一种发动机试验台架的制作方法

1.本发明实施例涉及发动机耐久试验技术领域，尤其涉及一种发动机试验台架。


背景技术：

2.为了在发动机交给用户使用一段时间后，该发动机性能指标、功能特性不会发生明显的变化，需要在发动机的研发阶段以及发动机经过大的质量改进后，对发动机进行可靠性和耐久性的试验，这种试验通常是在发动机试验台架上进行。
3.现有技术中，发动机试验台架均可根据发动机的运行正常指标设定相关的监控报警，当系统某一指标超出报警限值时自动话控制系统会根据提前预设的报警动作对试验发动机或测功机采取相应措施，比如停机，发动机怠速运转，同时拉响警笛，提醒值班人员注意。但这种监控存在一定问题：当发动机指标不正常，达到了报警限值时即便马上停止了发动机，但发动机很多时候其实已经损坏了。
4.如何能够在发动机刚刚出现故障的萌芽期就发现问题是试验工程师追求的目标，也是当前亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明实施例提供一种发动机试验台架，以在对发动机进行试验时，采用声音传感器判断的发动机的运行状态，以在发动机出现故障的萌芽期就能够确定出发动机的故障情况，从而达到提前发现发动机故障情况的目的。
6.本发明实施例提供了一种发动机试验台架，用于对发动机进行试验，发动机试验台架包括：主控制器、发动机控制系统和声音传感器；
7.所述主控制器用于向所述发动机控制系统提供不同的发动机控制信号；
8.所述发动机控制系统用于根据不同的所述发动机控制信号，控制所述发动机的在不同工况下运行；
9.所述声音传感器用于获取所述发动机运行过程中产生的声音的音频信号，并将所述音频信号转换为声音传感信号；
10.所述主控制器用于根据所述声音传感信号，确定所述发动机在不同工况下的运行状态，并根据所述发动机当前的运行状态，变更所述发动机控制信号。
11.可选的，所述声音传感器包括驻极体麦克风和运算放大器；
12.所述驻极体麦克风用于实时采集所述发动机产生的音频信号，并将所述音频信号转换为电信号后，输入所述运算放大器；
13.所述运算放大器用于对所述电信号进行增益调节后，转换为声音传感信号。
14.可选的，发动机试验台架还包括：模数转换器；
15.所述模数转换器电连接于所述运算放大器的输出端与所述主控制器之间；所述模数转换器用于将所述声音传感信号的模拟量转换为数字量。
16.可选的，所述主控制器具体用于：
17.将获取的所述声音传感信号的时域信号转换为频域信号，并根据所述频域信号，确定所述发动机在不同工况下的运行状态，以及根据所述发动机当前的运行状态，修正所述发动机控制信号。
18.可选的，发动机试验台架还包括：显示器；
19.所述主控制器还用于根据所述频域信号，控制所述显示器显示所述声音的频谱信号。
20.可选的，发动机试验台阶还包括：报警器；
21.所述主控制器还用于根据所述声音传感信号，控制所述报警器进行警报提醒。
22.可选的，所述发动机控制系统包括发动机控制模块、电子油门和测功机；
23.所述发动机控制模块的输入端与所述主控制器通信连接；所述发动机控制模块用于根据所述主控制器提供的发动机控制信号，输出测试控制信号至所述发动机；
24.所述电子油门用于根据所述主控制器提供的发动机控制信号，输出油门信号至所述发动机；
25.所述测功机用于根据所述主控制器提供的发动机控制信号，输出对发动机施加阻力。
26.可选的，所述发动机控制模块包括：测量和标定单元、电控接口单元、发动机电控单元；
27.所述测量和标定单元与所述主控制器通信连接；所述测量和标定单元用于根据所述发动机控制信号，输出电控单元控制信号；
28.所述电控接口单元电连接于所述测量和标定单元与所述发动机电控单元之间；所述电控接口单元用于传输所述电控单元控制信号至所述发动机电控单元；
29.所述发动机电控单元用于根据所述电控单元控制信号输出测试控制信号至所述发动机。
30.可选的，发动机试验台架还包括：排放分析仪、lambda测量仪、燃烧分析仪以及振动测量仪；
31.所述排放分析仪用于测量所述发动机运行过程中的排气情况，并将所述排气情况反馈至所述主控制器；
32.所述lambda测量仪用于测量所述发动机运行过程中空气燃油比信号，并将所述空气燃油比信号反馈至所述主控制器；
33.所述燃烧分析仪用于测量所述发动机运行过程中的缸内压力及油管压力，并将所述缸内压力及所述油管压力反馈至所述主控制器；
34.所述振动测量仪用于测量所述发动机运行过程中的振动情况，并将所述发动机的振动情况反馈至所述主控制器；
35.所述主控制器还用于根据所述排气情况、所述空气燃油比信号、所述缸内压力及所述油管压力和所述振动情况中的至少一种，修正所述发动机控制信号。
36.可选的，所述lambda测量仪通过电压转换模块与所述主控制器电连接；
37.所述燃烧分析仪通过tcp/ip协议与所述主控制器电连接；
38.所述排放分析仪通过tcp/ip协议与所述主控制器进行信息交互。
39.本发明实施例提供的发动机试验台架，在对发动机进行试验时，利用声音传感器
获取发动机运行过程中的声音，通过主控制器确定发动机在不同工况下的运行状态，可以在发动机出现故障的萌芽期就感知到异常运行，具备提前发现问题的功能，进而减少发动机的损坏，并且还减少了人力成本和时间成本。
附图说明
40.图1是本发明实施例提供的一种发动机试验台架的结构示意图；
41.图2是本发明实施例提供的又一种发动机试验台架的结构示意图；
42.图3是本发明实施例提供的又一种发动机试验台架的结构示意图；
43.图4是本发明实施例提供的又一种发动机试验台架的结构示意图；
44.图5是本发明实施例提供的又一种发动机试验台架的结构示意图；
45.图6是本发明实施例提供的又一种发动机试验台架的结构示意图；
46.图7是本发明实施例提供的又一种发动机试验台架的结构示意图；
47.图8是本发明实施例提供的又一种发动机试验台架的结构示意图。
具体实施方式
48.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构，且附图中各元件的形状和大小不反映其真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
49.图1是本发明实施例提供的一种发动机试验台架的结构示意图。本发明实施例提供的发动机试验台架用于对发动机2进行试验，如图1所示，发动机试验台包括主控制器10、发动机控制系统11和声音传感器12。其中，主控制器用于向发动机控制系统提供不同的发动机控制信号，发动机控制系统用于根据不同的发动机控制信号，控制发动机的在不同工况下运行，声音传感器用于获取发动机运行过程中产生的声音的音频信号，并将音频信号转换为声音传感信号。
50.具体的，主控制器10例如可以为单片机等，其能够接收用户或外部控制器发出的控制指令，并根据该控制指令发出不同的发动机控制信号；或者，在发动机2放置于发动机试验台架的指定位置时，需要对发动机2进行试验，例如对发动机2进行耐久性和/或功能特性的试验，用户可启动发动机试验台架，使得主控制器10输出不同的发动机控制信号，该不同的发动机控制信号对应于发动机的不同工况。发动机控制系统11可接收主控制器10输出的发动机控制信号，并根据不同的发动机控制信号控制发动机2以不同的工况进行运行。其中，不同的工况可以是指不同的发动机工作模式，也可以是不同工作场景，可以是速度模式，例如高/低速模式，也可以是环境场景，例如可以是城市/公路场景，还可以是紧急暂停的模式，例如当发动机2运行异常或有故障时，紧急暂停发动机2的运行，以便于及时查看故障并减少发动机2的损坏。发动机2运行正常时的声音与运行异常时的声音有所差异，可通过发动机2所发出的声音确定发动机2当前的运行状态，其中，运行状态是指发动机2在当前工况下运行正常/异常。因此，在发动机控制系统11控制发动机2以不同的工况运行时，可通过声音传感器12收集发动机2在该工况下运行过程中的音频信号，然后将音频信号转换成声音传感信号传输至主控制器10，主控制器10可根据声音传感信号，确定发动机2在不同工
况下运行是否有异常，并根据发动机2当前的运行状态，变更发动机控制信号。
51.为便于描述，后续描述以耐久性为例进行说明。
52.示例性的，当发动机试验台架要开始工作，测试发动机2的耐久性时，主控制器10向测试发动机控制系统11传递此时的发动机运行信息，例如发动机2还没有开始运行，或已经在第一工况下运行，即发动机控制信号。例如主控制器10发出发动机2还没有开始运行的信息，发动机控制系统11接收到该信息后可以控制发动机2以特定转速和/或特定扭矩进行工作，即控制发动机2模拟第一工况进行工作并根据指令控制发动机的运行时间，示例性的，控制发动机2在第一工况连续运行100小时，间隔2小时休息再持续运行100小时，并再次间隔2小时重复直至10000小时，或者也可以是发动机2在第一工况连续运行5000小时。声音传感器12收集发动机2在第一工况下运行时的声音，并转换成电信号，即声音传感信号，传输至主控制器10。主控制器10根据声音传感器12输出的声音传感信号可判断发动机2在第一工况下工作一段时间的运行状态，即耐久性，然后进入发动机2在下一工况的耐久性测试，例如测试发动机2在第二工况运行一段时间的测试，第二工况的运行时间可与第一工况的运行时间相同或者不同，主控制器10向发动机控制系统11传递发动机在第一工况下运行正常，且试验完成的信息，即输出发动机控制信号，发动机控制系统11重复前面所述的过程并进入下一工况，直至测试完发动机2在所有工况下运行的耐久性。
53.需要说明的是，上述仅示例性的说明了发动机2运行正常的情况下，发动机试验台架的部分工作流程；而在发动机2在某一工况下运行异常时，主控制器10可根据声音传感器12的声音传感信号在发动机发生异常的初期就及时感知，然后主控制器10可根据预先设定的流程进入相应的工作流程。
54.示例性的，当发动机2在某一工况下运行正常时，发动机2产生的声音状态是稳定的，并且处于一定的范围内，当发动机2在该工况下出现故障时，在故障的初期发动机2产生的声音和稳定状态的声音就会有所不同，由此，声音传感器1输出的声音传感信号会发生明显变化。主控制器10根据变化的声音传感信号变更发动机控制信号，发动机控制系统11接收到变更后的发动机控制信号后可以使得发动机2及时进入紧急暂停或者空挡停止的模式，减少发动机的损坏。主控制器10还可以根据声音传感信号的变化程度以及变化的位置判断发动机2故障的具体位置，减少了人力成本和时间成本。
55.本发明实施例提供的发动机试验台架，在对发动机进行试验时，利用声音传感器获取发动机运行过程中的声音，通过主控制器确定发动机在不同工况下的运行状态，可以在发动机出现故障的萌芽期就感知到异常运行，具备提前发现问题的功能，进而减少发动机的损坏，并且还减少了人力成本和时间成本。
56.图2是本发明实施例提供的又一种发动机试验台架的结构示意图。如图2所示，声音传感器12包括驻极体麦克风120和运算放大器121。其中，驻极体麦克风120用于采集发动机2产生的音频信号，并将音频信号转换为电信号后，输入运算放大器121，运算放大器121用于对电信号进行增益调节后，转换为声音传感信号。
57.示例性的，驻极体麦克风120由声电转换和阻抗变换两部分组成，声电转换可将声波振动转变为电场变化，从而产生随声波变化的交变电压，阻抗变换可降低阻抗。运算放大器121是具有很高放大倍数的电路单元，可以将捕获的微小电压变化放大100倍左右，放大后的电压信号即为声音传感器12输出的声音传感信号。
58.可以理解的，采用上述方案检测发动机2的运行状态，能够在发动机2运行过程中进行声学检测，发动机2以不同工况运行时，驻极体麦克风120所采集到的发动机2的声音特征有所不同，经驻极体麦克风120进行声
‑
电转换后，得到发动机2在不同工况下运行时的声音传感信号，即发动机在不同工况下运行时的电压信号，可确定发动机在不同工况下运行时的声学指标，可以是声音的声波振动指标，也可以是经过运算放大器121放大后的电压指标；如此，在多次试验后，可总结出发动机2在不同工况下正常运行时，所对应的声音传感信号，以在随后的耐久性试验中可通过驻极体麦克风120实时监控发动机2的声学状态，当其声学状态超出正常指标一定程度后，由驻极体麦克风120输出的声音传感器信号经运算放大器121进行运算放大后，便可获知发动机2异常运行。
59.本发明实施例中，采用驻极体麦克风120和运算放大器121，可以将驻极体麦克风120捕捉到的微小声音变化，经运算放大器121进行运算放大，能够便于主控制器10对声音传感信号的识别，以提高主控制器10对发动机2的故障情况判断的准确性，从而能够及时发现问题，在发动机出现故障的萌芽期就发现问题，保护发动机不被损坏或减小发动机的损坏程度。
60.图3是本发明实施例提供的又一种发动机试验台架的结构示意图。如图3所示，发动机试验台架还包括模数转换器13，模数转换器13电连接于运算放大器121的输出端与主控制器10之间，其中，模数转换器13用于将声音传感信号的模拟量转换为数字量。
61.示例性的，模数转换器13可进行a/d转换，将模拟信号转变为数字信号，将输入电压信号转换为输出的数字信号。此处，模拟信号是电信号，可以将运算放大器121输出的电信号转变为二进制的数字信号。主控制器10可根据模数转换器13输出的数字信号就可以读出声音的幅值，判断在某个工况下发动机2的运行状态是否正常。
62.需要说明的是，主控制器10除了可以判断发动机2的运行状态，还可以根据发动机2当前的运行状态改变发动机控制信号，以便改变发动机工作状态并进入下一阶段。
63.可选的，主控制器10可用于将获取的声音传感信号的时域信号转换为频域信号，并根据频域信号，确定发动机2在不同工况下的运行状态，以及根据发动机2当前的运行状态，修正发动机控制信号。
64.示例性的，主控制器10利用傅里叶变换对信号进行处理，进而将声音传感信号的时域信息转换为频域信息。原本的时域信号变换为易于分析的频域信号。在发动机2运转初期对声音信号进行采集，并将时域信号转换为频域信号，并根据工程经验设定极限值，然后在发动机2实时运转过程中，持续采集并分析转换声音传感信号。当声音信号的频域信息发生较大变化，超过之前设定的限值后主控制器10马上发出发动机异常信息，即修正发动机控制信号，控制发动机控制系统11控制发动机2执行相应指令，例如停止运行的指令；若声音信号的频域信息没有发生较大变化，在某个工况的耐久性试验结束后，主控制器10可发出发动机运行正常且该工况试验结束的信息，发动机控制系统11接收到发动机控制信号后使得发动机2进入下一工况进行试验。
65.图4是本发明实施例提供的又一种发动机试验台架的结构示意图。如图4所示，发动机试验台架还包括显示器14，主控制器10还用于根据频域信号，控制显示器14显示声音的频谱信号。示例性的，操作者可以根据显示器14显示的频域信息结合目视观察发动机2的工作状态，观察判断发动机2的的运行状态。主控制器10还可以通过一定时间的信息积累，
将采集到的特性曲线存入数据库中，可通过声音信号变化直接判断发动机2的故障部位，无需操作者目视查找。而且通过对发动2机运行时的声音进行监控，可以至少替代部分其他类型的传感器、采集模块，可适当减少其他检测设备，在提高监控质量的同时，还能够减少设备成本。
66.图5是本发明实施例提供的又一种发动机试验台架的结构示意图。如图5所示，发动机试验台架还包括报警器15，主控制器10还用于根据声音传感信号，控制报警器进行警报提醒。示例性的，主控制器10可根据声音传感信号判断发动机2在不同工况下的运行状态，当出现异常信号、发动机2出现故障时及时发出报警信号，控制报警器进行警报提醒，警报提醒可以是亮灯、闪烁和/或声音提醒的形式。本发明实施例提供的发动机试验台架可在发动机运行异常时发出警报，提醒操作者发动机异常，无需人为守着发动机试验台架监控异常，降低了人力成本。
67.图6是本发明实施例提供的又一种发动机试验台架的结构示意图。如图6所示，发动机控制系统11包括发动机控制模块110、电子油门120和测功机130。其中，发动机控制模块110的输入端与主控制器10通信连接，发动机控制模块110用于根据主控制器10提供的发动机控制信号，输出测试控制信号至发动机2；电子油门120用于根据主控制器10提供的发动机控制信号，输出油门信号至发动机2；测功机130用于根据主控制器10提供的发动机2控制信号，输出对发动机2施加阻力。示例性的，发动机控制模块110可以控制发动机2的运行与否，还可以调控发动机2的转速和转矩，电子油门120和测功机130可辅助发动机控制模块110实现对发动机2的精准调控，发动机控制模块110、电子油门120和测功机130共同作用可实现对发动机2工况的调控。
68.示例性的，发动机控制模块110的输出端与发动机2通信连接，测试控制信号是发动机控制模块110根据主控制器10输出的音频信号的频域信息判定的发动机运行状态的测试结果对发动机2发出控制指令的信号，测试控制信号是根据主控制器10输出的发动机控制信号，用于对发动机2进行控制。电子油门120和测功机130的输入端也分别与主控制器10通信连接，当电子油门120接收到主控制器10输出的发动机控制信号，需要增加、或者减少发动机2的转速时，电子油门120输出相应的油门信号，给发动机加油或者减油；当测功机130接收到主控制器10输出的发动机控制信号，需要增加、或者减少发动机2的转速时，测功机130对发动机施加相应的阻力，减少或增加阻力。又或者，当电子油门120和测功机130接收到主控制器10输出的发动机控制信号，需要改变发动机2的工作场景时，电子油门120输出相应的油门信号，测功机130改变对发动机2输出的阻力，模拟下一工作场景。电子油门120和测功机130可辅助发动机控制模块110实现对发动机2的精准控制，还可以实现更多的工况可能性，使得发动机试验更接近真实试验情况，使得测试结果更加真实可靠。
69.图7是本发明实施例提供的又一种发动机试验台架的结构示意图。如图7所示，发动机控制模块110包括测量和标定单元111、电控接口单元112、发动机电控单元113。测量和标定单元111与主控制器10通信连接，测量和标定单元111用于根据发动机控制信号，输出电控单元控制信号。电控接口单元112电连接于测量和标定单元111与发动机电控单元113之间，电控接口单元112用于传输电控单元控制信号至发动机电控单元113。发动机电控单元113用于根据电控单元控制信号输出测试控制信号至发动机2。
70.具体的，测量和标定单元111能够根据主控制器10输出的发动机控制信号确定发
动机2所需运行的状态，并输出对应的电控单元控制信号；该电控单元控制信号通过电控接口单元112传输至发动机电控单元113，以使发动机电控单元113可模拟车辆中的电控单元(ecu)进行工作，并输出测试控制信号至发动机2，以控制发动机2的运行状态。
71.图8是本发明实施例提供的又一种发动机试验台架的结构示意图。如图8所示，发动机试验台架还可以包括排放分析仪16、lambda测量仪17、燃烧分析仪18以及振动测量19。
72.排放分析仪16用于测量发动机2运行过程中的排气情况，并将排气情况反馈至主控制器10。示例性的，排气情况可以是排气的温度、排气压力和/或排气污染物等排气信。lambda测量仪17可用于测量发动机2运行过程中空气燃油比信号，并将空气燃油比信号反馈至主控制器10。燃烧分析仪18用于测量发动机2运行过程中的缸内压力及油管压力，并将压力值分别反馈至主控制器10。振动测量仪19用于测量发动机2运行过程中的振动情况，并将发动机的振动情况反馈至主控制器1。主控制器10可根据排气情况、空气燃油比信号、缸内压力及油管压力和振动情况中的至少一种，修正所述发动机控制信号。
73.示例性的，主控制器10可根据排放分析仪16反馈的排气情况、lambda测量仪17反馈的空气燃油比信号、燃烧分析仪18反馈的缸内压力及油管压力和振动测量仪19反馈的振动情况中的至少一种，确定发动机2在不同工况下的运行状态，并根据发动机2当前的运行状态，变更所述发动机控制信号；排气情况、空气燃油比信号、缸内压力及油管压力和振动情况中的至少一种也可以辅助主控制器10根据声音传感信号确定发动机2在不同工况下的运行状态或者验证发动机试验台架的试验结果是否准确；主控制器10根据声音传感信号确定发动机2运行异常时，寻找发动机2的故障部位，无需操作者目视或者根据经验查找，减少人力成本。
74.可选的，lambda测量仪17通过电压转换模块与主控制器10电连接，燃烧分析仪18通过tcp/ip协议与主控制器10电连接，排放分析仪16通过tcp/ip协议与主控制器10进行信息交互。
75.示例性的，电压转换模块可将交流的高压电转换为直流的低压电，保护主控制器10不被损坏。燃烧分析仪18和排放分析仪16可分别通过tcp/ip协议与主控制器10电连接，有效进行实施通信可分布式联系，并且tcp/ip协议可使得排放分析仪16和排放分析仪16与主控制器10之间的通信联系是双向的。
76.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。