發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)意義近年來(lái)，在市場(chǎng)和政策的支持下，我國(guó)汽車工業(yè)從規(guī)模到水平均飛速發(fā)展。但 是，我們的汽車核心技術(shù)研發(fā)水平仍未能跟上產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，其中發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)， 作為汽車技術(shù)的一大核心，更是亟待我們突破的一個(gè)領(lǐng)域。而發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試技術(shù)，又 對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)整體技術(shù)研發(fā)有著重要意義。發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試技術(shù)是汽車測(cè)試技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試時(shí)，一 般都在專用的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架。將臺(tái)架硬件設(shè)備與相關(guān)的數(shù)據(jù) 采集處理系統(tǒng)、測(cè)試控制系統(tǒng)、人機(jī)交互平臺(tái)等聯(lián)合開(kāi)發(fā)，形成發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)系 統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架性能試驗(yàn)是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性（轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率）和經(jīng)濟(jì)性（燃油消 耗）的必要手段。因而發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)是各

2、種發(fā)動(dòng)機(jī)研制與生產(chǎn)過(guò)程中一套必不 可少的設(shè)備。發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)安裝完成以后用它進(jìn)行質(zhì)量檢查，在發(fā)動(dòng)機(jī)的研制工作中 用它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能進(jìn)行定量分析。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)水平的高低將直接影響到 臺(tái)架試驗(yàn)?zāi)芊袢鐚?shí)地反映發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，能否提供發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和改進(jìn)的依據(jù)，因此， 它對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和質(zhì)量具有較重要的影響。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)一般主要完成以下幾類試驗(yàn)：發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)、 耐久性、可靠性試驗(yàn)、出廠試驗(yàn)、定期抽查試驗(yàn)、研究性試驗(yàn)。具體試驗(yàn)中，使用 測(cè)功機(jī)，利用各種方法給發(fā)動(dòng)機(jī)提供阻力矩，控制其轉(zhuǎn)速，然后利用傳感器將各個(gè) 反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況的非電量轉(zhuǎn)化為電量，用數(shù)據(jù)采集卡采

3、集，通過(guò)微控制器，將 數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)，進(jìn)行顯示，同時(shí)各種數(shù)據(jù)也用于測(cè)功機(jī)的控制系統(tǒng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī) 工況進(jìn)行調(diào)節(jié)。反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況的被測(cè)量主要包括，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，扭矩，水溫， 機(jī)油溫度，排氣溫度，進(jìn)氣溫度，進(jìn)氣壓力等。設(shè)計(jì)要求與方案選擇本設(shè)計(jì)要求為設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)的基本物理量（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，扭矩，水溫， 機(jī)油溫度，排氣溫度，進(jìn)氣溫度，進(jìn)氣壓力）等的測(cè)試和控制，實(shí)現(xiàn)最小配置的發(fā) 動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)。根據(jù)這一要求，比較單片機(jī)測(cè)試系統(tǒng)與單片機(jī)一PC二級(jí)計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)具有體積小，重量輕，價(jià)格低廉，應(yīng)用方便等特點(diǎn)，采用單片機(jī)來(lái)構(gòu)造 系統(tǒng)能夠滿足系統(tǒng)的基本要求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能。但是單片機(jī)系統(tǒng)在功能的

4、擴(kuò) 展和性能改進(jìn)的方面存在有一定的局限，尤其是在數(shù)據(jù)處理能力，顯示能力以及繪 圖功能等方面與PC機(jī)系統(tǒng)相比存在相對(duì)不足。利用PC機(jī)和單片機(jī)構(gòu)成二級(jí)測(cè)試系 統(tǒng)，單片機(jī)完成數(shù)據(jù)采集，PC機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，分析及顯示工作，可提高系統(tǒng) 的數(shù)據(jù)處理及顯示能力。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)測(cè)控具體功能需求和實(shí)際條件，選擇單片機(jī)一 PCX計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即由測(cè)控單片機(jī)和調(diào)度管理計(jì)算機(jī)構(gòu)成兩級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。測(cè)試系統(tǒng)布置框圖發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架是基于PC機(jī)、數(shù)據(jù)采集板、油耗儀和測(cè)功機(jī)等外圍硬件設(shè)備，完成 各種發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)的測(cè)試設(shè)備，由傳感器和測(cè)試儀組成?；窘Y(jié)構(gòu)如圖所示：吟叫水由打來(lái)水心腫L發(fā)必機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)筒圖發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架建立

5、在基礎(chǔ)之上，減少發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，為被測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī) 匹配的冷卻水箱、燃油箱、進(jìn)排氣管內(nèi)裝有各種傳感器，可將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，水溫， 機(jī)油溫度，排氣溫度，進(jìn)氣溫度，進(jìn)氣壓力等信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。發(fā)動(dòng)機(jī)與水 力測(cè)功器主軸相連，測(cè)功機(jī)可根據(jù)控制要求給發(fā)動(dòng)機(jī)提供一定阻力矩。水力測(cè)功器是利用物體在水中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生 摩擦阻力吸收發(fā)動(dòng)機(jī)功率的一種測(cè)功裝置。水 通過(guò)進(jìn)水管兩側(cè)同時(shí)進(jìn)入兩側(cè)的進(jìn)水環(huán)室，然 后由定子上的進(jìn)水孔進(jìn)入渦流中心。轉(zhuǎn)子使水 在渦流室做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)與外殼的摩擦，使 外殼擺動(dòng)。控制閥控制出水量以調(diào)節(jié)水層厚 度，水層越厚，水與外殼的摩擦力矩越大，吸 收功越多，此時(shí)外殼擺動(dòng)角度也大，測(cè)力計(jì)上 的讀數(shù)

6、也增加。這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能被 水吸收變?yōu)闊崮懿⑴ぞ貍鬟f到外殼上，由測(cè) 功器測(cè)出。硬件實(shí)驗(yàn)臺(tái)架之外，還需測(cè)控系統(tǒng)來(lái)對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、處理、顯示，并 且根據(jù)試驗(yàn)意圖通過(guò)油門及測(cè)功器控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況。對(duì)于一個(gè)具體的測(cè)控系統(tǒng)，通常是由傳感器、變換及測(cè)量裝置、記錄及顯示裝置、驅(qū)動(dòng)控制裝置和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的 分析處理裝置等組成。傳感器將被測(cè)對(duì)象的某種信息采樣出來(lái)，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由于它處于檢 測(cè)系統(tǒng)的輸入端，所以它的性能直接影響著整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的工作可靠性。變換及測(cè)量裝置，其作用是把傳感器送出的電信號(hào)變換成具有一定功率的電壓 或電流信號(hào)，以便推動(dòng)下一級(jí)的記錄及顯示裝置。如電橋電路、調(diào)制電路、解調(diào)

7、電 路、阻抗匹配電路、放大電路、運(yùn)算電路等。在這一裝置里，可以對(duì)一些簡(jiǎn)單信號(hào) 進(jìn)行測(cè)量、比較，即把要測(cè)的量與某一標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，獲得被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量若干 倍的數(shù)量概念，對(duì)于傳感器送出的變化頻率很低、近似直流的信號(hào)，為了傳輸方便， 可在這一裝置里把它調(diào)制成高頻放大信號(hào)等。所有的模擬量測(cè)量都要經(jīng)過(guò)上述過(guò)程 的轉(zhuǎn)化后，信號(hào)才能進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理裝置，是用來(lái)對(duì)測(cè)試所得的結(jié)果（曲線或數(shù)據(jù)）進(jìn)行分析、運(yùn)算、處理。 如對(duì)大量數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，曲線的擬合，動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果的頻譜分析、幅值譜分 析或能量譜分析等。測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下：發(fā)動(dòng)機(jī)水力測(cè)功器發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速冷卻水溫機(jī)油溫度排氣溫度進(jìn)氣溫度I-U扭矩阻力功

8、（出水量）測(cè)控單片機(jī)（下位機(jī)）PC上位機(jī)系統(tǒng)功能分析發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)主要有如下功能：1）發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)檢測(cè)功能：系統(tǒng)能夠在線測(cè)控發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)參數(shù)（發(fā) 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，扭矩，水溫，機(jī)油溫度，排氣溫度，進(jìn)氣溫度，進(jìn)氣壓力等）測(cè)量控制 結(jié)果要滿足精度要求。2）抗干擾能力：由于發(fā)動(dòng)機(jī)室的點(diǎn)火線圈產(chǎn)生的高頻電壓可達(dá)1.53萬(wàn)伏，系 統(tǒng)要具備良好的抗干擾能力；發(fā)動(dòng)機(jī)室常常環(huán)境惡劣，需要下位單片機(jī)有較強(qiáng)的環(huán) 境適應(yīng)性。3）顯示功能：能夠?qū)崿F(xiàn)所有發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù)的集中顯示；全部參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示; 轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、溫度和壓力等信號(hào)的實(shí)時(shí)曲線顯示。4）自動(dòng)報(bào)警：能夠進(jìn)行故障提示，緊急情況停車報(bào)警。5）要求進(jìn)行各

9、種發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)：能夠進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性試驗(yàn)、外特性試驗(yàn)、 速度特性試驗(yàn)、瞬時(shí)特性試驗(yàn)等；6）操作功能：人性化的界面，通過(guò)鍵盤和鼠標(biāo)點(diǎn)擊按鈕完成參數(shù)輸入和控制。7）記錄功能：能夠?qū)崟r(shí)記錄發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程的數(shù)據(jù)并在以后重現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)報(bào)表 和曲線。傳感器選擇及接口電路設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)試的條件控制及結(jié)果獲得都極大地依賴傳感器。試驗(yàn)系統(tǒng)需要溫 度傳感器、壓力傳感器、扭矩傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等多個(gè)類別的傳感器，其選用對(duì) 系統(tǒng)成本和試驗(yàn)效果均有巨大影響。傳感器處于測(cè)試裝置的輸入端，其性能將直接影響著整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的工作質(zhì) 量。工程中應(yīng)用的傳感器種類繁多，往往一種被測(cè)量可應(yīng)用多種類型的傳感器來(lái)檢 測(cè)。因此，合理地選

10、用傳感器也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要部分。在進(jìn)行傳感器的選 型方面，本設(shè)計(jì)在保證傳感器的精度和靈敏度的前提下，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了考 慮：1）盡量選用市場(chǎng)上供貨較多、比較成熟、性能穩(wěn)定的傳感器，以保證所選擇的 傳感器具有通用性和穩(wěn)定的性能。2）避免采用安裝復(fù)雜或?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)和測(cè)功裝置有影響的傳感器安裝方 式。盡量采用非接觸測(cè)量方式的傳感器。3）盡量采用性能價(jià)格比高的傳感器。4）盡量避免采用模擬式傳感器，以保證所選擇的傳感器具有較高的抗干擾能力 和較高的信噪比，在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)較惡劣的環(huán)境中能夠可靠地應(yīng)用。溫度傳感器溫度測(cè)量是發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試的主要項(xiàng)目之一，在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性測(cè)試領(lǐng)域，主要涉及 到的需要測(cè)

11、量溫度有排氣溫度、機(jī)油溫度、冷卻水溫度和進(jìn)氣溫度。溫度可以用溫 度計(jì)來(lái)的測(cè)量，溫度計(jì)可分為接觸式和非接觸式兩大類。檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度主要用接觸式溫度傳感器，溫度傳感器常用的有線繞電阻式、 熱敏電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。三種類型傳感器各有特點(diǎn)，其應(yīng)用場(chǎng)合也 略有區(qū)別。線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應(yīng)特性差；熱電阻式溫度傳感器 靈敏度高，響應(yīng)特性較好，但線性度差，適應(yīng)溫度較低；熱偶電阻式溫度傳感器的 精度高，測(cè)量溫度范圍寬，但需要配合放大器和冷端處理一起使用。因此，低溫傳感器一般選擇鉑熱電阻或銅電阻，測(cè)溫范圍為0200C左右；高 溫傳感器一般使用熱電偶，測(cè)溫范圍為O1000C左右。發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)

12、臺(tái)架系統(tǒng)所用主 要溫度傳感器選用如下：1）排氣溫度測(cè)量：發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度是表征缸內(nèi)燃燒狀況的重要參數(shù)。如果燃燒 期滯后并延長(zhǎng)，以致排氣門開(kāi)啟后繼續(xù)燃燒，就會(huì)造成排氣溫度過(guò)高，其后果是影 響充氣系數(shù)，減少發(fā)動(dòng)機(jī)壽命，影響排放等。通過(guò)監(jiān)測(cè)排氣溫度，并設(shè)置報(bào)警上限， 可以很好的掌握發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。排氣溫度一般在幾百至一千度之間，所以采用K 型熱電偶作為測(cè)溫元件。2）冷卻水溫度測(cè)量：冷卻水溫度很好的反映了發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸溫度。溫度過(guò)高會(huì)使 潤(rùn)滑油因油溫升高而變得過(guò)稀，各潤(rùn)滑部位的油膜不易形成或被破壞，各配合副表 面將出現(xiàn)半干摩擦甚至是干摩擦，容易造成潤(rùn)滑油燒焦、積炭而失去潤(rùn)滑功能，造 成發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，影響發(fā)動(dòng)機(jī)

13、工作性能。發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，同時(shí)也使進(jìn)入氣缸的空氣受熱 膨脹，空氣密度降低，導(dǎo)致充氣系數(shù)下降，使燃燒過(guò)程不正常，從而油耗增加，功 率下降，排氣管冒黑煙。同樣，冷卻水溫度過(guò)低也指示了發(fā)動(dòng)機(jī)存在問(wèn)題。溫度過(guò) 低表明活塞、氣門、氣缸壁等零件溫度過(guò)低，會(huì)造成壓縮終了的溫度下降，燃燒條 件惡化，燃料燃燒不完全，發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴、振動(dòng)、響聲大，且排氣管大量冒出煙 霧，造成環(huán)境污染。水溫傳感器一般安裝在缸體水道或節(jié)溫器上。系統(tǒng)測(cè)量時(shí)，冷卻水溫度相對(duì)較 低，使用PT100伯電阻，為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻ECU中的固定電阻R與傳感器的熱 敏電阻串聯(lián)組成一分壓器。接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，ECU首先通過(guò)固定電阻R給傳感器輸出一 個(gè)5V

14、（或12 V）的參考電壓，熱敏電阻的阻值變化時(shí)，固定電阻R所分得的電壓值（即 傳感器的信號(hào)電壓）隨之變化，見(jiàn)下圖所示。當(dāng)溫度變低時(shí)，熱敏電阻的電阻值增大，電路中的電流減小，ECU檢測(cè)到的信號(hào) 電壓增高，熱敏電阻的阻值逐漸減小，電路中的電流增大，固定電阻上的電壓逐漸 增大，因此ECU檢測(cè)到的信號(hào)電壓逐漸降低，根據(jù)信號(hào)ECU將逐漸修正噴油量。以冷卻水溫傳感器為例，電阻式溫度傳感器的電路簡(jiǎn)圖如下3）機(jī)油溫度測(cè)量：機(jī)油溫度也是反映發(fā)動(dòng)機(jī)性能及運(yùn)轉(zhuǎn)工況的重要標(biāo)志。造成 機(jī)油溫度過(guò)高的常見(jiàn)原因：一是缸套活塞組件磨損，燃燒室內(nèi)的高溫高壓氣體竄入 油底殼；二是機(jī)油散熱器堵塞，機(jī)油的冷卻與流通能力下降；三是機(jī)油

15、泵磨損，泵 油量下降，機(jī)油的循環(huán)散熱能力下降等。所以同樣設(shè)置了機(jī)油溫度上限，用于監(jiān)控 是否出現(xiàn)異常狀況。系統(tǒng)針對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油溫度在100C左右，同樣使用了熱敏電阻，PT100伯電阻。3.2.進(jìn)氣壓力傳感器進(jìn)氣壓力傳感器的全稱是進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器MAP (Manifold Absolutely Pressure Sensor)，通過(guò)檢測(cè)進(jìn)氣歧管內(nèi)空氣壓力來(lái)反映發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷情況，并將 發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷狀況轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸入發(fā)動(dòng)機(jī)的控制單元ECU。進(jìn)氣壓力傳感器檢測(cè)的是節(jié)氣門后方的進(jìn)氣歧管的絕對(duì)壓力，它根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速和負(fù)荷的大小檢測(cè)出歧管內(nèi)絕對(duì)壓力的變化，然后轉(zhuǎn)換成信號(hào)電壓送至電子控制 器(ECU)

16、，ECU依據(jù)此信號(hào)電壓的大小，控制基本噴油量的大小。進(jìn)氣壓力傳感器種 類較多，有壓敏電阻式、電容式等。由于壓敏電阻式具有響應(yīng)時(shí)間快、檢測(cè)精度高、 尺寸小且安裝靈活等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛采用。MAP是一種間接測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的傳感器。該傳感器由硅膜片和壓敏電阻組 成。硅膜片的一側(cè)是真空室，另一側(cè)接進(jìn)氣歧管。在進(jìn)氣歧管壓力發(fā)生變化時(shí)，硅 膜片產(chǎn)生變形，由此引起硅膜片上壓敏電阻的阻值變化，進(jìn)而導(dǎo)致惠斯頓電橋輸出 電壓的變化，再利用一放大電路將其電壓信號(hào)進(jìn)行放大，作為進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力信 號(hào)送到ECU。MAP傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示：MAP傳感器接口電路如圖所示:集成也路PL+5VT:ClC2MAPI3.3轉(zhuǎn)速

17、傳感器車用轉(zhuǎn)速傳感器，按其檢測(cè)技術(shù)可分為可變磁阻式、韋根德效應(yīng)式、霍爾效應(yīng)式、磁控電阻式、各向異性磁阻式、巨磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器。本方案選用常見(jiàn)的霍爾 效應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸角位置可以利用霍爾傳感器來(lái)的測(cè)量，當(dāng)飛輪的每個(gè)輪齒從 霍爾傳感器的頂端掃過(guò)的時(shí)候霍爾傳感器的輸出電壓都將產(chǎn)生跳變。產(chǎn)生的波形經(jīng) 整形濾波電路生成脈沖信號(hào)，輸入80C71的計(jì)數(shù)器和定時(shí)器的外部輸入端口，對(duì)產(chǎn)生 的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，而且利用單片機(jī)的定時(shí)器可以得出每個(gè)脈沖中高低電平持續(xù) 的時(shí)間。由于飛輪的齒數(shù)是已知的，所以飛輪轉(zhuǎn)一周的時(shí)是可以得到的，即飛輪旋 轉(zhuǎn)的周期可以得到，周期的倒數(shù)即為飛輪轉(zhuǎn)數(shù)，也就是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)?；?/p>

18、爾效應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器由于轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖信號(hào)不是標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)，不能直接送定時(shí)計(jì)數(shù)器 進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，因此，需要對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行處理。首先選用運(yùn)放電路對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn) 行放大，使所有的正脈沖都超過(guò)某一域值，然后經(jīng)過(guò)電壓比較器對(duì)放大了的脈沖信 號(hào)進(jìn)行削波，得到近方波的梯形脈沖信號(hào)。再經(jīng)過(guò)D觸發(fā)器，得到標(biāo)準(zhǔn)的TTL方波。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與測(cè)得信號(hào)頻率的關(guān)系是：n = 60 x fz公式中n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(rpm)，f為信號(hào)頻率，Z為齒輪數(shù)。如果所用的齒數(shù)是60， 則信號(hào)頻率在數(shù)量上即等于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。3.4.扭矩傳感器扭矩由水力測(cè)功機(jī)測(cè)得，有T=FS可知，在固定力臂S的前提下，測(cè)量拉力F 即可得到轉(zhuǎn)矩的大小。拉力

19、F的測(cè)量主要通過(guò)拉力傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。拉力傳感器利用電阻應(yīng)變?cè)順?gòu)成，是在圓管形彈性體的外臂，對(duì)稱貼上電阻 應(yīng)變片，即連接成惠斯登電橋。當(dāng)被測(cè)力F通過(guò)連接螺紋直接作用在粘有電阻應(yīng)變 片的應(yīng)變筒上，應(yīng)變筒受到拉力時(shí)，軸向拉伸，電阻應(yīng)變片阻值增加。橫向收縮阻 值減??；當(dāng)應(yīng)變筒受到壓力時(shí)則相反，筒軸向壓縮其阻值減小，橫向膨脹其阻值增 大。這樣電橋失去平衡，對(duì)角輸出端有不平衡電壓輸出，該電壓正比于作用在傳感 器上的拉力或壓力。測(cè)控系統(tǒng)數(shù)字電路設(shè)計(jì)測(cè)控系統(tǒng)完成的主要功能是對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、處理、顯示，并且根據(jù)試 驗(yàn)意圖通過(guò)油門及測(cè)功器控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況。核心部分為數(shù)據(jù)采集模塊和控制模塊。數(shù)據(jù)采集模塊結(jié)構(gòu)

20、如圖：選用高性能芯片MC68376,該芯片嵌了 CAN控制器模塊，CAN控制器與物理總線 間的接口使用芯片82C250O控制模塊結(jié)構(gòu)如圖：該網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的主要功能有:1）上位機(jī)向控制模塊節(jié)點(diǎn)發(fā)送進(jìn)行參數(shù)設(shè)定的命令，如油耗的測(cè)量時(shí)間可通過(guò) CAN網(wǎng)絡(luò)總線送給智能油耗儀進(jìn)行保存；2）控制模塊節(jié)點(diǎn)可通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接收控制指令，從而控制測(cè)功機(jī)的運(yùn)行；3）系統(tǒng)在檢測(cè)到報(bào)警時(shí)，CAN總線網(wǎng)絡(luò)送出相關(guān)狀態(tài)信號(hào)，將報(bào)警信息自動(dòng)發(fā) 送給上位機(jī)。通訊軟件流程設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架信號(hào)分析及動(dòng)態(tài)測(cè)試軟件系統(tǒng)需要處理的信息量大，而且對(duì)軟件的 準(zhǔn)確性要求很高。這就要求軟件具有高速、高效、高集成度、高可靠性、易維護(hù)等 特點(diǎn)。

21、因此，在軟件設(shè)計(jì)上，是在信號(hào)處理和分析理論方法的指導(dǎo)下，應(yīng)用集成 化、模塊化軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)，以最快速度、最短時(shí)間實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各功能。整個(gè)軟件系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)預(yù)處理模塊、信號(hào)分析模塊、信號(hào)發(fā)生器 模塊和輔助功能模塊等五個(gè)模塊組成，這些模塊又有許多小的模塊組成，軟件結(jié)構(gòu) 清晰易懂，維護(hù)方便。系統(tǒng)的父互界面使用流行的圖形化用戶界面(GUI-Graphic User Interface)，具有直觀、簡(jiǎn)單、表現(xiàn)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，受到廣大用戶的歡迎，并已經(jīng) 成為用戶發(fā)展的方向。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架控制方式6.1. PID 控制PID控制是現(xiàn)代控制技術(shù)中最經(jīng)典的控制方法，它是按偏差的比例 (P-Proportion

22、al)、積分(ITntegral)和微分(D-Derivative)的線性組合進(jìn)行控制 的方式，三種控制作用各有優(yōu)缺點(diǎn)。比例控制的優(yōu)點(diǎn)是：誤差一旦產(chǎn)生，控制器立即就有控制作用，使被控制量朝 著減小誤差方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)Kp，其缺點(diǎn)是：對(duì)于具有自 平衡性的被控對(duì)象存在靜差。加大Kp可減小靜差，但Kp過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)性能變壞， 甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分控制的優(yōu)點(diǎn)是：它能對(duì)誤差進(jìn)行記憶并積分，有利于消除靜差。但它的不 足之處在于積分作用具有滯后特性，積分控制作用太強(qiáng)會(huì)使控制的動(dòng)態(tài)性能變差， 以致于使系統(tǒng)不穩(wěn)定。微分控制的優(yōu)點(diǎn)是：它能對(duì)誤差進(jìn)行微分，對(duì)誤差的變化趨勢(shì)敏感，增大微

23、分 控制作用可加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)量減少，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它的缺點(diǎn)是對(duì)于十 擾同樣敏感，使系統(tǒng)抑制干擾能力降低。將偏差的比例、積分和微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，用這一控制量對(duì)被控對(duì) 象進(jìn)行控制，就構(gòu)成了 PID控制器。應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制中，已有多種結(jié)合現(xiàn)代控制理論的PID控制器。模糊PID控制必須通過(guò)多次修改模糊排理規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化沒(méi)計(jì)，并進(jìn)行在線、離 線的反復(fù)調(diào)試才能最后確定。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期人工操作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié).得出模糊推理規(guī)則。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于運(yùn)算速度和靈活性非常強(qiáng)，經(jīng)常使用的是數(shù)字PID控制 器，將原積分微分運(yùn)算實(shí)現(xiàn)離散化處理。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架控制方式根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的臺(tái)架試驗(yàn)的要求，外特性試驗(yàn)、負(fù)荷特性試驗(yàn)要求發(fā)動(dòng)機(jī)在一定 的轉(zhuǎn)速和油門下進(jìn)行，而許多變工況試驗(yàn)要求發(fā)動(dòng)機(jī)在一定的轉(zhuǎn)速和扭矩下運(yùn)行， 因此試驗(yàn)臺(tái)架監(jiān)控系統(tǒng)的控制方式有以下四種：1）恒轉(zhuǎn)速（測(cè)功機(jī)）一油門開(kāi)度（發(fā)動(dòng)機(jī)）控制這種控制方式是將轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)輸入調(diào)控系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)控制，該信號(hào)與給定值 進(jìn)行比較后經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)器控制輸出來(lái)的調(diào)節(jié)水門開(kāi)度大小，從而改變測(cè)功機(jī)的制動(dòng) 扭矩，以達(dá)到維持系