張杰藝，孫振偉，許 濤

（東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，哈爾濱 150040）

1 油耗測(cè)量與信號(hào)采集

1.1 油耗測(cè)量現(xiàn)狀和簡(jiǎn)介

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于油耗的測(cè)量技術(shù)很多，而且隨著電控燃油噴射系統(tǒng)的使用，研究出了測(cè)量油耗的新技術(shù)，但相對(duì)油耗的測(cè)量還沒人涉足。國(guó)內(nèi)技術(shù)比較落后，對(duì)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的檢測(cè)重視較晚，到1991年10月1日交通部才頒布實(shí)施涉及車輛燃油消耗檢測(cè)的法規(guī)《汽車運(yùn)輸業(yè)綜合性能見車站管理辦法》，規(guī)定了采用的測(cè)量方法為容積法和重量法［1－2］。

國(guó)外汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，較重視環(huán)保與節(jié)能。其車輛油耗檢測(cè)技術(shù)較先進(jìn)，投入的人力和財(cái)力也多，并大量采用了傳感技術(shù)和微電子技術(shù)，正在大力研發(fā)智能型油耗檢測(cè)裝置，其功能、測(cè)試項(xiàng)目、精度、顯示方式都在不斷發(fā)展與完善之中，成本逐漸趨向合理。目前針對(duì)電噴發(fā)動(dòng)機(jī)，提出了通過測(cè)量噴油脈寬來確定燃油消耗質(zhì)量的新方法［3］。在分析具體電磁噴油器的工作特性及其影響因素的基礎(chǔ)上，可更準(zhǔn)確地測(cè)得電噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗量。

電噴發(fā)動(dòng)機(jī)中通過噴油脈寬來控制噴油器的噴油量，通過對(duì)噴油脈沖信號(hào)的整合可以間接的得到噴油器的噴油量。本項(xiàng)目是對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油耗測(cè)量的一個(gè)新的思想:通過采集發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作于各種工況時(shí)的噴油脈寬信號(hào)作為一個(gè)油耗的基準(zhǔn)值，然后在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)實(shí)時(shí)采集噴油脈寬信號(hào)從而得出發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)以及單位時(shí)間和單位行程內(nèi)的油耗量，同時(shí)將實(shí)時(shí)采集的信號(hào)與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，從而監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況是否正常。

1.2 噴油脈寬信號(hào)采集原理及處理

噴油脈沖寬度:指的是發(fā)動(dòng)機(jī)行車電腦控制噴油器每次噴油的時(shí)間長(zhǎng)度，是發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器工作是否正常的最主要的指標(biāo)［4］。發(fā)動(dòng)機(jī)油路中油壓是一定的，因此噴油時(shí)流速也是一定的，噴油量只能通過噴油持續(xù)時(shí)間來控制，由于電噴發(fā)動(dòng)機(jī)電子噴油嘴是通過電磁閥來控制開閉，而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，噴油時(shí)間很短，因此ECU給出的噴油信號(hào)是一個(gè)很短暫的脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)的時(shí)間寬度就是噴油脈寬。噴油脈沖信號(hào)是通過6N137光耦然后接在ATmega12引腳上的。當(dāng)噴油信號(hào)為低電平時(shí)表示正在噴油，高電平時(shí)停止噴油。單點(diǎn)噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)是，對(duì)每缸的正時(shí)噴射都由一個(gè)噴油器完成。用T0作定時(shí)器，R0作T0溢出計(jì)數(shù)器，測(cè)量一個(gè)低電寬平的長(zhǎng)度。圖1為ECU信號(hào)的整形原理圖。

圖1 噴油脈沖信號(hào)及整形方波Fig.1 Fuel injection pulse signal and plastic square wave

1.3 車速信號(hào)采集原理及處理

車速是由車速轉(zhuǎn)感器的信號(hào)直接給電腦的。采集是通過變速箱輸出軸上的一個(gè)小齒輪帶動(dòng)車速傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)。車速傳感器有多種結(jié)構(gòu)。有霍爾式（最常用），電磁式（常用），光電式（少用）等幾種［5］。車速傳感器安裝于變速器的輸出端外殼上，其轉(zhuǎn)軸外端為蝸桿，與變速器輸出軸得渦輪嚙合，渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)車速傳感器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。車速傳感器主要用于測(cè)定車輛的行駛速度，向ECU傳送車速電信號(hào)，用于汽車整車動(dòng)態(tài)性能的控制。

1.4 信號(hào)的光耦處理

6N137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個(gè)850 nm波長(zhǎng)AlGaAs LED和一個(gè)集成檢測(cè)器組成，其檢測(cè)器由一個(gè)光敏二極管、高增益線性運(yùn)放及一個(gè)肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補(bǔ)償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速（典型為10 MBd），5 mA的極小輸入電流。特性:①轉(zhuǎn)換速率高達(dá)10 MBit/s;②擺率高達(dá)10 kV/us;③扇出系數(shù)為8;④邏輯電平輸出;⑤集電極開路輸出;工作參數(shù):最大輸入電流，低電平:250 uA最大輸入電流，高電平:15 mA最大允許低電平電壓（輸出高）:0.8 v最大允許高電平電壓:Vcc最大電源電壓、輸出:5.5 V扇出（TTL負(fù)載）:8個(gè)（最多）工作溫度范圍:－40℃ ～+85℃ 典型應(yīng)用:高速數(shù)字開關(guān)，馬達(dá)控制系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換等。圖2為本項(xiàng)目的6N713工作原理圖與電路圖。

圖2 6N137光耦合器工作原理Fig.2 The operational principle of 6N137optical coupler

2 AVR單片機(jī)的設(shè)計(jì)

2.1 ATmega128的基礎(chǔ)和特點(diǎn)

ATmega128為基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器。由于其先進(jìn)的指令集以及單周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega128的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。高性能、低功耗的 AVR@8位微處理器先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器－具有獨(dú)立鎖定位、可選擇的啟動(dòng)代碼區(qū)，通過片內(nèi)的啟動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程［6］。

2.2 ATmega128電路分布和原理

ATmega128電路分布和原理如圖3所示。

圖3 ATmega128電路分布和原理圖Fig.3 The electrical circuit and principles of ATmega128

3 通過LCD12864顯示檢測(cè)結(jié)果

通過ATmega12處理后的電壓信號(hào)經(jīng)LCD顯示器顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)油耗，百公里油耗以及每小時(shí)油耗。同時(shí)顯示發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)油耗與基準(zhǔn)值的比值，當(dāng)比值大于設(shè)定值時(shí)，顯示警告信息，提示發(fā)動(dòng)機(jī)有故障產(chǎn)生。

4 結(jié)束語

利用汽車節(jié)油及故障預(yù)警的智能化指示儀顯示出汽車的實(shí)時(shí)油耗、百公里油耗、每小時(shí)油耗，從而指示駕駛員按照經(jīng)濟(jì)節(jié)油的方式改變駕駛習(xí)慣以達(dá)到節(jié)能減排的目的。同時(shí)利用實(shí)時(shí)油耗與基準(zhǔn)值比較值的變化監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況在汽車的故障初期，發(fā)現(xiàn)故障并提前預(yù)警。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況的監(jiān)測(cè)，可以延長(zhǎng)一些達(dá)到更換周期而不需更換的零件的使用時(shí)間，達(dá)到降低相關(guān)零件的更換頻率，減少資源浪費(fèi)，保護(hù)環(huán)境的作用。

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［1］付百學(xué)，張建華，譚國(guó)蘭.汽車油耗檢測(cè)與試驗(yàn)分析［J］.交通科技與經(jīng)濟(jì)，2007，9（3）:31 －34.

［2］李美華，韓大明，陸懷民.人工智能在故障診斷中的應(yīng)用［J］.森林工程，2006，22（2）:23 －24.

［3］龔青青.汽車油耗智能檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用2009（3）:12－13.

［4］Franz Thomas，劉冰（譯）.臺(tái)架試驗(yàn)中發(fā)動(dòng)機(jī)油耗的精確測(cè)量法［J］.國(guó)外內(nèi)燃機(jī)，1993，25（6）:49 －50.

［5］隗海林，俄文娟，王 羽，等.電控汽油機(jī)噴油脈寬與燃油消耗質(zhì)量關(guān)系試驗(yàn)研究［J］.車用發(fā)動(dòng)機(jī)，2009（3）:65－68.

［6］秦曾煌.電工學(xué).電子技術(shù)［M］.北京:高等教育出版社，2004.