CN108663212B - 一种用于发动机台架对标的车辆运行信号模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明设计一种用于发动机台架对标的车辆运行信号模拟系统，包括信号采集输入模块、逻辑与计算处理模块、信号生成输出模块、操作与监控模块，信号采集输入模块采集发动机或台架信号并计算出发动机转速，逻辑与计算处理模块通过发动机转速和速比计算得到所有要模拟的转速信号频率。信号生成输出模块按照转速信号频率和波形信息生成各路模拟信号，操作与监控模块与逻辑与计算处理模块相连，用于输入逻辑与计算处理模块需要的参数，并显示计算的结果。本发明可在对标发动机运行时提供缺少的整车其他关联系统运行信号，解除对发动机限制，以解决对各种车辆标发动机在台架上上不能正常点火运行问题。

Description

一种用于发动机台架对标的车辆运行信号模拟系统

技术领域

本发明涉及汽车测试领域，尤其涉及一种用于发动机台架对标的车辆运行信号模拟系统。

背景技术

对标测试试验是汽车性能开发过程当中常用的技术手段，通过该试验获得竞品车型或者高性能车型的各类性能数据，可用于开发车型的性能指标制定、性能控制参考和性能横向评估。整车的对标测试试验比较容易，不需要对车辆进行特殊改动，按照试验规范直接进行试验测试即可，但作为车辆核心零部件的发动机，其对标测试则有很大难度。

发动机试验测试需要在专用台架上进行，而发动机的点火及各种工况运行都是由电子控制单元(ECU)进行控制的。常规试验发动机使用的都是台架ECU，其包含了全部发动机自身功能，可使发动机工作在所有的试验工况。但是对标测试的对象都是其他厂家的已上市发动机，拿不到其台架ECU，在这种条件下，只能使用对象发动机在整车搭载状态下的ECU(简称整车ECU)，控制发动机的点火及运行。但整车ECU与台架ECU有很大不同，除了发动机自身控制功能外，整车ECU具有与整车其他系统的通讯功能，并还能直接读取部分整车端传感器信息，它会根据这些传感器和关联系统的状态信息，按照预设逻辑对发动机运行状态进行调整或限制。如果整车ECU检测到其他关联系统没有正常运行或者需要读取的传感器信号缺失，则会控制发动机进入故障保护模式，发动机会限制转速、限制扭矩甚至不能点火。

随着汽车整体水平的进步，整车各系统之间逻辑关系更加紧密，影响发动机点火运行的关联条件越来越多，而且车型越高档，关联系统越多，影响逻辑也越复杂。目前常见的发动机运行整车限制因素有轮速车速、变速箱速度、变速箱档位、整车传感器信号等，这些信号的错误(不在合理范围内或者缺失)将直接或者间接(通过刹车、变速箱系统和四驱系统)限制发动机的正常运行。

为了使对标发动机及ECU在台架上能正常运行，采用将原车线束延长的方式把安装在台架上的发动机线束与整车线束原路连接起来，可使发动机及ECU的各电路闭环并且与整车其他系统连接，可使发动机及ECU获得大部分所需求的信息与信号。但当发动机运转时而整车处于静止状态，发动机与整车其他系统之间信息矛盾则会使车辆认为其他关联系统(如变速箱、刹车系统、四驱系统等)出现故障，从而限制发动机转速、扭矩等正常运行。

发明内容

对标发动机使用整车ECU在台架上运行时，由于缺少整车其他关联系统与整车传感器运行信号，发动机在点火后不能保证连续正常运行，严重限制了发动机台架对标试验开展。而由于整车各系统之间逻辑关联关系越来越复杂、紧密、多样，所以单一的信号发生器很难满足和应对对标发动机正常运行所需的信号信息需要。为解决上述问题，本发明提供了一种用于发动机台架对标的车辆运行信号模拟系统，可在对标发动机运行时提供缺少的整车其他关联系统运行信号，解除对发动机限制，保证各种车辆对标发动机在台架上正常运行。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于发动机台架对标的车辆运行信号模拟系统，其特征在于：包括信号采集输入模块、逻辑与计算处理模块、信号生成输出模块、操作与监控模块，信号采集输入模块从发动机或台架上采集发动机信号并将信号处理计算出发动机转速，逻辑与计算处理模块通过发动机转速和速比计算得到所有需要模拟转速的信号频率，这些转速包括：变速箱输入轴转速、变速箱输出轴转速、车轮转速以及中间轴传动轴转速，信号生成输出模块按照转速信号频率和波形信息生成各路模拟转速信号，与生成的其他非转速模拟信号一起发送给整车相应系统，模拟转速信号包括：变速箱输入轴转速信号、变速箱输出轴转速信号、车轮转速信号以及中间轴传动轴转速信号，非转速模拟信号包括：整车管路上的温度、压力传感器对应的电压信号、电磁阀需要的驱动信号，操作与监控模块与逻辑与计算处理模块相连，用于输入逻辑与计算处理模块需要的参数，并显示计算的结果。

进一步的，所述信号采集输入模块包括采集电路和用于进行采集处理的软件，所述逻辑与计算处理模块包括主机、处理器和进行逻辑处理与计算的软件，所述信号生成模块包括信号生成电路和生成信号波形的软件，所述操作与监视模块包括显示设备、写入设备和用于输入设置参数、显示结果的软件。

进一步的，所述信号采集输入模块采集的信息为0-5V直流电压脉冲或方波信号的频率，直流电压脉冲或方波信号包括曲轴位置传感器信号、点火指令信号、飞轮转速信号、角标编码器信号、台架转速信号。

当信号为非曲轴位置信号时，发动机转速计算公式如下：

n1＝f/m

其中n1为发动机转速单位为(r/s)，f为采集的频率单位为(Hz)，m为每转脉冲数。

当信号为曲轴位置信号时，信号为不均匀脉冲方波，大多数为发动机每转有60齿方波并有一处缺少1个齿或连续2齿，即60-1、60-2齿方波的不均匀方波信号，采集到的频率在均匀转速下也会产生跳跃，所以需要对采集频率进行处理，即当采集到缺齿信号时发动机转速计算公式如下：

n1＝(k+1)*f/m

其中k为曲轴位置信号缺齿个数。

当采集到正常齿信号时，则按照非曲轴位置信号的公式计算发动机转速，则会得到平稳均匀的发动机转速值。进一步的，所述逻辑与计算处理模块生成的模拟信号包括变速箱输入轴信号频率fi，计算公式为：

fi＝n*mi

其中n为发动机转速或者设置的转速，mi为变速箱输入轴信号每转脉冲数；

变速箱输出轴信号频率fo，计算公式为：

fo＝n*s*mo

其中n为发动机转速或者设置的转速，s为变速箱某档速比，mo为变速箱输出轴信号每转脉冲数；

本发明为每个车轮单独计算频率，当车轮转速信号单转内波形规则时，车轮信号频率fv，计算公式为：

fv＝n*s*w*mv

其中n为发动机转速或者设置的转速，s为变速箱某档速比，w为减速比，mv为车轮转速信号每转脉冲数；

当车轮转速信号单转内波形不规则时，车轮转速nv，计算公式为：

nv＝n*s*w

其中n为发动机转速或者设置的转速，s为变速箱某档速比，w为减速比；中间轴传动轴频率fe，计算公式为：

fe＝n*s₁*me

其中n为发动机转速或者设置的转速，s₁为中间轴传动轴速比，me为中间轴传动轴信号每转脉冲数。

进一步的，所述信号生成输出模块输出的信号包括：变速箱输入轴转速，变速箱输出轴转速，单转内波形规则的车轮转速，单转内波形不规则的车轮转速，中间轴传动轴转速信号，其中由于变速箱输入轴转速、变速箱输出轴转速信号固定为0-5V均匀电压脉冲方波，所以变速箱输入轴转速、变速箱输出轴转速分别由变速箱输入轴信号频率、变速箱输出轴信号频率结合占空比得到；当车轮转速信号单转内波形规则时，车轮转速由车轮信号频率结合占空比和电压或电流的高低幅值计算得到；当车轮转速信号单转内波形不规则时，信号生成输出模块输出的车轮转速由逻辑与计算处理模块生成的车轮转速结合电压或电流的单转波形计算得到；中间轴传动轴转速由中间轴传动轴信号频率结合占空比和电压或电流的高低幅值计算得到。

进一步的，所述信号生成输出模块输出的信号还包括整车管路上的温度、压力传感器对应的电压信号、电磁阀需要的驱动信号。

进一步的，所述操作与监控模块可以输入的信息包括：

发动机转速信号的每转脉冲数、曲位信号缺齿个数、变速箱某档速比、减速比、各输出信号的每转脉冲数，由所述信号生成输出模块输出的信号的占空比、电流/电压类型、电流/电压信号高低幅值、电流/电压信号正负方向、车轮转速信号单转内波形不规则时，需要的所述信号生成输出模块生成相应单转波形时需要的参数程序。

进一步的，对于部分低端车型由于整车逻辑简单和各系统相互限制不强，可以不需要采集发动机转速并输出让整车其他系统关联同步的转速，而直接使用一个设置的转速，由逻辑与计算处理模块和信号生成输出模块发出一组固定频率的模拟信号，包括四轮转速、变速箱输入输出轴转速给整车对应系统，也可解除整车关联系统对发动机的转速扭矩限制。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

有效的解决了而由于整车各系统之间逻辑关联关系越来越复杂、紧密、多样，使用单一的信号发生器不能应对对标发动机正常运行所需的信号信息，从而导致对标发动机在台架上不能正常点火运行的问题，保障了发动机台架对标试验成功实施。

附图说明

图1为本发明所述系统的功能原理及应用场景关联图；

图2为信号采集输入模块的功能原理图；

图3为逻辑与计算处理模块的功能原理图；

图4为信号生成输出模块的功能原理图。

附图标记说明：

1-对标发动机；2-测功机台架；3-车辆运行信号模拟系统；4-整车；31-信号采集输入模块；32-逻辑与计算处理模块；33-信号生成输出模块；34-操作与监控模块。

具体实施方式

车辆运行信号模拟系统3使用方式如下：

1、使用操作与监控模块34输入参数设置，包括发动机转速信号的每转脉冲、曲位信号缺齿个数、各转速间速比、各信号的每转脉冲数，输出信号的占空比、电流/电压类型、信号高低幅值、信号正负方向等波形信息。当测试涉及的车型车轮转速信号不规则时，还应输入信号生成模块33生成相应单转波形时所需的参数。

2、如图2所示，信号采集输入模块31从对标发动机1或测功机台架2上接出一路发动机转速信号，采集信号脉冲获得频率，算出发动机转速值。

3、如图3所示，逻辑与计算处理模块32通过发动机转速值和对应速比分别计算出需要模拟的运动件转速，包括四轮转速、变速箱输入轴转速、变速箱输出轴转速及其他中间轴传动轴转速，再分别乘以各转速信号的单转脉冲数，最终得到需要模拟各信号频率并发送给信号生成输出模块33。

4、如图4所示，信号生成输出模块33按照计算出的频率和获取到的其他波形信息，包括；占空比、电流/电压类型、信号高低幅值、信号正负方向、单转波形，生成输出模拟信号。其中单转波形只用于某些高档车型，因为对于某些高档车型，车轮转速信号单转内是脉冲宽窄不一或幅值高低不一的不规则信号，此种信号可称作加密信号，这种情况下需要根据信号的电流电压类型进行不规则波形编程，并将程序放入信号生成模块33中，使用时信号生成输出模块33根据操作与监控模块34设置的参数生成所需的单转波形。

通常模拟的信号主要是变速箱输入输出轴转速和四轮转速信号，但部分车型还需要中间轴传动轴信号，以及一些由于拆卸获取信息与发动机需要运行状态不匹配的传感器信号，如整车管路上的温度、压力传感器，这些都是非频率电压信号，由信号生成输出模块按照发动机运行需要的温度、压力值输出对应的电压(温度、压力与电压对应关系可以测量或者公开资料查询)。还有车型由于拆卸电磁阀不能执行动作或者无执行反馈，则可按照试验前测量得到的电磁阀驱动信息，由信号生成输出模块输出电流、电压或频率信号模块的电磁阀驱动电路生成驱动信号，驱动电磁阀动作。

通过连接线发送给整车关联系统。如生成的变速箱输入输出轴信号发送到变速箱输入输出轴转速传感器的线束上，四路车轮转速信号发送到刹车系统四路车轮传感器的线束上，其他需要模拟的信号发送到对应传感器的线束，使整车4关联系统都与对标发动机1同步虚拟运行起来，从而消除故障保护，解除对发动机1转速扭矩限制，最终使对标发动机1正常试验运行。

5、操作与监控模块34显示信号采集、计算和输出信号的结果。

对于部分低端车型由于整车逻辑简单和各系统相互限制不强，可以不需要采集发动机转速并输出让整车其他系统关联同步的转速，而直接使用一个设置的转速，由逻辑与计算处理模块和信号生成输出模块发出一组固定频率的模拟信号包括四轮转速、变速箱输入输出轴转速给整车对应系统，也可解除整车关联系统对发动机的转速扭矩限制。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于发动机台架对标的车辆运行信号模拟系统，其特征在于：包括信号采集输入模块、逻辑与计算处理模块、信号生成输出模块、操作与监控模块，

信号采集输入模块从发动机或台架上采集发动机信号并将信号处理计算出发动机转速，逻辑与计算处理模块通过发动机转速和速比计算得到需要模拟转速的信号频率，

这些转速包括：变速箱输入轴转速、变速箱输出轴转速、车轮转速以及中间轴传动轴转速，

信号生成输出模块按照转速信号频率和波形信息生成模拟转速信号，与生成的其他非转速模拟信号通过连接线发送给整车关联系统，使整车关联系统都与对标发动机同步虚拟运行起来；

模拟转速信号包括：变速箱输入轴转速信号、变速箱输出轴转速信号、车轮转速信号以及中间轴传动轴转速信号，非转速模拟信号包括：整车管路上的温度、压力传感器对应的电压信号、电磁阀需要的驱动信号，操作与监控模块与逻辑与计算处理模块相连，用于输入逻辑与计算处理模块需要的参数，并显示计算的结果。

2.如权利要求1所述一种用于发动机台架对标的车辆运行信号模拟系统，其特征在于，所述信号采集输入模块采集的信息为0-5V直流电压脉冲或方波信号的频率，直流电压脉冲或方波信号包括曲轴位置传感器信号、点火指令信号、飞轮转速信号、角标编码器信号、台架转速信号，当信号为曲轴位置信号且曲轴位置信号为缺齿信号时发动机转速计算公式如下：

n1＝(k+1)*f/m

当信号为曲轴位置信号且曲轴位置信号为非缺齿信号，或当信号为非曲轴位置信号时，发动机转速计算公式如下：

n1＝f/m

其中n1为发动机转速单位为r/s，f为采集的频率单位为Hz，m为每转脉冲数，k为曲轴位置信号缺齿个数。

3.如权利要求1所述一种用于发动机台架对标的车辆运行信号模拟系统，其特征在于，所述逻辑与计算处理模块生成的模拟信号包括变速箱输入轴信号频率fi，计算公式为：

fi＝n*mi

其中n为发动机转速或者设置的转速，mi为变速箱输入轴信号每转脉冲数；变速箱输出轴信号频率fo，计算公式为：

fo＝n*s*mo

其中n为发动机转速或者设置的转速，s为变速箱某档速比，mo为变速箱输出轴信号每转脉冲数；

当车轮转速信号单转内波形规则时，车轮信号频率fv，计算公式为：

fv＝n*s*w*mv

其中n为发动机转速或者设置的转速，s为变速箱某档速比，w为减速比，mv为车轮转速信号每转脉冲数；

当车轮转速信号单转内波形不规则时，车轮转速nv，计算公式为：

nv＝n*s*w

其中n为发动机转速或者设置的转速，s为变速箱某档速比，w为减速比；中间轴传动轴频率fe，计算公式为：

fe＝n*s₁*me

其中n为发动机转速或者设置的转速，s₁为中间轴传动轴速比，me为中间轴传动轴信号每转脉冲数。

4.如权利要求1所述一种用于发动机台架对标的车辆运行信号模拟系统，其特征在于，所述信号生成输出模块输出的信号包括：变速箱输入轴转速、变速箱输出轴转速、单转内波形规则的车轮转速、单转内波形不规则的车轮转速、中间轴传动轴转速信号，其中变速箱输入轴转速、变速箱输出轴转速分别由变速箱输入轴信号频率、变速箱输出轴信号频率结合占空比得到；当车轮转速信号单转内波形规则时，车轮转速由车轮信号频率结合占空比和电压或电流的高低幅值计算得到；当车轮转速信号单转内波形不规则时，信号生成输出模块输出的车轮转速由逻辑与计算处理模块生成的车轮转速结合电压或电流的单转波形计算得到；中间轴传动轴转速由中间轴传动轴信号频率结合占空比和电压或电流的高低幅值计算得到。

5.如权利要求1所述一种用于发动机台架对标的车辆运行信号模拟系统，其特征在于，所述操作与监控模块可以输入的信息包括：发动机转速信号的每转脉冲数、曲位信号缺齿个数、变速箱某档速比、减速比、输出信号的每转脉冲数、由所述信号生成输出模块输出的信号的占空比、电流/电压类型、电流/电压信号高低幅值、电流/电压信号正负方向、车轮转速信号单转内波形不规则时，所述信号生成输出模块生成相应单转波形时需要的参数。

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