一种柴油机相继增压控制系统的自动考核方法及系统

技术领域

本发明涉及柴油机测试控制技术领域，具体为一种柴油机相继增压控制系统的自动考核方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

相继增压技术是改善增压柴油机低工况性能的有效措施，基本原理是采用多个小型涡轮增压器，随柴油机工况的提高，相继按次序地投入运行。在标定工况下，柴油机的每台增压器都在高效率区工作，在低工况时，减少投入使用的涡轮增压器数量，使得投入使用的增压器仍然工作在高效率区，增加了气缸的进气量，从而改善了柴油机的动力性和经济性。

相继增压控制系统是相继增压柴油机运行必不可少的控制设备，该设备在出厂测试中需要根据柴油机特定工况进行切换功能测试，以完成对相继增压控制系统正常运行的考核。测试时，如果将待测试的相继增压控制系统安装在实际的柴油机上进行测试则费时费力，消耗不必要的资源和成本，而如果利用信号发生器模拟柴油机信号，根据柴油机工况的不同，每一次工况改变都需要调整信号发生器的参数，同样使得完成出厂测试的过程费时费力，导致检验效率和生产效率不高。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种柴油机相继增压控制系统的自动考核方法及系统，以单片机为核心硬件产生柴油机转速信号和增压器转速信号，利用数模转换器和电压/电流转换芯片产生压气机出口压力信号和齿条位置信号，配合时钟芯片获取的时间序列，根据柴油机不同工况的切换控制要求，采用预先设定好的、以时间为基准的自动考核机制，实现了不同柴油机工况下的切换功能自动考核。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种柴油机相继增压控制系统的自动考核方法，包括以下步骤：

在设定时间段内，由第0时刻开始，每间隔T小时设定一个柴油机工况，每一个柴油机工况与时间间隔T相对应，生成与每一个柴油机工况相对应的柴油机转速信号、增压器转速信号、压气机出口压力信号和齿条位置信号；

根据设定的时间序列，依次将每一个柴油机工况下对应的柴油机转速信号、增压器转速信号、压气机出口压力信号和齿条位置信号输入到柴油机相继增压控制系统，获得在每一个柴油机工况下对应的增压器切入或切出的结果；

若每一个柴油机工况下的切换测试结果与该工况下的设计要求保持一致，则相继增压控制系统有效。

本发明的第二个方面提供一种柴油机相继增压控制系统的自动考核系统，包括：分别与第一单片机连接的第二单片机、第三单片机、数模转化器和时钟芯片，数模转化器连接电压/电流转换芯片；

第二单片机和第三单片机在第一单片机的控制下分别产生输入柴油机相继增压控制系统的柴油机转速信号和增压器转速信号；数模转化器在第一单片机的控制下，分别产生输入柴油机相继增压控制系统的齿条位置信号和通过电压/电流转换芯片获得的压气机出口压力信号。

通过时钟芯片，将根据柴油机不同工况的切换控制要求设定的柴油机转速信号、增压器转速信号、压气机出口压力信号和齿条位置信号，在一个考核周期内，根据时间序列按设定时间间隔依次输入柴油机相继增压控制系统，获得对应工况下的增压器切入或切出的结果。

柴油机转速信号和增压器转速信号分别为第二单片机和第三单片机产生的频率信号，齿条位置信号为数模转化器产生的电压信号，压气机出口压力信号为数模转化器产生后经电压/电流转换芯片获得的电流信号。

数模转化器连接运算放大器。

时钟芯片连接电池模块。

第一单片机还连接输入模块和输出模块。

输入模块为触控屏或键盘。

输出模块为显示器或液晶显示器。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

1、能够基于时间序列自动完成柴油机不同工况下的相继增压切换功能测试，实现了系统设备自动考核功能，大幅度缩减人工测试和调试时间，节约了人力成本，提高了相继增压设备出厂的效率和生产效率。

2、系统以单片机为核心，性价比高、集成度高，可靠性好、控制能力强，且操作简单，能够适用于柴油机各种复杂运行环境，大大提高了自动考核的效率。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明一个或多个实施例提供的考核系统结构示意图；

图2是本发明一个或多个实施例提供的考核系统中的信号输出模拟电路图；

图3是本发明一个或多个实施例提供的考核系统执行考核过程时的流程图；

图4是本发明一个或多个实施例提供的考核系统中51单片机的流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

以下实施例给出了一种柴油机相继增压控制系统的自动考核方法及系统，以单片机为核心硬件产生柴油机转速信号和增压器转速信号，利用数模转换器和电压/电流转换芯片产生压气机出口压力信号和齿条位置信号，配合时钟芯片读取的时刻，根据柴油机不同工况的切换控制要求，采用预先设定好的、以时间为基准的自动考核机制，实现了不同柴油机工况下的切换功能自动考核。

实施例一：

一种柴油机相继增压控制系统的自动考核方法，包括以下步骤：

在设定时间段内，由第0时刻开始，每间隔T小时设定一个柴油机工况，每一个柴油机工况与时间间隔T相对应，生成与每一个柴油机工况相对应的柴油机转速信号、增压器转速信号、压气机出口压力信号和齿条位置信号；

根据设定的时间序列，依次将每一个柴油机工况下对应的柴油机转速信号、增压器转速信号、压气机出口压力信号和齿条位置信号输入到柴油机相继增压控制系统，获得在每一个柴油机工况下对应的增压器切入或切出的结果；

若每一个柴油机工况下的切换测试结果与该工况下的设计要求保持一致，则相继增压控制系统有效。

本实施例中，一个考核周期可以为12小时，时间间隔T为1小时，则每小时对应一个工况，可以为0％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、85％、90％、100％以及110％共计12个工况。

本实施例中，上述12个工况对应的柴油机转速信号、增压器转速信号、压气机出口压力信号和齿条位置信号，根据时间序列(即第0时刻开始，每次增加1小时，例如当前时刻为1，代表10％工况；当前时刻为2，代表20％工况；当前时刻为12，代表110％工况)依次输入到柴油机相继增压控制系统，则依次获得12个柴油机工况下对应的增压器切入或切出的结果，如果得到的某一工况下的切换测试结果与该工况下的设计要求保持一致，则相继增压控制系统有效，反之则判定无效；若所有工况下控制系统的切换功能考核若均有效，则说明该相继增压控制系统功能测试正常，可以出厂，反之则返厂对故障工况进行排查。

上述方法能够基于时间序列自动完成柴油机不同工况下的相继增压切换功能测试，实现了系统设备自动考核功能，大幅度缩减系统设备人工测试和调试时间，节约了人力成本，提高了设备出厂效率和生产效率。

实施例二：

如图1-4所示，一种柴油机相继增压控制系统的自动考核系统，包括：分别与第一单片机连接的第二单片机、第三单片机、数模转化器和时钟芯片，数模转化器连接电压/电流转换芯片；第一单片机还连接输入模块和输出模块；

第二单片机和第三单片机在第一单片机的控制下分别产生第一频率和第二频率，第一频率和第二频率分别为输入柴油机相继增压控制系统的柴油机转速信号和增压器转速信号；数模转化器在第一单片机的控制下产生两路信号，A路信号为输入柴油机相继增压控制系统的齿条位置信号，B路信号传递给电压/电流转换芯片，通过电压/电流转换芯片产生输入柴油机相继增压控制系统的压气机出口压力信号；

通过时钟芯片，将根据柴油机不同工况切换控制要求设定的柴油机转速信号、增压器转速信号、压气机出口压力信号和齿条位置信号，按设定时间间隔依次输入柴油机相继增压控制系统，获得在每一个柴油机工况下对应的增压器切入或切出的结果。

整个装置的硬件电路总体结构如附图1所示。主要由相继增压控制系统、ATmegal28单片机(第一单片机)、51单片机A(第二单片机)、51单片机B(第三单片机)、数模转化器、模拟信号处理单元、时钟芯片、液晶模块(输出模块)、键盘(输入模块)、运算放大器等构成。

其中，相继增压控制系统的输入信号包括柴油机转速、增压器转速、压气机出口压力以及齿条格数等。转速为频率信号，压力为电流信号，齿条为电压信号。因此，通过单片机定时器功能输出一定频率的电信号模拟转速信号，利用数模转换器和电压/电流转换芯片实现压力信号和齿条信号的模拟。

整个装置以ATmegal28单片机为控制核心，为了保证转速输出信号的可靠性，不使用主控芯片输出转速信号，而单独使用51单片机根据P2口的数值变化输出特定的频率值。齿条信号利用数模转换芯片TLC5618实现。通过CMOS兼容的3线串行总线可对TLC5618实现数字控制，使用简单，性能可靠。

压力信号是有源电流信号，本实施例采用电压/电流转换芯片SY4-20mA-P实现，它是一种两线制4-20mA模拟信号采集调理器芯片，内部包含信号采集、调理和耦合变换电路。其输出是针对24VDC和取样电阻相串联的二线制供电回路来设计的，与当前常用的模拟量输入接口板、PLC、DCS及其它常用仪器仪表的模拟量输入端口相匹配，只需外接2K的电位器即可进行ADJ校正，实现两线制4-20mA信号的传输和变送功能。

DS12C887实时时钟芯片自带锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持10年，为系统提供时间基准。

NH035DN01型液晶模块为系统显示时间以及输出状态，最大驱动点阵为320x240，显示颜色65536色，3.5英寸屏幕，微处理器可以随时写显示存储器，而不影响显示效果，与微处理器接口连接简单，接口的读写操作兼容8031总线时序，为系统硬件设计带来了方便。

如图2所示的，信号输出模拟电路图，为了提高输出信号的负载能力，系统采用LM224运算放大器对TLC5618输出信号进行跟随和放大。为了满足齿条位置信号满量程电压10V的需要，LM224的工作电源设计为12V，其中电压跟随器为SY 4-20mA-P提供电流信号(压力信号)，同相放大电路提供2倍放大能力的电压信号(齿条信号)。

通过ATmega128单片机程序和51单片机程序，根据柴油机不同工况切换控制要求，采用以时间为基准的相继增压控制系统自动考核程序，实现了不同柴油机工况下的切换功能自动考核，主要控制流程如图3所示。

主控芯片负责键盘扫描、控制量输出、状态显示功能，包括以下子程序：键盘扫描子程序、自动考核子程序、液晶刷新子程序、TLC5618输出子程序Dac5618、频率输出子程序、读时间子程序。

其中，TLC5618的控制寄存器D15和D12位用于控制串行接口寄存器的数据向锁存器A、锁存器B和双缓冲锁存器传送。当D15＝1时，实现串行接口寄存器向锁存器A，双缓冲寄存器向锁存器B同时传递数据；当D15＝0且D12＝0时，串行接口寄存器数据同时向双缓冲寄存器和锁存器B传递，锁存器A不受影响；当D15＝0且D12＝1时，串行接口寄存器仅向双缓冲器传送数据，锁存器AB都不受影响。为了实现双路同时输出数据，程序先将B通道数据写入双缓冲寄存器，再将A通道数据和双缓冲器数据同时输出从而实现双路同时输出的效果。

本实施例中，系统采取基于时间基准的自动考核方法，装置以12个小时为一个周期，以时间特征输出设定好的12个柴油机工况(指柴油机的负荷工况，以百分比形式表示)，读时间基准是控制程序的重要组成部分。DS12C887时钟芯片具有良好的接口处理，方便与微处理器连接，根据工作时序的要求，编制DS12C887的读时间、写数据子函数。

具体考核方法如下：

(1)对单片机液晶界面进行初始化，考核开始。

(2)判断是否采启动自动考核，若是，进入自动考核程序，程序设定12小时为一周期，每个小时对应一个工况，分别代表10％负荷、20％负荷、30％负荷、40％负荷、50％负荷、60％负荷、70％负荷、80％负荷、85％负荷、90％负荷、100％负荷以及110％负荷工况。采用DS12C887时钟芯片读取时间基准，如当前时刻为1，代表10％工况，ATmega128单片机根据该时间基准,控制51单片机输出转速信号，即主机转速和增压器转速，控制电压/电流转换芯片SY 4-20mA-P输出压力信号，控制数模转换芯片TLC5618输出齿条信号，将该时间基准下柴油机参数输入相继增压控制系统，输出控制系统切换结果。

(3)如某一工况下控制系统切换测试结果，与柴油机该工况设计要求中的受控增压器切入或者切出保持一致，则判定该工况下的相继增压控制系统有效，反之则判定无效，至此该工况切换功能考核完毕。

(4)自动读取下一时刻，循环上一时刻考核流程，输出相继增压控制系统切换结果并记录，直至所有时刻考核完毕，即所有工况下控制系统的切换功能考核完毕，若均有效，则说明该相继增压控制系统功能测试正常，可以出厂，反之则返厂对故障工况进行排查。

若需要对其他工况进行考核，关闭自动考核，启动手动考核模式，手动输入柴油机任意工况下主机转速、增压器转速、进气压力值和齿条位置，输出相继增压系统切换结果，若切换结果与柴油机该工况设计要求一致，则判定该相继增压控制系统有效，反之则判定无效。

其中，51单片机利用中断处理程序对P1.0进行取反得到占空比为50％的方波，从而产生一定频率的转速信号，满足相继增压控制系统转速输入要求。51单片机利用定时器0中断产生频率信号的程序流程图如附图4所示。相继增压控制系统要求输入主机转速和增压器转速，这是判断是否切换的必要条件之一。通过单片机输出占空比50％的方波能够精确稳定的获取模拟的转速信号。

上述系统能够基于不同时间自动调整并完成柴油机不同工况下的相继增压切换功能测试，实现了系统设备自动考核功能，大幅度缩减系统设备人工测试和调试时间，节约了人力成本，提高了设备出厂效率和生产效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。