一种重型车辆的发动机动力性能监测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种重型车辆的发动机动力性能监测装置，包括：包括数据采集子系统，其包括：扭矩采集装置安装在传动系统中传动箱和变速箱间的传动轴上，采集车辆传动轴的扭矩；转速采集装置安装在传动系统中传动箱和变速箱间的传动轴上，采集车辆传动轴的转速；油耗采集装置，包括进油传感器和回油传感器，进油传感器安装在燃油滤清器的进油口处，回油传感器安装在喷油泵的回油路上，采集发动机的实时燃油消耗量；油门开度采集装置安装在油门开度踏板的转轴处随油门开度踏板联动，采集油门开度；挡位采集装置安装在变速杆上，采集测试时的排挡。本实用新型性能检测装置实时地对动力装置的技术状况进行监测，提高装备保障的时效性。
【专利说明】
一种重型车辆的发动机动力性能监测装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及重型车辆的性能检测领域。更具体地说，本实用新型涉及一种重 型车辆的发动机动力性能监测装置。
【背景技术】
[0002] 动力装置是装甲装备的动力源，是车辆的心脏，装甲装备的一些基本技术性能都 直接或间接地与动力装置的相关性能相联系，因此对动力装置的性能检测对整车的性能掌 握至关重要。
[0003] 装甲装备动力装置随着使用时间的增长其各项性能均会下降，尤其是动力性能的 降低会造成装甲装备机动性能降低影响其战技性能的发挥，而部队由于监测设备的短缺无 法准确判知动力装置性能下降的程度，只能从一些表面现象上(如发动机工作无力等）间接 判别动力性能的变化，从而对装甲装备能否正常使用无法作出准确预判。有时甚至还会造 成误判，从而造成对装甲装备性能的判断错误。
[0004] 由于装甲车辆动力装置的性能无法实时监测，从而影响其训练、作战、延期服役、 甚至因不正确使用导致发生意外故障(损坏)等问题，采用无线传感器网络技术研制的装甲 车辆动力装置监测系统，能对装甲装备的动力性能进行实时的检测、监控。该系统能实时、 准确地测试发动机的功率、扭矩等数据信息，通过无线网络将其传送给处理终端并以数据 库的形式进行存储，同时还能够对数据进行统计分析给出动力装置的技术状况变化情况。 这样一是使指挥员及时对装备动力性能作出准确判断，为制订训练、行军和作战计划提供 依据;二是实时地对动力装置的技术状况变化进行监测，有利于装备保障部门实施快速准 确的装备技术保障，提高装备保障的时效性;三是为开展装甲装备动力装置全寿命研究提 供数据。针对装甲车辆动力装置的性能无法实时监测，从而影响其训练、作战、延期服役、甚 至因不正确使用导致发生意外故障(损坏)等问题。另外，该检测系统也能作为装甲装备场 地试验的测试仪器对动力装置进行实车检测，解决野外实车试验缺乏实验设备的难题。
[0005] 通对该装置研发及使用，能够快速准确的实时掌握装甲装备动力性能，以便于实 现对装甲装备动力性能的正确使用和研判。因此，该项目的研发对我军装甲机械化部队作 战及训练具有重要的意义和作用。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的一个目的是在重型车辆的动力装置上安装扭矩采集装置、转速采集 装置、油耗采集装置、油门开度采集装置和挡位采集装置，能够实时监测车辆的动力装置性 能。
[0007] 为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种重型车辆的发动机 动力性能监测装置，包括数据采集子系统和数据传输子系统，所述数据采集子系统包括：
[0008] 扭矩采集装置，其安装在传动系统中传动箱和变速箱间的传动轴上，用来采集车 辆传动轴的扭矩；
[0009] 转速采集装置，其安装在传动系统中传动箱和变速箱间的传动轴上，用来采集车 辆传动轴的转速；
[0010] 油耗采集装置，包括进油传感器和回油传感器，所述进油传感器安装在燃油滤清 器的进油口处，所述回油传感器安装在喷油栗的回油路上，用来采集发动机的实时燃油消 耗量；
[0011] 油门开度采集装置，其安装在油门开度踏板的转轴处随油门开度踏板联动，用来 采集油门开度；
[0012] 挡位采集装置，其安装在变速杆上，用来采集测试时的排挡；
[0013] 所述数据传输子系统，其与数据采集子系统连接，用于传输扭矩、转速、油耗、油门 开度和挡位性能参数。
[0014]优选的是，还包括:数据传输子系统，其与数据采集子系统连接，用于传输扭矩、转 速、油耗、油门开度和挡位性能参数。
[0015] 优选的是，还包括：数据接收显控系统，其用于接收、显示并存储扭矩、转速、油 耗、油门开度和挡位性能参数，所述数据接收显控系统连接数据传输子系统。
[0016] 优选的是，所述数据传输子系统采用无线数据传输方式将性能参数实时传输至数 据接收显控系统。
[0017] 本实用新型至少包括以下有益效果:采用无线传感器网络技术研制的装甲车辆动 力装置监测系统，能对装甲装备的动力性能进行实时的检测、监控。该系统能实时、准确地 测试发动机的功率、扭矩等数据信息，通过无线网络将其传送给处理终端并以数据库的形 式进行存储，同时还能够对数据进行统计分析给出动力装置的技术状况变化情况，使指挥 员及时对装备动力性能作出准确判断，为制订训练、行军和作战计划提供依据;二是实时地 对动力装置的技术状况变化进行监测，有利于装备保障部门实施快速准确的装备技术保 障，提高装备保障的时效性;三是为开展装甲装备动力装置全寿命研究提供数据。四是检测 系统也能作为装甲装备场地试验的测试仪器对动力装置进行实车检测，解决野外实车试验 缺乏实验设备的难题。
[0018] 本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过 对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
【附图说明】
[0019] 图1是本实用新型的发动机动力性能检测装置的结构示意图。
[0020] 图2是本实用新型的发动机动力性能检测装置的组成原理图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明 书文字能够据以实施。
[0022]应当理解，本文所使用的诸如"具有"、"包含"以及"包括"术语并不配出一个或多 个其它元件或其组合的存在或添加。
[0023]图1和图2示出了根据本实用新型的一种实现形式，一种重型车辆的发动机动力性 能监测系统，包括:数据采集及传输系统、数据接收显控系统200、数据处理系统300、还包括 动力装置，其包括发动机410、燃油箱420、燃油栗430和燃油滤清器440。
[0024]数据采集及传输系统，包括数据采集子系统110和数据传输子系统120,所述数据 采集子系统11 〇包括扭矩采集装置111、转速采集装置112、油门开度采集装置113、挡位采集 装置114和油耗采集装置115。数据传输子系统120采用无线的传输方法进行数据传输，该子 系统主要包括无线传输节点硬件结构设计、网关硬件结构设计和子系统软件设计三部分。 信号传输使用无线射频技术，定子天线采用环形结构，使得信号无线发射和接收不存在失 效旋转死区；由于定子环形天线与转子的距离近且采用高频无线传输技术，信号对电磁干 扰的抵抗能力得到加强。
[0025]数据接收显控系统200,其用于接收、显示并存储扭矩、转速、油耗、油门开度和挡 位性能参数，所述数据接收显控系统200连接数据采集及传输系统和数据处理系统300;数 据接收显控系统200采用手持式TOA结构模式，能实现对测试系统的控制，包括硬件和软件 两大部分。硬件部分由液晶显示单元、射频通信单元、数据存储单元、多功能模块单元、键盘 触摸人机接口和电池管理等。软件为控制器，控制器采用面向对象的C++编程，主要有数据 接收和处理软件以及显控软件。数据接收和处理软件射频通信单元中，主要完成数据的接 收和处理，承担射频通信单元与液晶显示单元之间的数据传递(通过以太网络)和综合控制 的功能。数据接收处理软件与专用的信号处理芯片硬件密不可分，对它的软件开发设计依 附于特定的硬件。显控软件的主要功能有:数据接收显控系统内各单元发送控制命令;处理 数据采集与传输分系统传来的数据;对点化目标的实时显示;具有存贮、回放功能。
[0026] 数据处理系统300,其对扭矩、转速、油耗、油门开度和挡位性能参数进行分析处 理，所述数据接收显控系统300连接数据接收显控系统200;上位机数据处理系统300用来对 测量后存储在数据采集与传输分系统存储介质中的的数据进行分析处理，主要上位机控制 器中进行。其中，所述数据接收显控系统200将扭矩、转速、油耗、油门开度和挡位性能参数 传输给数据接收显控系统300,数据接收显控系统300对性能参数进行分析处理再传回数据 接收显控系统200,数据接收显控系统200根据处理后的性能参数向数据采集及传输系统发 布相应命令。
[0027] 在另一实施例中，所述扭矩采集装置111安装在动力装置中传动系统的传动箱和 变速箱间的传动轴上，用来采集重型车辆传动轴的扭矩。所述扭矩采集装置111具体为非接 触法兰式扭矩测量装置，其原理为:应用信号的无线传输技术，用应变片组成测量电桥，粘 贴在弹性轴上，与激励电源和信号处理电路一起放置在转子中，在测量时与被测传动轴一 同旋转，弹性轴受扭时，引起粘贴在上面的应变片产生变形，导致平衡电桥中的电阻值发生 变化，输出微弱的电压信号。通过对该信号的放大、滤波等信号调理和A/D转换后，经由无线 发射模块进行发射。定子部分同样基于射频芯片接收来自转子的扭矩信号，同时利用内部 的增强型内核来控制扭矩值的液晶显示，并与数据接收显控系统200进行通讯。
[0028] 在另一实施例中，所述转速采集装置112安装在动力装置中传动系统的传动箱和 变速箱间的传动轴上，用来采集重型车辆传动轴的转速。所述转速采集装置112具体为陀螺 仪式转速测量装置，将板载陀螺仪芯片安装在传动轴上，陀螺仪多数采用一种调音叉结构， 这种结构由两个振动并不断地做反向运动的物体组成。当施加角速率时，物体上的科里奥 效应产生相反方向的力，从而引起电容变化。电容差值与角速率Q成正比，经过信号整形后 树池方波信号，经转速计算模块换算成发动机转速。
[0029] 在另一实施例中，扭矩采集装置111、转速采集装置112安装在夹具内，并用夹具安 装在车辆的传动轴上。
[0030] 在另一实施例中，所述油门开度采集装置113安装在油门开度踏板的转轴处随油 门开度踏板联动，用来采集油门开度。所述油门开度采集装置113包括油门位置传感器及连 接装置，所诉油门位置传感器采用线位移传感器，并通过连接装置将线位移传感器连接在 转轴处，采集油门开度。
[0031] 在另一实施例中，所述挡位采集装置114安装在变速杆处，用来采集重型车辆的排 挡。
[0032]在另一实施例中，所述油耗采集装置115包括进油传感器115a和回油传感器115b， 进油传感器115a安装在燃油滤清器440的进油口处，回油传感器115b安装在喷油栗的回油 路上，用来采集发动机的实时燃油消耗量。
[0033]所述进油传感器115a和回油传感器115b为容积式流量传感器，采集燃油流量信 号，输出脉冲信号，流量传感器主要由活塞、曲轴、连杆和信号转换机构组成，燃油在栗油压 力作用下推动活塞运动，再由活塞运动推动曲轴旋转，曲轴旋转一周即四个活塞各往复运 动一次，完成一个进、排油循环。活塞在油缸中处于进油行程还是排油行程，取决于活塞相 对于进、排油口的位置。在燃油栗栗油压力的作用下，即可完成定容量、连续栗油的作用。曲 轴的另一端安装信号转换机构，由主动磁铁、从动磁铁、转轴。光栅板。发光二极管、光敏管、 电缆插座和壳体组成，主动磁铁装在曲轴上，从动磁铁装在转轴上，转轴通过轴承支承在壳 体内，转轴的上端固定有转动光栅板，在固定光栅上、下方有发光二极管和光敏管，当曲轴 转动，一对永久磁铁的吸引作用，转轴及其上的转动光栅也随之转动，通过发光二极管和光 敏管的光电作用，把曲轴的转动变成光电脉冲信号送入计量显示仪，经过内部运算处理后， 即可显示出流经的燃油量。
[0034]进油传感器115a的燃油量&为：
(1)
[0036]其中，心为进油传感器的流量信号频率，单位为Hz; ki为进油流量传感器的体积仪 表系数。
[0037]回油传感器115b的燃油量出为：
(1、
[0039] 其中，5为回油传感器的流量信号频率，单位为Hz; k2为回油传感器的体积仪表系 数。
[0040] 实时油耗Q的计算公式为：
[0041] Q = Qi-Q2 (3)
[0042] 本实用新型还包括一种重型车辆的发动机动力性能监测方法，包括以下步骤：
[0043] 重型车辆放入测试台，将重型车辆调整至最佳状态，输入不同扭矩n、转速V、挡位 Y和油门开度8,测试台采集不同扭矩n、转速V、挡位y和油门开度S所对应的标准油耗0。 [0044]步骤1、启动重型车辆，对数据接收显控系统200中的控制器输入扭矩n、转速v、挡 位Y和油门开度S所对应的标准油耗g、进油流量传感器的体积仪表系数kl和回油流量传 感器的体积仪表系数k2;
[0045]步骤2、数据采集子系统110实时采集扭矩n、转速v、挡位y和油门开度5,数据传输 子系统120将四参数传输至数据接收显控系统200,数据接收显控系统200将四参数传输至 数据接收显控系统300,数据接收显控系统300根据扭矩n、转速v、挡位y和油门开度S调出 所对应的标准油耗g ;
[0046] 步骤3、同时，数据处理系统300根据以下公式计算实时油耗Q;
(4)
[0048]其中，n为油量影响因子，无因次。
(5:)
[0050] 其中，n为油量影响因子，无因次;Co为管道校正因子，为常数2.33;P为燃油密度， 单位为g/mL; n为脉冲数，为正整数;D为管道直径，单位为cm; h为流量传感器的曲轴偏心距， 即活塞行程，单位为cm; g为重力加速度，单位为m/s2。
[0051] 联合公式(4)-(5)得到：
(6)
[0053] 步骤4、数据处理系统300对标准油耗@和实时油耗Q进行比较：
[0054]当实时油耗标准油耗数据接收显控系统300判断重型车辆的动力装置性能 优；
[0055] 当实时油耗Q> 1~1.2倍的标准油耗g，数据接收显控系统300判断重型车辆的动 力装置性能较好；
[0056] 当实时油耗Q>1.2~1.5倍的标准油耗0，数据接收显控系统300判断重型车辆的 动力装置性能开始下降的标志，需工作人员及时检修重型车辆的动力装置，及时排查动力 装置的性能下降原因。
[0057] 当实时油耗Q>1.6倍的标准油耗泛，数据接收显控系统300将警报命令传输至数据 接收显控系统200,控制数据接收显控系统200发出报警信号，需立即停车整顿。
[0058]如上所述，本实用新型具有如下有益效果:采用无线传感器网络技术研制的装甲 车辆动力装置监测系统，能对装甲装备的动力性能进行实时的检测、监控。该系统能实时、 准确地测试发动机的功率、扭矩等数据信息，通过无线网络将其传送给处理终端并以数据 库的形式进行存储，同时还能够对数据进行统计分析给出动力装置的技术状况变化情况， 使指挥员及时对装备动力性能作出准确判断，为制订训练、行军和作战计划提供依据;二是 实时地对动力装置的技术状况变化进行监测，有利于装备保障部门实施快速准确的装备技 术保障，提高装备保障的时效性;三是为开展装甲装备动力装置全寿命研究提供数据。四是 检测系统也能作为装甲装备场地试验的测试仪器对动力装置进行实车检测，解决野外实车 试验缺乏实验设备的难题。
[0059]尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中 所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言， 可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实 用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
【主权项】
1. 一种重型车辆的发动机动力性能监测装置，其特征在于，包括数据采集子系统和数 据传输子系统，所述数据采集子系统包括： 扭矩采集装置，其安装在传动系统中传动箱和变速箱间的传动轴上，用来采集车辆传 动轴的扭矩； 转速采集装置，其安装在传动系统中传动箱和变速箱间的传动轴上，用来采集车辆传 动轴的转速； 油耗采集装置，包括进油传感器和回油传感器，所述进油传感器安装在燃油滤清器的 进油口处，所述回油传感器安装在喷油栗的回油路上，用来采集发动机的实时燃油消耗量； 油门开度采集装置，其安装在油门开度踏板的转轴处随油门开度踏板联动，用来采集 油门开度； 挡位采集装置，其安装在变速杆上，用来采集测试时的排挡； 所述数据传输子系统，其与数据采集子系统连接，用于传输扭矩、转速、油耗、油门开度 和挡位性能参数。2. 如权利要求1所述的重型车辆的发动机动力性能监测装置，其特征在于，还包括:数 据接收显控系统，其用于接收、显示并存储扭矩、转速、油耗、油门开度和挡位性能参数，所 述数据接收显控系统连接数据传输子系统。3. 如权利要求2所述的重型车辆的发动机动力性能监测装置，其特征在于，所述数据传 输子系统采用无线数据传输方式将性能参数实时传输至数据接收显控系统。
【文档编号】G01M15/00GK205562168SQ201620270284
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】卫振彪, 陈永和, 黄永生, 郑坤鹏, 卢晓兵, 宋咸斌, 秦宝站, 黄健
【申请人】中国人民解放军装甲兵技术学院