數(shù)據(jù)監(jiān)控單元， 用于人機操作校準標定、設定控制方案；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)動執(zhí)行機構(gòu)。其中，電控單元還包括微處理器模塊，采用可編程再應用芯片，處理信 號、計算數(shù)據(jù)、應用控制方案進存驅(qū)動控制；電源模塊，提供整個系統(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；信號采集處理模塊，轉(zhuǎn)換傳 感器采集信號為微處理模塊可識別信號；輸出驅(qū)動模塊，將驅(qū)動控制信號轉(zhuǎn) 換成驅(qū)動機構(gòu)可識別信號；通信端口模塊，通過串口連接，以RS-232信號方 式使電控單元與PC機連接通訊；LED告警模塊，可顯示發(fā)動機燃料的消耗和 存儲情況，并發(fā)出相應報警；開關轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換開關是發(fā)動機兩種燃料之 間的切換開關，也是電控單元的電源開關。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)動機故障，并提供維修方案。本實用新型所述的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)采用簡潔、簡單、避免誤操作的人性化 設計界面，確保了操作過程中的可靠性。使汽車性能的校準標定工作變得簡 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 査故障時間，減輕維修人員的工作負擔?？梢灾貜蜆硕〝?shù)據(jù)燒錄電控單元可 編程再應用芯片，恢復發(fā)動機智能控制系統(tǒng)優(yōu)良性能。附國說明

圖1為本實用新型所述數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊圖；圖2為本實用新型所述電控單元的結(jié)構(gòu)模塊圖；圖3為本實用新型所述數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理圖。具體實維方式下面結(jié)合說明書附圖，對本實用新型具體實施制作進一步介紹。
如附圖1為本實用新型所述數(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機上運行的軟件操作系統(tǒng)，通過通訊端口 模塊與電控單元ECU微處理模塊中再應用編程芯片通訊。PC機串口與電控單 元ECU相連接，對ECU實現(xiàn)實時監(jiān)控和校準標定工作。電控單元ECU內(nèi)的運 行數(shù)據(jù)分為由傳感器實時采集的傳感器數(shù)據(jù)和運算數(shù)據(jù)(MAP數(shù)據(jù))兩種， 前者反映了實時車況，后者是ECU的運算控制依據(jù)。校準標定過程就是根據(jù) 實時采集數(shù)據(jù)修改運算數(shù)據(jù)(MAP數(shù)據(jù))的過程。操作人員在PC機上發(fā)出各種指令，這些指令經(jīng)過PC機端口模塊轉(zhuǎn)換為 RS-232信號，傳送到ECU的串口后再被轉(zhuǎn)換為ECU可識別的信號，ECU分析指令信號后，發(fā)送回操作人員所需要的數(shù)據(jù)，或根據(jù)指令做相應的處理，然 后返回應答信號。在通訊中，相鄰的數(shù)據(jù)幀相互校驗，確保通訊數(shù)據(jù)正確性， 錯誤幀系統(tǒng)會作出提示。通訊協(xié)議采用一問一答的方式，即PC機先發(fā)出指令， ECU接到指令后根據(jù)處理情況作出應答，ECU的每一個通訊動作都需要相應的. 指令調(diào)動，而每一個指令都會有相應的應答返回。在監(jiān)控系統(tǒng)的界面上這些 應答情況也都會反映出來。使操作人員更好的決定如何處理下一步操作。數(shù)據(jù)標定完成后，需要將標定完成的控制方案燒錄固化在芯片上，在PC 機上發(fā)出燒錄指令，ECU芯片會將接收到的數(shù)據(jù)，通過再應用編程模塊編輯 燒錄芯片，斷電后數(shù)據(jù)也不會丟失。再應用編程是ARM系列單片機的新型功 能，可以通過編程隨時燒錄和更改芯片數(shù)據(jù)，即使是使用多年后的控制系統(tǒng) 也可以重新校準標定。數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的ECU單元有故障碼儲存功能，在運行過程中遇到的軟件 或硬件故障會議故障碼形式存儲在RAM中，PC數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出故障碼解讀 命令，ECU就會將儲存的故障碼傳輸?shù)絇C機，PC數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)會搜索編碼庫， 解讀故障碼，并提供維修方案。如附圖2為本實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LPC2131單片機，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、計算、驅(qū)動時間均在微秒級， 可以迅速掌揮車況，經(jīng)過縝密計算，精確控制發(fā)動機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芯片對于電源的紋 波、瞬態(tài)響應性能、時鐘源的穩(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,對芯片工作電源進行監(jiān)控。信號采集處理模塊該模塊將各種傳感器和原車信號，轉(zhuǎn)換為單片機相 匹配的信號，并輸入到單片機輸入端口；輸出驅(qū)動模塊該模塊由光耦合開關根據(jù)單片機的驅(qū)動信號，驅(qū)動燃料 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機連接通訊，使用SP3232E進行RS-232電平轉(zhuǎn)換。LED告警和開關轉(zhuǎn)換模塊LED可顯示發(fā)動機燃料的消耗和存儲情況，并 發(fā)出相應報警，而轉(zhuǎn)換開關是發(fā)動機兩種燃料之間的切換開關，也是電控單 元的電源開關。如附圖3為本實用新型所述數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理圖。在汽車運行狀 況下，操作人員在PC機上運行數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，接通端口，發(fā)出接收實時數(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。監(jiān)控系統(tǒng) 會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 接收指令，繼續(xù)接收實時數(shù)據(jù)。需要査看ECU中的運算MAP數(shù)據(jù)表時，發(fā)送 接收MAP命令，ECU會將MAP數(shù)據(jù)表和校驗數(shù)據(jù)打包發(fā)送，監(jiān)控系統(tǒng)校驗數(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)表和實時曲線圖中，了 解汽車各項性能，檢查是否達到性能要求。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會立即根據(jù) 新的控制方案運行，新方案的運行效果會及時地反饋到監(jiān)控系統(tǒng)界面中。這 樣反復標定調(diào)整，最終使汽車達到低消耗、低排放的優(yōu)質(zhì)性能。停止運行汽車發(fā)動機，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，該類型汽車就標定完成，可以批量安裝在車 用LPG/CNG發(fā)動機的智能控制系統(tǒng)了。在維護車用LPG/CNG發(fā)動機智能控制系統(tǒng)時，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)將顯示故障說明及處理 方案，省去了維修人員復雜的排査工作，提高了工作效率。如果汽車排放和消耗性能有所下降，可以重新標定數(shù)據(jù)，燒錄ECU芯片恢復優(yōu)良性能。本實用新型所述的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)使汽車性能的校準標定工作變得簡單、 迅速、可靠，極大地節(jié)省了安裝維護工作的人力物力。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 的排査故障時間，減輕維修人員的工作負擔。而該PC數(shù)據(jù)監(jiān)控單元可以將用 過多年后的車用LPG/CNG發(fā)動機智能控制系統(tǒng)進行重新標定，恢復原來的地 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)省了用戶開支。 程序采用模塊化設計，具有良好的擴展性，根據(jù)需要，可以增加額外的標定 功能，進一步拓寬了其應用范圍。根據(jù)需要，系統(tǒng)還可以改為無線通訊方式，只需在PC機和ECU上裝入無 線網(wǎng)卡即可實現(xiàn)，軟件完全兼容。人機界面采用簡潔、簡單、避免誤操作的 人性化設計，確保了操作過程中的可靠性。
權(quán)利要求1.一種車用燃氣發(fā)動機數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，包括傳感器，執(zhí)行機構(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)動機各項參數(shù)，并將采集數(shù)據(jù)傳輸給電控單元；所述執(zhí)行機構(gòu)接收電控單元的驅(qū)動指令，對發(fā)動機進行參數(shù)修正；所述PC數(shù)據(jù)監(jiān)控單元，用于人機操作校準標定、設定控制方案；所述電控單元，接收傳感器采集的數(shù)據(jù)信息，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，并與PC數(shù)據(jù)監(jiān)控單元雙向通訊，反饋信息，接受應用控制方案。
2. 如權(quán)利要求1所述的車用燃氣發(fā)動機數(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,采用可編程應用芯片，處理信號、計算數(shù)據(jù)、應用控制 方案進行驅(qū)動控制；電源模塊，提供整個系統(tǒng)各模塊的所需各種工作電源； 信號采集處理模塊，轉(zhuǎn)換傳感器采集信號為微處理模塊可識別信號； 輸出驅(qū)動模塊，將驅(qū)動控制信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動機構(gòu)可識別信號； 通信端口模塊，使電控單元與PC機連接通訊。
3. 如權(quán)利要求2所述的車用燃氣發(fā)動機數(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)動機燃料的消耗和存儲情況， 并發(fā)出相應報警。
4. 如權(quán)利要求2所述的車用燃氣發(fā)動機數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述電 控單元還包括開關轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換開關是發(fā)動機兩種燃料之間的切換開關， 也是電控單元的電源開關。
5. 如權(quán)利要求2所述的車用燃氣發(fā)動機數(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所述的車用燃氣發(fā)動機數(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機采用串口方式RS-232信號，通信串口轉(zhuǎn) 換芯片為SP3232E。
7. 如權(quán)利要求2所述的車用燃氣發(fā)動機數(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所述的車用燃氣發(fā)動機數(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。
專利摘要本實用新型涉及一種車用燃氣發(fā)動機數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，包括傳感器、電控單元、執(zhí)行機構(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)動執(zhí)行機構(gòu)進行相應處理，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)通過軟硬件結(jié)合的方式，完成發(fā)動機各項參數(shù)的數(shù)據(jù)搜集和校準標定功能，且電控單元采用可應用編程芯片，更新保存控制方案，實現(xiàn)發(fā)動機的智能監(jiān)控與性能優(yōu)化。具有校準標定便捷，擴展性強，人機界面簡潔可靠的特點。
文檔編號G05B19/048GK201051218SQ20072006740
公開日2008年4月23日 申請日期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 申請人:上海筑達發(fā)動機技術(shù)有限公司