基于车用发动机相位的转速模拟装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于车用发动机相位的转速模拟装置，包括：支架，其包括上层板和下层板；曲轴信号采集机构和凸轮轴信号采集机构，曲轴信号采集机构包括模拟曲轴、曲轴信号盘和曲轴转速传感器，曲轴信号盘安装在模拟曲轴的上端，凸轮轴信号采集机构包括模拟凸轮轴、凸轮轴信号盘和凸轮轴转速传感器，凸轮轴信号盘安装在模拟凸轮轴的上端，模拟曲轴和模拟凸轮轴竖立并列设置在上层板和下层板之间；传动机构，其可活动的设在下层板上，传动机构包括主动轴，主动轴竖立设置在上层板和下层板之间的一侧位置，主动轴通过同步带驱动模拟曲轴和模拟凸轮轴旋转。该装置准确模拟发动机的转速信号，结构紧凑，成本低，便于携带。
【专利说明】基于车用发动机相位的转速模拟装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及车用发动机控制测试【技术领域】，特别涉及一种应用于试验中的能够模 拟发动机相位和转速的装置。
【背景技术】
[0002] 随着石油资源日趋紧张和排放法规的不断严格，发动机电控技术的研究与应用一 直受到广泛重视，发动机控制单元ECU软硬件的开发和测试是发动机电控技术开发的关键 环节，而高保真度地模拟发动机相位和转速信号是开展该项工作的基本条件。另外，在发动 机电控系统故障模拟和诊断、维修等领域，也需要给ECU输入相位和转速信号。其中，转速 信号是发动机工作状况反映的最重要参数之一，是控制器运算的参考基准。转速信号中内 涵的发动机曲轴和凸轮轴特有相位关系信息，为ECU提供了判缸和上止点基准的信息，是 保证ECU与发动机循环同步的基础。因此，精准实时的提供发动机的相位和转速信号对于 发动机控制器的开发与调试至关重要。
[0003] 为了便捷低成本的提供开发控制器所需的转速信号，技术人员通常会采用脉冲电 路发生器来模拟发动机转速信号，但这种电路很难模拟发动机曲轴和凸轮轴特有的相位关 系，并且电路信号易受电磁干扰，与真实发动机传感器输出的转速信号波形也存在一定差 异。为了模拟发动机的相位和转速信号，有技术人员采用单片机技术同时输出相关的转速 和相位信号，但是这类信号要么是方波信号，要么是通过简单整形的正弦波信号，这些信号 一般不能够与ECU的转速信号调理电路兼容，只能直接接入ECU中的单片机端口，给应用带 来很大的困难，特别不适合产品ECU的测试诊断，更不适于现场测试。还有技术人员应用伺 服电机驱动信号轮盘产生曲轴典型的输出信号（如60-2的信号），输出信号能够比较真实 地模拟发动机转速信号的波形，但是这种设备一般不具备同时模拟发动机曲轴和凸轮轴相 位关系的能力，或者具备上述能力但是存在测速慢、设备结构庞大问题。
[0004] 公开于该【背景技术】部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应 当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于车用发动机相位的转速模拟装置，该装置可以真 实地模拟发动机的相位和转速信号。另外，该模拟装置结构紧凑、便携、灵巧，调整灵活、方 便，成本低。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种基于车用发动机相位的转速模拟装置，包括： 支架，其包括上层板和下层板，上层板和下层板之间具有容纳空间；曲轴信号采集机构和凸 轮轴信号采集机构，曲轴信号采集机构包括模拟曲轴、曲轴信号盘和曲轴转速传感器，曲轴 信号盘安装在模拟曲轴的上端，曲轴转速传感器用来采集曲轴信号盘的转速信号，凸轮轴 信号采集机构包括模拟凸轮轴、凸轮轴信号盘和凸轮轴转速传感器，凸轮轴信号盘安装在 模拟凸轮轴的上端，凸轮轴转速传感器用来采集凸轮轴信号盘的转速信号，模拟曲轴和模 拟凸轮轴坚立并列设置在上层板和下层板之间；传动机构，其可活动的设在下层板上，传动 机构包括主动轴，主动轴坚立设置在上层板和下层板之间的一侧位置，主动轴通过同步带 驱动模拟曲轴和模拟凸轮轴旋转。
[0007] 优选地，传动机构还包括：导轨和滑块，导轨固定设在下层板的下表面，滑块与导 轨滑动连接在一起，滑块能够沿导轨滑动；电机固定板，其与滑块固定在一起；高速直流电 机，其安装在电机固定板的下方，高速直流电机驱动主动轴旋转，高速直流电机通过调速控 制模块对其进行转速控制。
[0008] 优选地，传动机构还包括：主轴安装板，其通过连接块与电机固定板固定在一起， 主轴安装板与电机固定板之间具有容置联轴器的空间，主动轴通过轴承安装在主轴安装板 上，主动轴与高速直流电机的输出端通过联轴器连接在一起；带有通孔的滑板，其设在上层 板的上表面，上层板的上表面具有导向槽，滑板沿导向槽移动，主动轴的上端穿过滑板的通 孔且与滑板一起移动。
[0009] 优选地，该转速模拟装置还包括张紧装置，该张紧装置用来驱动传动机构沿导轨 移动并将传动机构固定在下层板的具体位置处，张紧装置包括固定块和顶紧螺栓，固定块 固定在下层板的下侧面，顶紧螺栓通过螺纹旋转穿过固定块，顶紧螺栓的端头抵接在连接 块上。
[0010] 优选地，模拟凸轮轴和主动轴上分别安装相同的大带轮，模拟曲轴上安装小带轮， 大带轮的节圆直径是小带轮的节圆直径的二倍，大带轮和小带轮处于上层板和下层板之间 的容纳空间内，两个大带轮和小带轮上紧同步带。
[0011] 优选地，曲轴信号盘和凸轮轴信号盘处于上层板的上方，曲轴转速传感器和凸轮 轴转速传感器分别通过传感器支板安装在上层板上。
[0012] 优选地，上层板的上表面上设有两组用来安装传感器支板的圆弧安装槽，圆弧安 装槽包括圆弧定位槽和圆弧固定槽，传感器支板能够沿圆弧定位槽移动，传感器支板通过 螺栓拧入圆弧固定槽进行固定。
[0013] 优选地，传感器支板具有传感器安装槽，传感器能够在传感器安装槽内上下移动。
[0014] 优选地，滑板上设有螺栓，螺栓伸入导向槽，滑板能够通过螺栓在导向槽内移动， 且能够通过螺栓将滑板锁紧在导向槽内的具体位置。
[0015] 优选地，曲轴信号盘为缺齿型齿盘，其包括57个4. 5°窄齿和一个18°宽齿；凸轮 轴信号盘为多齿型齿盘，其包括8个5°齿和设在相邻两个5°齿之间的一个5°多齿，多齿 在沿凸轮轴信号盘的逆时针方向距离相邻齿为26°。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该装置可以真实模拟车用发动机内 曲轴和凸轮轴转速信号的采集，相比脉冲电路模拟发生器信号不受电路电磁干扰，更准确 可靠，与实际发动机转速信号完全一致，与ECU内部电路兼容；通过同步带驱动可以减小装 置运动产生的振动和噪音；通过可以移动的电机支撑导轨结构，可以方便地对同步带进行 张紧；通过更换曲轴、凸轮轴不同相位的信号盘，可以模拟不同相位发动机的转速，并能实 时同步采集、比对分析曲轴和凸轮轴的转速输出信号；传感器安装固定方式可以使传感器 相对信号盘位置随时调整，保证适应不同相位的信号采集。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是根据本发明的基于车用发动机相位的转速模拟装置的结构示意图；
[0018] 图2是根据本发明的基于车用发动机相位的转速模拟装置中传动机构和张紧装 置的结构示意图；
[0019] 图3是根据本发明的基于车用发动机相位的转速模拟装置中传动机构和张紧装 置的组装示意图；
[0020] 图4是根据本发明的基于车用发动机相位的转速模拟装置中曲轴转速传感器和 凸轮轴转速传感器的安装示意图；
[0021] 图5是根据本发明的基于车用发动机相位的转速模拟装置中曲轴信号盘的结构 示意图；
[0022] 图6是根据本发明的基于车用发动机相位的转速模拟装置中凸轮轴信号盘的结 构示意图。
[0023] 主要附图标记说明：
[0024] 1-高速直流电机，2-模拟曲轴，3-曲轴转速传感器，4-曲轴信号盘，401-宽齿， 402-圆孔标记，5-主动轴，6-模拟凸轮轴，7-凸轮轴转速传感器，8-凸轮轴信号盘，801-多 齿，9-上层板，903-导向槽，10-大带轮，11-小带轮，12-下层板，13-同步带，14-调速控制 模块，15-支架，16-导轨，17-滑块，18-滑板，19-轴承，20-主轴安装板，21-固定块，22-顶 紧螺栓，23-连接块，24-联轴器，25-电机固定板，26-传感器支板。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细描述，但应当理解本发明的保 护范围并不受【具体实施方式】的限制。
[0026] 除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语"包括"或其变 换如"包含"或"包括有"等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它 元件或其它组成部分。
[0027] 如图1所示，根据本发明【具体实施方式】的一种基于车用发动机相位的转速模拟装 置，包括支架15、安装在支架15上的曲轴信号采集机构、凸轮轴信号采集机构和传动机构， 其中，支架15包括上层板9和下层板12,上层板9和下层板12之间具有容纳空间。曲轴信 号采集机构包括模拟曲轴2、曲轴信号盘4和曲轴转速传感器3,曲轴信号盘4安装在模拟 曲轴2的上端，曲轴转速传感器3用来采集曲轴信号盘4的转速信号，凸轮轴信号采集机构 包括模拟凸轮轴6、凸轮轴信号盘8和凸轮轴转速传感器7,凸轮轴信号盘8安装在模拟凸 轮轴6的上端，凸轮轴转速传感器7用来采集凸轮轴信号盘8的转速信号，模拟曲轴2和模 拟凸轮轴6坚立并列设置在上层板9和下层板12之间。传动机构可活动的设在下层板12 上，传动机构包括主动轴5,主动轴5坚立设置在上层板9和下层板12之间的一侧位置，主 动轴5通过同步带13驱动模拟曲轴2和模拟凸轮轴6旋转。具体地，在本实施例中，主动 轴5通过高速直流电机1驱动，同时，高速直流电机1通过调速控制模块14进行转速控制， 调速控制模块14可以选择PWM调速控制模块，在试验过程中，实现恒转速工况、恒加速度工 况、变加速工况，真实模拟车用发动机内曲轴和凸轮轴的转速信号的采集，并且可实时同步 分析曲轴和凸轮轴的转速输出信号。另外，在模拟凸轮轴6和主动轴5上分别安装相同的 大带轮10,模拟曲轴2上安装小带轮11，大带轮10的节圆直径是小带轮11的节圆直径的 二倍，大带轮10和小带轮11处于上层板9和下层板12之间的容纳空间内，两个大带轮10 和小带轮11上紧同步带13,这样，高速直流电机1通过联轴器24驱动主动轴5旋转，主动 轴5驱动模拟曲轴2和模拟凸轮轴6逆时针旋转，且使模拟曲轴2与模拟凸轮轴6旋转转 速满足二比一的比例关系。
[0028] 如图2所不，作为一种优选实施例，传动机构还包括导轨16、滑块17和电机固定 板25,导轨16固定设在下层板12的下表面，滑块17与导轨16滑动连接在一起，滑块17能 够沿导轨16滑动，电机固定板25与滑块17固定在一起。另外，传动机构还包括主轴安装 板20和带有通孔的滑板18,主轴安装板20通过连接块23与电机固定板25固定在一起， 主动轴5通过轴承19安装在主轴安装板20上，轴承19可以选择深沟球轴承，主动轴5与 高速直流电机1通过联轴器24连接在一起。具体地，连接块23的上侧面固定主轴安装板 20的右侧，连接块23的下侧面固定电机固定板25的右侧，电机固定板25的左下侧面固定 高速直流电机1，电机固定板25的左上侧面固联滑块17,主动轴5的下端坚直穿过主轴安 装板20的左侧通孔，高速直流电机1的输出轴也坚直穿过电机固定板25的左侧通孔，在主 轴安装板20和电机固定板25之间的空间里通过联轴器24与主动轴5的下端相联，主轴安 装板20的厚度为6mm，在主轴安装板20的左侧通孔位置同时设有一直径32mm、深4mm的盲 孔，该盲孔用来安装外径32mm、内径15mm的深沟球轴承，主轴安装板20承受张紧时同步带 13给主动轴5的径向力。滑板18设在上层板9的上表面，上层板9的上表面具有导向槽 903,滑板18沿导向槽903移动，具体地，滑板18上设有螺栓，螺栓伸入导向槽903,滑板18 能够通过螺栓在导向槽903内移动，且能够通过螺栓将滑板18锁紧在导向槽903内的具体 位置。还有，主动轴5的上端穿过滑板18的通孔且与滑板18 -起移动。这样，包括主动轴 5、高速直流电机1、电机固定板25、主轴安装板20、滑板18、连接块23的传动机构可以通过 滑块17沿导轨16移动，实现传动机构的位置可调。
[0029] 该转速模拟装置还包括张紧装置，该张紧装置用来驱动传动机构沿导轨16移动 并将传动机构固定在下层板12的具体位置处，张紧装置包括固定块21和顶紧螺栓22,固 定块21固定在下层板12的下侧面，顶紧螺栓22通过螺纹旋转穿过固定块21，顶紧螺栓22 的端头抵接在连接块23上，这里，连接块23的右侧面上设有盲孔，顶紧螺栓22顶入连接块 23的盲孔即可，使用时，顺时针转动顶紧螺栓22,顶紧螺栓22驱动连接块23移动，连接块 23带动传动机构沿导轨16向张紧同步带13的方向运动，适度张紧后拧紧上层滑板18的螺 栓。
[0030] 如图4所示，曲轴信号盘4和凸轮轴信号盘8安装于对应的模拟曲轴2和模拟凸 轮轴6的上端并处于上层板9的上方（参见图1)，曲轴转速传感器3和凸轮轴转速传感器 7分别通过传感器支板26安装在上层板9上，具体地，上层板9的上表面上设有两组用来安 装传感器支板26的圆弧安装槽，圆弧安装槽包括圆弧定位槽902和圆弧固定槽901，圆弧 定位槽902和圆弧固定槽901分别位于以模拟曲轴2和模拟凸轮轴6为圆心的圆弧上，传 感器支板26能够沿圆弧定位槽902移动，进而曲轴转速传感器3和凸轮轴转速传感器7可 以围绕对应的模拟曲轴2和模拟凸轮轴6旋转，现实轴向位置可调，其旋转到具体位置时， 传感器支板26通过螺栓拧入圆弧固定槽901进行固定，其中，圆弧定位槽902的槽宽度仅 为螺栓的直径，螺栓外螺纹紧贴圆弧定位槽902的槽面，圆弧固定槽901的槽宽度大于螺栓 的直径，用于传感器支板26固定。另外，传感器支板26具有传感器安装槽，传感器（分别 为曲轴转速传感器3和凸轮轴转速传感器7)能够在传感器安装槽内上下移动，实现高度可 调。这样，传感器的这种安装方式可使其相对相应的信号盘位置随时调整，保证适应不同相 位的信号采集。
[0031] 需要说明的是，曲轴信号盘4和凸轮轴信号盘8的具体设计是根据不同的发动机 型号设计的，其中，曲轴信号盘4和凸轮轴信号盘8的齿宽决定脉冲信号宽度，曲轴信号盘4 上的宽齿与凸轮轴信号盘8上的多齿之间的齿数、齿宽共同决定曲轴与凸轮轴两信号的相 隔相位。
[0032] 以下以某种发动机型为例，具体说明曲轴信号盘4和凸轮轴信号盘8的具体设计， 以及通过其来模拟曲轴和凸轮轴的相位信号。
[0033] 如图5和图6所示，曲轴信号盘4为60-2缺齿型齿盘，盘上有57个4. 5°窄齿， 一个18°宽齿401，宽齿401作为喷油正时基准，沿逆时针方向从宽齿401后的第18个窄 齿位置处设有圆孔标记402,凸轮轴信号盘8为8+1多齿型齿盘，齿间距为45°，盘上共有 9个5°齿，其中包含一个多齿801，多齿801作为上止点正时基准，沿逆时针方向，多齿801 距离相邻上一齿为26°。
[0034] 在具体实施过程，曲轴转速传感器3和凸轮轴转速传感器7的感应头平行于曲轴 信号盘4和凸轮轴信号盘8的齿面，距离为0. 8-1. 2_，调整凸轮轴转速传感器7的位置对 准凸轮轴信号盘8的多齿801，调整曲轴转速传感器3的位置对准曲轴信号盘4上的圆孔 标记402,圆孔标记与宽齿之间的圆弧度数即为相隔相位。之后安装并张紧同步带13,保持 曲轴信号盘4与凸轮轴信号盘8相对位置不变。PWM调速控制模块14控制高速直流电机1 转速，曲轴转速传感器3和凸轮轴转速传感器7连接控制器和示波器，示波器同步输出曲轴 信号盘4和凸轮轴信号盘8转速脉冲信号，以宽齿401信号确定喷油正时，以多齿801信号 判断上止点，根据两种信号再结合发动机气缸发火顺序进行判缸，从而实时了解发动机内 工作状况。
[0035] 前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述 并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变 和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应 用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及 各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
【权利要求】
1. 一种基于车用发动机相位的转速模拟装置，其特征在于，包括： 支架，其包括上层板和下层板，所述上层板和所述下层板之间具有容纳空间； 曲轴信号采集机构和凸轮轴信号采集机构，所述曲轴信号采集机构包括模拟曲轴、曲 轴信号盘和曲轴转速传感器，所述曲轴信号盘安装在所述模拟曲轴的上端，所述曲轴转速 传感器用来采集所述曲轴信号盘的转速信号，所述凸轮轴信号采集机构包括模拟凸轮轴、 凸轮轴信号盘和凸轮轴转速传感器，所述凸轮轴信号盘安装在所述模拟凸轮轴的上端，所 述凸轮轴转速传感器用来采集所述凸轮轴信号盘的转速信号，所述模拟曲轴和所述模拟凸 轮轴坚立并列设置在所述上层板和所述下层板之间； 传动机构，其可活动的设在所述下层板上，所述传动机构包括主动轴，所述主动轴坚立 设置在所述上层板和所述下层板之间的一侧位置，所述主动轴通过同步带驱动所述模拟曲 轴和所述模拟凸轮轴旋转。
2. 根据权利要求1所述的基于车用发动机相位的转速模拟装置，其特征在于，所述传 动机构还包括： 导轨和滑块，所述导轨固定设在所述下层板的下表面，所述滑块与所述导轨滑动连接 在一起，所述滑块能够沿所述导轨滑动； 电机固定板，其与所述滑块固定在一起； 高速直流电机，其安装在所述电机固定板的下方，所述高速直流电机驱动所述主动轴 旋转，所述高速直流电机通过调速控制模块对其进行转速控制。
3. 根据权利要求2所述的基于车用发动机相位的转速模拟装置，其特征在于，所述传 动机构还包括： 主轴安装板，其通过连接块与所述电机固定板固定在一起，所述主轴安装板与所述电 机固定板之间具有容置联轴器的空间，所述主动轴通过轴承安装在所述主轴安装板上，所 述主动轴与所述高速直流电机的输出端通过所述联轴器连接在一起； 带有通孔的滑板，其设在所述上层板的上表面，所述上层板的上表面具有导向槽，所述 滑板沿所述导向槽移动，所述主动轴的上端穿过所述滑板的通孔且与所述滑板一起移动。
4. 根据权利要求3所述的基于车用发动机相位的转速模拟装置，其特征在于，该转速 模拟装置还包括张紧装置，该张紧装置用来驱动所述传动机构沿所述导轨移动并将所述传 动机构固定在所述下层板的具体位置处，所述张紧装置包括固定块和顶紧螺栓，所述固定 块固定在所述下层板的下侧面，所述顶紧螺栓通过螺纹旋转穿过所述固定块，所述顶紧螺 栓的端头抵接在所述连接块上。
5. 根据权利要求1所述的基于车用发动机相位的转速模拟装置，其特征在于，所述模 拟凸轮轴和所述主动轴上分别安装相同的大带轮，所述模拟曲轴上安装小带轮，所述大带 轮的节圆直径是所述小带轮的节圆直径的二倍，所述大带轮和所述小带轮处于所述上层板 和所述下层板之间的容纳空间内，两个大带轮和所述小带轮上紧所述同步带。
6. 根据权利要求5所述的基于车用发动机相位的转速模拟装置，其特征在于，所述曲 轴信号盘和所述凸轮轴信号盘处于所述上层板的上方，所述曲轴转速传感器和所述凸轮轴 转速传感器分别通过传感器支板安装在所述上层板上。
7. 根据权利要求6所述的基于车用发动机相位的转速模拟装置，其特征在于，所述上 层板的上表面上设有两组用来安装所述传感器支板的圆弧安装槽，所述圆弧安装槽包括圆 弧定位槽和圆弧固定槽，所述传感器支板能够沿所述圆弧定位槽移动，所述传感器支板通 过螺栓拧入所述圆弧固定槽进行固定。
8. 根据权利要求7所述的基于车用发动机相位的转速模拟装置，其特征在于，所述传 感器支板具有传感器安装槽，所述传感器能够在所述传感器安装槽内上下移动。
9. 根据权利要求3所述的基于车用发动机相位的转速模拟装置，其特征在于，所述滑 板上设有螺栓，所述螺栓伸入所述导向槽，所述滑板能够通过所述螺栓在所述导向槽内移 动，且能够通过所述螺栓将所述滑板锁紧在所述导向槽内的具体位置。
10. 根据权利要求1至9任一项所述的基于车用发动机相位的转速模拟装置，其特征在 于，所述曲轴信号盘为缺齿型齿盘，其包括57个4. 5°窄齿和一个18°宽齿； 所述凸轮轴信号盘为多齿型齿盘，其包括8个5°齿和设在相邻两个5°齿之间的一个 5°多齿，所述多齿在沿所述凸轮轴信号盘的逆时针方向距离相邻齿为26°。
【文档编号】G01M15/02GK104111174SQ201410384119
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】王秋源, 张付军, 刘福水, 崔涛 申请人:北京理工大学