[發(fā)明專利]柴油機(jī)氣缸工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810047200.7
• 申請(qǐng)日: 2008-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN101315312A
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喻方平;金華標(biāo);李立;余瑞鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M15/05
• 分類號(hào): G01M15/05
• 代理公司: 武漢開元專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 潘杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地講是一種柴油機(jī)氣缸工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)器。

背景技術(shù)

柴油機(jī)是廣泛運(yùn)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域的動(dòng)力設(shè)備。出于安全保障和經(jīng)濟(jì)效益的考慮，及時(shí)準(zhǔn)確和動(dòng)態(tài)地掌握柴油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及預(yù)測(cè)、診斷存在的和潛在的故障，是技術(shù)管理的一個(gè)重要內(nèi)容和追求的目標(biāo)。出于節(jié)能和環(huán)保的考慮，自上一世紀(jì)的九十年代末期，由MAN公司率先進(jìn)行智能發(fā)動(dòng)機(jī)的研究，是柴油機(jī)最重要的技術(shù)領(lǐng)域。而柴油機(jī)氣缸工作狀態(tài)信息，無(wú)論對(duì)于柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和故障分析，或柴油機(jī)的燃燒控制都是重要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可以直接通過(guò)CAN總線輸出柴油機(jī)氣缸工作狀態(tài)，所采用的可編程片上系統(tǒng)(SoPC：System?on?Programmable?Chip)技術(shù)可以降低了監(jiān)測(cè)器的體積成本的柴油機(jī)氣缸工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)器。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的方法是：通過(guò)傳感采集上止點(diǎn)和瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)理及AD轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字信號(hào)，然后在可編程片上系統(tǒng)中對(duì)其分析判斷，將得出的氣缸工作狀態(tài)通過(guò)CAN總線輸出。

整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)建于可編程芯片(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)之上，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的CPU模塊、AD控制器模塊、外圍通信接口、數(shù)字信號(hào)處理模塊和存儲(chǔ)器控制模塊均采用IP核的方式，用Verilog硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，然后在引入測(cè)試矢量的基礎(chǔ)上，通過(guò)仿真測(cè)試工具進(jìn)行功能和時(shí)序上的仿真，最后功能完善的形成IP核庫(kù)，在系統(tǒng)所有模塊的IP核實(shí)現(xiàn)后，最后集成在一起就形成一個(gè)完整的柴油機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的硬件裝置。

本發(fā)明還提供了一種基于可編程片上系統(tǒng)的柴油機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，它包括32位嵌入式CPU模塊、AD控制器模塊、外圍通信接口、數(shù)字信號(hào)處理模塊和存儲(chǔ)器控制模塊，其中：嵌入式CPU模塊控制AD采樣模塊實(shí)現(xiàn)AD采樣和轉(zhuǎn)換、CPU模塊控制外圍外圍通信接口實(shí)現(xiàn)與外界的雙向通信、CPU模塊調(diào)度數(shù)字處理運(yùn)算模塊實(shí)現(xiàn)主要處理運(yùn)算，CPU模塊通過(guò)存儲(chǔ)器控制模塊訪問(wèn)系統(tǒng)存儲(chǔ)器。

上述32位嵌入式微控制器CPU模塊采用32位軟核微處理器IP核：克服基于通用PC機(jī)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在體積功耗方面的缺陷，實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的計(jì)算及處理、狀態(tài)輸出等功能。

上述AD控制器模塊控制AD轉(zhuǎn)換器工作，并以柴油機(jī)飛輪的旋轉(zhuǎn)信息作為數(shù)據(jù)輸入，以柴油機(jī)工作周期為間隔的脈沖信號(hào)和CPU的控制信號(hào)作為AD采集的觸發(fā)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的分段連續(xù)采樣和轉(zhuǎn)換。

上述數(shù)字信號(hào)處理模塊采用了FIR濾波IP核，F(xiàn)FT運(yùn)算IP核，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的濾波和分析。

本發(fā)明僅僅通過(guò)上止點(diǎn)信號(hào)和瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)就得出了柴油機(jī)氣缸工作狀態(tài)且通過(guò)CAN輸出，并在一塊可編程芯片上實(shí)現(xiàn)32位嵌入式處理器IP核、AD控制器IP核和數(shù)字信號(hào)處理IP核、通訊接口IP核，可以針對(duì)不同型號(hào)，不同工況的柴油機(jī)靈活地選取和配置不同功能的IP核。由于本發(fā)明采用了以上技術(shù)方案，方便了柴油機(jī)的控制與診斷。

本發(fā)明的優(yōu)越性在于：

(1)提出一種柴油機(jī)氣缸工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)器。使得柴油機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在不增加傳感器和不增加數(shù)據(jù)接口的情況下，獲得不僅僅是單一的轉(zhuǎn)速信號(hào)，而是得到每個(gè)氣缸的工作狀態(tài)。

(2)提出一種可行的實(shí)現(xiàn)方式?；诳删幊唐舷到y(tǒng)的柴油機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝器的主要功能集成于一塊芯片之上，再輔以電源，AD轉(zhuǎn)換器等芯片，制作成一小塊電路板之上，形成體積小重量輕的器件，方便在柴油機(jī)上安裝同時(shí)價(jià)格低廉。

(3)本發(fā)明使得柴油機(jī)測(cè)控系統(tǒng)可以從系統(tǒng)總線獲得氣缸工作狀態(tài)的信息，因而其實(shí)時(shí)性得到提高。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的微處理器IP核的結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明的AD控制器IP核的結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明的FIR的IP核的結(jié)構(gòu)圖。

圖5為本發(fā)明的FFT的IP核的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作出進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。