CN201051218Y - 车用燃气发动机数据监控系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种车用燃气发动机数据监控系统，包括传感器、电控单元、执行机构、PC数据监控单元；电控单元接收传感器采集的数据，驱动执行机构进行相应处理，并与PC数据监控单元双向通讯，发送数据信息，接受控制方案。本系统通过软硬件结合的方式，完成发动机各项参数的数据搜集和校准标定功能，且电控单元采用可应用编程芯片，更新保存控制方案，实现发动机的智能监控与性能优化。具有校准标定便捷，扩展性强，人机界面简洁可靠的特点。

Description

车用燃气发动机数据监控系统
技术领域
本实用新型涉及自动化数控领域，尤其涉及一种用于车用燃气发动机数据监控系统。
背景技术
近年来，汽车面临着石油供求矛盾加剧和环境保护两个严峻的问题，液化石油气(LPG)和天然气(CNG)具有价格便宜、含量丰富、排气污染低的突出优点，是内燃机最好的代用燃料。车用燃气发动机因为其燃料的特殊性质，普遍设置了发动机LPG/CNG控制系统。当前研发的汽车燃气发动机控制系统有很多，但都普遍面临适用性单一、排放和燃料消耗不稳定以及市场化后的维修问题。为了有效地使用发动机智能控制系统，充分、持续地发挥燃气电子控制系统对车辆经济性、动力性和尾气排放的有效控制，还需要配套专用的发动机数据监控系统。结合车辆的实际使用情况和发动机控制系统特点，实时对燃气动力控制系统进行监控，并校准标定。
根据在该技术领域的检索，现有的车用LPG/CNG控制系统中所配套开发的数据监控系统，其主要的使用对象一般是专业的软件工程师，用于调试电控单元(ECU)单片机软件。其校准标定过程为：先通过监控系统采集发动机数据，经过校准计算之后，修改发动机控制系统数据，然后进行车运行，确定数据控制方案后，通过专业的芯片烧录工具，将控制方案固化至电控单元的处理芯片中。其整个过程过于专业化，功能单一化。缺点在于，必须是专业的软件工程师进行标定程序编写，还需要专业的烧录工具，芯片固化之后便不可修改。如果燃气发动机经过长期使用之后，车况和使用环境发生了变化，其控制系统的控制方案却不可更改，势必造成发动机控制性能的下降。
发明内容
本实用新型旨在提供一种可重复编程应用，面向普通技术人员操作简便的车用燃气发动机数据监控系统。
为实现以上目的，本实用新型所述的发动机数据监控系统，包括传感器，执行机构，PC数据监控单元，电控单元，其特征在于：
所述传感器用于采集发动机参数，并将采集数据传输给电控单元；执行机构接收电控单元的驱动指令，对发动机进行参数修正；而PC数据监控单元，用于人机操作校准标定、设定控制方案；电控单元接收传感器采集的数据信息，处理之后发送给PC数据监控单元，又从PC数据监控单元接受控制方案，并驱动执行机构。
其中，电控单元还包括：微处理器模块，采用可编程再应用芯片，处理信号、计算数据、应用控制方案进行驱动控制；电源模块，提供整个系统各模块的所需各种稳压工作电源，并监控系统电源；信号采集处理模块，转换传感器采集信号为微处理模块可识别信号；输出驱动模块，将驱动控制信号转换成驱动机构可识别信号；通信端口模块，通过串口连接，以RS-232信号方式使电控单元与PC机连接通讯；LED告警模块，可显示发动机燃料的消耗和存储情况，并发出相应报警；开关转换模块，转换开关是发动机两种燃料之间的切换开关，也是电控单元的电源开关。
所述PC数据监控单元的软件系统，还具有故障码解读功能，根据采集数据，判定发动机故障，并提供维修方案。
本实用新型所述的数据监控系统采用简洁、简单、避免误操作的人性化设计界面，确保了操作过程中的可靠性。使汽车性能的校准标定工作变得简单，将控制系统特有的故障码解读并提供维修方案，节省了维修工作中的排查故障时间，减轻维修人员的工作负担。可以重复标定数据烧录电控单元可编程再应用芯片，恢复发动机智能控制系统优良性能。
附图说明
图1为本实用新型所述数据监控系统的结构模块图；
图2为本实用新型所述电控单元的结构模块图；
图3为本实用新型所述数据监控系统的工作原理图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本实用新型具体实施例作进一步介绍。
如附图1为本实用新型所述数据监控系统的功能结构模块图，包括传感器、电控单元，执行机构和PC数据监控单元四大部分。
其中PC数据监控单元是由PC机上运行的软件操作系统，通过通讯端口模块与电控单元ECU微处理模块中再应用编程芯片通讯。PC机串口与电控单元ECU相连接，对ECU实现实时监控和校准标定工作。电控单元ECU内的运行数据分为由传感器实时采集的传感器数据和运算数据(MAP数据)两种，前者反映了实时车况，后者是ECU的运算控制依据。校准标定过程就是根据实时采集数据修改运算数据(MAP数据)的过程。
操作人员在PC机上发出各种指令，这些指令经过PC机端口模块转换为RS-232信号，传送到ECU的串口后再被转换为ECU可识别的信号，ECU分析指令信号后，发送回操作人员所需要的数据，或根据指令做相应的处理，然后返回应答信号。在通讯中，相邻的数据帧相互校验，确保通讯数据正确性，错误帧系统会作出提示。通讯协议采用一问一答的方式，即PC机先发出指令，ECU接到指令后根据处理情况作出应答，ECU的每一个通讯动作都需要相应的指令调动，而每一个指令都会有相应的应答返回。在监控系统的界面上这些应答情况也都会反映出来。使操作人员更好的决定如何处理下一步操作。
数据标定完成后，需要将标定完成的控制方案烧录固化在芯片上，在PC机上发出烧录指令，ECU芯片会将接收到的数据，通过再应用编程模块编辑烧录芯片，断电后数据也不会丢失。再应用编程是ARM系列单片机的新型功能，可以通过编程随时烧录和更改芯片数据，即使是使用多年后的控制系统也可以重新校准标定。
数据监控系统的ECU单元有故障码储存功能，在运行过程中遇到的软件或硬件故障会议故障码形式存储在RAM中，PC数据监控系统发出故障码解读命令，ECU就会将储存的故障码传输到PC机，PC数据监控系统会搜索编码库，解读故障码，并提供维修方案。
如附图2为本实用新型所述电控单元的结构模块图，电控单元包括：
微处理器模块：其核心部件为LPC2131单片机，采用了32位ARM内核微处理器，具有高性能和低功耗的特性。其采集、计算、驱动时间均在微秒级，可以迅速掌握车况，经过缜密计算，精确控制发动机燃料的消耗和排放质量。
电源模块：电控单元由汽车蓄电池(12V)供电，而微处理器需3.3v供电，各种传感器需5v供电，模块采用MC7808芯片将蓄电池电源稳压至5v，再由LM117H芯片将5v稳压至3.3v。由于微处理器模块中ARM芯片对于电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定性和可靠性有非常高的要求，模块采用电源监控芯片CA3028，对芯片工作电源进行监控。
信号采集处理模块：该模块将各种传感器和原车信号，转换为单片机相匹配的信号，并输入到单片机输入端口；
输出驱动模块：该模块由光耦合开关根据单片机的驱动信号，驱动燃料喷嘴喷射燃料；
通信端口模块：由于电控单元EDU的微处理器是3.3v供电，为了使电控单元与PC机连接通讯，使用SP3232E进行RS-232电平转换。
LED告警和开关转换模块：LED可显示发动机燃料的消耗和存储情况，并发出相应报警，而转换开关是发动机两种燃料之间的切换开关，也是电控单元的电源开关。
如附图3为本实用新型所述数据监控系统的工作原理图。在汽车运行状况下，操作人员在PC机上运行数据监控系统，接通端口，发出接收实时数据的指令，ECU接到指令后，将采集到的车况参数依次发送回PC机。监控系统会在界面上显示接收到的数据或者绘制成曲线图，并且每隔200MS发出一个接收指令，继续接收实时数据。需要查看ECU中的运算MAP数据表时，发送接收MAP命令，ECU会将MAP数据表和校验数据打包发送，监控系统校验数据正确后显示在界面上。操作人员从接收的MAP数据表和实时曲线图中，了解汽车各项性能，检查是否达到性能要求。如有待改善之处，在系统提示下，操作人员可以修改或制定新的MAP控制方案，并发送到ECU，ECU会立即根据新的控制方案运行，新方案的运行效果会及时地反馈到监控系统界面中。这样反复标定调整，最终使汽车达到低消耗、低排放的优质性能。
停止运行汽车发动机，在监控系统中根据提示烧录ECU的微处理器，可以将新的控制方案固化在芯片上，该类型汽车就标定完成，可以批量安装在车用LPG/CNG发动机的智能控制系统了。
在维护车用LPG/CNG发动机智能控制系统时，同样在数据监控系统的PC操作界面上发送接收故障代码命令，如有故障，系统将显示故障说明及处理方案，省去了维修人员复杂的排查工作，提高了工作效率。如果汽车排放和消耗性能有所下降，可以重新标定数据，烧录ECU芯片恢复优良性能。
本实用新型所述的数据监控系统使汽车性能的校准标定工作变得简单、迅速、可靠，极大地节省了安装维护工作的人力物力。其所支持的故障码解读功能，将控制系统特有的故障码解读并提供维修方案，节省了维修工作中的排查故障时间，减轻维修人员的工作负担。而该PC数据监控单元可以将用过多年后的车用LPG/CNG发动机智能控制系统进行重新标定，恢复原来的地排放低消耗的优良性能，增加了控制系统的使用寿命，并节省了用户开支。程序采用模块化设计，具有良好的扩展性，根据需要，可以增加额外的标定功能，进一步拓宽了其应用范围。
根据需要，系统还可以改为无线通讯方式，只需在PC机和ECU上装入无线网卡即可实现，软件完全兼容。人机界面采用简洁、简单、避免误操作的人性化设计，确保了操作过程中的可靠性。

Claims (8)

1.一种车用燃气发动机数据监控系统，包括：传感器，执行机构，PC数据监控单元，电控单元，其特征在于：
所述传感器用于采集发动机各项参数，并将采集数据传输给电控单元；
所述执行机构接收电控单元的驱动指令，对发动机进行参数修正；
所述PC数据监控单元，用于人机操作校准标定、设定控制方案；
所述电控单元，接收传感器采集的数据信息，驱动执行机构，并与PC
数据监控单元双向通讯，反馈信息，接受应用控制方案。
2.如权利要求1所述的车用燃气发动机数据监控系统，其特征在于，所述电控单元还包括：
微处理器模块，采用可编程应用芯片，处理信号、计算数据、应用控制方案进行驱动控制；
电源模块，提供整个系统各模块的所需各种工作电源；
信号采集处理模块，转换传感器采集信号为微处理模块可识别信号；
输出驱动模块，将驱动控制信号转换成驱动机构可识别信号；
通信端口模块，使电控单元与PC机连接通讯。
3.如权利要求2所述的车用燃气发动机数据监控系统，其特征在于，所述电控单元还包括显示LED告警模块，可显示发动机燃料的消耗和存储情况，并发出相应报警。
4.如权利要求2所述的车用燃气发动机数据监控系统，其特征在于，所述电控单元还包括开关转换模块，转换开关是发动机两种燃料之间的切换开关，也是电控单元的电源开关。
5.如权利要求2所述的车用燃气发动机数据监控系统，其特征在于，所述电控单元的微处理器模块，使用的主芯片为Philips LPC2131。
6.如权利要求2所述的车用燃气发动机数据监控系统，其特征在于，所述电控单元的通信端口模块，与PC机采用串口方式RS-232信号，通信串口转换芯片为SP3232E。
7.如权利要求2所述的车用燃气发动机数据监控系统，其特征在于，电源模块的稳压芯片为MC7808与LM117H。
8.如权利要求2或7所述的车用燃气发动机数据监控系统，其特征在于，电源模块的电源监控芯片为CA3028。
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