CN100405239C - 便携式汽车发动机电子模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便携式汽车发动机电子模拟装置，该装置包括由计算机控制的单片机，单片机分别通过数个锁存器控制FPGA逻辑模块，计算机产生的频率选择送入单片机，再由单片机对相应的锁存器写入对应的控制信号，控制FPGA模块产生相对应的多个发动机模拟信号，发动机模拟信号输出给电控测试系统，电控测试系统再把信号反馈给单片机；本发明可以有效的节约开发成本、缩短开发周期，是汽车发动机电控系统开发的重要辅助设备。

Description

便携式汽车发动机电子模拟装置
技术领域
本发明涉及一种便携式汽车发动机电子模拟装置。
背景技术
就汽车电子控制系统而言，目前国内有较好的开发基础，但关键是要进一步形成经济规模来降低成本，以提高在全球市场的竞争力。而汽车电子控制系统具有投资较大、开发周期长、技术难度大等特点，虽然中国已有一些企业从事技术研发，但还没有形成产业化，因此这一行业还没有发展起来。
由于我国在汽车电子控制系统上的空白，大量的汽车电子控制模块都依赖进口，利润都被外国厂商赚走了。举例说，国外厂商每向国内供应一部微型客车(小面包)发动机控制系统，利润为1000元～3000元，如果我国生产1万部微型客车，国外厂商就能赚取1000万～3000万的利润。因此，开展汽车电子控制系统的自主开发势在必行。
发明内容
本发明的目的是：提供一种便携式汽车发动机电子模拟装置，是为发动机电控系统的开发工作设计的，它提供了发动机的点火系统、燃油喷油系统、怠速系统的常用信号，并可显示电控单元中的重要信号，使用该模拟器开发电控系统，可以有效的节约开发成本、缩短开发周期，是汽车发动机电控系统开发的重要辅助设备。
本发明的技术方案是：一种便携式汽车发动机电子模拟装置，该装置包括由计算机控制的单片机，单片机分别通过数个锁存器控制FPGA逻辑模块，计算机产生的频率选择送入单片机，再由单片机对相应的锁存器写入对应的控制信号，控制FPGA模块产生相对应的多个发动机模拟信号，发动机模拟信号输出给电控测试系统，电控测试系统再把信号反馈给单片机。
本发明进一步的技术方案是：一种便携式汽车发动机电子模拟装置，该装置包括通过TCP/IP转485接口模块与计算机连接的单片机，单片机分别通过数个锁存器控制FPGA逻辑模块，计算机产生的频率选择送入单片机，再由单片机对相应的锁存器写入对应的控制信号，控制FPGA模块产生相对应的多个发动机模拟信号，发动机模拟信号输出给电控测试系统，电控测试系统再把信号反馈给单片机；所述FPGA逻辑模块产生的模拟发动机点火行为的周期性缺齿脉冲信号35X#FPGA通过第一电平转换电路后再输出给发动机模拟信号给电控测试系统；所述FPGA逻辑模块产生的两路周期性缺齿信号，通过合成信号电路合成为模拟发动机怠速行为的周期性双电平的脉冲信号CAM#FPGA再输出给发动机模拟信号给电控测试系统；所述FPGA逻辑模块产生的模拟发动机机转速行为的脉冲信号VSS#FPGA通过第二电平转换电路后再输出给发动机模拟信号给电控测试系统；所述FPGA逻辑模块产生RAM存储器连续的地址信号，将预先存入RAM存储器中的各个量化点的数据送入D/A转换电路中，通过D/A转换电路即可得到响应的衰减波形输出给发动机模拟信号给电控测试系统。
本发明更详细的技术方案是：一种便携式汽车发动机电子模拟装置，该装置包括通过TCP/IP转485接口模块与计算机连接的单片机，单片机分别通过数个锁存器控制FPGA逻辑模块，计算机产生的频率选择送入单片机，再由单片机对相应的锁存器写入对应的控制信号，控制FPGA模块产生相对应的多个发动机模拟信号，发动机模拟信号输出给电控测试系统，电控测试系统再把信号反馈给单片机；所述FPGA逻辑模块产生的模拟发动机点火行为的周期性缺齿脉冲信号35X#FPGA通过第一电平转换电路后再输出给发动机模拟信号给电控测试系统；所述FPGA逻辑模块产生的双路产生周期性缺齿脉冲信号，通过双路信号合成电路产生模拟发动机怠速行为的周期性双电平的脉冲信号CAM#FPGA再输出给发动机模拟信号给电控测试系统；所述FPGA逻辑模块产生的模拟发动机机转速行为的脉冲信号VSS#FPGA通过第二电平转换电路后再输出给发动机模拟信号给电控测试系统；所述先由计算机对模拟发动机燃油喷油的衰减的正弦信号KNOCK进行模拟量化采集，并将结果通过单片机转存到RAM存储器中，模拟器工作时，FPGA逻辑模块产生RAM存储器连续的地址信号，将RAM存储器中的各个量化点的数据依次送入D/A转换电路中，通过D/A转换电路即可得到响应的衰减波形输出给发动机模拟信号给电控测试系统；所述单片机还分别通过数个锁存器和D/A转换器输出给发动机模拟信号给电控测试系统多路模拟信号；所述单片机还分别通过数个双字节锁存器和继电器输出给发动机模拟信号给电控测试系统多路数字信号。
本发明的优点是：
1.本发明可直接模拟发动机点火、燃油喷油、怠速的常用信号，并可显示电控单元中的重要信号。使用该模拟器开发电控系统，可以有效的节约开发成本、缩短开发周期，是汽车发动机电控系统开发的重要辅助设备。
2.本发明采用周期性缺齿脉冲信号35X来描述汽车发动机点火行为。
3.本发明采用周期性双电平的脉冲信号CAM来描述汽车发动机怠速过程。
4.本发明采用衰减的正弦信号KNOCK来描述汽车发动机燃油喷油过程。
5.本发明采用变化的脉冲信号来模拟发动机转速。
附图说明
下面结合实施例对本发明作进一步的描述：
图1为本发明的输出电路框图；
图2为单片机与计算机通信并控制12路数/模转换和14路继电器信号输出框图；
图3为四路电子模拟器信号发生电路框图；
图4为两路缺齿信号合成电路原理图。
其中：1单片机；2锁存器；3FPGA逻辑模块；4计算机；5TCP/IP转485接口模块；6第一电平转换电路；7双路信号合成电路；8第二电平转换电路；9RAM存储器；10D/A转换电路；11锁存器；12D/A转换器；13双字节锁存器；14继电器；15电控测试系统。
具体实施方式
实施例：如图1所示，一种便携式汽车发动机电子模拟装置，该装置包括通过TCP/IP转485接口模块5与计算机4连接的单片机1，单片机1分别通过数个锁存器2控制FPGA逻辑模块3，计算机4产生的频率选择送入单片机1，再由单片机1对相应的锁存器2写入对应的控制信号，控制FPGA模块3实现相对应的多个发动机模拟信号的产生，发动机模拟信号输出给电控测试系统15，电控测试系统15再把信号反馈给单片机1。
所述FPGA逻辑模块3产生的模拟发动机点火行为的周期性缺齿脉冲信号35X#FPGA通过第一电平转换电路6后再输出给发动机模拟信号给电控测试系统15。
所述FPGA逻辑模块3产生的双路周期性缺齿信号通过信号合成电路7得到模拟发动机怠速行为的周期性双电平的脉冲信号CAM#FPGA后再输出给发动机模拟信号给电控测试系统15。
所述FPGA逻辑模块3产生的模拟发动机机转速行为的脉冲信号VSS#FPGA通过第二电平转换电路8后再输出给发动机模拟信号给电控测试系统15。
所述先由计算机4对模拟发动机燃油喷油的衰减的正弦信号KNOCK进行模拟量化采集，并将结果通过单片机1存储到RAM存储器9中，模拟器工作时，FPGA逻辑模块3产生RAM存储器9连续的地址信号，将RAM存储器中的各个量化点的数据依次送入D/A转换器10中，通过D/A转换电路10即可得到响应的衰减波形输出给发动机模拟信号给电控测试系统15。
本发明利用计算机4将要产生的信号信息，主要是信号的频率选择送入单片机1，再由单片机1对相应的锁存器2写入对应的控制信号，控制FPGA模块3产生与四路信号相对应的多个信号。FPGA模块3产生缺齿信号35X和脉冲信号VSS是0/5V的脉冲信号，为了便于驱动负载，后面加上电平移位电路，使之变为-12/+12电平信号，频率变化可以由改变内部逻辑模块中的分频系数实现。
对于汽油喷油过程可以描述成衰减的正弦信号KNOCK，是利用计算机强大的运算能力，将符合喷油行为的爆震波形进行量化、采集得到的各点的数值存入到RAM存储器9中，随后利用FPGA模块3产生的地址信号，不停地读取相应的数据，再把该数据送入D/A转换电路10中，通过D/A转换电路10转换即可得到响应的衰减波形。频率要求可以通过FPGA输出的地址信号变化周期来实现。
所述单片机1还分别通过数个锁存器11和D/A转换器12输出给发动机模拟信号给电控测试系统15多路模拟信号。
所述单片机1还分别通过数个双字节锁存器13和继电器14输出给发动机模拟信号给电控测试系统15多路数字信号。
在发动机电控系统的开发中，这些线路可以接相应的发动机电控系统输出信号。整个系统框图1所示。其中14路数字量和12路模拟量输入均通过人机界面直接输入。14路数字量随着输入的变化而改变，可以由计算机4直接传输给单片机1，再由单片机1送入双字节锁存器13带动继电器14直接驱动发动机电控系统15。12路模拟信号，在计算机4内部，每一路输入的模拟信号转化为相应的8位数字信号，转化后的数字信号送入单片机1，再由单片机1送给D/A转换器12，变为原来的模拟信号后去驱动发动机电控系统15。这两部分电路框图如图2所示。电控系统的输出是电控系统的根据发动机运行情况以及输入控制情况的监测判断的结果，它通过单片机1送给计算机4，在人机界面进行显示。
上述功能为发动机的控制和测试返回结果处理的功能，作为汽车发动机电子模拟器，重要的功能是能模拟发动机的几种重要行为过程，包括点火、发动时汽油燃烧以及怠速过程，上述过程，依据速度的不同，可以用相应的可控电信号代替。
模拟该行为的电信号要求如下：
1、模拟点火行为可以描述为周期性缺齿的脉冲信号35X：即脉冲信号经过35个周期之后随后的第36个周期保持低电平，而其余时间保持正常的1∶1的脉冲输出，其变化过程如下所示。在正常使用中该信号的周期T也是频率f＝1/T在一定范围内可调。
Figure C20051002256900081
2、怠速过程可以描述为周期性双电平的脉冲信号CAM：即和上述过程相对应的36个周期中出现一次双电平信号，在36个周期内，先出现5个T的高电平信号，随后出现5个T负电平信号，在其余时间内保持0V电平信号，变化过程如下图所示。在正常使用中该信号的周期T也是频率f＝1/T在一定范围内可调。
Figure C20051002256900082
3、汽油燃烧过程可以描述成衰减的正弦信号KNOCK，即一个正弦信号的幅值随着时间的变化逐渐减小，经过几个周期之后基本上变成0V信号，变化过程如下图所示。在正常使用中该信号的周期T也是频率f＝1/T在一定范围内可调，此外衰减幅度也可根据实际情况进行相应的调整。
Figure C20051002256900091
4、动机正常运转过程可以用变化的脉冲信号VSS表示，此信号没有复杂的变化过程，能够反映发动机转速的情况即可，可以用一脉冲信号表示，该信号能够体现出常规时间的转速即可。
上述四个汽车发动机信号一方面可以由发动机上传感器得到。在四路模拟信号中，均可实现在30-7kHz范围内，步进30Hz的幅度任意变化。在进行模拟实验的时候，可由模拟器自身的信号发生电路直接产生，其电路原理框图如图3所示。
在上述电路中，笔记本电脑(计算机4)将要产生的信号信息，主要是信号的频率选择送入单片机1，再由单片机1对相应的锁存器2写入对应的控制信号，控制FPGA模块3产生与四路信号相对应的多个信号。FPGA模块3产生缺齿信号35X和脉冲信号VSS是0/5V的脉冲信号。为了便于驱动负载，后面加上电平移位电路，使之变为-12/+12电平信号，频率变化可以改变内部逻辑模块中的分频系数实现。
对于汽油喷油过程可以描述成衰减的正弦信号KNOCK，利用计算机强大的运算能力，将符合喷油行为的爆震波形进行量化、采集，得到的各点的数值存入到RAM中。随后利用FPGA模块产生的地址信号，不停地读取相应的数据，再把该数据送入D/A转换电路10，通过D/A转换即可得到相应的衰减波形。频率要求可以通过FPGA输出的地址信号变化周期来实现。
对于周期性双电平的脉冲信号CAM，可以由FPGA模块产生两路缺齿信号进行合成得到，合成电路的电路图如图4所示。
综上所述，利用本发明开发汽车发动机电控系统，可以有效的节约开发成本、缩短开发周期，是汽车发动机电控系统开发的重要辅助设备。

Claims (8)

1.一种便携式汽车发动机电子模拟装置，其特征在于：该装置包括由计算机(4)控制的单片机(1)，单片机(1)分别通过数个锁存器(2)控制FPGA逻辑模块(3)，计算机(4)产生的频率选择送入单片机(1)，再由单片机(1)对相应的锁存器(2)写入对应的控制信号，控制FPGA模块(3)实现相对应的多个发动机模拟信号，发动机模拟信号输出给电控测试系统(15)，电控测试系统(15)再把信号反馈给单片机(1)。
2.根据权利要求1所述的便携式汽车发动机电子模拟装置，其特征在于：所述单片机(1)通过TCP/IP转485接口模块(5)与计算机(4)连接。
3.根据权利要求1所述的便携式汽车发动机电子模拟装置，其特征在于：所述FPGA逻辑模块(3)产生的模拟发动机点火行为的周期性缺齿脉冲信号35X#FPGA通过第一电平转换电路(6)后再输出给发动机模拟信号给电控测试系统(15)。
4.根据权利要求1所述的便携式汽车发动机电子模拟装置，其特征在于：所述FPGA逻辑模块(3)产生的两路周期性缺齿信号，通过双路信号合成电路(7)产生模拟发动机怠速行为的周期性双电平的脉冲信号CAM#FPGA后再输出给发动机模拟信号给电控测试系统(15)。
5.根据权利要求1所述的便携式汽车发动机电子模拟装置，其特征在于：所述FPGA逻辑模块(3)产生的模拟发动机机转速行为的脉冲信号VSS#FPGA通过第二电平转换电路(8)后再输出给发动机模拟信号给电控测试系统(15)。
6.根据权利要求1所述的便携式汽车发动机电子模拟装置，其特征在于：先由所述计算机(4)对模拟发动机燃油喷油的衰减的正弦信号KNOCK进行模拟量化采集，并将结果通过单片机(1)转存到RAM存储器(9)中，模拟器工作时，FPGA逻辑模块(3)产生RAM存储器(9)连续的地址信号，将RAM存储器中的各个量化点的数据依次送入D/A转换电路(10)中，通过D/A转换电路(10)即可得到响应的衰减波形输出给发动机模拟信号给电控测试系统(15)。
7.根据权利要求1所述的便携式汽车发动机电子模拟装置，其特征在于：所述单片机(1)还分别通过数个锁存器(11)和D/A转换器(12)输出给发动机模拟信号给电控测试系统(15)多路模拟信号。
8.根据权利要求1所述的便携式汽车发动机电子模拟装置，其特征在于：所述单片机(1)还分别通过数个双字节锁存器(13)和继电器(14)输出给发动机模拟信号给电控测试系统(15)多路数字信号。
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