mc68hc908单片机在发动机台架试验中的应用研究

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摘要：随着发动机电控技术的发展，对发动机测试提出了更高的要求。发动机试验的
- Y7 L. E3 C: k自动化成为提高发动机测试效率和质量的重要方法。本文在调查研究国内外发动机自
, Y+ \8 S" Q3 r8 d* U( U动测试技术的基础上，提出了用单片机实现发动机台架试验的自动化的方案，完成了
硬件配置设计并研制了测试与控制软件，为实验室测试的自动化打下了基础，系统的
2 n% H" p) b$ q9 i  O  ^2 c" A; q开发方法具有推广价值。
硬件采用了模块化的设计方法。层次式原理图设计使得开发周期短，管理与修改
方便；在PCB设计上，将模拟电路与数字电路分开，以提高可靠性。
在软疆件设计的过程中，还采取了多种抗干扰措施，以提高系统的电磁兼容性。
开发调试时，使用了自制的编程适配器，配合清华大学开发的MC68HC908GP32编程器、
3 H& e3 B' ?( i3 _1 s  ]8 }7 j监控程序initial．s19和MOTOROLA公司的仿真软件包ICS08GPZ In—Circuit
  Q: d0 B1 u" O  ^' q# _Simulator进行了在线非实时丌发与仿真。
本文研制完成的方案有以下几个特点：1．以性能试验为主要研究对象，满足发
动机测试的主要要求；2．考虑通用性、实用性和经济性，采用Pc机为测试控制工作
. `2 B' @. a- }& @, ^6 ]6 C机，选用符合工业标准的配件，引进监督曲线，实时监控试验情况；3．采用
7 h) v+ I. f( Q  J( M% {MC68HC908GP32单片机用于控制数据测试和测功器，满足测试控制工作高精度、高速
; w6 V1 O/ n2 ~# T) s' V- c' R; Q5 d( |度和高效率的要求：4．在WINDOWS环境下采用DELPHI开发出的系统软件，界面友好，
) V: v, @7 }+ M  n显示直观，操作方便灵活，图表功能强；5．该系统不仅提高了台架试验的测量精度、
' W& L/ ]0 ^( S, |5 S1 G可靠性，而且还可以完成以往人工调节无法完成的变工况测试：
1绪论
1．1前言
% I6 ?5 c0 L2 _3 c6 Z' y+ J4 V  k9 Y汽车工业作为现代工业的一个支柱产业，是一个国家工业现代化发展水平的标
志。近年来，随着我国国民经济的发展和人们生活水平的提高，人们对汽车的需求量
的同益增多。人们对汽车性能的要求也不断提高。发动机作为汽车及其它动力机械的
! g5 K& O! g2 _; q4 @+ C心脏，除了从结构设计、制造工艺方面改进外，对其性能指标及可靠性测试的要求也
8 }* g1 m6 N% \7 F越来越严格。发动机的台架试验是对发动机的性能进行测试的主要手段，在测试过程
# R, W# U1 X9 W$ N. g% b中可以观察到发动机的一些细微变化，精确地测量在稳定工况及一些变工况下发动机
的各种性能指标。试验的结果直接反映了产品性能的优劣，并指导工程技术人员改进
* ~7 X9 I) a$ m9 r4 Y" @. i% O7 Y发动机的设计和制造工艺⋯。
发动机测试技术的高低是衡量汽车工业现代化程度的一个重要标志，汽车工业水
8 q0 M7 g* m' x8 b$ ?平的发展离不开发动机测试技术。我国内燃机制造企业有数百家，每家企业都拥有数
量不等的发动机试验台架，再加上各有关科研院所以及高等院校，各大小发动机试验
台架有上千台。但其发展水平参差不齐，有些试验台架还处于手工调整工况，目测读
数手写记录状态，已经远远不能满足现代汽车行业对发动机性能的测试要求。为此，
% D% x0 G3 ^9 N在目前计算机控制技术迅速发展的背景下，能否依靠现有的测试设备，运用先进的控
制技术，把原有的发动机台架的各个测试设备联系起来组成一套完整的自动化测控系
统，做到花钱不多，而效果与成套的自动化测试设备相同或接近，是一项很有意义的
: C" d; h' N! a' l# N: v5 n4 n课题。
近年来。随着微电子和自动化技术的不断革新，发动机的测试技术也得到了相应
的发展，具体地表现为测试设备的功能越来越强大，智能化程度也越来越高，使对发
动机某些性能指标的测量手段得到了改进，然而并没有解决发动机的自动化测试问
题。这次我们对发动机的试验台架进行改造，在充分利用原有台架试验设备的基础上，
" e; \" ~0 e5 m2 Z" B) }9 ^/ U+ e) g$ \引入先进的单片机控制技术，把单片机与各测试设备相连，用最新的Delphi平台开
; J( G/ m7 Y9 x0 F1 e, ^+ J发一套完整的监控软件，实现了发动机台架试验的自动化。
3 m9 o9 r' i9 J1 L以及用于研究丌发方面的试验。生产试验主要以控制产品质量为目的。它的特点是试
验的产品固定、试验项目固定．测试的方法、参数也较少变化，要求设备必须可靠，
' c. L+ S# Q% n2 s适应长期运转。鉴定试验是对某一项技术或某一新产品由权威部门组织有关专家进行
鉴定，以确认新技术是否成功或新产品是否可以生产，特点是测试设备的精确度高，
. S; U7 d( b7 _( \' q0 T' z且必须经法定计量部门检验。研究方面的试验要求能对发动机进行一些专门项目的试
- ~$ \' v. F+ N  m验，设备要能适应不同项目的测试。随着发动机测试技术的发展，测试设备仪表的精
8 K7 y2 r1 E' O- _% [度、可靠性有了很大提高，功能不断改善，因此这三种类型试验的界限已不太明显了。
8 i% M5 H) f* k' F: i发动机在工作时，气缸内部进行着复杂的物理化学过程，在工作循环过程中又受
* ?+ C& }7 k8 [) R+ X; y; k许多因素的影响，对这一过程的描述，单靠数学计算远不能满足要求，即使借助于计
- ~0 l( W) e2 h- q0 X! A, P算机，也必须有许多假设前提，描述的结果与实际情况可能有很大出入。因此在研究
3 y& ~9 X3 Y8 h8 b! S; p2 M设计发动机的过程中，还必须借助于试验手段。发动机的试验对于发动机的设计、开
发、弗4造都是必不可少的。
. P# V( l# q: z( Z' B台架试验是发动机性能的主要试验手段。在国内外无论是研究单位还是制造单
位，研究水平愈高，其台架试验设备也越先进．近年来随着对汽车产业节约能源和环
境保护的要求的不断提高，对试验台架的功能要求也越来越多，试验台架不仅要能进
行稳定工况试验，还要能进行变工况试验；不但能进行耐久性试验，还应能够进行工
- |! f9 {8 Z3 R7 \况变化的瞬态试验；不但能测量发动机的动力性和经济性，还要能迸行摊放和其它特
$ A' q4 D5 O5 @: ?' t# ~殊项目的测试。因此发动机的台架试验是研究和提高汽车发动机整机及其零件、部件
质量的不可缺少的手段。
: l+ S3 B; \& X% A% j7 b) e3 \发动机台架试验的测试项目主要包括；(1)功率的测试，通过测功器及其控制装
, {8 G, k, k: Z0 i, O; }) S置测试发动机输出的转速和扭矩．并控制发动机的油门和负荷；(2)油耗的测试：(3)
冷却水温度的测试，并通过温度调节机构控制冷却水温度；(4)润滑油压力和温度的
5 @6 n) k) V) b9 J4 g) [2 f  s3 M: S测试；(5)排气温度的测试；(6)环境参数，包括大气温度、大气压力和相对湿度等的
测试。此外某些专项试验还有其它测试项目。
1．3常见发动机特性曲线的制作
- M! d! [/ c: f在发动机性能试验中，一般制取速度特性睡线、负荷特性曲线、调速特性曲线和
万有特性曲线。本设计中仅考虑速度特性、负荷特性和万有特性。

以及用于研究开发方面的试验。生产试验主要以控制产品质量为17的，它的特点是试
验的产品同定、试验项目固定，测试的方法、参数也较少变化，要求设备必须可靠，
适应长期运转。鉴定试验是对某一项技术或某一新产品由权威部门组织有关号家进行
. e+ z' C3 A% M鉴定，以确认新技术是否成功或新产品是否可以生产，特点是测试设各的精确度高，
# G: r, K0 T2 g+ r# u" Q' m# R且必须经法定计量部门检验。研究方面的试验要求能对发动机进行一些专门项目的试
$ ]! y! h: o; N6 M7 g" z验，设各要能适应不同项目的测试。随着发动机测试技术的发展，测试设备仪表的精
度、可靠性有了很大提高，功能不断改善，因此这三种类型试验的界限已不太明显了。
+ V! \5 u7 C. M0 n" ]: J7 ?2 o发动机在工作时，气缸内部进行着复杂的物理化学过程，在工作循环过程中又受
# Y1 }" q# V$ S5 g3 G许多因素的影响，对这一过程的描述，单靠数学计算远不能满足要求，即使借助于计
1 W, H# a& P0 T/ k0 I2 U算机，也必须有许多假设前提，描述的结果与实际情况可能有很太出入。因此在研究
设计发动机的过程中，还必须借助于试验手段。发动机的试验对于发动机的设计、开
发、制造都是必不可少的。
台架试验是发动机性能的主要试验手段．在国内外无论是研究单位还是制造单
位，研究水平愈高．其台架试验设备也越先进。近年来随着对汽车产业节约能源和环
境保护的要求的不断提高，对试验台架的功能要求也越来越多，试验台架不仅要能进
行稳定工况试验，还要能进行变工况试验；不但能进行耐久性试验，还应能够进行工
况变化的瞬态试验：不但能铡量发动机的动力性和经济性，还要能进行排放和其它特
$ s/ D6 k9 r4 B; N  B5 S* Y殊项目的测试。因此发动机的台架试验是研究和提高汽车发动机整机及其零件、部件
- `2 l) |& y0 c/ v7 O2 ?1 c% U质量的不可缺少的手段。
发动机台架试验的甥4试项目主要包括：(1)功率的测试，通过测功器及其控制装
置铡试发动机输出的转速和扭矩．并控制发动机的油门和负荷：(2)油耗的测试：(3)
冷却水温度的测试·并通过温度调节机构控制冷却水温度：(4)润滑油压力和温度的
; i' @1 M* \6 Q- P测试；(5)排气温度的测试；(6)环境参数，包括大气温度、大气压力和相对湿度等的
9 I6 d  c. q9 |测试。此外某些专项试验还有其它澳4试项目。
0 v9 `2 B$ b. T! k% @" Q1．3常见发动机特性曲线的制作
) F% Y( b) V  Q+ s5 @% k; E) O# L在发动机性能试验中，一般制取速度特性睦线、负荷特性曲线、调速特性曲线和
万有特性曲线。本设计中仅考虑速度特性、负荷特性和万有特性。
" j1 I/ e; N- y/ w万有特性曲线。本设计中仅考虑速度特性、负荷特性和万有特性。
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