CN102568294A - 多功能电子油门模拟装置 - Google Patents

Abstract

一种多功能电子油门模拟装置，属于汽车试验设备领域。本发明的目的是提供一种取代了现有发动机试验台架油门执行器和油门踏板等机械部件，而采集发动机台架输出的油门开度控制信号的多功能电子油门模拟装置。本发明由微处理器、电源转换电路、晶振电路、复位电路、键盘电路、液晶显示电路、油门信号采集电路、DA输出电路和参考电压电路组成。本发明工作于原有的发动机油门闭环控制系统中，取代了油门执行器和油门踏板等机械部件，它通过采集发动机台架输出的油门开度控制信号，经过本装置的控制单元计算和处理，最终产生符合油门踏板参数曲线的两路模拟信号，送入到发动机控制单元ECU中，ECU控制节气门打开相对应的开度，克服了原有机械部件所引起的发动机转速和扭矩不稳等问题，提高了设备运转率和安全系数，使得原有台架在改动不大的情况下实现了电子油门功能。

Description

多功能电子油门模拟装置

技术领域

本发明属于汽车试验设备领域。

背景技术

传统的发动机试验台架都通过控制油门执行器拉线拉动油门踏板的方式来控制发动机油门的开度，由于油门执行器存在机械抖动、磨损和卡死等问题，经常造成发动机转速和扭矩不稳，控制误差较大，并且具有一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种取代了现有发动机试验台架油门执行器和油门踏板等机械部件，而采集发动机台架输出的油门开度控制信号的多功能电子油门模拟装置。

本发明由微处理器、电源转换电路、晶振电路、复位电路、键盘电路、液晶显示电路、油门信号采集电路、DA输出电路和参考电压电路组成：

微处理器M1采用PIC18F系列增强型闪存单片机，内部含有12位AD采样模块，电源转换电路主要由DC/DC模块M4和保护二极管D2组成，JP4插头接入台架12-24V电源后，电源转换电路将台架电源转换成5V电压，在微处理器的电源和地之间接入47UF电解电容和0.1UF电容用于低频和高频干扰信号的滤波；晶振电路接入微处理器的OSC1和OSC2引脚上，将微处理器的MCLR引脚通过电阻R10接到VCC上，在复位电路中串联了一个按钮S17；液晶显示电路主要由1302字符式模块JP2构成，通过电阻R2来调节液晶模块的显示亮度，微处理器通过RE0、RE1，RE2引脚模拟的SPI总线向JP2发送读写命令，同时将要显示的字符段通过RD0-RD7引脚发送给JP2；键盘电路由并行键盘电路和串行键盘电路组成，键盘电路连接插头JP3，通过上拉电阻连接到微处理器的引脚上；油门信号采集电路主要由DCU数据采集板JP5构成，经过可变电阻R1与电容C1构成的低通滤波器连接微处理器RA0管脚，数字码经过微处理器引脚模拟的三线SPI总线送入到DA输出电路中DA芯片P1和P2中，DA芯片采用专用12位串行DAC芯片MAX539。

本发明工作于原有的发动机油门闭环控制系统中，取代了油门执行器和油门踏板等机械部件，它通过采集发动机台架输出的油门开度控制信号，经过本装置的控制单元计算和处理，最终产生符合油门踏板参数曲线的两路模拟信号，送入到发动机控制单元ECU中，ECU控制节气门打开相对应的开度，克服了原有机械部件所引起的发动机转速和扭矩不稳等问题，提高了设备运转率和安全系数，使得原有台架在改动不大的情况下实现了电子油门功能。

附图说明

图1是本发明微处理器电路图；

图2是本发明电源转换器电路图；

图3是本发明复位电路图；

图4是本发明键盘电路图；

图5是本发明晶振电路图；

图6是本发明液晶显示电路图；

图7是本发明油门信号采集电路图；

图8是本发明DA输出电路和参考电压电路。

具体实施方式

本发明由微处理器、电源转换电路、晶振电路、复位电路、键盘电路、液晶显示电路、油门信号采集电路、DA输出电路和参考电压电路组成：

微处理器M1采用PIC18F系列增强型闪存单片机，内部含有12位AD采样模块，电源转换电路主要由DC/DC模块M4和保护二极管D2组成，JP4插头接入台架12-24V电源后，电源转换电路将台架电源转换成5V电压，在微处理器的电源和地之间接入47UF电解电容和0.1UF电容用于低频和高频干扰信号的滤波；晶振电路接入微处理器的OSC1和OSC2引脚上，将微处理器的MCLR引脚通过电阻R10接到VCC上，在复位电路中串联了一个按钮S17；液晶显示电路主要由1302字符式模块JP2构成，通过电阻R2来调节液晶模块的显示亮度，微处理器通过RE0、RE1，RE2引脚模拟的SPI总线向JP2发送读写命令，同时将要显示的字符段通过RD0-RD7引脚发送给JP2；键盘电路由并行键盘电路和串行键盘电路组成，键盘电路连接插头JP3，通过上拉电阻连接到微处理器的引脚上；油门信号采集电路主要由DCU数据采集板JP5构成，经过可变电阻R1与电容C1构成的低通滤波器连接微处理器RA0管脚，数字码经过微处理器引脚模拟的三线SPI总线送入到DA输出电路中DA芯片P1和P2中，DA芯片采用专用12位串行DAC芯片MAX539。

以下详细叙述本发明：

本发明由微处理器、电源转换电路、晶振电路、复位电路、键盘电路、液晶显示电路、油门信号采集电路、采样保持电路、DA输出电路、参考电压电路、光电隔离电路等组成。微处理器M1采用PIC18F系列增强型闪存单片机，内部含有12位AD采样模块，自带看门狗。电源转换电路主要由DC/DC模块M4和保护二极管D2组成。当JP4插头接入台架12-24V电源后，电源转换电路将台架电源转换成5V电压供整个装置使用。保护二极管串联在正极回路中，利用二极管反向截止的特点，有效地防止电源正负极接反时烧毁微处理器。在微处理器的电源和地之间接入47UF电解电容和0.1UF电容用于低频和高频干扰信号的滤波。晶振电路由2个22PF电容C4、C5和10MHZ晶振Y1组成。晶振电路接入微处理器的OSC1和OSC2引脚上，通过程序将微处理器设置为高速晶振模式，就实现了为微处理器提供20MHZ标准振荡时钟。微处理器的复位采用上电复位的方法，将微处理器的MCLR引脚通过电阻R10接到VCC上实现，这样既实现了微处理器的安全复位又省去了上电复位所需要的RC元件。在复位电路中串联了一个按钮S17，当装置出现问题时，可以通过手动按键的方式实现微处理器的安全复位。液晶显示电路主要由1302字符式模块JP2构成，通过电阻R2来调节液晶模块的显示亮度。工作时，微处理器通过RE0、RE1，RE2引脚模拟的SPI总线向JP2发送读写命令，当发送写命令时，同时将要显示的字符段通过RD0-RD7引脚发送给JP2，在JP2上就实现了相应字符的显示。当正确显示后，JP2向微处理器发送显示正确信号。微处理器进行下一步操作。键盘电路由并行键盘电路和串行键盘电路组成。键盘电路连接到插头JP3后，通过上拉电阻连接到微处理器的相应引脚上，微处理器的引脚设置为输入下降沿触发中断触发。当键盘电路上任何一个键按下后，将触发微处理器中断，微处理器通过内部程序就读取按下的引脚值。为了避免重复按键以及误操作，程序内部设置了消抖程序和误操作识别程序。通过键盘电路输入对应的油门踏板参数将保存在微处理器内部FLASH中，掉电也不丢失。油门信号采集电路主要由DCU数据采集板JP5构成，它根据台架程序自动输出与油门值对应的0-5V电压值，经过由可变电阻R1与电容C1构成的低通滤波器送入到微处理器RA0管脚中。通过改变R1的阻值来调整滤波器的带宽以适应不同的发动机试验环境需求。RA0引脚上的0-5V的电压通过微处理器内部的采样保持电路被送入12位AD转换模块中。经过AD转换模块转换为12位数字量，微处理器根据键盘输入的油门踏板参数，经过计算和分析，得出当前的油门开度值以及符合油门踏板曲线的两路12位数字量。微处理器M1一方面通过液晶屏JP2显示当前的油门开度，另一方面通过内部光电隔离电路在RC5和RC7引脚输出两路与油门开度对应的数字码。数字码经过微处理器引脚模拟的三线SPI总线送入到DA输出电路中DA芯片P1和P2中，DA芯片采用专用12位串行DAC芯片MAX539。它采用+5V供电、电压输出，具有极低的功耗。参考电压电路中的稳压芯片MAX873将5V电压转换成稳定的2.5V电源，分别输出给P1和P2上的REFIN引脚作为DA输出电路的电压参考源。P1和P2芯片根据DIN引脚输入的12位的数字量，VOUT引脚对应输出两路符合油门踏板曲线的0-5V模拟信号。两路模拟信号送入到ECU后,ECU驱动发动机节气门的开度，从而实现了台架的电子油门功能。

本发明应用于发动机控制台架的实例：

首先通过键盘电路分别输入台架油门控制信号特性参数和两路ET3发动机油门踏板特性参数。通过查询键检查参数设置是否正确，确认正确后，按下测量键，装置进入工作状态中。当发动机启动时，台架输入模拟量为0V，装置显示油门为0%，发动机处于怠速状态，转速750转。当台架发出20%的油门指令时，装置显示油门为20%，发动机转速1560转。当发动机发出100%的油门指令时，装置显示油门为100%，转速6500转，扭矩5500NM。整个试验过程中发动机转速和扭矩运行平稳，发动机响应正常。该种多功能电子油门模拟装置目前通过了可靠性试验验证和变工况试验验证，已经应用于多款发动机试验中。经过试验反映：整个装置满足了发动机油门控制的要求，克服了原有的机械装置所造成的转速和扭矩不稳等问题，提高台架的运转率和安全系数。整个装置响应灵敏、精度高、抗干扰能力强，较好地适应了发动机复杂的试验环境，并且成本低，具有一定的推广价值。

Claims (1)

1.一种多功能电子油门模拟装置，其特征在于：由微处理器、电源转换电路、晶振电路、复位电路、键盘电路、液晶显示电路、油门信号采集电路、DA输出电路和参考电压电路组成：

微处理器M1采用PIC18F系列增强型闪存单片机，内部含有12位AD采样模块，电源转换电路主要由DC/DC模块M4和保护二极管D2组成，JP4插头接入台架12-24V电源后，电源转换电路将台架电源转换成5V电压，在微处理器的电源和地之间接入47UF电解电容和0.1UF电容用于低频和高频干扰信号的滤波；晶振电路接入微处理器的OSC1和OSC2引脚上，将微处理器的MCLR引脚通过电阻R10接到VCC上，在复位电路中串联了一个按钮S17；液晶显示电路主要由1302字符式模块JP2构成，通过电阻R2来调节液晶模块的显示亮度，微处理器通过RE0、RE1，RE2引脚模拟的SPI总线向JP2发送读写命令，同时将要显示的字符段通过RD0-RD7引脚发送给JP2；键盘电路由并行键盘电路和串行键盘电路组成，键盘电路连接插头JP3，通过上拉电阻连接到微处理器的引脚上；油门信号采集电路主要由DCU数据采集板JP5构成，经过可变电阻R1与电容C1构成的低通滤波器连接微处理器RA0管脚，数字码经过微处理器引脚模拟的三线SPI总线送入到DA输出电路中DA芯片P1和P2中，DA芯片采用专用12位串行DAC芯片MAX539。

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