專利名稱：：發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)及測量方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)及測量方法，屬于全工況范圍內(nèi)發(fā)動機活塞位置和相位的測量以及曲軸正反向旋轉(zhuǎn)的判斷。
背景技術：
：我國車用發(fā)動機多使用電磁式轉(zhuǎn)速傳感器和凸輪軸相位傳感器，因此無法測量發(fā)動機活塞的停止時的位置和各缸相位。目前，能夠精確測量發(fā)動機活塞的停止位置和各缸相位且能夠判斷發(fā)動機曲軸正反向旋轉(zhuǎn)的測量系統(tǒng)尚屬空白。為了直噴汽油機瞬時反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)的需要，要實現(xiàn)對活塞位置的閉環(huán)控制，活塞停止位置和發(fā)動機各缸所處的相位必須實時監(jiān)測，且能夠判斷發(fā)動機停機前的正反向旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明不論從功能還是精度上能夠滿足上述這些設計要求。本發(fā)明采用光電元件作為測量部分，能夠在低速時產(chǎn)生出準確的信號，所設計的信號靶盤均布有128處不同的缺口，所以信號靶盤隨曲軸旋轉(zhuǎn)一周時將產(chǎn)生出128組不同的信號，活塞的絕對位置被測量系統(tǒng)標定了出來，且能夠判斷發(fā)動機的正反向旋轉(zhuǎn)。而且，本發(fā)明同時具備測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速和凸輪軸相位的功能，能夠替代現(xiàn)有發(fā)動機上的轉(zhuǎn)速傳感器和凸輪軸相位傳感器。
發(fā)明內(nèi)容技術問題傳統(tǒng)發(fā)動機對曲軸轉(zhuǎn)速等信號多采用電磁感應式傳感器，這種傳感器的結構一般是內(nèi)含一永久磁體和一個感應線圈，當曲軸靶盤轉(zhuǎn)過電磁式傳感器時，由于齒峰和齒谷的變化，使得磁場發(fā)生變化，在線圈中感應出一交流電壓，其頻率和幅值隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化而變化，在發(fā)動機低速時信號幅值會很小甚至為零，因此無法測量發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速時活塞位置和各缸相位。直噴汽油機瞬時反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)所要求控制活塞的停止位置，傳統(tǒng)的電磁感應式傳感器顯然是無法滿足控制要求的。本發(fā)明正是在這樣的背景下提出了一種發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)及測量方法。該測量系統(tǒng)和方法，它能檢測全工況范圍內(nèi)的發(fā)動機活塞位置和相位，并且能判斷發(fā)動機的正反向旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明為直噴汽油機瞬時反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)實現(xiàn)對活塞位置的閉環(huán)控制提供了必要條件。解決上述問題的技術方案結合如下本發(fā)明提供的一種發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，包括信號靶盤、傳感器、傳感器支架，信號處理電路、單片機及電源電路，其特征在于，所述的信號靶盤由曲軸信號靶盤和凸輪軸信號靶盤組成，曲軸信號靶盤置于發(fā)動機皮帶輪的一側(cè)與曲軸同軸安裝，并隨曲軸同向旋轉(zhuǎn)，凸輪軸信號靶盤與凸輪軸同軸安裝，并隨凸輪軸同向旋轉(zhuǎn)；所述的傳感器為整體槽式光電傳感器，曲軸整體槽式光電傳感器采用由發(fā)送器和接收器構成的七對對射式紅外光電傳感器，通過傳感器支架上安裝在發(fā)動機缸體上，凸輪軸整體槽式光電傳感器采用由發(fā)送器和接收器構成的三對對射式紅外光電傳感器，通過傳感器支架上安裝在發(fā)動機的氣門室罩蓋內(nèi)；所述的信號處理電路通過信號線將接收到的曲軸整體槽式光電傳感器的接收器輸出信號處理成方波，信號處理電路與單片機用信號線連接，將方波信號送入單片機的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，單片機負責將數(shù)字信號給相應的變量賦，對這些變量的運算和比較，完成在全工況內(nèi)發(fā)動機活塞位置和各缸相位的測量以及發(fā)動機曲軸正反向旋轉(zhuǎn)的判斷；所述的電源電路通過電源線對傳感器、信號處理電路和單片機供電。所述的曲軸信號靶盤的圓周上均布有128處不同的缺口，這些缺口將整個圓周平均分成128個區(qū)域，曲軸信號靶盤的缺口區(qū)域是由七個同心圓環(huán)狀缺口區(qū)域組成，每個圓環(huán)區(qū)域的缺口產(chǎn)生的信號都影響變量a(l、ai、a2、a3、a4、a5和％的賦值，最外圍的環(huán)狀區(qū)域產(chǎn)生的信號對變量％賦值，最靠近圓心的環(huán)狀區(qū)域產(chǎn)生的信號對變量a6賦值，中間的五個環(huán)帶的缺口產(chǎn)生的信號由外向內(nèi)依次對變量^、a2、a3、a4和a5賦值，當兩個相鄰的環(huán)帶徑向相鄰處都有缺口時打通。所述的曲軸信號靶盤的缺口遵照二進制數(shù)0000000至1111111逆時針遞增排列挖制，挖空的缺口不遮光，紅外光電傳感器對外輸出高電平，沒有缺口則不透光，紅外光電傳感器對外輸出低電平，做信號處理的單片機將這些高低電平的組合識別為二進制數(shù)，發(fā)動機正向旋轉(zhuǎn)則這些二進制數(shù)進入遞增周期，發(fā)動機反向旋轉(zhuǎn)則這些二進制數(shù)進入遞減周期。所述的凸輪軸信號靶盤將一個圓盤以同圓心但不同半徑的扇形形狀劃分成有四個有效區(qū)域，各有效區(qū)域分別代表發(fā)動機的四個氣缸中的一個正處于壓縮行程，按凸輪軸的旋轉(zhuǎn)方向依次為1缸、3缸、4缸和2缸，這四個有效區(qū)域以不同的方式遮擋三對對射式光電傳感器中發(fā)射器發(fā)出的光線，具體方式是當1缸處于壓縮沖程時，凸輪軸信號靶盤將遮擋控制變量Q1和Q2的發(fā)射器發(fā)出的光線，不遮擋控制變量Qtl的發(fā)射器發(fā)出的光線；當3缸處于壓縮沖程時，凸輪軸信號靶盤將遮擋控制變量Q2的發(fā)射器發(fā)出的光線，不遮擋控制變量Q1和Qtl的發(fā)射器發(fā)出的光線；當4缸處于壓縮沖程時，凸輪軸信號靶盤將不遮擋控制變量Q2,Q1和Qtl的發(fā)射器發(fā)出的光線；當2缸處于壓縮沖程時，凸輪軸信號靶盤將遮擋控制變量Q2,Q1和Qtl的發(fā)射器發(fā)出的光線；隨著凸輪軸的旋轉(zhuǎn)凸輪軸信號靶盤將影響凸輪軸整體槽式光電傳感器產(chǎn)生的信號，即隨著發(fā)動機相位的改變而改變了變量QrQ1和Q2的賦值，隨著凸輪軸旋轉(zhuǎn)一周將產(chǎn)生四組不同的信號，實時測量發(fā)動機的相位。所述的曲軸信號靶盤與曲軸整體槽式光電傳感器的安裝關系是應將發(fā)動機的狀態(tài)調(diào)整為發(fā)動機第一缸處于壓縮行程上止點，此時曲軸信號靶盤缺口區(qū)域中的128處不同的缺口的1號和81號位置中心應分別對準曲軸整體槽式傳感器A和曲軸整體槽式傳感器B，整體槽式傳感器A和整體槽式傳感器B安裝時都對準曲軸信號靶盤的圓心處，兩者的間隔80個缺口區(qū)域，間隔角度順時針相差135°。所述的曲軸整體槽式光電傳感器和凸輪軸整體槽式光電傳感器均采用U型槽結構，發(fā)射器安裝在U型槽一側(cè)，接收器安裝在U型槽的另一側(cè)，每對光電傳感器的發(fā)射器和接收器的中心對準，同時曲軸整體槽式光電傳感器的七對發(fā)射器和接收器應與曲軸信號靶盤上的七個同心圓環(huán)狀缺口區(qū)域?qū)?，凸輪軸整體槽式光電傳感器的三對發(fā)射器和接收器應與凸輪軸信號靶盤上的四個有效區(qū)域相對應，在安裝后的整體槽式傳感器的槽間隙應有足夠的空間讓信號靶盤通過。所述的曲軸信號靶盤采用單個或2個，采用雙曲軸信號靶盤應同軸錯位安裝，即兩個信號靶盤的圓心重合錯開1°安裝，這種安裝方式的作用是防止測量系統(tǒng)做出誤判，使信號靶盤在360°整周的范圍內(nèi)缺口區(qū)域連續(xù)，使測量系統(tǒng)準確檢測出任何發(fā)動機停機曲軸位置。所述的信號處理電路的接收器接收由發(fā)射器發(fā)出的紅外光線，再經(jīng)過信號靶盤缺口區(qū)域過濾由接收器接收，此時接收器產(chǎn)生的信號波形接近正弦波型，要將信號通過信號處理電路處理成方波，再送入單片機的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，根據(jù)數(shù)字信號給相應的變量賦值。單片機的存儲部分包括存入的活塞位置標定表和凸輪軸相位表，所述的活塞位置標定表是根據(jù)曲軸信號靶盤所挖制的128組不同形式的缺口而定，活塞位置標定表的作用是建立信號與曲軸位置的對應關系；所述的凸輪軸相位表是根據(jù)凸輪軸信號靶盤的四處有效區(qū)域而定，凸輪軸相位表的作用是建立信號與發(fā)動機相位的對應關系。一種用于發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)的測量方法，所述的測量方法包括以下步驟步驟1:變量賦值，單片機讀取變量徹、、、、、和a6以及變量tvb^lvlvb4、b5和b6的值，并按照一定的設計的加權規(guī)則計算出變量A和變量B；步驟2冗余判斷，為防止測量系統(tǒng)的損壞而測量出不準確的結果，所以要進行冗余判斷。在此步驟中要將變量A和變量B作差，并賦給變量C，再對變量C的的值與規(guī)定好的測量系統(tǒng)正常工作的正確值進行比較，若與正常值一致，則說明測量結果有效準確，若與正常值不一致，則測量系統(tǒng)將進入故障模式等待維修；步驟3發(fā)動機正反轉(zhuǎn)判斷，由于發(fā)動機在靜止前會發(fā)生數(shù)次正反向旋轉(zhuǎn)，這種旋轉(zhuǎn)對發(fā)動機的停止位置會很大影響，所以要判讀發(fā)動機曲軸的旋向，通過比較變量A兩次連續(xù)取值的大小，可以得出發(fā)動機曲軸的旋轉(zhuǎn)方向，也可以判斷出發(fā)動機是否已經(jīng)靜止；步驟4曲軸是否旋轉(zhuǎn)一周及當前表更換，通過對每兩次變量A的值之差的變化來判斷發(fā)動機曲軸是否旋轉(zhuǎn)了一周，如果曲軸旋轉(zhuǎn)了一周則需要更換當前的活塞標定表；步驟5凸輪軸相位判斷步驟，通過變量QrQ1和Q2的值與凸輪軸相位表來比較得出發(fā)動機的相位；步驟4或步驟5任選其一，最后完成發(fā)動機活塞位置和相位的實時測量。所述的步驟1包括步驟Sl讀取a。、a”a2、a3、a4、a5和a6的值后，按照A=a6*26+a5*25+a4*24+a3*23+a2*22+a1*21+a0*2°的方式對變量A賦值；步驟S2讀取b0、Vb2、b3、b4、b5和b6的值后，按照B=b6*26+b5*25+b4*24+b3*23+b2*22+b1*21+b0*2°的方式對變量B賦值；步驟S3將變量A和變量B兩者做差后取絕對值并將此絕對值賦給變量C；所述的步驟2包括步驟S4判斷變量C的值是否等于1010000或0000000；步驟S5在當前狀態(tài)滿足變量C的值是否等于0000000后，測量系統(tǒng)的單片機重新讀取變量C；步驟S6在當前狀態(tài)滿足變量C的值是否等于1010000后，測量系統(tǒng)的單片機重新讀取變量C；步驟S7若當前狀態(tài)使變量C的值既不等于1010000也不等于000000后，本測量系統(tǒng)進入故障模式；步驟S8重新讀取變量C后，判斷變量C的值是否等于1010000；步驟S9重新讀取變量C后，判斷變量C的值是否等于0000000；步驟SlO在測量系統(tǒng)進入故障模式后，故障燈會開啟提示駕駛者；步驟Sll在冗余判斷后認定測量系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，說明變量A和變量B有效，并記錄變量A和變量B;所述的步驟3包括步驟S12判斷變量A的當前值A2與其上一次的值Al之差是否大于1；步驟S13判斷變量A的當前值A2與其上一次的值Al之差是否等于1111111；步驟S14:判斷變量A的當前值A2與其上一次的值Al之差是否等于-1111111；步驟S15若A2=Al則說明發(fā)動機曲軸已經(jīng)處于靜止狀態(tài)；步驟S16若滿足變量A的當前值A2與其上一次的值Al之差大于0且不等于1111111，則說明發(fā)動機曲軸處于正向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；步驟S17若滿足變量A的當前值A2與其上一次的值Al之差小于0且不等于-1111111，則說明發(fā)動機曲軸處于反向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。所述的步驟4包括步驟S18要做發(fā)動機曲軸是否完成一整周的旋轉(zhuǎn)的判斷，判斷的條件為變量A的當前值A2與上一次測量變量Al之差為變量K，判斷變量K兩次等于-1111111的期間內(nèi)K是否連續(xù)127次大于0，若滿足此條件，則說明發(fā)動機曲軸完成了一周的旋轉(zhuǎn)；若不滿足此條件，則說明發(fā)動機曲軸沒有旋轉(zhuǎn)一整周；步驟S19確定發(fā)動機曲軸已經(jīng)完成了一周的旋轉(zhuǎn)；步驟S20發(fā)動機曲軸沒有完成一周的旋轉(zhuǎn)，記錄變量K連續(xù)大于0的次數(shù)的變量i需要清零；步驟S21確定發(fā)動機曲軸沒有完成一周的旋轉(zhuǎn)；步驟S22發(fā)動機曲軸已經(jīng)完成了一周的旋轉(zhuǎn)。由于發(fā)動機的工作狀態(tài)是曲軸旋轉(zhuǎn)兩周為一個周期，因此需要更換活塞位置標定表查詢活塞位置；步驟S23根據(jù)當前的活塞位置標定表確定壓縮缸的活塞位置；步驟S24:測量系統(tǒng)向瞬時反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)發(fā)出發(fā)動機曲軸為正向旋轉(zhuǎn)的信號；步驟S25判斷信號靶盤是否經(jīng)過了1號缺口區(qū)域且發(fā)動機曲軸之前有反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，若有滿足條件則要更換當前表，若不滿足條件則用當前表查找壓縮缸的活塞位置；步驟S26測量系統(tǒng)向瞬時反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)發(fā)出發(fā)動機曲軸為反向旋轉(zhuǎn)的信號；步驟S27判斷信號靶盤是否經(jīng)過了1號缺口區(qū)域，若有滿足條件則要更換當前表，若不滿足條件則用當前表查找壓縮缸的活塞位置；步驟S28測量系統(tǒng)記錄壓縮缸的活塞位置。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明設計了一種能在全工況范圍內(nèi)測量發(fā)動機活塞和相位的系統(tǒng)及其測量方法，該系統(tǒng)還能實現(xiàn)發(fā)動機正反轉(zhuǎn)的判別。本發(fā)明為閉環(huán)控制活塞的位置提供了必要條件，使活塞可靠地停在目標位置范圍內(nèi)，使直噴汽油機的瞬時反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)能夠可靠地起動發(fā)動機。本發(fā)明對直接起停系統(tǒng)實現(xiàn)產(chǎn)品化提供了可靠且必須的平臺。而且，本發(fā)明同時具備測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速和凸輪軸相位的功能，能夠替代現(xiàn)有發(fā)動機上的轉(zhuǎn)速傳感器和凸輪軸相位傳感器。因此本發(fā)明具有很廣闊的市場潛力和實際應用價值，且可為我國在汽車節(jié)能減排方面增加一項具有自主知識產(chǎn)權的先進技術。圖1發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)測量工作過程示意圖。圖2變量賦值流程圖。圖3冗余判斷流程圖。圖4發(fā)動機曲軸正反轉(zhuǎn)判斷流程圖。圖5曲軸是否旋轉(zhuǎn)一周判斷及當前表更換流程圖。圖6測量系統(tǒng)與瞬時反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)硬件結構示意圖。圖7信號靶盤設計圖。圖8信號靶盤缺口區(qū)域局部放大圖。圖9(a)曲軸整體槽式傳感器示意圖。圖9(b)是圖9(a)的側(cè)視圖。圖10信號靶盤與整體槽式傳感器安裝示意圖。圖11(a)凸輪軸整體槽式傳感器示意圖。圖11(b)是圖11(a)的側(cè)視圖。圖12凸輪軸信號靶盤示意圖。圖13凸輪軸信號靶盤與凸輪軸整體槽式傳感器安裝示意圖。圖14雙曲軸信號靶盤安裝示意圖。圖中1-整體槽式傳感器A，2-整體槽式傳感器B，3-與發(fā)動機皮帶輪固定用通孔，4-缺口區(qū)域，5-發(fā)射器，6-接收器，7-傳感器支架，8-固定用螺栓孔，9-發(fā)射器，10-接收器，11-有效區(qū)域，12-整體槽式傳感器C，I-I缸，II-缸，III-缸，IV-4缸，圖7和圖14中的箭頭為曲軸旋轉(zhuǎn)方向(向皮帶輪方向看)具體實施例方式下面結合附圖所示實施例進一步說明本發(fā)明的具體內(nèi)容及其實施方式。本發(fā)明所設計的測量系統(tǒng)的測量部分使用光電式元件，這樣保證了發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的信號準確；在充分考慮安裝尺寸，信號噪聲大小，現(xiàn)有加工工藝水平以及生產(chǎn)成本等問題后，本發(fā)明所設計的信號靶盤共設有128處不同的缺口，這些缺口將整個圓周平均分成128個區(qū)域，因為每一處的缺口都不相同，所以信號靶盤隨曲軸旋轉(zhuǎn)一周時將產(chǎn)生出128組不同的信號，即活塞在氣缸中每移動2.8125°CA(CA曲軸轉(zhuǎn)角)，就會對應一組特殊的信號，這樣就把活塞的絕對位置標定了出來，且能夠判斷發(fā)動機的正反轉(zhuǎn)，其誤差僅為士1.8125°CA。配合發(fā)動機的發(fā)火順序依靠本發(fā)明的測量系統(tǒng)，可以測量在發(fā)動機在最高轉(zhuǎn)速直至曲軸靜止范圍內(nèi)的活塞位置和發(fā)動機各缸所處的相位。本發(fā)明所設計的信號靶盤設有的128處缺口，這128個缺口的任意兩處都是不同的，這樣設計的目的是讓活塞在氣缸中每往復一次產(chǎn)生128個不同的信號，即在一個往復周期內(nèi)活塞每移動2.8125°CA就產(chǎn)生一個不同的信號，這樣活塞在氣缸中的絕對位置被標定出來。光電傳感器本身是靠光電載流子是否被充分激發(fā)而產(chǎn)生信號，無須像磁電式傳感器那樣感應出交流電壓，其產(chǎn)生信號的幅值不受曲軸轉(zhuǎn)速變化影響，因此穩(wěn)定信號幅值穩(wěn)定；其次光本身為高速，而且相關電路都由電子零件構成，響應時間非常短；另外，光電傳感器的高級設計技術使投光光束集中在小光點，這樣即可實現(xiàn)高分辨率。鑒于光電傳感器這些自身所帶有的特性，當發(fā)動機加減速時本發(fā)明所設計的測量系統(tǒng)仍能提供可靠的信號。識別缺口采用的是光電傳感器，采用的光電傳感器由發(fā)送器和接收器構成，本發(fā)明采用七對對射式紅外光電傳感器，將這七對對射式紅外光電傳感器的發(fā)送器和接收器裝入特定的槽中組成一個整體的槽式傳感器，信號靶盤的缺口部分將從這個槽式傳感器的槽中通過，這樣信號靶盤每轉(zhuǎn)過一個角度，這七對傳感器將產(chǎn)生出一組信號。為了使在一個往復周期中每個活塞位置都能產(chǎn)生一組不同的信號，且能判斷出發(fā)動機曲軸的正反向旋轉(zhuǎn)，即在發(fā)動機停油熄火后的正反向旋轉(zhuǎn)，信號靶盤遵照二進制數(shù)0000000至1111111逆時針遞增排列而挖制缺口，本發(fā)明設計為挖空的缺口不遮光光電管對外輸出高電平，沒有缺口則不透光光電管對外輸出低電平，信號靶盤隨曲軸旋轉(zhuǎn)一周將使光電管輸出"低低低低低低低"一“低低低低低低高"一......一“高高高高高高低"一“高高高高高高高"一“低低低低低低低"一“低低低低低低高"等，做信號處理的單片機將這些高低電平的組合可識別為二進制數(shù)〃0000000〃一〃0000001〃一......一〃1111110〃一〃1111111"—〃0000000〃一〃0000001"等，如果發(fā)動機是正向旋轉(zhuǎn)則這些二進制數(shù)進入遞增周期，即〃0000000"—“0000001"—......—“1111110"—“1111111"—“0000000"—〃0000001"等，如果發(fā)動機是反向旋轉(zhuǎn)則這些二進制數(shù)進入遞減周期，"0000001〃一“0000000"—“1111111"—“1111110"—......—“0000001"—“0000000"等。本發(fā)明安裝兩組組裝好的整體槽式傳感器以作為冗余設計。一組整體槽式傳感器A對準安裝在圖7的所示的1號處中心線，另一處整體槽式傳感器B對準安裝在圖7的81號處中心線。這樣做的目的是為了保證測量的可靠性和有效性，以此方式安裝整體槽式傳感器可以進行冗余校核。在正常工作狀態(tài)下，單片機將從整體槽式傳感器1和整體槽式傳感器2所讀出的二進制數(shù)之差的絕對值為1010000或為0，而且這兩個差將逐次間隔出現(xiàn)。若所讀出的二進制數(shù)之差不滿足上述規(guī)律則說明測量系統(tǒng)發(fā)生故障，并進入故障模式。在經(jīng)過信號處理電路和A/D轉(zhuǎn)換后，由兩組槽式傳感器每組包含七對光電傳感器所輸出的七路信號進入作為測量系統(tǒng)的核心的單片機，一組分別定義為變量％、ai、a2、a3、a4>a5和a6，另一組分別定義為b^b^b2、b3、b4、b5和b6。為能實時測量活塞位置，在安裝時應將發(fā)動機的狀態(tài)調(diào)整為發(fā)動機第一缸處于壓縮行程上止點，此時信號靶盤缺口區(qū)域中的1號位置中心應對準整體槽式傳感器A，并且保持測量系統(tǒng)的供電。如果測量系統(tǒng)失去供電，則在下次運行本系統(tǒng)前必須進行初始化工作，即重新將發(fā)動機調(diào)整為發(fā)動機第一缸處于壓縮行程上止點，且信號靶盤缺口區(qū)域中的1號位置中心應對準整體槽式傳感器A。開啟電源后，測量系統(tǒng)即標定此時發(fā)動機第一缸處于壓縮行程上止點。測量系統(tǒng)根據(jù)本發(fā)明的規(guī)定的活塞位置標定表，可以實時的測量出發(fā)動機活塞位置、相位以及發(fā)動機曲軸的正反向旋轉(zhuǎn)信號。本發(fā)明設計了一種活塞位置標定表，目的在于測量發(fā)動機活塞的位置。測量系統(tǒng)是根據(jù)本發(fā)明設計的活塞位置測量表得出活塞位置。由于發(fā)動機的一個工作循環(huán)曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，因此四缸發(fā)動機需要兩個活塞位置標定表(活塞位置標定表<一>和活塞位置標定表〈二>)且根據(jù)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)使用不同的表查詢活塞位置。本發(fā)明定義了“當前表”的概念，所謂“當前表”就是需要根據(jù)這個“當前表”來查詢活塞位置，而且“當前表”要根據(jù)發(fā)動機的狀態(tài)實時的做出改變。下文中的兩個活塞位置標定表是以發(fā)火順序為1-3-4-2的四缸發(fā)動機為例設計的活塞位置標定表。為了表述方便，活塞位置一欄將簡化表述，例如第一缸活塞處于壓縮上止點，簡化表述為(1)0°；再例如，第三缸活塞處于壓縮上止點前90°，簡化表述為(3)90°。注所有活塞位置都以壓縮行程和壓縮上止點前為參照。本發(fā)明還提出了通過加裝凸輪軸信號測量裝置可實現(xiàn)可斷電的測量裝置及方法。由于凸輪軸每旋轉(zhuǎn)一圈就標志著發(fā)動機完成一個工作周期，所以加裝在凸輪軸上的凸輪軸信號靶盤，可以區(qū)分停機時發(fā)動機的相位。凸輪軸信號靶盤設計有四個有效區(qū)域，每個有效區(qū)域都對應著相應氣缸的壓縮沖程。本發(fā)明設計為不遮光的區(qū)域光電管對外輸出高電平，不透光的區(qū)域光電管對外輸出低電平。當安裝在凸輪軸信號靶盤上的凸輪軸整體槽式傳感器檢測到對應區(qū)域時，會對應產(chǎn)生出相應的信號，發(fā)動機每一個工作周期，凸輪軸整體槽式傳感器會因凸輪軸的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生四組排列不同電平信號，分別是"低低高"，“低高高"，“高高高"，“低低低"，做信號處理的單片機將這些高低電平的組合可識別為二進制數(shù)為〃001〃，‘‘011〃，‘‘111〃和〃000〃。各信號與處于壓縮行程的氣缸的對應關系見凸輪軸相位表。在經(jīng)過信號處理電路和A/D轉(zhuǎn)換后，由凸輪軸槽式傳感器每組包含三對光電傳感器所輸出的三路信號進入作為測量系統(tǒng)的核心的單片機，分別定義為變量Q0、Ql和Q2。測量系統(tǒng)的單片機能都實時檢測變量Q0、Q1和Q2的組合，再通過凸輪軸相位表即可得知發(fā)動機的相位。因此測量系統(tǒng)只要開啟，能夠立即判斷發(fā)動機當前的活塞位置和相位，無需初始化。即使測量系統(tǒng)斷電時發(fā)動機改變，測量系統(tǒng)開啟之時，即能在第一時間做出有效準確的判斷，不會出現(xiàn)無法分辨發(fā)動機相位的情況。值得一提的是，如果為降低成本不使用凸輪軸靶盤及相應的測量系統(tǒng)，則要使用兩套活塞位置標定表且不使用凸輪軸相位表，以區(qū)別某缸是處于壓縮行程還是排氣行程。如果使用了凸輪軸靶盤及相應的測量系統(tǒng)，則使用用一套活塞位置標定表且使用凸輪軸相位表，即可區(qū)別發(fā)動機的相位。為使曲軸信號靶盤具有一定的強度，而防止在發(fā)動機高速旋轉(zhuǎn)的損壞或振動，同時也是為了保證足夠的測量精度。曲軸信號靶盤任意兩個缺口區(qū)域之間并沒有打通。當發(fā)動機停止時曲軸的槽式傳感器所處的檢測位置正好在曲軸信號靶盤的缺口區(qū)域之間的未打通區(qū)域，測量系統(tǒng)的單片機會做出發(fā)動機曲軸正處于0號缺口區(qū)域的判斷。為了防止這種誤判，本發(fā)明采取雙曲軸信號靶盤同軸錯位安裝的安裝方式。兩個信號靶盤上都有槽式傳感器，且同軸錯開1°安裝，這樣的設計使信號靶盤在360°整周的范圍內(nèi)缺口區(qū)域連續(xù)，可使測量系統(tǒng)準確檢測出任何發(fā)動機停機曲軸位置。本發(fā)明的曲軸信號靶盤的最外圍缺口區(qū)域，是完全可以替代傳統(tǒng)測量曲軸轉(zhuǎn)速的信號靶盤的，而且使用任意一個缺口區(qū)域都能替代傳統(tǒng)的缺齒信號，因此本發(fā)明也能準確測量曲軸的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明的凸輪軸信號也能夠完成凸輪軸相位的測量，因此本發(fā)明可以替代現(xiàn)有發(fā)動機的曲軸轉(zhuǎn)速傳感器和凸輪軸相位傳感器?；钊恢脴硕ū?lt;一><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>(3)1546875。WOOO1O1O(3)151.875°11°°°1011(3)149.0625°120001100(3)146.25°130001101(3)143.4375°14°°°1110(3)140.625=15°001111(3)137812501600i0000(3)]350170010001(3)132.1875°18°010010(3)129.375"19°°1°°11(3)126.5625^200010100(3)123.75°210010101(3)120.9375°220010110(3)118.125°230010111(3)115.3125°24°°11°0011(25O250011001(3)109.6875°260011010106.875"2700110！](3)104.0625°280011100(3)101.25°29001110198.4375=300°11110(3)95.625°310011111(3)92.8125°320100000(3)9QO330100001(3)87.1875°340100010二350100011(3)81.5625°360100100<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>(4)106.875°911011011(4)104.0625°921011100(4)10125。931011101(4)98.4375°941011110(4)95.625=951011111(4)92.8125^961100000(4)90o971100001(4)87.1875°9811°°010(4)84.375°“11°°°11(4)81.5625°1001100100(4)78.75°1011100101(4)75.9375"1021100110(4)73.125°1031100111(4)70.3125°10411°100°(4)67.5°1051101001(4)64.6875°10611°1°1°(4)61.875°1071101011(4)59.0625°1081101100(4)56.25°1091101101(4)53.4375°1101101110(4)50.625"1111101111(4)47.8125°1121110000(4)45οΠ31110001(4)42.1875°1141110010(4)39.375°1]5111t011(4)36.5625°1161110100(4)337501Π?。?！0iO！(4)30.9375°1181110110(4)28.125。1191110111(4)25.3125。1201111000(4)225o1211111001(4)19.6875°1221111010—Ο]二。1231111011(4)14.0625°12411100(4)11.25。1251111101(4)8.4375°1261111110(4)5.625°1271111111(4)28125οοοοοοοοο活塞位置標定表〈二〉活塞缺口變量變量變量變量變量變量變量位S區(qū)域aea5a4a3a2a]ao編號(4)Oo10000001177.875°20000010(2)174375。30000011(2)171.5625°40000100I6S27V50000101(2)165.9375°60000110』)25。70000111■Ι。80001000(2)157.5°90001001(2)■154.6875°100001010151(.875°1100OlO11(2)149.0625°12000110014622VHO001101143(.42375°1400011101402625°1500！!!Ι37(·82Ι)25。160010000工)。170010001(2)132.1875°180010010129.375°1900100i126.5625°20001010012327V210010101120(.923)75。22001011011S'2523001O1i1二5。240011000(2)1]250250O11001(2)109.6875。2600110101062875°270011011104.0625°280011100IOi22V29001110198.43750300011！1O95(622)5。3100i！l·i！92.H320i00000(9qo3301O000187.(12B75°34010001084%。3501000！81.5625°360100100(2)‘78.75°370100101(2)75.9375°38010011073(.125°39010011170.32125°400101000m41O1O1OO1/.J64.6875°42°10101061(827〉5。43O！O！Oi59.0625°4401011005122)5。450！0ii0！53.(42375"46010111050.625°470i0]！ii47.3)25。480i！0000二49011000142.1875°500110010(2)39.375°510110011(2)36.5625°520110100()3375°53011010130.9375°54°11°11°28(2)5。550i10ii125.(32125°560i]]00。2(225)。57011100119(628)75。580111010]6(827)5。590i?。?！i14.0625°60°111100li.25°6〗0?。。?！0！8.43275°620??！]！！。品。630111111(2)28125。641000000？。)651000001177:;8)75。661000010<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table><image>imageseeoriginaldocumentpage22</image>2limi!i1OO！19.6875°122111101016.875°123111101114.0625°1241111100(ι)11.25°1251111101J;126i1l·11！05.625012711111112。00000000凸輪軸相位表處于壓縮行程的氣缸變量Q2變量Q1變量Qo1001301141112O00本系統(tǒng)對發(fā)動機本身改造不多，因此批量生產(chǎn)成本不高，研發(fā)周期也較短，卻是直噴汽油機瞬時反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制活塞位置所必需的裝置，將大大提高瞬時反轉(zhuǎn)直接起動的可靠性，將對發(fā)動機排放性和經(jīng)濟性帶來很大改善。同時也對提高中國車用內(nèi)燃機在市場上的競爭力有很大好處。總之，本發(fā)明的開發(fā)無論從經(jīng)濟效益，還是對社會效益都將帶來巨大的收獲。參閱圖1發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)測量工作過程的主要部分參閱圖1所示。測試方法由變量賦值，冗余判斷，發(fā)動機的正反轉(zhuǎn)判斷，曲軸是否旋轉(zhuǎn)一周判斷及當前表更換，然后得出發(fā)動機的活塞位置和相位。圖1中虛線的部分是表示如果生產(chǎn)成本允許可以使用本專利設計的凸輪軸信號靶盤和凸輪軸整體槽式傳感器直接檢測發(fā)動機的相位，就省略掉曲軸是否旋轉(zhuǎn)一周判斷及當前表更換的步驟，而得出準確的發(fā)動機的活塞位置和相位。參閱圖2經(jīng)過信號處理電路和A/D轉(zhuǎn)換后，由兩組槽式傳感器每組包含七對光電傳感器所輸出的七路信號進入作為測量系統(tǒng)的核心的單片機，一組分別定義為變量a0、al、、、、和如另一組分別定義為^‘‘‘！^和!^。這每組的這七個變量的每一次取值將組成一個七位的二進制數(shù)并將這個值存入變量A和B。變量A和B的組成方法如下以變量A為例，變量a(1、ai、a2、a3、a4、a5和a6按順序分別為變量A的最低位至最高位，即A=a6*26+a5*25+a4*24+a3*23+a2*22+a1*21+a0*20o變量aQ由信號革巴盤上的最靠近邊緣的缺口生成，變量a6由信號靶盤上的最靠近圓心的缺口生成，變量ai、a2、a3、a4和a5依次由中間環(huán)帶區(qū)域的缺口生成，變量B也以同樣的方法賦值。當變量A和變量B都賦值后，將兩者做差后取絕對值并將此絕對值賦給變量C。在步驟Sl中，讀取a。、a”a2、a3、a4、a5和a6的值后，按照A=a6*26+a5*25+a4*24+a3*23+a2*22+a1*21+a0*2°的方式對變量A賦值。在步驟S2中，讀取b0、Vb2、b3、b4、b5和b6的值后，按照B=b6*26+b5*25+b4*24+b3*23+b2*22+b1*21+b0*2°的方式對變量B賦值。在步驟S3中，將變量A和變量B兩者做差后取絕對值并將此絕對值賦給變量C，此后程序?qū)⑦M入冗余判斷流程。參考圖3判斷變量C是否等于1010000或0000000，因為兩組整體槽式傳感器安裝的相位差是135°(發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)的反方向)，信號靶盤均分為128個缺口區(qū)域，相位差是135°是間隔80個缺口區(qū)域。按照所設計的缺口挖制方式，如果本測量系統(tǒng)工作正常，變量C的值只能為1010000和0000000且應交替出現(xiàn)。若滿足變量C條件系統(tǒng)則對認為變量A和變量B有效并記錄，此后程序?qū)⑦M入發(fā)動機曲軸正反轉(zhuǎn)判斷流程；若不滿足變量C條件則說明測量系統(tǒng)工作不正常，本測量系統(tǒng)應進入故障模式，且開啟故障燈提示駕駛者。在步驟S4中，判斷變量C的值是否等于1010000或0000000。在步驟S5中，在當前狀態(tài)滿足變量C的值是否等于0000000后，測量系統(tǒng)的單片機重新讀取變量C。在步驟S6中，在當前狀態(tài)滿足變量C的值是否等于1010000后，測量系統(tǒng)的單片機重新讀取變量C。在步驟S7中，若當前狀態(tài)使變量C的值既不等于1010000也不等于000000后，本測量系統(tǒng)進入故障模式。在步驟S8中，重新讀取變量C后，判斷變量C的值是否等于1010000。在步驟S9中，重新讀取變量C后，判斷變量C的值是否等于0000000。在步驟SlO中，在測量系統(tǒng)進入故障模式后，故障燈會開啟提示駕駛者。在步驟Sll中，在冗余判斷后認定測量系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，說明變量A和變量B有效，并記錄變量A和變量B。參考圖4:判斷發(fā)動機曲軸正反轉(zhuǎn)需要比較變量A的當前值與其前一次值的大小，若當前值A2比前一次值Al大，或者兩者之差等于-1111111，則說明發(fā)動機曲軸正向旋轉(zhuǎn)；若當前值A2比前一次值Al小，或者兩者之差等于1111111，則說明發(fā)動機曲軸反向旋轉(zhuǎn)；若A2等于Al則說明發(fā)動機曲軸靜止。在步驟S12中，判斷變量A的當前值A2與其上一次的值Al之差是否大于1。在步驟S13中，判斷變量A的當前值A2與其上一次的值Al之差是否等于1111111。在步驟S14中，判斷變量A的當前值A2與其上一次的值Al之差是否等于-1111111。在步驟S15中，若A2=Al則說明發(fā)動機曲軸已經(jīng)處于靜止狀態(tài)。在步驟S16中，若滿足變量A的當前值A2與其上一次的值Al之差大于0且不等于1111111，則說明發(fā)動機曲軸處于正向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。在步驟S17中，若滿足變量A的當前值A2與其上一次的值Al之差小于0且不等于-1111111，則說明發(fā)動機曲軸處于反向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。在步驟S26中，測量系統(tǒng)向瞬時反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)發(fā)出發(fā)動機曲軸為反向旋轉(zhuǎn)的信號。在步驟S24中，測量系統(tǒng)向瞬時反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)發(fā)出發(fā)動機曲軸為正向旋轉(zhuǎn)的信號。參考圖5再結合當前的活塞位置標定表后即可根據(jù)變量A確定正處于壓縮行程的活塞位置。為了方便下一次瞬時反轉(zhuǎn)起動，發(fā)動機電控系統(tǒng)需要記錄活塞位置。在步驟S18中，要做發(fā)動機曲軸是否完成一整周的旋轉(zhuǎn)的判斷。判斷的條件為變量A的當前值A2與上一次測量變量Al之差為變量K，判斷變量K兩次等于-1111111的期間內(nèi)K是否連續(xù)127次大于0，若滿足此條件，則說明發(fā)動機曲軸完成了一周的旋轉(zhuǎn)；若不滿足此條件，則說明發(fā)動機曲軸沒有旋轉(zhuǎn)一整周。在步驟S19中，確定發(fā)動機曲軸已經(jīng)完成了一周的旋轉(zhuǎn)。在步驟S20中，發(fā)動機曲軸沒有完成一周的旋轉(zhuǎn)，記錄變量K連續(xù)大于0的次數(shù)的變量i需要清零。在步驟S21中，確定發(fā)動機曲軸沒有完成一周的旋轉(zhuǎn)。在步驟S22中，發(fā)動機曲軸已經(jīng)完成了一周的旋轉(zhuǎn)。由于發(fā)動機的工作狀態(tài)是曲軸旋轉(zhuǎn)兩周為一個周期，因此需要更換活塞位置標定表查詢活塞位置。在步驟S23中，根據(jù)當前的活塞位置標定表確定壓縮缸的活塞位置。在步驟S25中，判斷信號靶盤是否經(jīng)過了1號缺口區(qū)域且發(fā)動機曲軸之前有反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，若有滿足條件則要更換當前表，若不滿足條件則用當前表查找壓縮缸的活塞位置。在步驟S27中，判斷信號靶盤是否經(jīng)過了1號缺口區(qū)域，若有滿足條件則要更換當前表，若不滿足條件則用當前表查找壓縮缸的活塞位置。在步驟S28中，測量系統(tǒng)記錄壓縮缸的活塞位置。參閱圖6:本發(fā)明所包含的曲軸信號靶盤與發(fā)動機的曲軸同軸安裝，曲軸信號靶盤的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向與曲軸完全相同，因此它能通過曲軸轉(zhuǎn)角準確地反映活塞在氣缸中的位置。電源對光電傳感器的發(fā)射器、接收器以及測量系統(tǒng)的單片機供電。接收器接收由發(fā)射器發(fā)出的紅外光線，再經(jīng)過曲軸信號靶盤缺口區(qū)域過濾由接收器接收。此時接收器產(chǎn)生的信號波形接近正弦波型，因此要將信號通入信號處理電路處理成方波，再送入單片機的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，根據(jù)數(shù)字信號對相應的變量賦值。測量系統(tǒng)根據(jù)本發(fā)明所設計測量流程將會計算出活塞位置信號和相位信號，并送入瞬時反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)。參閱圖7:本發(fā)明包含的信號靶盤與發(fā)動機曲軸同軸安裝，安裝在發(fā)動機的皮帶輪一側(cè)。在安裝時應將發(fā)動機的狀態(tài)調(diào)整為發(fā)動機第一缸處于壓縮行程上止點，此時信號靶盤缺口區(qū)域中的1號位置中心應對準整體槽式傳感器A，信號靶盤上的六個與皮帶輪連接的螺栓孔其中有一個較小，就是為了防止安裝時竄位。信號靶盤的外圍挖制出一系列的缺口，整體槽式傳感器將根據(jù)缺口的形狀確定活塞在氣缸中的位置以及發(fā)動機相位。整體槽式傳感器A和整體槽式傳感器B安裝時都對準信號靶盤的圓心處，兩者的間隔80個缺口區(qū)域，間隔角度順時針相差135°，安裝好后測量系統(tǒng)要開始工作保持供電。信號靶盤具有一定的厚度以防止因發(fā)動機振動而帶來的變形。參閱圖8信號靶盤的缺口區(qū)域是由七個同心圓環(huán)狀缺口區(qū)域組成的，每個圓環(huán)區(qū)域的缺口產(chǎn)生的信號將影響變量％、B1,a2、a3、a4、a5和a6的賦值。最外圍的環(huán)狀區(qū)域產(chǎn)生的信號將對變量％賦值，最靠近圓心的環(huán)狀區(qū)域產(chǎn)生的信號將對變量a6賦值，中間的五個環(huán)帶的缺口產(chǎn)生的信號將由外向內(nèi)依次對變量^、^、^、&和％賦值。當兩個相鄰的環(huán)帶都有缺口時，為簡化工藝降低加工成本，兩個徑向相鄰的缺口可以打通，如圖4中的127號、126號和125號缺口區(qū)域都存在打通徑向相鄰的缺口的情況。參閱圖9本發(fā)明所設計的U型槽要裝有七對對射式光電傳感器，U型槽的一側(cè)安裝發(fā)射器，另一側(cè)安裝接收器，安裝好后要保證每對光電傳感器的發(fā)射器和接收器的中心對準。另外，在安裝后的整體槽式傳感器的槽間隙要保證有足夠的空間讓信號靶盤通過。參閱圖10測量系統(tǒng)能準確測量就需要信號靶盤和兩個整體槽式傳感器的正確配合，二者安裝好后的位置關系如圖6所示。信號靶盤與發(fā)動機皮帶輪相連接，傳感器支架通過固定用螺栓孔固定在發(fā)動機的機體上，整體槽式傳感器A和整體槽式傳感器B固定在傳感器支架的對應位置上。參閱圖11本發(fā)明所設計的U型槽要裝有三對對射式光電傳感器，U型槽的一側(cè)安裝發(fā)射器，另一側(cè)安裝接收器，安裝好后要保證每對光電傳感器的發(fā)射器和接收器的中心對準。另外，在安裝后的整體槽式傳感器的槽間隙要保證有足夠的空間讓凸輪軸信號靶盤通過。參閱圖12本發(fā)明所設計的凸輪軸信號靶盤有四個有效區(qū)域代表發(fā)動機的四個氣缸，分別按凸輪軸的旋轉(zhuǎn)方向依次代表為1缸、3缸、4缸和2缸。凸輪軸信號靶盤環(huán)帶區(qū)域由外向內(nèi)依次影響變量Qo、Q1和Q2的賦值。參閱圖13測量系統(tǒng)能準確測量就需要凸輪軸信號靶盤和凸輪軸整體槽式傳感器的正確配合，二者安裝好后的位置關系如圖9所示。參閱圖14為防止測量系統(tǒng)做出誤判，本發(fā)明采取雙曲軸信號靶盤同軸錯位安裝的安裝方式。安裝時要保證兩個信號靶盤的圓心重合錯開1°安裝，這樣的設計使信號靶盤在360°整周的范圍內(nèi)缺口區(qū)域連續(xù)，可使測量系統(tǒng)準確檢測出任何發(fā)動機停機曲軸位置。權利要求一種發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，包括信號靶盤、傳感器、傳感器支架，信號處理電路、單片機及電源電路，其特征在于，所述的信號靶盤由曲軸信號靶盤和凸輪軸信號靶盤組成，曲軸信號靶盤置于發(fā)動機皮帶輪的一側(cè)與曲軸同軸安裝，并隨曲軸同向旋轉(zhuǎn)，凸輪軸信號靶盤與凸輪軸同軸安裝，并隨凸輪軸同向旋轉(zhuǎn)；所述的傳感器為整體槽式光電傳感器，曲軸整體槽式光電傳感器采用由發(fā)送器和接收器構成的七對對射式紅外光電傳感器，通過傳感器支架上安裝在發(fā)動機缸體上，凸輪軸整體槽式光電傳感器采用由發(fā)送器和接收器構成的三對對射式紅外光電傳感器，通過傳感器支架上安裝在發(fā)動機的氣門室罩蓋內(nèi)；所述的信號處理電路通過信號線將接收到的曲軸整體槽式光電傳感器的接收器輸出信號處理成方波，信號處理電路與單片機用信號線連接，將方波信號送入單片機的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，單片機負責將數(shù)字信號給相應的變量賦，對這些變量的運算和比較，完成在全工況內(nèi)發(fā)動機活塞位置和各缸相位的測量以及發(fā)動機曲軸正反向旋轉(zhuǎn)的判斷；所述的電源電路通過電源線對傳感器、信號處理電路和單片機供電。2.根據(jù)權利要求1所述的一種發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的曲軸信號靶盤的圓周上均布有128處不同的缺口，這些缺口將整個圓周平均分成128個區(qū)域，曲軸信號靶盤的缺口區(qū)域是由七個同心圓環(huán)狀缺口區(qū)域組成，每個圓環(huán)區(qū)域的缺口產(chǎn)生的信號都影響變量a(l、ai、a2、a3、a4、a5和a6的賦值，最外圍的環(huán)狀區(qū)域產(chǎn)生的信號對變量％賦值，最靠近圓心的環(huán)狀區(qū)域產(chǎn)生的信號對變量a6賦值，中間的五個環(huán)帶的缺口產(chǎn)生的信號由外向內(nèi)依次對變量^、a2、a3、a4和a5賦值，當兩個相鄰的環(huán)帶徑向相鄰處都有缺口時打通。3.根據(jù)權利要求1所述的一種發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的曲軸信號靶盤的缺口遵照二進制數(shù)0000000至1111111逆時針遞增排列挖制，挖空的缺口不遮光，紅外光電傳感器對外輸出高電平，沒有缺口則不透光，紅外光電傳感器對外輸出低電平，做信號處理的單片機將這些高低電平的組合識別為二進制數(shù)，發(fā)動機正向旋轉(zhuǎn)則這些二進制數(shù)進入遞增周期，發(fā)動機反向旋轉(zhuǎn)則這些二進制數(shù)進入遞減周期。4.根據(jù)權利要求1所述的一種發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的凸輪軸信號靶盤將一個圓盤以同圓心但不同半徑的扇形形狀劃分成有四個有效區(qū)域，各有效區(qū)域分別代表發(fā)動機的四個氣缸中的一個正處于壓縮行程，按凸輪軸的旋轉(zhuǎn)方向依次為1缸、3缸、4缸和2缸，這四個有效區(qū)域以不同的方式遮擋三對對射式光電傳感器中發(fā)射器發(fā)出的光線，具體方式是當1缸處于壓縮沖程時，凸輪軸信號靶盤將遮擋控制變量Q1和Q2的發(fā)射器發(fā)出的光線，不遮擋控制變量Qtl的發(fā)射器發(fā)出的光線；當3缸處于壓縮沖程時，凸輪軸信號靶盤將遮擋控制變量Q2的發(fā)射器發(fā)出的光線，不遮擋控制變量Q1和Qtl的發(fā)射器發(fā)出的光線；當4缸處于壓縮沖程時，凸輪軸信號靶盤將不遮擋控制變量Q2A1和Q0的發(fā)射器發(fā)出的光線；當2缸處于壓縮沖程時，凸輪軸信號靶盤將遮擋控制變量Q2A1和Q0的發(fā)射器發(fā)出的光線；隨著凸輪軸的旋轉(zhuǎn)凸輪軸信號靶盤將影響凸輪軸整體槽式光電傳感器產(chǎn)生的信號，即隨著發(fā)動機相位的改變而改變了變量QpQ1和Q2的賦值，隨著凸輪軸旋轉(zhuǎn)一周將產(chǎn)生四組不同的信號，實時測量發(fā)動機的相位。5.根據(jù)權利要求1所述的一種發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的曲軸信號靶盤與曲軸整體槽式光電傳感器的安裝關系是應將發(fā)動機的狀態(tài)調(diào)整為發(fā)動機第一缸處于壓縮行程上止點，此時曲軸信號靶盤缺口區(qū)域中的128處不同的缺口的1號和81號位置中心應分別對準曲軸整體槽式傳感器A和曲軸整體槽式傳感器B，整體槽式傳感器A和整體槽式傳感器B安裝時都對準曲軸信號靶盤的圓心處，兩者的間隔80個缺口區(qū)域，間隔角度順時針相差135°。6.根據(jù)權利要求1所述的一種發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的曲軸整體槽式光電傳感器和凸輪軸整體槽式光電傳感器均采用U型槽結構，發(fā)射器安裝在U型槽一側(cè)，接收器安裝在U型槽的另一側(cè)，每對光電傳感器的發(fā)射器和接收器的中心對準，同時曲軸整體槽式光電傳感器的七對發(fā)射器和接收器應與曲軸信號靶盤上的七個同心圓環(huán)狀缺口區(qū)域?qū)?，凸輪軸整體槽式光電傳感器的三對發(fā)射器和接收器應與凸輪軸信號靶盤上的四個有效區(qū)域相對應，在安裝后的整體槽式傳感器的槽間隙應有足夠的空間讓信號靶盤通過。7.根據(jù)權利要求1所述的一種發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的曲軸信號靶盤采用單個或2個，采用雙曲軸信號靶盤應同軸錯位安裝，即兩個信號靶盤的圓心重合錯開1°安裝，這種安裝方式的作用是防止測量系統(tǒng)做出誤判，使信號靶盤在360°整周的范圍內(nèi)缺口區(qū)域連續(xù)，使測量系統(tǒng)準確檢測出任何發(fā)動機停機曲軸位置。8.根據(jù)權利要求1所述的一種發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的信號處理電路的接收器接收由發(fā)射器發(fā)出的紅外光線，再經(jīng)過信號靶盤缺口區(qū)域過濾由接收器接收，此時接收器產(chǎn)生的信號波形接近正弦波型，要將信號通過信號處理電路處理成方波，再送入單片機的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，根據(jù)數(shù)字信號給相應的變量賦值。9.根據(jù)權利要求1所述的一種發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，其特征在于，單片機的存儲部分包括存入的活塞位置標定表和凸輪軸相位表，所述的活塞位置標定表是根據(jù)曲軸信號靶盤所挖制的128組不同形式的缺口而定，活塞位置標定表的作用是建立信號與曲軸位置的對應關系；所述的凸輪軸相位表是根據(jù)凸輪軸信號靶盤的四處有效區(qū)域而定，凸輪軸相位表的作用是建立信號與發(fā)動機相位的對應關系。10.一種用于權利要求1的發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于，所述的測量方法包括以下步驟步驟1變量賦值，單片機讀取變量a0、ai、a2、a3、a4、a5和a6以及變量b0、Vb2、b3、b4、b5和b6的值，并按照一定的設計的加權規(guī)則計算出變量A和變量B；步驟2冗余判斷，為防止測量系統(tǒng)的損壞而測量出不準確的結果，所以要進行冗余判斷。在此步驟中要將變量A和變量B作差，并賦給變量C，再對變量C的的值與規(guī)定好的測量系統(tǒng)正常工作的正確值進行比較，若與正常值一致，則說明測量結果有效準確，若與正常值不一致，則測量系統(tǒng)將進入故障模式等待維修；步驟3發(fā)動機正反轉(zhuǎn)判斷，由于發(fā)動機在靜止前會發(fā)生數(shù)次正反向旋轉(zhuǎn)，這種旋轉(zhuǎn)對發(fā)動機的停止位置會很大影響，所以要判讀發(fā)動機曲軸的旋向，通過比較變量A兩次連續(xù)取值的大小，可以得出發(fā)動機曲軸的旋轉(zhuǎn)方向，也可以判斷出發(fā)動機是否已經(jīng)靜止；步驟4曲軸是否旋轉(zhuǎn)一周及當前表更換，通過對每兩次變量A的值之差的變化來判斷發(fā)動機曲軸是否旋轉(zhuǎn)了一周，如果曲軸旋轉(zhuǎn)了一周則需要更換當前的活塞標定表；步驟5凸輪軸相位判斷步驟，通過變量QrQ1和Q2的值與凸輪軸相位表來比較得出發(fā)動機的相位；步驟4或步驟5任選其一，最后完成發(fā)動機活塞位置和相位的實時測量。11.根據(jù)權利要求10所述的發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于，所述的步驟1包括步驟Sl讀取aQ、a”a2、a3、a4、a5和a6的值后，按照A=a6*26+a5*25+a4*24+a3*23+a2*22+a1*21+a0*2°的方式對變量A賦值；步驟S2讀取b0、b”b2、b3、b4、b5和b6的值后，按照B=b6*26+b5*25+b4*24+b3*23+b2*22+b1*21+b0*2°的方式對變量B賦值；步驟S3將變量A和變量B兩者做差后取絕對值并將此絕對值賦給變量C；所述的步驟2包括步驟S4判斷變量C的值是否等于1010000或0000000；步驟S5在當前狀態(tài)滿足變量C的值是否等于0000000后，測量系統(tǒng)的單片機重新讀取變量C；步驟S6在當前狀態(tài)滿足變量C的值是否等于1010000后，測量系統(tǒng)的單片機重新讀取變量C；步驟S7若當前狀態(tài)使變量C的值既不等于1010000也不等于000000后，本測量系統(tǒng)進入故障模式；步驟S8重新讀取變量C后，判斷變量C的值是否等于1010000；步驟S9重新讀取變量C后，判斷變量C的值是否等于0000000；步驟SlO在測量系統(tǒng)進入故障模式后，故障燈會開啟提示駕駛者；步驟Sll在冗余判斷后認定測量系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，說明變量A和變量B有效，并記錄變量A和變量B；所述的步驟3包括步驟S12判斷變量A的當前值A2與其上一次的值Al之差是否大于1；步驟S13判斷變量A的當前值A2與其上一次的值Al之差是否等于1111111；步驟S14判斷變量A的當前值A2與其上一次的值Al之差是否等于-1111111；步驟S15若A2=Al則說明發(fā)動機曲軸已經(jīng)處于靜止狀態(tài)；步驟S16若滿足變量A的當前值A2與其上一次的值Al之差大于0且不等于1111111，則說明發(fā)動機曲軸處于正向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；步驟S17:若滿足變量A的當前值A2與其上一次的值Al之差小于0且不等于-1111111，則說明發(fā)動機曲軸處于反向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。所述的步驟4包括步驟S18:要做發(fā)動機曲軸是否完成一整周的旋轉(zhuǎn)的判斷，判斷的條件為變量A的當前值A2與上一次測量變量Al之差為變量K，判斷變量K兩次等于-1111111的期間內(nèi)K是否連續(xù)127次大于0，若滿足此條件，則說明發(fā)動機曲軸完成了一周的旋轉(zhuǎn)；若不滿足此條件，則說明發(fā)動機曲軸沒有旋轉(zhuǎn)一整周；步驟S19確定發(fā)動機曲軸已經(jīng)完成了一周的旋轉(zhuǎn)；步驟S20發(fā)動機曲軸沒有完成一周的旋轉(zhuǎn)，記錄變量K連續(xù)大于0的次數(shù)的變量i需要清零；步驟S21確定發(fā)動機曲軸沒有完成一周的旋轉(zhuǎn)；步驟S22發(fā)動機曲軸已經(jīng)完成了一周的旋轉(zhuǎn)。由于發(fā)動機的工作狀態(tài)是曲軸旋轉(zhuǎn)兩周為一個周期，因此需要更換活塞位置標定表查詢活塞位置；步驟S23根據(jù)當前的活塞位置標定表確定壓縮缸的活塞位置；步驟S24測量系統(tǒng)向瞬時反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)發(fā)出發(fā)動機曲軸為正向旋轉(zhuǎn)的信號；步驟S25判斷信號靶盤是否經(jīng)過了1號缺口區(qū)域且發(fā)動機曲軸之前有反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，若有滿足條件則要更換當前表，若不滿足條件則用當前表查找壓縮缸的活塞位置；步驟S26測量系統(tǒng)向瞬時反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)發(fā)出發(fā)動機曲軸為反向旋轉(zhuǎn)的信號；步驟S27判斷信號靶盤是否經(jīng)過了1號缺口區(qū)域，若有滿足條件則要更換當前表，若不滿足條件則用當前表查找壓縮缸的活塞位置；步驟S28測量系統(tǒng)記錄壓縮缸的活塞位置。全文摘要本發(fā)明涉及一種發(fā)動機活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)及其測量方法，解決了能夠精確測量發(fā)動機活塞的停止位置和各缸相位且能夠判斷發(fā)動機曲軸正反向旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明采用光電元件作為傳感器，能在低速時產(chǎn)生出準確的信號，所設計的曲軸信號靶盤均布有128處不同的缺口，通過信號靶盤隨曲軸旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生出128組的不同的信號，標定出活塞的絕對位置，且能夠判斷發(fā)動機的正反向旋轉(zhuǎn)。凸輪軸信號靶盤的四個有效區(qū)域也能將發(fā)動機的相位標定出來。本發(fā)明所設計的測量系統(tǒng)及方法不論從功能還是精度上能夠滿足直噴汽油機瞬時反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)的活塞位置和發(fā)動機相位的實時監(jiān)測，同時也能完成現(xiàn)有發(fā)動機對曲軸轉(zhuǎn)速和凸輪軸相位的測量。文檔編號G01M15/06GK101813563SQ200910261539公開日2010年8月25日申請日期2009年12月15日優(yōu)先權日2009年12月15日發(fā)明者于秀敏,何玲,孫平,宮長明,張允,李國良,梁金廣,董偉,許楠,齊萬強申請人:吉林大學