一种弱混合动力发动机可靠性试验系统

1.一种弱混合动力发动机可靠性试验系统，包括：发动机工装(3)、传动轴(4)、测功机(5)、支承(8)、油门执行器(7)、加速踏板(11)、硬件模拟器dSPACE(9)、信号处理器(10)、发动机ECU(12)、起动继电器(14)、起动机(15)、制动真空压力传感器(16)、气管(17)；其特征在于：弱混合动力发动机(1)通过发动机工装(3)和支撑(8)安装在平板(6)上，发动机(1)的输出通过传动轴(4)与安装于平板(6)上的测功机(5)相连；起动机(15)安装在发动机工装(3)上，在工作时，其驱动齿轮与发动机飞轮齿圈(2)相啮合；
油门执行器(7)连接控制加速踏板(11)，通过油门执行器(7)操纵加速踏板(11)控制弱混合动力发动机(1)的负荷，给发动机ECU(12)输入加速踏板开度信号；
制动真空压力传感器(16)通过气管(17)与发动机(1)的进气歧管相连，制动真空压力传感器(16)的真空度信号输入发动机ECU(12)；所述气管(17)为具有气体向发动机进气歧管单向导通功能的单向导通气管；
发动机ECU(12)通过起动控制线(13)连接起动继电器(14)，起动继电器(14)的控制线连接起动机(15)，控制起动机(15)工作；
硬件模拟器dSPACE(9)通过信号处理器(10)与发动机ECU(12)相连；
所述硬件模拟器dSPACE(9)通过CAN通讯获得发动机ECU(12)发出的发动机转速信号(27)和加速踏板开度信号，并实时进行判断；
当发动机转速大于等于1000r/min，加速踏板开度大于等于10％时，硬件模拟器dSPACE(9)按时序控制其4个通道输出高低电平，通过信号处理器(10)的三极管处理电路控制发动机ECU(12)的离合、档位输入信号，模拟出在整车上先脱开离合器挂档，然后结合离合器的工况；
同时硬件模拟器dSPACE(9)将发动机转速进行计算，通过CAN通讯传输到发动机ECU(12)，模拟车轮运转工况，使发动机ECU(12)检测为车辆在行驶；
当发动机处于怠速时，硬件模拟器dSPACE(9)通过信号处理器(10)和CAN通讯使发动机ECU(12)检测为车辆停止、档位为空档、离合器结合，实现弱混合动力发动机(1)怠速停机；
而当加速踏板开度信号发生变化时，弱混合动力发动机(1)便自动使用起动机(15)起动发动机，硬件模拟器dSPACE(9)又根据发动机转速信号(27)和加速踏板开度信号情况进行模拟换挡，依次循环，模拟发动机怠速起停工作环境，构成弱混合动力发动机可靠性试验系统。

一种弱混合动力发动机可靠性试验系统 \n技术领域\n[0001] 本发明属于汽车测试领域，具体涉及一种弱混合动力发动机可靠性试验系统。 背景技术\n[0002] 随着世界对汽车环保的日益重视，弱混合动力汽车也由此孕育而生，其主要特点就是在车辆处于怠速时，在满足停机条件时，发动机断油停机，而在踏下加速踏板时，起动机便会自动起动发动机，从而减小车辆怠速阶段的油耗和排放，达到节能环保的目的。然而，弱混合动力发动机要在台架上进行试验，实现怠速起停功能，在本发明之前还没有检索到相关的技术。 \n发明内容\n[0003] 弱混合动力发动机在进行怠速起停时，发动机ECU会检测相应的起动、停机条件，起动应满足以下全部条件：1)发动机处于停止状态；2)加速踏板或离合器动作。停机应满足以下全部条件：1)发动机处于怠速状态；2)空档；3)制动真空压力正常；4)有换挡操作；\n5)车辆行驶一定距离；6)发动机出水温度达到一定值。根据弱混合动力发动机的这些工作特点，本发明提出一种弱混合动力发动机可靠性试验系统，通过模拟车辆运行环境，实现弱混合动力发动机的怠速起停功能，并实现模拟程序自动控制，从而实现弱混合动力发动机的可靠性试验。 \n[0004] 本发明具体采用以下技术方案： \n[0005] 一种弱混合动力发动机可靠性试验系统，包括：发动机工装、传动轴、测功机、支承、油门执行器、加速踏板、硬件模拟器dSPACE、信号处理器、发动机ECU、起动继电器、起动机、制动真空压力传感器、气管。其中，弱混合动力发动机通过发动机工装、支撑安装在平板上，发动机的输出通过传动轴与安装在平板上的测功机相连，起动机安装在发动机工装上，在工作时， 其驱动齿轮与发动机飞轮齿圈相啮合。 \n[0006] 油门执行器连接控制加速踏板，通过油门执行器操纵加速踏板控制弱混合动力发动机的负荷，给发动机ECU输入加速踏板开度信号，从而实现弱混合动力发动机的怠速、加速、减速等工况。 \n[0007] 制动真空压力传感器通过气管与发动机的进气歧管相连，制动真空压力传感器的真空度信号输入发动机ECU。所述气管具有气体向发动机进气歧管单向导通的功能，致使制动真空压力传感器输入端压力保持较低压力，并将压力信号输入发动机ECU，使发动机ECU检测为制动真空压力正常。本系统通过气管直接将发动机进气歧管与制动真空压力传感器相连，省略了与真实制动装置的连接，使结构变得简单，同时节约了试验资源。 [0008] 发动机ECU通过起动控制线连接起动继电器，起动继电器的控制线连接起动机，控制起动机工作。 \n[0009] 硬件模拟器dSPACE通过CAN通讯获得发动机ECU发出的发动机转速信号和加速踏板开度信号，并实时进行判断； \n[0010] 当发动机转速大于等于1000r/min，加速踏板开度大于等于10％时，硬件模拟器dSPACE按一定时序控制其4个通道输出高低电平，通过信号处理器的三极管处理电路控制发动机ECU的离合、档位输入信号，模拟出在整车上先脱开离合器挂档，然后结合离合器的工况，从而实现模拟换挡操作； \n[0011] 同时使用硬件模拟器dSPACE根据发动机转速进行计算，转换为模拟车速信号，通过CAN通讯传输到发动机ECU，模拟车轮运转工况，使发动机ECU检测为车辆在行驶； [0012] 而当发动机处于怠速时，硬件模拟器dSPACE通过信号处理器和CAN通讯使发动机ECU检测为车辆停止、档位为空档、离合器结合，实现弱混合动力发动机怠速停机； [0013] 而当加速踏板开度信号发生变化时，弱混合动力发动机便会自动使用起动机起动发动机，硬件模拟器dSPACE又根据发动机转速信号和加速踏板开度信号情况进行模拟换挡，依次循环，整个过程由dSPACE(9)自动控制，模拟发动机怠速起停工作环境，构成弱混合动力发动机可靠性试验系统。 \n[0014] 通过上述系统，可以为发动机ECU模拟发动机怠速起停工作环境，实现弱混合动力发动机在系统中的怠速起停功能，并利用硬件模拟器dSPACE的程序控制实现自动模拟，构成弱混合动力发动机可靠性试验系统。 \n[0015] 运用本发明已成功的完成了一种弱混合动力发动机在台架上进行的可靠性试验，验证了本发明的可行性，弥补了弱混合动力发动机台架试验领域的空白。 附图说明\n[0016] 图1为弱混合动力发动机可靠性试验系统的示意图； \n[0017] 图2为dSPACE与ECU的信号线连接示意图； \n[0018] 图3为模拟换挡流程图； \n[0019] 图4为dSPACE逻辑控制模型； \n[0020] 图中：1-弱混合动力发动机，2-发动机飞轮齿圈，3-发动机工装，4-传动轴，5-测功机，6-平板，7-油门执行器，8-支撑，9-硬件模拟器dSPACE，10-信号处理器，11-加速踏板，12-发动机ECU，13-起动控制线，14-起动继电器，15-起动机，16-制动真空压力传感器，17-气管，18-三极管，19-三极管，20-三极管，21-三极管，22-CAN通讯线，23-电阻，\n24-电阻，25-电阻，26-电阻，27-发动机转速信号，28-常数0，29-选择开关，30-增益，\n31-通讯模块，32-A4通道模块，33-A3通道模块，34-逻辑与，35-逻辑非，36-A5通道模块，\n37-A6通道模块，38-逻辑非，39-档位信号，40-离合器信号，41-车速控制信号。 具体实施方式\n[0021] 以下结合附图对本发明作进一步说明： \n[0022] 如图1所示，所述的一种弱混合动力发动机可靠性试验系统的弱混合动 力发动机1通过发动机工装3、支撑8安装到平板6上，发动机1的输出通过传动轴4与测功机5相连，构成机械台架。起动机15安装到发动机工装3上，在工作时，其驱动齿轮与发动机飞轮齿圈2相啮合，带动发动机运转，起动发动机。 \n[0023] 油门执行器7通过执行机构与加速踏板11相连，控制加速踏板11踏下和抬起，加速踏板11将踏板开度转换为电信号输入发动机ECU12，发动机ECU12检测到加速踏板开度后，控制发动机输出扭矩。实现弱混合动力发动机1的怠速、加速、减速等工况。 [0024] 制动真空压力传感器16通过气管17与发动机进气歧管相连；气管17具有单向导通的功能，当发动机进气歧管的气体压力低于制动真空压力传感器16输入端的气体压力时，气体流入进气歧管，而当发动机进气歧管的气体压力高于制动真空压力传感器16输入端的气体压力时，气体不能流动，则制动真空压力传感器16输入端的气体压力保持不变；\n制动真空压力传感器16将压力转换为电信号输入发动机ECU12，使发动机ECU12检测为制动真空压力正常。 \n[0025] 硬件模拟器dSPACE9按一定时序控制其4个通道输出高低电平，通过信号处理器\n10的三极管处理电路控制发动机ECU12的离合、档位输入信号，模拟出在整车上先脱开离合器挂档，然后结合离合器的工况，从而实现模拟换挡操作。 \n[0026] 参见图2，第一三极管(本实例所有三极管皆采用C9014)18的基极通过第一电阻(本实所有电阻皆采用1k欧，0.25W电阻)26与dSPACE(本实例采用MicroAutobox DS1401/DS1501)9的A3通道相连，发射极接地，集电极与发动机ECU12的CBS通道相连；同理，第二三极管19、第三三极管20和第四三极管21的基极分别通过第二电阻25、第三电阻24和第四电阻23与dSPACE9的A4、A5、A6通道相连，发射极全接地，集电极分别与发动机ECU12的KUP、PTS、NTS通道相连。 \n[0027] 当dSPACE9的A3通道输出高电平时，第一三极管18基极为高电平输入，第一三极管18处于导通状态，发动机ECU2的CBS通道变为低电平；而当dSPACE9的A3通道输出低电平时，第一三极管18基极为低电平输入，第一三极管18处于截止状态，发动机ECU12的CBS通道变为高电平。同理，dSPACE9 的A4、A5、A6输出高电平则发动机ECU12的KUP、PTS、NTS通道分别为低电平，而dSPACE9的A4、A5、A6输出低电平则发动机ECU12的KUP、PTS、NTS通道分别为高电平。 \n[0028] 发动机ECU12的CANH和CANL通过CAN通讯线22分别与dSPACE9的V6和V5通道相连；dSPACE9的V6和V5通道为CAN通讯接口，获取发动机ECU12发出的发动机转速(单位为r/min)和加速踏板开度(单位为％)，同时将车速信号发送到发动机ECU12。 [0029] 参见图3，硬件模拟器dSPACE9模拟换挡的过程如下： \n[0030] dSPACE9上电后进行初始化：离合信号＝0(离合器位置状态，为1表示离合器脱开，0表示离合器结合)，档位信号＝0(1为非空档，0为空挡)，车速控制信号＝0(为1进行车速模拟，为0车速为0)；dSPACE9判断发动机转速和加速踏板开度，如果发动机转速＞＝1000且加速踏板开度＞＝10时，模拟挂档行驶，否则返回初始化状态；模拟挂档行驶时：\n离合信号＝1(离合器脱开)，延时0.2秒，档位信号＝1(挂档)，离合信号＝1，再延时0.2秒，离合信号＝0(离合器结合)，档位信号＝1，车速控制信号＝1，再判断发动机转速和加速踏板开度，如果发动机转速＜1000且加速踏板开度＜10时，返回初始化状态，否则保持原状态：离合信号＝0，档位信号＝1，车速控制信号＝1。 \n[0031] 参见图4，硬件模拟器dSPACE的逻辑控制如下： \n[0032] 选择开关29输入通道分别与发动机转速27和常数0(28)相连，控制端与车速控制信号41相连，当车速控制信号41＝1时选择发动机转速27通道，而车速控制信号41＝\n0时选择常数0(28)通道，选择开关29输出端通过增益(本实例增益值为0.003)30与通讯模块31相连，通讯模块31的四个通道(左前轮车速、右前轮车速、左后轮车速、右后轮车速)同时接到模块输入端，信息最后通过dSPACE(9)和CAN通讯线22发给发动机ECU12；\n离合信号40与A4通道模块32直接相连，并通过逻辑非38与A3通道模块33相连；档位信号39和A3通道模块33输入端共同输入逻辑与34输入端，逻辑与34输出端再通过逻辑非\n35与A5通道模块36相连；档位信号39与A6通道模块37直接相连。 \n[0033] 当dSPACE9上电时，运行初始化程序：离合信号＝0，A4通道模块32＝0，dSPACE9的A4通道输出低电平，第二三极管19处于截止状态，发动机ECU12 的KUP通道为高电平；\n离合信号＝0通过逻辑非38赋值给A 3通道模块33，因此，A3通道模块33＝1，dSPACE9的A3通道输出高电平，第一三极管18处于导通状态，发动机ECU12的CBS通道为低电平；档位信号＝0，A6通道模块37＝0，dSPACE9的A6通道输出低电平，第四三极管21处于截止状态，发动机ECU12NTS通道为高电平；A3通道模块33＝1，档位信号＝0，通过逻辑与34后变为0，再通过逻辑非35变为1赋值给A5通道模块36，所以，A5通道模块36＝1，dSPACE9的A5通道输出高电平，第三三极管20处于导通状态，发动机ECU12的PTS通道为低电平。 [0034] 发动机起动后至怠速状态，由于未能满足发动机转速＞＝1000且加速踏板开度＞＝10的要求，所以依然保持初始化的状态。 \n[0035] 根据试验需求，油门执行器7控制加速踏板开度增加，发动机转速提升，当发动机转速＞＝1000且加速踏板开度＞＝10时，dSPACE9运行程序：离合信号＝1，A4通道模块\n32＝1，dSPACE9的A4通道输出高电平，第二三极管19处于导通状态，发动机ECU12的KUP通道为低电平；离合信号＝1通过逻辑非38赋值给A3通道模块33，因此，A3通道模块33＝0，dSPACE9的A3通道输出低电平，第一三极管18处于截止状态，发动机ECU12CBS通道为高电平；档位信号＝0，发动机ECU12NTS通道为高电平；A3通道模块33＝0，档位信号＝0，通过逻辑与34后依然为0，再通过逻辑非35变为1赋值给A5通道模块36，所以，A5通道模块36＝1，dSPACE9的A5通道输出高电平，第三三极管20处于导通状态，发动机ECU12PTS通道为低电平。延时0.2秒后，离合信号＝1，发动机ECU12的KUP通道为低电平，CBS通道为高电平；档位信号＝1，A6通道模块37＝1，dSPACE9的A6通道输出高电平，第四三极管\n21处于导通状态，发动机ECU12的NTS通道为低电平；A3通道模块33＝0，档位信号＝1，通过逻辑与34后依然为0，再通过逻辑非35变为1赋值给A5通道模块36，所以，A5通道模块(36)＝1，dSPACE(9)的A5通道输出高电平，三极管(20)处于导通状态，发动机ECU12的PTS通道为高电平。再延时0.2秒后，离合信号＝0，档位信号＝1，车速控制信号＝1，发动机ECU12的KUP通道为高电平，CBS通道为低电平，PTS通道为高电平，NTS通道为低电平；\n同时由于车速控制信号＝1选择开关29输出端等于发动机转速信号27，通过增益30计算转换为车速信号，并输入通讯模块31，最后通过dSPACE9、CAN通讯通道V5和V6发送给发动机ECU12，发动机ECU12检测为车辆已经具有车速，处于行驶状态。当满足 发动机转速＜1000且加速踏板开度＜10时，dSPACE9调回初始化状态，否则保持现有输出状态。 [0036] 发动机再次运行至怠速状态，满足发动机转速＜1000且加速踏板开度＜10条件，dSPACE9跳回初始化程序，发动机ECU12的KUP通道为高电平，CBS通道为低电平，PTS通道为低电平，NTS通道为高电平，车速信号为0，由于进行了上述模拟操作，发动机ECU12认为达到了怠速停机条件(发动机出水温度在预热后都能达到规定值，所以一般不用考虑)，断油停机。 \n[0037] 而当油门执行器7控制加速踏板11再次动作时，发动机ECU12便会通过起动控制线13控制起动继电器14接通起动机15的工作电源，通过起动机起动发动机，实现怠速起动功能。当满足发动机转速＞＝1000且加速踏板开度＞＝10条件时，dSPACE9便会再次进入模拟换挡流程，而当发动机回到怠速时又会回到初始化状态，依次循环，从而实现整个过程的自动控制，只要按需求设定好台架可靠性运行工况，由台架控制油门执行器7便能实现弱混合动力发动机1在台架上反复进行怠速起停，实现弱混合动力发动机台架可靠性试验。