【正文】 ，可為其維護(hù)、維修提供依據(jù)；對(duì)于維修企業(yè)，可用于判定維修質(zhì)量；還可用于教學(xué)、研究單位進(jìn)行其工作規(guī)律研究。采用汽車油耗智能檢測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)的基于容積法的油耗儀是一種智能型儀器。研究與開(kāi)發(fā)智能型汽車油耗儀，能提高油耗檢測(cè)的精度，降低儀器的使用功耗，提高儀器的抗干擾能力，擴(kuò)大儀器的測(cè)量范圍。對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)價(jià)汽車的油耗性能，節(jié)約燃油和能源，減少車輛對(duì)環(huán)境的污 染等有重要的意義。是油耗產(chǎn)品升級(jí)換代的要求，是科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的需要。 汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性是汽車的重要性能之一，汽車燃油供給系統(tǒng)技術(shù)狀況的好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放凈化和可靠性，在使用中有較高的故障率。因此，基于容積法的汽車油耗儀是車輛診斷、檢測(cè)及維護(hù)的重要儀器。 (1)總體方案的確定； 介紹基于容積法的汽車油耗檢測(cè)技術(shù)理論；分析汽車油耗不同檢測(cè)方法的特點(diǎn)，廣泛查閱各種文獻(xiàn)，了解目前國(guó)內(nèi)外油耗測(cè)量方法的現(xiàn)狀，分析其長(zhǎng)處和不足；根據(jù)汽車油耗儀的功能要求，確定總體技術(shù)方案； （ 2）確定基于容積法的汽車油耗檢測(cè)的控制原理；建立汽車油耗檢測(cè)的數(shù)學(xué)模型； （ 3）硬件部分設(shè)計(jì)、選擇和匹配。包括流量傳感器、單片機(jī)、顯示器、打印機(jī)、監(jiān)控芯片、鍵盤(pán)、通訊接口、日歷和時(shí)鐘、電源等元器件。根據(jù)系統(tǒng)的要求，以及目前上述各種原件的技術(shù)狀況、性能特點(diǎn)、性價(jià)比等，結(jié)合調(diào)研情況以及相關(guān)的參考資料進(jìn)行對(duì) 7 比分析，確定采用的元件的具體型號(hào)，并給出相應(yīng)的接口電路，相互之間進(jìn)行合理的匹配。同時(shí)給出以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)電路原理圖，從而為各元件之間建立必要的聯(lián)系； （ 4）軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試。根據(jù)儀器功 能要求和油耗檢測(cè)數(shù)學(xué)模型等進(jìn)行軟件系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì)，選擇語(yǔ)言編寫(xiě)控制程序。完成對(duì)油耗的智能化測(cè)試，軟件功能是通過(guò)分程序模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要包括初始化模塊、二進(jìn)制和十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序模塊、顯示模塊和耗油量測(cè)試模塊等。同時(shí)進(jìn)行程序的調(diào)試工作，以對(duì)編寫(xiě)的程序進(jìn)行運(yùn)行檢查，驗(yàn)證運(yùn)行邏輯、運(yùn)行流程等。軟件部分配合硬件控制系統(tǒng)，共同完成對(duì)油耗的智能化測(cè)試，而軟件功能是通過(guò)分程序模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要包括初始化模塊、鍵盤(pán)管理模塊、二進(jìn)制和十進(jìn)制轉(zhuǎn)化模塊、浮點(diǎn)數(shù)模塊、顯示模塊和油耗量測(cè)試模塊。同時(shí)進(jìn)行程序的調(diào)試工作，以對(duì)編寫(xiě)的程序進(jìn) 行運(yùn)行檢查，驗(yàn)證運(yùn)行邏輯、運(yùn)行流程等； （ 5）儀器機(jī)械部分的設(shè)計(jì)。主要是油耗儀的外型尺寸的設(shè)計(jì)，殼體材料的選擇，控制面板的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)線接口的設(shè)計(jì)、芯片安裝方式的確定。 8 第 2 章 基于容積法的汽車油耗儀的總體技術(shù)方案 儀器的功能及要求 （ 1）系統(tǒng)需完成車輛的油耗智能檢測(cè)。采用容積式傳感器檢測(cè)燃油流量信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)在相應(yīng)軟件的支持下進(jìn)行處理，在通過(guò)顯示器或打印機(jī)對(duì)外輸出。同時(shí)，要采用監(jiān)視器對(duì)成個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，采用通訊接口與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通訊； （ 2）應(yīng) 能在道路或臺(tái)架試驗(yàn)臺(tái)上完成汽油車和柴油車的百公里油耗、等速油耗、加速油耗的測(cè)試、平均油耗和瞬時(shí)油耗。同時(shí)能實(shí)現(xiàn)定容積測(cè)試、定質(zhì)量測(cè)試、定時(shí)間測(cè)試的功能； （ 3）系統(tǒng)采用的理論應(yīng)具有可行性， 系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)自身的標(biāo)定和對(duì)傳感器的標(biāo)定； （ 4） 該項(xiàng)技術(shù)完成后 測(cè)試精度要高和抗電磁干擾能力要強(qiáng)； （ 5）該項(xiàng)技術(shù)完成后使用要簡(jiǎn)單，可操控性要強(qiáng)，該項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)品化之后，同比之下成本要低、精度要高。 總體設(shè)計(jì)方案的確定 儀器總體方案的確定 根據(jù)車輛的油耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)智能化檢測(cè)功能的要求，針對(duì) 基于容 積法的 智能油耗儀的具體應(yīng)用情況，選擇系統(tǒng)組成元件，構(gòu)成油耗檢測(cè)系統(tǒng)的硬件部分。 系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn) 9 的各種 使用 功能，合理地選擇元器件，并 仔細(xì) 考慮各元件之間的搭配關(guān)系和性價(jià)比，完成 對(duì) 系統(tǒng)的控制電路的設(shè)計(jì)。 根據(jù)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)的工作原理和汽車的運(yùn)行條件，確定油耗檢測(cè)方法，建立油耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，配合硬件部分控制電路 選擇或 編寫(xiě)控制軟件，共同完成對(duì)基于容積法的 油耗 儀器 的智能化測(cè)試。 針對(duì)油耗檢測(cè)系統(tǒng)工作過(guò)程中遇到的干擾，分析原因，采取相應(yīng)辦法，提高 容積法油耗檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾能力。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析油耗系統(tǒng)所采用的理論可行 性，根具體情況對(duì)理論模型進(jìn)行修正，提供其檢測(cè)精度。 進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)誤差分析， 為了更合理的選用測(cè)試裝置和測(cè)試方法， 對(duì)產(chǎn)生的誤差 應(yīng)進(jìn)行 正確的分析 并確定 其產(chǎn)生的原因，并提出減小誤差的方法，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的分析，以 便 得到更理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 儀器的組成和原理 基于容積法的車輛油耗檢測(cè)系統(tǒng)主要由流量傳感器、單片機(jī)、顯示器、打印機(jī)和控制面板等組成，其控制關(guān)系如圖 所示。 圖 智能油耗儀的 控制關(guān)系示意圖 基于容積法的汽車油耗儀實(shí)際上是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是具有微處理器的總線接口的儀器。其中包括：由流量傳感器構(gòu)成的信號(hào)采集與處理（放大、整形）；模 — 數(shù)轉(zhuǎn)換；具有人機(jī)對(duì)話功能的鍵盤(pán)和顯示器；具有通訊功能的 RS232接口；數(shù)據(jù)存貯器 (RAM)、 10 程序存儲(chǔ)器 (EPROM)；數(shù) — 模轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu) [8]。 其組成原理如圖 。 圖 檢測(cè)系統(tǒng)組成關(guān)系 流量傳感器用于檢測(cè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油量，將信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行處 理。 單片機(jī)是汽車油耗檢測(cè)控制系統(tǒng)的核心，用于接收流量傳感器的信號(hào)，并調(diào)用內(nèi)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)和相關(guān)程序，進(jìn)行分析處理，并將處理結(jié)果送給打印機(jī)或顯示器對(duì)外輸出。 顯示器用于適時(shí)顯示汽車油耗的檢測(cè)數(shù)據(jù)。打印機(jī)用于打印汽車油耗的檢測(cè)結(jié)果。 控制面板用于系統(tǒng)功能設(shè)定，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。通過(guò)控制面板還可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)標(biāo)定。 測(cè)量系統(tǒng)的監(jiān)控程序固化在程序存貯器 EPROM中， 被測(cè)參量通過(guò)傳感器將非電量變換成電量，然后經(jīng)過(guò)信號(hào)處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換后變?yōu)槲⑻幚砥髂苤苯幼R(shí)別的數(shù)字信號(hào)所采集的數(shù)據(jù)或從鍵盤(pán)上輸入的數(shù)據(jù)以及經(jīng)過(guò)一定的算法運(yùn)算后的數(shù)據(jù) 均暫存于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM中。 油耗測(cè)量系統(tǒng)采用流量傳感器的流量信號(hào)，并將信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)根據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的控制程序得到不同要求和條件下的油耗量，通過(guò)顯示器或打印機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)控制面板實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能，還可以通過(guò)通訊接口 RS232實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，擴(kuò)展系統(tǒng)功能 [1,5]。 流量傳感器 PIC 單片機(jī) 液晶顯示模塊 EPROM RS232 打印機(jī) RAM 信號(hào)調(diào)節(jié)電路 鍵盤(pán) 驅(qū)動(dòng)器 執(zhí)行裝置 11 油耗測(cè)量系統(tǒng)采用流量傳感器檢測(cè)燃油流量信號(hào)，并將信號(hào)送給單片機(jī)處理，單片機(jī)根據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的控制程序得到不同要求和條件下的油耗量，通過(guò)顯示器或打印機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，通過(guò)控制面板實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，還可通 過(guò)通訊接口 RS 一232 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，擴(kuò)展系統(tǒng)功能。 對(duì)于回油量較小或沒(méi)有回油的車輛，通常采用一個(gè)流量傳感器，并將傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)油管路中，以檢測(cè)進(jìn)油管路的燃油流量，流量信號(hào)傳給單片機(jī)，進(jìn)行相關(guān)處理后，把數(shù)據(jù)輸出到顯示器顯示。 傳感器連接方式如圖 所示。 圖 回油量較小的車輛傳感器連接方式 由于燃油供給系統(tǒng)也存在回油，但回油不經(jīng)過(guò)流量傳感器，汽油機(jī)通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器直接流回油箱，柴油機(jī)回油也不經(jīng)過(guò)流量傳感器，通過(guò)三通閥繼續(xù)通過(guò)噴油器對(duì)氣 缸供油。 流量傳感器的連接方式如圖 所示。 油箱 油泵 濾清器 流量傳感器 發(fā)動(dòng)機(jī) 12 圖 1 一油箱； 2 一回油管； 3傳感器信號(hào)線； 4 一供油管： 5 一流量傳感器； 6 一電動(dòng)汽油泵： 7 一燃油濾清器： 8 一出油口： 9 一進(jìn)油口： 10 一燃油壓力調(diào)節(jié)器； 11燃油分配總管； 12— 氣缸 單流量傳感器的安裝方式 (汽油車 ) 對(duì)于回油量較大的車輛，回油管路中需要安裝一個(gè)流量傳感器，用來(lái)提高測(cè)試精度，也為了滿足燃油供給系統(tǒng)正常工作的要求。采用兩個(gè)流量傳感器應(yīng)分別安裝在發(fā) 動(dòng)機(jī)進(jìn)油管路和回油管路中。通過(guò)計(jì)算進(jìn)、回油管道的流量差值得到油耗量，即“測(cè)出供油量 測(cè)出回油量 =當(dāng)前油耗量”。 流量傳感器的連接方式如圖 所示。 13 圖 回油量較大的車輛傳感器連接方式 本章小結(jié) 介紹了基于容積法的汽車油耗檢測(cè)儀采用傳感器檢測(cè)燃油流量信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)在相應(yīng)軟件的支持下進(jìn)行處理，在通過(guò)顯示器或打印機(jī)對(duì)外輸出。同時(shí)，要采用監(jiān)視器對(duì)成個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，采用通訊接口與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通訊，實(shí) 現(xiàn)汽油車和柴油車的百公里油耗、等速油耗、加速油耗的測(cè)試。同時(shí)能實(shí)現(xiàn)定容積測(cè)試、定質(zhì)量測(cè)試、定時(shí)間測(cè)試的功能。在此基礎(chǔ)上確定了基于容積法的汽車油耗檢測(cè)儀的總體設(shè)計(jì)方案。 油箱 油泵 濾清器 流量傳感器 1 發(fā)動(dòng)機(jī) 流量傳感器 2 14 第 3 章 基于容積法的汽車油耗儀中硬件的設(shè)計(jì)與選擇 流量傳感器的選擇 主要功能 流量傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)油和回油管路中，用來(lái)檢測(cè)燃油流量，檢測(cè)到的脈沖信號(hào)被送到微處理器中處理?？紤]到連接到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油路中，傳感器工作時(shí)受到的影響因素比較多，流量傳感器的反應(yīng)速度要快，動(dòng)作時(shí)間要短。即能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)測(cè)量又能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量，同時(shí) 又能在惡劣條件下工作。 流量傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)油和回油管路中，用來(lái)檢測(cè)燃油流量，檢測(cè)到的脈沖信號(hào)被送到單片機(jī)進(jìn)行處理?？紤]連接到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油路中，傳感器工作時(shí)受到的影響因素比較多，流量傳感器的反應(yīng)速度要快，動(dòng)作時(shí)間要短。即能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)測(cè)量又能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量，測(cè)量精度不受汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)影響。與單片機(jī)等電子元件相匹配，使系統(tǒng)達(dá)到理想的測(cè)量精度，有一定的抗干擾能力。 類型及檢測(cè)方法 容積式油耗傳感器有容量式和定容式兩種，容量式油耗傳感器通過(guò)累計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作中所消耗的燃料總?cè)萘?，用時(shí)間和里程來(lái)計(jì)算油耗量。它 可以連續(xù)測(cè)量，其結(jié)構(gòu)有行星活塞式、往復(fù)活塞式、膜片式、油泡式等，現(xiàn)以行星活塞式油耗傳感器為例予以說(shuō)明，其流量檢測(cè)裝置是由流量變換機(jī)構(gòu)及信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)組成。流量變換機(jī)構(gòu)是將一定容積的燃油流量變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它是由十字形配置的四個(gè)活塞和旋轉(zhuǎn)曲軸構(gòu)成。 容積式傳感器檢測(cè)方法： 容積式傳感器采用行星活塞式流量傳感器在底盤(pán)測(cè)功機(jī)試驗(yàn)臺(tái)或道路上進(jìn)行油耗檢測(cè)，測(cè)定一定體積燃油的消耗時(shí)間。它主要由活塞、曲軸、連桿和信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)組成。 容積式油耗傳感器通過(guò)累計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作中所消耗的燃油總量，用時(shí)間或里程來(lái)計(jì)算油耗量。流量變換 機(jī)構(gòu)是將一定容積的燃油量變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它由十字形配置的四個(gè)活塞和旋轉(zhuǎn)曲軸構(gòu)成，其工作原理如圖 所示 [11]。燃油在泵油壓力作用下推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，再由活塞運(yùn)動(dòng)推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸旋轉(zhuǎn)一周 (即四個(gè)活塞各往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次 )，完成一個(gè)進(jìn)排油循環(huán)。如此反復(fù)，在燃油泵泵油壓力的作用下，就可完成實(shí)現(xiàn)定容量、連續(xù)泵油的作用。曲軸旋轉(zhuǎn)一周，各缸分別排油一次，其排油量可用下公式確 15 定： 22 2244 dhhdV ?? ????? （ ） 式中， V — 四缸排油量， cm3； 4 — 代表四個(gè)油缸； 42d? — 代表某一活塞截面積， cm2； h2 — 2倍的曲軸偏心距，即活塞行程， cm。 4— 活塞； 5— 曲軸； 6— 連桿 P P P P4— 油道 ； E E E E4— 排油口 圖 傳感器工作原理 容積式流量傳感器在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用后，其活塞、曲軸、連桿會(huì)產(chǎn)生不同程度的磨 16 損，對(duì)其測(cè)量精度產(chǎn)生較大影響，且脈沖信號(hào)的產(chǎn)生和發(fā)送需要一定的時(shí)間，在測(cè)量上出現(xiàn)滯后性。 傳感器的選擇原則 流量傳感器的 選擇應(yīng)遵循以下原則： 選擇時(shí)應(yīng)遵循以下原則： （ 1）靈敏度。既要考慮能檢測(cè)出微弱信號(hào)量值，又要噪聲小。 （ 2）頻率響應(yīng)特性。必須在所測(cè)頻率范圍內(nèi)盡量保持不失真測(cè)量條件，并且傳感器的延遲時(shí)間越短越好。 （ 3）穩(wěn)定性。實(shí)際工作環(huán)境中，長(zhǎng)期使用后，其輸出特性不發(fā)生變化的 特性。 （ 4）精確度。一般希望傳感器的精度要高，指?jìng)鞲衅鬏敵雠c被測(cè)量真值的符合程度。 （ 5）測(cè)量方式。盡可能考慮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，維修方便，易于更換。 容積式燃油流量計(jì)采用一個(gè)帶有光柵的向心四活塞式馬達(dá)作為油耗傳感器。由于活塞與缸體是精密磨合的，因此馬達(dá)每轉(zhuǎn)排油量是恒定的，即馬達(dá)的轉(zhuǎn)速與油的流量(即油耗 )成正比。通過(guò)光柵，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換將轉(zhuǎn)速變成電脈沖以代表油量。將電脈沖經(jīng)接口送到測(cè)量?jī)x器，經(jīng)整形倍頻、可逆計(jì)數(shù)、量綱換算等處理，達(dá)到直接讀取顯示油耗。 基于以上的要求，初步選定容積式流量傳感器，型號(hào)為 YH2。其技術(shù)參數(shù)如