CN110207992A - 一种可以调整内燃机目标转速的实验设备及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可以调整内燃机目标转速的实验设备及实现方法，实验设备包括MCU控制器模块、OBD诊断接口、电源模块、滤波模块、按键接口、油门接口，MCU控制器模块分别与OBD诊断接口、电源模块、滤波模块、按键接口电连接，本发明滤波模块与油门接口电连接可以随意控制任意内燃机的目标转速，与现在人为控制内燃机的转速相比，本发明具有较高的准确性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种内燃机实验设备及实现方法，具体地说，涉及一种可以调整内燃机目标转速的实验设备及实现方法，属于内燃机实验设备技术领域。
背景技术
在国内测试内燃机性能外特性曲线实验时，往往需要恒定转速，目前控制内燃机的转速主要是为了控制脚油门或手油门，而没有数字量或准确的控制方式，这样就会因为在测试内燃机时测试人员的因素、外部因素，负载不同等众多因素会造成内燃机的转速的变化，这样增大了测试内燃机性能实验难度和准确性下降，虽然可以从ECU 的CAN报文来控制目标转速，但不同的ECU的报文的协议不同，另外，还有ECU没有开放此功能，为了更好更方便的测试内燃机性能实验，需要一种设备可以随意控制任意内燃机的目标转速。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种可以调整内燃机目标转速的实验设备及实现方法，可以随意控制任意内燃机的目标转速，与现在人为控制内燃机的转速相比，本发明具有较高的准确性和稳定性。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：一种可以调整内燃机目标转速的实验设备，包括MCU控制器模块、OBD诊断接口、电源模块、滤波模块、按键接口、油门接口，MCU控制器模块分别与OBD诊断接口、电源模块、滤波模块、按键接口电连接，滤波模块与油门接口电连接。
作为上述技术方案的进一步改进：
一种可以调整内燃机目标转速的实验设备的实现方法，所述控制方法开始于步骤S1，然后进入步骤S2；
在步骤S2，用按键或触摸屏设定内燃机的目标转速，进入步骤S4；
在步骤S4，判断按键或触摸屏设定的目标转速范围是否在600r/min～3000r/min，如果是，则进入步骤S5，如果否，则进入步骤S3，提示测试人员输入正确的目标转速；
在步骤S5，选取发动机转速的方式，分别进入步骤S6、S7、S8。
在步骤S6，通信连接模式为串口；
在步骤S7，通信连接模式为CAN通信，读取CAN报文；
在步骤S8，通信连接模式为K通信，读取K线报文；
在步骤S9，为手动选择，如果选择手动，则进入步骤S11；
在步骤S10，为自动选择，测试员如不知道内燃机厂家，可以在详细界面中的CAN报文设置界面中选择自动搜素，MCU控制器将按照本地库中CAN报文信息序号进行尝试连接，进入步骤S13。
在步骤S11，查询库内是否有本次测试的厂家，如果是，则进入步骤S15，如果否，则进入步骤S12；
在步骤S12，输入内燃机厂家CAN信息，测试人员可以手动填入内燃机的厂家，CAN报文的类型，CAN报文的地址，输入之后，MCU控制器，将会把这一信息保存，方便测试人员下次使用，然后进入步骤S14，保存，然后进入步骤S15,；
在步骤S15，选择库内内燃机厂家，然后进入步骤S17；
在步骤S13，查询是否连接成功，如果是，则进入步骤S16，如果否，则进入步骤S11。
在步骤S16，显示相应信息，连接成功后将返回连接成功的界面，并显示当前连接的CAN报文的类型地址和对应内燃机厂家，然后进入步骤S17；
在步骤S17，向ECU发送数据请求，根据ISO15765协议，要获取内燃机的实时转速，必须对内燃机的电脑板发送请求数据帧，然后内燃机ECU返回数据帧，按照协议请求的数据帧和发回的数据帧的格式是统一的，该案例通过MCU控制器对内燃机发送请求帧，然后等待内燃机的ECU发回的数据帧，进入步骤S18。
在步骤S18，查询是否返回，如果是，进入步骤S20，如果否，进入步骤S19；
在步骤S19，若长时间不返回，触摸屏将跳出连接超时的提示窗口，用来提示测试人员该设备连接失败；
在步骤S20，判断是否是正响应，如果是，则进入步骤S22，如果否，则进入步骤S21；
在步骤S21，若内燃机ECU数据帧返回数据经解析是负响应，显示模块将跳出参数不对的提示窗口，用来提示测试人员参数选择不对。
在步骤S24，加长采样周期；
在步骤S25，进行PID运算：对内燃机的实时转速与目标转速进行PID运算，根据算出的结果，实时的调整PWM值，分别进入步骤S26、S27、S28；
在步骤S26，目标转速=实时转速，然后进入步骤S29；
在步骤S27，目标转速>实时转速，然后进入步骤S30；
在步骤S28，目标转速<实时转速，然后进入步骤S31。
在步骤S29，PWM占空比不变，当目标转速等于内燃机实时转速时，设备的PWM值将维持不变，来维持当前的电压值。油门接口的电压保持不变，相当于电子油门开度没有变化，维持当前内燃机实时转速，然后进入步骤S32；
在步骤S30，PWM占空比减小，当目标转速小内燃机实时转速时，设备就把PWM的占空比减小，来降低输出电压的大小，油门接口的电压变小，相当于电子油门的开度变小，降低内燃机实时转速，在显示模块中可以实时的显示PWM的占空比，让测试人员及时知道的系统调整的状态，另外测试人员也可以在显示模块中的详细界面的PWM设置界面，进行直接设置PWM的占空比和周期，来改变内燃机的转速，此时不受目标转速和实时转速的影响，然后进入步骤S32。
在步骤S31，PWM占空比增大：当目标转速大于内燃机实时转速时，设备就把PWM的占空比增大，来升高输出电压的大小，油门接口电压变大，相当于电子门开度变大，提升内燃机实时转速，然后进入步骤S32；
在步骤S32，计算出油门两路的PWM占空比，进入步骤S34；
在步骤S34，选择两路PWM信号输出模式，采用两路PWM信号，来模拟油门踏板的信号，这两路PWM信号之间的关系，测试人员可以在显示模块中选择，进入步骤S35。
在步骤S34之前设置步骤S33，在步骤S33，直接输入PWM占空比和周期；
在步骤S35，查询库中是否有，如果是，进入步骤S37，如果否，进入步骤S36；
在步骤S36，输入比例，输入两路油门的比例，确保模拟出的两路油门信号是合理的，发动不报油门故障，进入步骤S37；
在步骤S37，输出两路PWM信号，由单片机运算出两路油门PWM的占空比，并经过U16和U17输出，进入步骤S38；
在步骤S38，进行线路滤波，将步骤S37输出的PWM信号，连接到滤波模块中，进行信号去噪，得到准确的两路油门信号，进入步骤S39；
在步骤S39，连接油门接口，与整车接口对接。
本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：本发明实现方法可以随意控制任意内燃机的目标转速，与现在人为控制内燃机的转速相比，本发明具有较高的准确性和稳定性，本发明设备具有结构简单、操作简便、可靠性高等优点，使用范围广。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
附图说明
附图1是本发明实施例中一种可以调整内燃机目标转速的实验设备的结构框图；
附图2是本发明实施例中一种可以调整内燃机目标转速的实验设备及实现方法流程图。
图中，
1-MCU控制器模块，2-OBD诊断接口，3-电源，4-滤波模块，5-按键接口，6-油门接口。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
实施例，如图1、图2所示，一种可以调整内燃机目标转速的实验设备，包括MCU控制器模块1、OBD诊断接口2、电源模块3、滤波模块4、按键接口5、油门接口6，MCU控制器模块1分别与OBD诊断接口2、电源模块3、滤波模块4、按键接口5电连接，滤波模块4与油门接口6电连接。
通过内燃机的OBD诊断接口2读出内燃机的转速，然后由MCU控制器模块1模拟油门的开度，达到控制转速的目的。
OBD诊断接口2使用ISO15031-5规定的接口，通过屏蔽双绞线连接内燃机与MCU控制器模块1，给控制器、内燃机实时转速，根据ISO15031-5 协议OBD诊断接口2必须引出一路CAN线，且波特率为500Kbs，这个波特率如果传输距离过长，可能会造成信号接收丢失或MCU控制器模块1的CAN收发器不能正常工作，为了避免此情况的出现，为此在OBD接口终端的双绞线的CAN高、CAN底的两端并联有一个120Ω的吸收电阻。
电源模块3的组成有两种方案，一种是由车载电源即OBD诊断接口2中提供的电源，该电源容易受整车电源影响，故为了保障MCU控制器模块1的稳定工作，该设备设立稳压系统，将整车的电源稳定在24V或12V，然后通过导线连接到设备电源接口上；第二种方案是电通过开关电源转换成+24V直流电源通过导线连接到设备电源接口上，在本实施例中将两个电源分别连接MCU控制器模块1中，信号将连接到滤波模块4中。
滤波模块4将MCU控制器模块1输出的PWM电压信号进行滤波，去掉因线路产生的噪音，使MCU输出的信号更加贴近油门的电压信号的形式。
按键接口5作用是让测试人员可以输入目标转速的值，可以通过两个按键进行调整，也可以通过触摸屏进行直接输入，本实施例是通过触摸屏直接输入。
油门接口6为国标规定接口，用于连接内燃机油门接口与滤波模块4，将滤波后的电压信号给内燃机，模拟油门开度。
显示模块，直接连接MCU控制器模块1，作用是显示系统的运行状态，运行状态包括有目标转速、实时转速、运行时间、PWM周期占空比等设备运行和调试的必须参数。本实施例中显示模块和按键接口使用的是同一个触摸屏，触摸屏通过串口连接到MCU控制器模块1上。
MCU控制器模块1通过读取OBD诊断接口2的CAN报文来获取内燃机的实时转速，若没有读取到，MCU控制器将维持最低转速，若读取到，则与目标转速进行比较，模拟出电子油门的开度大小（输出电压的大小），然后经过滤波，最后输出到油门接口，来达到目标转速与实时转速相等。
操作时，连接好OBD诊断接口2，实验设备通电，把内燃机的实际油门拔下，换成实验设备的油门接口6，屏幕显示实时转速和目标转速。
一种可以调整内燃机目标转速的实验设备及实现方法，所述控制方法开始于步骤S1，然后进入步骤S2；
在步骤S2，用按键或触摸屏设定内燃机的目标转速，进入步骤S4；
在步骤S4，判断按键或触摸屏设定的目标转速范围是否在600r/min～3000r/min，如果是，则进入步骤S5，如果否，则进入步骤S3，提示测试人员输入正确的目标转速；
在步骤S5，选取发动机转速的方式，分别进入步骤S6、S7、S8；
在步骤S6，通信连接模式为串口（RS485、RS232）；
在步骤S7，通信连接模式为CAN通信，读取CAN报文（250Kps、500Kps）；
在步骤S8，通信连接模式为K通信，读取K线报文；
在步骤S9，为手动选择，如果选择手动，则进入步骤S11；
在步骤S10，为自动选择，测试员如不知道内燃机厂家，可以在详细界面中的CAN报文设置界面中选择自动搜素，MCU控制器将按照本地库中CAN报文信息序号进行尝试连接，进入步骤S13；
在步骤S11，查询库内是否有本次测试的厂家，如果是，则进入步骤S15，如果否，则进入步骤S12；
在步骤S12，输入内燃机厂家CAN信息，测试人员可以手动填入内燃机的厂家，CAN报文的类型，CAN报文的地址，输入之后，MCU控制器，将会把这一信息保存，方便测试人员下次使用，然后进入步骤S14，保存，然后进入步骤S15,；
在步骤S15，选择库内内燃机厂家，然后进入步骤S17；
在步骤S13，查询是否连接成功，如果是，则进入步骤S16，如果否，则进入步骤S11；
在步骤S16，显示相应信息，连接成功后将返回连接成功的界面，并显示当前连接的CAN报文的类型地址和对应内燃机厂家，然后进入步骤S17；
在步骤S17，向ECU发送数据请求，根据ISO15765协议，要获取内燃机的实时转速，必须对内燃机的电脑板发送请求数据帧，然后内燃机ECU返回数据帧，按照协议请求的数据帧和发回的数据帧的格式是统一的，该案例通过MCU控制器对内燃机发送请求帧，然后等待内燃机的ECU发回的数据帧，进入步骤S18；
在步骤S18，查询是否返回，如果是，进入步骤S20，如果否，进入步骤S19；
在步骤S19，若长时间不返回，触摸屏将跳出连接超时的提示窗口，用来提示测试人员该设备连接失败；
在步骤S20，判断是否是正响应，如果是，则进入步骤S22，如果否，则进入步骤S21；
在步骤S21，若内燃机ECU数据帧返回数据经解析是负响应，显示模块将跳出参数不对的提示窗口，用来提示测试人员参数选择不对；
在步骤S22，进行数据解析：若内燃机ECU返回数据经解析是正响应，MCU则进行对该报文数据进行详细的解析，并算出内燃机实时转速；
在步骤S23，中值平均滤波：为了MCU使控制器平滑的模拟输出油门踏板的电压信号和获取稳定的实时转速，对实时转速进行了中值平均滤波，并加长采样周期，每秒获取一次内燃机实时转速，然后进入步骤S24；
在步骤S24，加长采样周期（1s一次实时转速）；
在步骤S25，进行PID运算：对内燃机的实时转速与目标转速进行PID运算，根据算出的结果，实时的调整PWM值，分别进入步骤S26、S27、S28；
在步骤S26，目标转速=实时转速，然后进入步骤S29；
在步骤S27，目标转速>实时转速，然后进入步骤S30；
在步骤S28，目标转速<实时转速，然后进入步骤S31；
在步骤S29，PWM占空比不变，当目标转速等于内燃机实时转速时，设备的PWM值将维持不变，来维持当前的电压值。油门接口的电压保持不变，相当于电子油门开度没有变化，维持当前内燃机实时转速，然后进入步骤S32；
在步骤S30，PWM占空比减小，当目标转速小内燃机实时转速时，设备就把PWM的占空比减小，来降低输出电压的大小，油门接口的电压变小，相当于电子油门的开度变小，降低内燃机实时转速，在显示模块中可以实时的显示PWM的占空比，让测试人员及时知道的系统调整的状态，另外测试人员也可以在显示模块中的详细界面的PWM设置界面，进行直接设置PWM的占空比和周期，来改变内燃机的转速，此时不受目标转速和实时转速的影响，然后进入步骤S32；
在步骤S31，PWM占空比增大：当目标转速大于内燃机实时转速时，设备就把PWM的占空比增大，来升高输出电压的大小，油门接口电压变大，相当于电子门开度变大，提升内燃机实时转速，然后进入步骤S32；
在步骤S32，计算出油门两路的PWM占空比，进入步骤S34；
在步骤S34，选择两路PWM信号输出模式，采用两路PWM信号，来模拟油门踏板的信号，这两路PWM信号之间的关系，测试人员可以在显示模块中选择，进入步骤S35；
在步骤S34之前设置步骤S33，在步骤S33，直接输入PWM占空比和周期；
在步骤S35，查询库中是否有，如果是，进入步骤S37，如果否，进入步骤S36；
在步骤S36，输入比例，输入两路油门的比例，确保模拟出的两路油门信号是合理的，发动不报油门故障，进入步骤S37；
在步骤S37，输出两路PWM信号，由单片机运算出两路油门PWM的占空比，并经过U16和U17输出，进入步骤S38；
在步骤S38，进行线路滤波，将步骤S37输出的PWM信号，连接到滤波模块中，进行信号去噪，得到准确的两路油门信号，进入步骤S39；
在步骤S39，连接油门接口，与整车接口对接。
上述的具体实施方式只是示例性的，是为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明内容，不应理解为是对本发明保护范围的限制，只要是根据本发明技术方案所作的改进，均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种可以调整内燃机目标转速的实验设备，其特征在于：包括MCU控制器模块（1）、OBD诊断接口（2）、电源模块（3）、滤波模块（4）、按键接口（5）、油门接口（6），MCU控制器模块（1）分别与OBD诊断接口（2）、电源模块（3）、滤波模块（4）、按键接口（5）电连接，滤波模块（4）与油门接口（6）电连接。
2.一种如权利要求1所述的可以调整内燃机目标转速的实验设备的实现方法，其特征在于：所述控制方法开始于步骤S1，然后进入步骤S2；
在步骤S2，用按键或触摸屏设定内燃机的目标转速，进入步骤S4；
在步骤S4，判断按键或触摸屏设定的目标转速范围是否在600r/min～3000r/min，如果是，则进入步骤S5，如果否，则进入步骤S3，提示测试人员输入正确的目标转速；
在步骤S5，选取发动机转速的方式，分别进入步骤S6、S7、S8。
3.如权利要求2所述的一种可以调整内燃机目标转速的实验设备的实现方法，其特征在于：在步骤S6，通信连接模式为串口；
在步骤S7，通信连接模式为CAN通信，读取CAN报文；
在步骤S8，通信连接模式为K通信，读取K线报文；
在步骤S9，为手动选择，如果选择手动，则进入步骤S11；
在步骤S10，为自动选择，测试员如不知道内燃机厂家，可以在详细界面中的CAN报文设置界面中选择自动搜素，MCU控制器将按照本地库中CAN报文信息序号进行尝试连接，进入步骤S13。
4.如权利要求3所述的一种可以调整内燃机目标转速的实验设备的实现方法，其特征在于：在步骤S11，查询库内是否有本次测试的厂家，如果是，则进入步骤S15，如果否，则进入步骤S12；
在步骤S12，输入内燃机厂家CAN信息，测试人员可以手动填入内燃机的厂家，CAN报文的类型，CAN报文的地址，输入之后，MCU控制器，将会把这一信息保存，方便测试人员下次使用，然后进入步骤S14，保存，然后进入步骤S15,；
在步骤S15，选择库内内燃机厂家，然后进入步骤S17；
在步骤S13，查询是否连接成功，如果是，则进入步骤S16，如果否，则进入步骤S11。
5.如权利要求4所述的一种可以调整内燃机目标转速的实验设备的实现方法，其特征在于：在步骤S16，显示相应信息，连接成功后将返回连接成功的界面，并显示当前连接的CAN报文的类型地址和对应内燃机厂家，然后进入步骤S17；
在步骤S17，向ECU发送数据请求，根据ISO15765协议，要获取内燃机的实时转速，必须对内燃机的电脑板发送请求数据帧，然后内燃机ECU返回数据帧，按照协议请求的数据帧和发回的数据帧的格式是统一的，该案例通过MCU控制器对内燃机发送请求帧，然后等待内燃机的ECU发回的数据帧，进入步骤S18。
6.如权利要求5所述的一种可以调整内燃机目标转速的实验设备的实现方法，其特征在于：在步骤S18，查询是否返回，如果是，进入步骤S20，如果否，进入步骤S19；
在步骤S19，若长时间不返回，触摸屏将跳出连接超时的提示窗口，用来提示测试人员该设备连接失败；
在步骤S20，判断是否是正响应，如果是，则进入步骤S22，如果否，则进入步骤S21；
在步骤S21，若内燃机ECU数据帧返回数据经解析是负响应，显示模块将跳出参数不对的提示窗口，用来提示测试人员参数选择不对。
7.如权利要求6所述的一种可以调整内燃机目标转速的实验设备的实现方法，其特征在于：在步骤S24，加长采样周期；
在步骤S25，进行PID运算：对内燃机的实时转速与目标转速进行PID运算，根据算出的结果，实时的调整PWM值，分别进入步骤S26、S27、S28；
在步骤S26，目标转速=实时转速，然后进入步骤S29；
在步骤S27，目标转速>实时转速，然后进入步骤S30；
在步骤S28，目标转速<实时转速，然后进入步骤S31。
8.如权利要求7所述的一种可以调整内燃机目标转速的实验设备的实现方法，其特征在于：在步骤S29，PWM占空比不变，当目标转速等于内燃机实时转速时，设备的PWM值将维持不变，来维持当前的电压值；
油门接口的电压保持不变，相当于电子油门开度没有变化，维持当前内燃机实时转速，然后进入步骤S32；
在步骤S30，PWM占空比减小，当目标转速小内燃机实时转速时，设备就把PWM的占空比减小，来降低输出电压的大小，油门接口的电压变小，相当于电子油门的开度变小，降低内燃机实时转速，在显示模块中可以实时的显示PWM的占空比，让测试人员及时知道的系统调整的状态，另外测试人员也可以在显示模块中的详细界面的PWM设置界面，进行直接设置PWM的占空比和周期，来改变内燃机的转速，此时不受目标转速和实时转速的影响，然后进入步骤S32。
9.如权利要求8所述的一种可以调整内燃机目标转速的实验设备的实现方法，其特征在于：在步骤S31，PWM占空比增大：当目标转速大于内燃机实时转速时，设备就把PWM的占空比增大，来升高输出电压的大小，油门接口电压变大，相当于电子门开度变大，提升内燃机实时转速，然后进入步骤S32；
在步骤S32，计算出油门两路的PWM占空比，进入步骤S34；
在步骤S34，选择两路PWM信号输出模式，采用两路PWM信号，来模拟油门踏板的信号，这两路PWM信号之间的关系，测试人员可以在显示模块中选择，进入步骤S35。
10.如权利要求9所述的一种可以调整内燃机目标转速的实验设备的实现方法，其特征在于：在步骤S34之前设置步骤S33，在步骤S33，直接输入PWM占空比和周期；
在步骤S35，查询库中是否有，如果是，进入步骤S37，如果否，进入步骤S36；
在步骤S36，输入比例，输入两路油门的比例，确保模拟出的两路油门信号是合理的，发动不报油门故障，进入步骤S37；
在步骤S37，输出两路PWM信号，由单片机运算出两路油门PWM的占空比，并经过U16和U17输出，进入步骤S38；
在步骤S38，进行线路滤波，将步骤S37输出的PWM信号，连接到滤波模块中，进行信号去噪，得到准确的两路油门信号，进入步骤S39；
在步骤S39，连接油门接口，与整车接口对接。
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