基于数据融合技术的汽车发动机数据采集系统研究与设计

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1、基于数据融合技术的汽车发动机数据采集系统研究与设计崔宏巍胡松华（深圳职业技术学院汽车与交通学院，广东深圳518055）摘要：基于数据融合技术的汽车发动机数据采集系统能够精确采集发动机各种类型的运行参数，并充分利用计算机的高速运算能力，对检测到的数据进行分析、判断与数据融合，为汽车故障诊断提供详细丰富的技术信息。现分析与研究汽车发动机数据采集系统的软硬件设计方法，建立数据融合模型，实现发动机传感器、喷油脉冲、点火信号的数据采集，对于确定汽车技术状态，识别、判断并分析汽车运行中的故障，恢复汽车使用性能，提高汽车利用率，保证安全具有重要意义。.jyq

2、kV、±200mV、±500mV、±1V、±2V、±5V、±10V、±25V。（3）输入电阻：1MΩ或2MΩ（±5V、±25V）。（4）通道带宽（-3dB）：0Hz～6MHz（直流耦合），10Hz～6MHz（交流耦合）。（5）输入电容：20pF。（6）通道量化精度：10位。（7）通道隔离度：70dB。（8）最大静态误差：1%。（9）通道最大存储容量：128K样点。（10）最高采样率：20MHz。（11）时基数：一个或两个。（12）触发方式：内触发或外触发（可由程序设定）。2.2信号检测方式由于需要采集的发动机参数非常复杂，在幅值、频率等物理特性

3、上存在着很大的差别，因此在设计采集系统硬件电路时，本文针对不同的参数特点采用了不同的设计方法。2.2.1点火信号数据点火信号在采集系统中是最复杂也是最重要的信号，它包括初级电压信号、次级电压信号和一缸信号。初级电压峰值最高可达300V，而次级电压峰值最高可达10～30kV，是最高频率达1MHz的高速瞬变信号。显然这种信号无法直接采集，必须将它衰减到高速采集卡量程范围以内。此外，还要将一缸高压点火信号变换为以单稳脉冲形式输出、幅值为10V以下的判缸信号。对于初级、次级点火信号我们采用无感电阻分压的办法分别将300V和30kV衰减到10V以内。而对

4、于一缸信号，采用电磁感应式钳形夹持器来获取。点火时，一缸高压线上有较大的脉动电流，其为火花塞上点火高压击穿媒质所产生的火花电流，这个电流虽然不和高压成比例关系，但可以反映点火高压的变化过程：击穿前（电压高、电流小）→击穿放电（电流大、电压降低）→残余放电（电流、电压均小）→点火结束（电压、电流均为0）。伴随着这个电流变化过程，在高压线周围有一个磁场变化，在这个磁场的作用下，钳形夹中的电感线圈将产生一个感应电动势E，E即可作为一缸点火信号的雏形。E经过电压比较，单稳电路即可得到2.5ms宽、0～5V的标准脉冲信号。整个测试过程原理如图2所示。输入

5、/一缸点火高压火花放电电流电流感应磁场磁感应电动势E对E整形单脉冲输出/一缸标准信号2.2.2电喷发动机传感器信号由于汽车电喷发动机各种传感器输出电压的满量程是不等的，如氧传感器输出信号为0～1200mV之间不断循环变化的电压量，可将其放大4倍变换为0～5V电压，而卡门旋涡式空气流量计输出频率为30Hz～1.5kHz、幅值为0～5V的脉冲信号，可直接送入A/D转换。为了保证测量精度，每种传感器可配以不同的放大器增益，这里采用增益可编程放大电路，预先算出各个模拟输入通道所需的放大倍数，将其转换成数字量存入RAM中，当CPU要求输入某一路信号时，将

6、对应的放大器增益从RAM中取出，经地址线送入可编程放大器相应的端口，这样，该路信号就按预先设定的放大器增益进行放大。在动态波形绘制时要根据放大倍数作标定，以得出正确的结果。增益可编程放大电路由自稳零斩波放大器芯片ICL7650、模拟开关4051和电阻网络组成，各电阻的精度都选为±0.2%。模拟开关接线设计时应考虑到：尽管模拟开关导通电阻很大（500Ω），但由于运放输入阻抗很高，输入电流极小，因而对放大器增益的影响可忽略不计。模拟开关的控制信号来自单片机，当控制信号由（0，0，0）变到（1，1，1）时，放大器增益共有8档。ICL7650芯片是第四

7、代运算放大器，具有极低的输入失调电压（±1μV）和失调温漂（0.05μV/℃），极高的开环增益（≥120dB）和极低的时漂（0.01μV/h），完全能够满足实际应用需求。其中，氧传感器输出信号波形如图3所示。2.2.3电喷发动机喷油脉冲当汽车发动机工作时，ECU根据空气流量、转速、水温、气压等信号计算出喷油时间后，输出控制信号，控制大功率三极管导通与截止。当大功率管导通时，即接通喷油器电磁线圈电路，产生电磁吸力。当电磁力超过针阀弹簧力和油液压力的合力时，磁芯被吸动，针阀随之离开阀座，即阀门打开，喷油器开始喷油。反之当大功率三极管截止时，喷油器电

8、磁线圈电路被切断，电磁力消失，当针阀弹簧力超过衰减的电磁力时，弹簧力又使针阀返回阀座上，使阀门关闭，喷油停止。测试喷油脉冲信号过程中，由于在功率管VT