专利名称：柴油机燃烧压力动态采集系统的制作方法
技术领域：
柴油机燃烧压力动态采集系统技术领域本发明涉及发动机测试技术领域，主要用于柴油机动态故障检测和柴油机电子控制技术中。技术背景随着能源和环保要求的提高，各国对排放的要求日趋严格。欧洲己执行欧III排放法规， 2008年将实行欧V排放法规，美国2004年已执行新的EPA排放法规，因此降低排放已成为 柴油机研究中的首要任务。电控喷油系统通过调节喷油定时和喷油量，降低NOx和PM，电控 喷油系统是柴油机各种先进技术(排放后处理技术、涡轮增压技术、EGR技术等)充分发挥 功效的必要条件，也是提高柴油机动力性、经济性和降低排放的主要手段。目前的柴油机电子控制是基于实验获得的脉谱(MAP)控制，对标定条件以外的状况，如 燃油质量变化、零件老化、制造差异等，不能给出最佳的控制，无法使柴油机运行在最佳状 态。随着控制对象的增加，电控系统越来越复杂，精确控制极为重要，闭环控制是实现精确 控制的有效办法。缸内燃烧状况决定了柴油机的性能和排放，气缸压力包含了燃烧状况信息， 将气缸压力反馈引入电控系统，能提供柴油机燃烧过程实时标志，有助于实现柴油机燃烧过 程闭环控制，对发动机进行燃烧状况监控和故障诊断。常规的气缸压力采集是由采集卡和计算机共同完成的,包括压力采集和数据的离线分析， 压力采集系统由压电传感器、电荷放大器、采集卡和计算机组成，系统附件多，干扰因素多， 它在系统体积和配置上难以满足发动机的动态要求。基于数字信号处理器(DSP)的燃烧压 力动态采集方法，简化采集系统的配置，减小系统体积，实现车载压力采集及显示，不仅对 发动机的车载故障检测有重要意义，而且为压力反馈的柴油机电控技术奠定基础。 发明内容本发明的目的是填补车载柴油机燃烧压力动态采集的技术空白，完成压力动态采集和数 据处理。一种柴油机燃烧压力动态采集系统，包括燃烧压力采集装置、信号处理电路和用于监控 的微机，燃烧压力采集装置包括光纤压力传感器和光电编码器，信号处理电路包括信号处理 器DSP56F807、电源模块、SCI或者USB插口、调试JTAG口、 P觀输出脚和I/0引脚；光纤 压力传感器经过信号处理电路中的A/D输入脚与信号处理器DSP56F807连接，光电编码器 通过信号处理电路中的滤波电路、IC输入脚与信号处理器DSP56F807连接，用于监控的微机通过信号处理电路中的SCI或USB插口与信号处理器DSP56F807的通讯口连接。整个采集系统由燃烧压力采集装置、信号处理电路和用于监控的微机组成，燃烧压力采 集装置主要由光纤压力传感器、光电编码器组成。光纤压力传感器采用美国Optrand.公司的 AutoPSI-TC (温度补偿型，适合发动机动态压力测试)，电压量0.5-4.8V输出。线性度 ±1%FS0，测量范围0-20MPa，温度-50-300。C;光电编码器为增量式编码器，重新设计了光 栅盘，使其每旋转一周产生300个角度脉冲信号，产生信号脉冲附图3所示。信号Z为同歩 信号，输出信号A为每隔0.5度输出的曲轴转角信号。信号处理电路选用Motorola公司的数字信号处理器DSP56F807作为系统的微处理器， 数字信号处理器是处理实时信号的专用微处理器，指令执行速度高可达到40兆条指令/S (MIPS)，能够进行定点、浮点计算。此外乘加运算是信号处理中常用计算，虽然通用微处 理器也能进行乘加运算，但是时间较长，本发明中所使用的DSP微处理器，乘法指令可在单 周期内完成，计算速度大幅度提高，特别适合有实时处理要_求的场合。单片机的数据空间远远小于计算机，数据文件的大小将直接影响到微处理器的处理速度^ 为了提高采集系统的数据实时处理能力，在采集过程中采用局部区域采集方法，对柴油机工作过程的部分循环进行采集，比如仅对燃烧做功循环进行采集可减少70%数据量。在高曲轴转角分辨率条件下采集得到的气缸压力数据比较多，选择合适的数据通讯方式 比较重要。在气缸压力监控模式下，只传输压力曲线上一些特征点，如最大爆发压力及其转 角，燃烧始点等参数，传输数据量小，采用串口通讯SCI方式能节省CPU时间；在气缸压力 采集模式中，需要传送燃烧压力的全部数据，采用USB方式能高速传输数据。 有益效果基于数字信号处理器(DSP)的燃烧压力动态采集系统，简化采集系统的配置，减小系 统体积，实现车载压力采集及显示，不仅对发动机的车载故障检测有重要意义，而且为压力 反馈的柴油机电控技术奠定基础。
图l为柴油机燃烧压力动态采集系统的系统原理图 图2为柴油机燃烧压力动态采集系统的工作时序图 图3为光电解码器产生的脉冲触发信号图中的主要部分光纤压力传感器la、光电编码器lb、信号处理电路2、微机具体实施方式
一种柴油机燃烧压力动态采集系统，包括燃烧压力采集装置、信号处理电路和用于监控 的微机，燃烧压力釆集装置包括光纤压力传感器和光电编码器，信号处理电路包括信号处理器DSP56F807、电源模块、SCI或者USB插口、调试JTAG 口 、 PWM输出脚和I/0引脚；光纟， 压力传感器经过信号处理电路中的A/D输入脚与信号处理器DSP56F807连接，光电编码器 通过信号处理电路中的滤波电路、IC输入脚与信号处理器DSP56F807连接，用于监控的微 机通过信号处理电路中的SCI或USB插口与信号处理器DSP56F807的通讯口连接。. ， 柴油机燃烧压力动态采集系统的系统原理图附图1所示，利用光纤压力传感器可测量压 力信号，经过光电转换之后直接转换为电压信号输出，送到信号处理电路的A/D端口进行转 换，光电编码器产生的角标信号触发信号处理电路的A/D功能完成数据采集转换，主要的工 作时序图附图3所示，A/D采集开始于上止点前50CA，结束于上止点后IOOCA，这就是所谓 的局部区域采集原理，A/D采集结束之后利用信号处理电路完成均化处理和滤波处理，并 完成特征点的计算。信号处理电路要完成上述功能，就需要相应的控制软件，本发明的软件设计采用模块化 设计方法，软件由初始化模块、中断模块和功能模块组成，初始化模块主要完成单片机系统 的初始化和操作功能初始化，中断模块主要完成信号触发、实施A/D采集以及通讯，功能模 块完成通讯传送、数据处理和数据计算任务。信号处理结束之后，根据目前的工作模式确定 采用的数据通讯方式并进行数据传输，在气缸压力监控模式中，只传送压力曲线上一些特征 点，如最大爆发压力及其转角、燃烧始点等参数，传送数据量小，采用串口通讯(SCI)方 式能节省CPU时间；在气缸压力采集模式中，要传送燃烧压力的全部数据，采用USB方式高 速传输数据。选用了 Cy7c68013集成功能芯片，它的16KB片上RAM (其中包括4KB FIFO) 存储器和片内的USB收发器可以完成数据存储和高速发送，能完成燃烧压力数据的高速传输。
权利要求1. 一种柴油机燃烧压力动态采集系统，包括燃烧压力采集装置(1)、信号处理电路(2)和用于监控的微机(3)，燃烧压力采集装置(1)包括光纤压力传感器(1a)和光电编码器(1b)，信号处理电路(2)包括信号处理器DSP56F807、电源模块、SCI或者USB插口、调试JTAG口、PWM输出脚和I/O引脚；光纤压力传感器(1a)经过信号处理电路(2)中的A/D输入脚与信号处理器DSP56F807连接，光电编码器(1b)通过信号处理电路(2)中的滤波电路、IC输入脚与信号处理器DSP56F807连接，用于监控的微机(3)通过信号处理电路(2)中的SCI或USB插口与信号处理器DSP56F807的通讯口连接。
2. 如权利要求1所述的柴油机燃烧压力动态采集系统，其特征在于数据通讯工作模式采用串 口通讯SCI或高速传输USB连接。
专利摘要本实用新型是用于柴油机燃烧压力动态采集的采集系统，主要应用于车载柴油机燃烧压力的动态采集及数据处理。整个采集系统由燃烧压力采集装置、信号处理电路和用于监控的微机组成，如图1所示。本采集系统采用局部区域采集方法，为数字信号处理器提供了合适的工作时序；小型化和集成化的光纤压力传感器输出电压量，简化采集辅助仪器；数字信号处理器的单通道ADC 200K采集精度和40兆条指令/S(MIPS)的指令执行速度，完成燃烧压力的采集和复杂数据处理运算。基于光纤压力传感器和数字信号处理器的动态采集方法，能够完成柴油机燃烧压力的车载在线采集和数据处理。微机通过通讯接口对柴油机的工作状况进行良好的监控。
文档编号G01M15/00GK201096622SQ20072010337
公开日2008年8月6日 申请日期2007年1月29日 优先权日2007年1月29日
发明者张希伟, 李建纯, 军 王, 王洪荣 申请人:北京理工大学