电子调速器系统和负荷感测系统的制作方法

本申请要求提交于2014年11月18日的美国临时申请62/081,221的利益并且要求提交于2014年5月1日的美国临时申请No.61/987,350的权利，通过引用将它们整体并入本文。

背景技术：

本发明通常涉及电子调速器领域，尤其涉及用于小型发动机的电子调速器。典型电子调速器通过利用步进电动机控制节流板位置来控制发动机速度。

技术实现要素：

本发明的一个实施方式涉及一种电子调速器系统，其包括电动机；变速器，其联接至电动机；节流板，其联接至变速器；节流板能够移动至关闭位置和大开位置之间的多个位置，其中，给电动机供电以将节流板移动至期望位置，并且其中，不给电动机供电以将节流板维持在期望位置。

本发明的另一实施方式涉及一种电子调速器系统，其包括电动机；变速器，其联接至电动机；节流板，其联接至变速器；节流板能够移动至关闭位置和大开位置之间的多个位置；发动机速度传感器；以及控制器，其包括反馈控制模块和自适应控制模块。反馈控制模块构造为基于来自发动机速度传感器的当前发动机速度输入信号与期望发动机速度的比较来确定发动机速度误差，并将发动机速度输出信号提供至电动机以控制节流板的位置以校正发动机速度误差，其中，通过使用发动机速度误差作为输入的控制算法来确定发动机速度输出信号。自适应控制模块构造为基于通过反馈控制模块提供的发动机速度输出信号来确定预期的发动机速度误差校正，基于来自发动机速度传感器的当前发动机速度输入信号以及来自发动机速度传感器的先前发动机速度输入信号来确定实际发动机速度误差校正，基于预期发动机速度误差校正和实际发动机速度校正来确定校正误差，以及当校正误差在预定范围内或者超出预定范围时调节反馈控制模块的控制算法的参数。

本发明的另一实施方式涉及一种四冲程小型内燃机，其包括：发动机速度传感器，其构造为检测发动机速度；电子调速器系统，其构造为响应于负荷输入来改变发动机操作速度；以及负荷感测系统，其构造为基于检测的发动机速度中的改变来确定发动机负荷以及基于确定的发动机负荷将负荷输入提供至电子调速器系统。

正如在权利要求中总体所述的，可替换示例性实施方式涉及其他特征以及特征的组合。

附图说明

结合附图，从以下具体描述中将更充分地理解本发明，其中：

图1是包括根据示例性实施方式的电子调速器系统的内燃机的一部分的立体图；

图2是根据示例性实施方式的电子调速器系统的示意图；

图3是根据示例性实施方式的电子调速器系统的控制器的方框图；以及

图4是包括电子调速器系统的图1的内燃机的一部分的立体图。

图5是包括电子调速器系统的图1的内燃机的立体图。

图6是当椭圆形齿轮组处于第一操作位置时根据示例性实施方式的电子调速器系统的一部分的示意图。

图7是当椭圆形齿轮组处于第二操作位置时图6的电子调速器系统的一部分的示意图。

具体实施方式

在看详细图示了示例性实施方式的附图之前，应该理解的是，本申请并不限于说明书中陈述的或者附图中图示的细节或者方法。还应该理解的是，术语仅是为了描述目的并且不应被视为限制。

参考图1-图2以及图4-图5，图示了根据示例性实施方式的电子调速器系统。电子调速器系统100示出为用在小型发动机105中。电子调速器系统100包括汽化器110、电动机115(例如，直流电(“DC”)电动机)、变速器120、节流板125、节流操作杆130以及将节流操作杆连接至变速器的联动装置135。在汽化器110中，燃料与空气混合以产生用于在发动机105的一个或多个气缸中燃烧的空气/燃料混合物。节流板125控制空气/燃料混合物流出汽化器110并且这样做时控制发动机105的速度。正如图示的，联动装置135包括连杆140和曲柄臂145。在一些实施方式中电子调速器系统100还包括编码器150，其联接至电动机115和变速器120。

电动机组件(即，电动机115和变速器120)用于控制节流板125的位置，从而控制发动机速度。节流板125能够在关闭位置和大开位置之间移动。调节节流板125的位置，使得发动机速度维持在期望发动机速度。期望发动机速度能够是恒定的或者能够响应于来自发动机的输入(例如，涉及发动机负荷的输入、期望输出、或者其他发动机操作条件或者目的)通过用户或者控制器而改变。

电动机115成本较低，尤其相对于典型地使用在其他电子调速器系统中的步进电动机。电动机115不像步进电动机那样追踪电动机的旋转的级数。在一些实施方式中，电动机115是有刷电动机。变速器120提供了很大减速比(即，输入速度/输出速度)。例如，电动机115可以具有每分钟(rpm)4,000转的最高速度。变速器120可以提供降速，使得来自变速器的输出以100rpm转动(即，40：1减速比)。这将得到变速器输出速度，其相比于调节节流板位置所需的旋转量(例如，75至100rpm)来说相当快，同时节流板的运动范围(即，关闭位置和大开位置之间)小于充分旋转，并且产生较大转矩量。以该相当快变速器输出速度，节流板125能够以大约40毫秒从关闭移动至大开。作为另一示例，电动机115可以具有大约10,000rpm的输出速度，变速器可以提供减速，使得变速器的输出大约为60rpm(即减速比大约为167：1)。在一些实施方式中，变速器120是一系列齿轮，它们提供了从电动机的输入至变速器的输出的降低。提供较大减速比的变速器120产生来自变速器120的具有较大转矩量的输出。变速器120的输出轴仅需要旋转较小量以在节流板的运动范围内调节节流板位置，并在这样做时能够生产很多转矩。该较大减速比的另一优势是，当将变速器120的输出轴移动至期望位置时仅需要给电动机115供电。该位置与节流板125的期望位置对应。在变速器120的输出轴并由此节流板125已经达到期望位置之后，不再给电动机115供电(即，电动机115关闭)。以此方式，不需要供电以维持变速器120的输出轴以及节流板125的位置。通过变速器120提供的相当大减速比能够将节流板125维持或者保持在适当位置，而不供给能量至电动机115以维持节流板125的期望位置。在一些实施方式中，电子调速器系统100的若干部件包括在内单个壳体。例如，电动机115和变速器120能够形成单个单元。该单元可以与控制器155以及其关联的电路板结合。

如图1所示，联动装置135将变速器120的输出轴连接至节流操作杆130。节流操作杆130连接至节流板125，使得电动机115驱动移动联动装置135的变速器120，联动装置135移动节流操作杆130，节流操作杆130移动节流板125。以该方式，给电动机115供电引起节流板125改变位置。虽然联动装置135示出为两件式联动装置，但是可以利用用于将变速器120的输出轴连接至节流板125的其他适当的机构。例如，变速器120的输出轴能够直接连接至节流板125，或者一个或多个部件能够用来将变速器120的输出轴连接至节流板125。在一些实施方式中，一个或多个齿轮用来将变速器120的输出轴连接至节流板125。

在一些实施方式中，编码器150连接至电动机115和变速器120以确定变速器120的输出轴的位置。在一些实施方式中，编码器150是绝对编码器并且能够用以保持追踪变速器120的输出轴的位置，因此保持追踪节流板125的位置。

如图2所示，电子调速器系统100包括控制器155，其控制电动机115的操作。在一些实施方式中，控制器155还控制下文将更详细地描述的电子调速器系统100的其他部件的操作。这些部件可以包括发动机速度传感器160、用户界面165、温度传感器170、电流传感器175、点火系统180以及转速限制器185。电子调速器系统100的不同实施方式可以包括这些额外部件中的一些、不包括或者包括所有。

如图3所示，控制器155包括处理电路190、输入界面195以及输出界面200。处理电路190包括处理器205和内存210。处理电路190和处理器205构造为从输入界面195接收输入(例如，经由有线或者无线通信链接利用发动机和/或电子调速器系统的其他部件)并且经由输出界面200(例如，经由有线或者无线通信链接至电动机115、发动机的其他部件和/或电子调速器系统的其他部件)提供输出(例如，控制信号、致动器输出等)。处理电路190可以是包含一个或多个处理部件(例如，处理器205)或者一组分布的处理部件的电路。处理器205可以是通用或者专用处理器，其构造为执行存储在内存中或者从其他计算机可读介质(例如，CD-ROM、网络存储、远程服务器等)接收的计算机代码或者指令。示出的处理电路190还包括内存210。内存210可以是RAM、硬驱动存储器、临时存储器、非易失内存、闪存、光学内存或者用于存储软件对象和/或计算机指令的任何其他合适的内存。当处理器205为了完成此处描述的各种活动而执行存储在内存210中的指令时，处理器205总体配置计算机系统以及更尤其配置处理电路190来完成这些动作。内存210可以包括数据库部件、目标代码部件、较本部件和/或用于支持本公开中描述的各种动作的任何其他类型信息结构。例如，内存210可以存储关于控制器的操作的数据(例如，先前设定点、关于使用的能量的先前行为模式以将当前值调节为设定点等)。根据示例性实施方式，内存210可通信地连接至处理器205并且包括用于执行此处描述的一个或多个处理的计算机代码，处理器205构造为执行计算机代码。

示出的内存210包括反馈控制模块215和自适应控制模块220。内存可以包括节流板位置模块225和发动机关机模块230。反馈控制模块215是主要逻辑模块，其构造为提供控制器155的基于反馈的控制活动。在一些实施方式中，反馈控制模块215是比例积分微分(PID)控制模块。在其他实施方式中，反馈控制模块215是模糊逻辑控制模块。反馈控制模块215使用来自输入界面195的信息(例如，检测发动机速度)来计算或者以其他方式获得被控制的变量(例如，节流板位置)。反馈控制模块215还可以使用在计算或者获得被控制的变量中存储在内存210中的信息(例如，先前检测的发动机速度、期望的发动机速度等)。自适应控制模块220构造为确定控制参数的适当值(例如，比例增益、积分增益、微分增益等)。自适应控制模块220可以基于模型识别自适应控制(MIAC)途经或者另一自适应调整途经或者算法来调整控制参数。

反馈控制模块215构造为基于通过比较从发动机速度传感器160输入的当前发动机速度与期望发动机速度确定的发动机速度误差来提供发动机速度控制输出。将输出提供给电动机115以调节节流板125位置，从而控制发动机速度以及校正任何发动机速度误差，使得检测的发动机速度和期望的发动机速度相同或者大致相同(例如，在预定范围内)。反馈控制模块能够使用不同类型的反馈控制，包括PID控制算法或者模糊逻辑控制规则。自适应控制模块220调节反馈控制模块215的一个或多个参数(例如，系数、增益、规则等)，使得反馈控制模块获悉用于具体发动机以及终端产品(例如，割草机、扫雪机、发电机、高压清洗机等)的适当操作参数。例如，反馈控制模块215可以确定发动机速度误差并提供旨在校正该误差或者该误差的一部分(例如，降低误差的一半)的发动机速度输出。自适应控制模块220基于通过反馈控制模块215提供的输出来确定什么是预期的发动机速度误差校正。自适应控制模块220还基于从发动机速度传感器160输入的当前发动机速度以及从发动机速度传感器160输入的先前发动机速度来确定实际发动机速度校正。然后自适应控制模块220能够基于预期的发动机速度误差和实际发动机速度校正来确定校正误差。以此方式，自适应控制模块220能够确定是否实际发动机速度校正与预期发动机速度误差校正相同或者接近(例如，确定校正误差)。

如果实际发动机速度校正与预期发动机速度校正不相同(或者在预定范围内可接受为相同)，那么自适应控制模块220调节反馈控制模块215的一个或多个参数。当实际发动机速度误差校正小于预期发动机误差校正时，参数改变，使得校正发动机速度的后续尝试将更激进。正如此处使用的，更激进意思是具有被调节的参数组的节流板的位置改变将大于先前的参数组，不激进意思是具有被调节的参数组的节流板的位置改变将小于先前的参数组。例如，在控制器155中，使用PID控制自适应控制模块220能够改变一个或多个反馈控制模块215的比例、积分以及微分参数(例如，系数或者增益)以实现发动机速度的期望改变。反馈控制模块215的PID控制可以陈述一种控制算法来确定电动机调节(Motor Adjustment)—电压供给至电动机115的时间量(电压脉冲的“宽度”或者持续时间)。例如，PID控制算法可以使用以下方程来确定电动机调节，其中，误差(Error)是发动机速度误差。

自适应控制模块220可以构造为响应于比较随着节流板位置调节(例如，通过发动机速度传感器160测量的)发动机速度的实际改变与随着节流板位置调节发动机速度的预期改变(例如，发动机速度误差或者发动机速度误差的一部分(例如，二分之一、三分之一等))来调节一个或多个比例、积分以及微分参数。如果发动机速度的实际改变小于发动机速度的预期改变，则调节一个或多个参数以使电动机调节更激进(即，提供更长持续时间的电压脉冲)。如果发动机速度的实际改变大于发动机速度的预期改变，则调节一个或多个参数以使电动机调节不激进(即，提供更短持续时间的电压脉冲)。在电动机调节脉冲发送至电动机115之后能够在特定时间(例如，2-3发动机周期)执行比较发动机速度的实际改变与发动机速度的预期改变。在一些实施方式中，电动机调节的脉冲具有工作周期，并且当发动机速度的实际改变不同于比发动机速度的预期改变时可以调节电动机调节的脉冲的工作周期。在一些实施方式中，电动机调节算法

在使用PID控制算法的一些实施方式中存在多个参数组。例如，当节流板125关闭或者靠近关闭位置时可以使用第一参数组，当节流板125关闭或者靠近大开位置时可以使用第二参数组。因为发动机的操作性能(例如，速度)相对于节流板位置不是线性的，所以这是有帮助的。当节流板125靠近大开位置时，发动机速度不是非常响应于节流板位置的改变，当节流板125靠近关闭位置时，发动机速度更加响应于节流板位置的改变。因此，当节流板125靠近关闭位置时与操作关联的参数组将比当节流板125靠近大开位置时使用的参数组不激进。能够实施基于节流位置的两个或更多个参数组。例如，曲线能够是合适的，使得使用的参数组从关闭位置改变至大开位置。

自适应控制模块220还可以构造为执行比较来自施加的电压的特定持续时间(电压脉冲)中电动机115的预期输出(即，转速)与通过该施加电压的该特定持续时间实际引起的反电动势(“反EMF”)。反EMF由电动机旋转引起并且能够充当用于电动机传感器的代替物而用于检测电动机的旋转速度。以该方式自适应控制模块220允许系统获知或者调节至特定发动机的操作特性。特定发动机之中的变量(例如，各个DC电动机、终止使用发动机等)将导致移动节流板特定量所需的不同持续时间电压脉冲。例如，在一个发动机中，10毫秒的电压脉冲可以将节流板移动10度，但是可以仅将第二发动机的节流板移动5度。通过自适应控制模块220执行的反EMF相关性允许系统获知在添加电动机速度传感器内用于特定节流板位置改变所需的特定电压脉冲持续时间，以及允许该相关性在特定发动机的整个寿命中随着发动机性能改变而改变。反EMF比较还能够用以确定节流板125何时位于其运动范围的终点(即，关闭位置或者大开位置)，这是因为节流板125在其运动范围的任一终点处于强硬停止，并且当电动机不能够转动时反EMF应接近零。反EMF比较还能够用以识别各个电动机的操作特性与建立反EMF和发动机速度(例如，RPM)之间的公知或期望关系的曲线之间的变化，并且确定需要修改的操作特性(例如，电压脉冲的持续时间)以使具体电动机适合公知的反EMF以及发动机速度曲线。

如图6-图7所示，在电子调速器系统100的一些实施方式中，椭圆形齿轮组186包括在变速器120和节流操作杆130之间以相对于节流板位置引起非线性发动机速度。椭圆形齿轮组186包括两个椭圆形齿轮—驱动齿轮187和从动齿轮188。驱动齿轮187具有短半径189，其小于长半径191。驱动齿轮187联接至变速器120或者是变速器120的部件。从动齿轮188(例如，通过一个或多个连杆或者齿轮直接或者间接)联接至节流板125。从动齿轮188具有短半径192，其小于长半径193。椭圆形齿轮组186布置成，当节流板125靠近大开位置时(图6)，使得从动齿轮188响应于驱动齿轮187的具体移动量提供了节流板125的较大移动量，当节流板125靠近关闭位置时(图7)，使得从动齿轮188响应于驱动齿轮187的相同具体移动量提供了节流板125的较小移动量。如图6所示，当节流板125靠近大开位置时，驱动齿轮187的长半径191接合从动齿轮188的短半径192。如图7所示，当节流板125靠近关闭位置时，驱动齿轮187的短半径189接合从动齿轮188的长半径193。

在反馈控制模块215使用模糊逻辑控制算法来控制至电动机115的输出的实施方式中，创建模糊逻辑规则的列表来控制电动机115的操作。这些规则允许非线性控制非线性发动机操作。在一些实施方式中，温度传感器170提供了检测温度作为模糊逻辑规则组的一个输入。

在一些实施方式中，电子调速器系统100包括温度传感器170。温度传感器170构造为检测温度(例如，环境温度、发动机温度或者其他适当的温度)。提供检测的温度作为控制器155的一个输入并且可利用其作为控制器155的各种逻辑模块的一个输入。由于发动机可以在较冷温度和较热温度时不同地操作，因此，当检测温度低于或者高于一个或多个阈值(例如热操作条件阈值和冷操作条件阈值)时，能够使用不同控制参数(例如，反馈控制模块215和/或自适应控制模块220的控制参数)。

内存210还可以包括节流板位置模块225。节流板位置模块225构造为基于追踪节流板位置从初始节流板位置的预期改变来确定节流板125的位置。初始节流板位置是已知的。例如，大开位置可以认为是90°，关闭位置可以认为是0°。基于该开始位置(例如，大开位置)，节流板位置模块225基于通过电动机115引起的节流板位置改变计算当前节流板位置。供给至电动机115的电压与供给电压时间量的乘积对应于节流板125的位置的预期改变。通过保持追踪通过电动机115的操作引起的节流板125从初始已知位置的所有预期移动，节流板位置模块225能够追踪节流板125的位置。可替换地，编码器(例如，编码器150)可以保持追踪节流板位置。但是，编码器增加了按照期望操作电子调速器系统100可能不必要的成本。

发动机105包括点火系统180。在一些实施方式中，来自点火系统180的多余能量用于给电动机115和/或控制器155供电。电子调速器系统100能够以该方式操作而无需单独或者专门电源(例如，单独电池或者用以给发动机起动系统供电的电池)。在磁发电机或者火花点火系统中，呈点火火花或者脉冲形式的额外能量能够被收获并且存储在电容器或者其他能量存储设备(例如，电池)中而用于给电动机115供电。虽然作为示例讨论了基于火花的点火系统，但是其他类型的点火系统也是可行的。点火系统的多余能量还能够足以给电动机115和/或控制器155供电。在启动发动机105之后，存在较丰富量的多余能量，其能够被收获以给电子调速器系统100供电。例如，来自两个正脉冲或者四冲程磁发电机点火系统的火花的能量能够产生大约一安培电流。其他类型的点火系统还提供废弃能量，其能够被收获以给电子调速器系统供电。在四冲程磁发电机点火系统中气缸的排气行程上存在废弃火花。在这种系统中，两个正脉冲或者火花以及废弃负脉冲或者火花能够都被收获。在一些实施方式中，不包括单独或者专用电源(例如，单独电池)的其他电源可以用来给电动机115和/或控制器155供电。可替换电源包括由发动机105驱动的交流发电机、利用来自发动机105的废弃热量的热电发电机、由发动机105的振动驱动的压电式发电机和/或由发动机105驱动的室外发电装备，包括在与被发动机105的活塞的往复移动同步驱动的线圈内震荡的磁铁的法拉第发电机。在一些实施方式中，提供能量存储装置(例如，可充电电池，电容器等)以存储通过上述电源产生的能量。当发动机105初始启动并且没有可立即获得的来自操作发动机105的要收获的能量供应时，以此方式可获得用于电动机115和/或控制器155的能量。

转速限制器185可以设置为防止发动机105实现发动机速度超过阈值(例如，红线)的超速条件。转速限制器185检测发动机速度以及当发动机速度超过阈值时，中断点火以防止发动机继续超过速度阈值。为了使得与中断点火关联的速度降低更平滑(例如，不太突然和/或对操作员来说噪音不太大)，优选中断点火火花的子集而不是中断所有发动机火花。中断所有点火事件(例如，与燃烧事件的火花关联)将具有可听得见的影响并且发动机速度将突然降低。中断少于100％点火事件(例如，二分之一、三分之一、四分之一点火事件)将减慢发动机速度但是不太突然以及对用于来说听起来不太明显。

用户界面165可以设置成，使得用户能够控制发动机105的期望速度(例如，预期或者目标速度)。该用户界面165可以是模拟输入，诸如分压器、定值电阻器、可调电阻器(例如，电位计或者滑动可调电阻器)。在使用发动机给车轮驱动链供能的一些实施方式中，(例如，后骑行或者行走割草机或者扫雪机)，可以移动节流输入(例如，气体踏板或者操作杆)以调节模拟输入，因此调节发动机的期望速度。如果发动机用于给发电机供能，那么离散的两个位置的模拟输入能够被用来切换在美国和加拿大使用的60Hz电力与在世界上其他地方(例如，欧洲和亚洲)使用的50Hz电力之间的通过发电机提供的电力的输出频率。其他离散控制模式例如可以包括平静操作模式与强力操作模式。平静操作模式可以构造为，使得发动机以较低速度(例如，2400rpm)运行，而强力模式以较高转速(例如，3000rpm)运行。在一些实施方式中，用户界面是无线RF、红外IR以及LED或者光脉冲界面或者电容感测界面(例如，触摸屏幕)。在一些实施方式中，用户界面165包括第二微控制器。例如，触摸屏幕或者其他界面设备能够向第二控制器提供输入，第二控制器提供可变电压输出至操作电子调速器系统的控制器。在一些实施方式中，用户界面165提供了数字输入。

发动机调速器系统100的初始性能特征还可以是变化的(例如，更激进或者不激进的发动机速度误差校正)。当组装系统或者发动机时(例如，通过设定具体电阻或者电压值)能够预设这些特性设定。例如一个设定可以被由发动机驱动的较低惯性装备(例如，压力清洗机的泵)使用，第二设定能够被由发动机驱动的较高惯性装备(例如，割草机的刀片)使用。在其已经具有基于实际使用发动机而开始调整控制参数的机会之前，这提供给控制器155一些初始性能特征(例如，被驱动的装备的相对惯性)。例如，通过100-400ohms的输入电阻和1100-1400ohms的输入电阻能够选择1000-4000rpm，100-400ohms的设定提供了用于较低惯性应用的中等激进性能，而1100-1400ohms提供了用于较高惯性应用的更激进性能。此外，还可以有多于两个性能特征设定(例如，低惯性、中低惯性、中等惯性、中高惯性、高惯性等)，其能够基于发动机类型(例如，尺寸、气缸数量、额定马力、额定转矩)以及由发动机驱动的装备来选择。可替换地，性能特征设定可以与通过控制器155读取的电压关联。

可以包括电流传感器175以监控在电动机115上牵引的电流。例如，分流电阻器可以用以测量该电动机电流。电流传感器175用来检测电子调速器系统100中的潜在故障并且响应于检测这种故障关闭发动机105(例如，停止发动机)。例如，检测到的电流高于高电流阈值时将指示堵塞、障碍物、行驶终止、电动机短路、或者电动机115、变速器120、节流板125、节流操作杆130、联动装置135或者其他可移动的部件不能够按照期望移动(例如，旋转、平移等)的一些其他情形。当电流传感器175检测低于低电流阈值的电流时，其将指示电子调速器系统100的部件之间的电通信断线或者一些其他损失。高于高阈值的高电流和低于低阈值的低电流都可以指示发动机105应该停止或者关闭以防止对发动机的可能破坏的情形。发动机关机模块230构造为响应于适当的输入(例如，释放安全联锁、例如当后行走的割草机的横木被释放、将开/闭开关移动至关闭位置等)关机、停止、关闭或者停用发动机。如上所述，发动机关机模块230可以接收来自电流传感器172的输入并且响应于低电流或者高电流关闭发动机。

在一些实施方式中，发动机速度传感器160使用来自点火系统180的点火信号来检测发动机速度。例如，来自点火系统的正火花或者脉冲能够被计数并且用以确定发动机速度。当利用转速限制器185中断负脉冲或者火花时，确定发动机速度的该方法提供了额外优势。当利用转速限制器185通过中断负脉冲或者火花减慢发动机105时，不会损失由正脉冲确定的发动机速度检测。在其他实施方式中，利用其他适当的发动机速度传感器。

此处描述的电子调速器系统能够响应于来自负荷感测系统的输入来调节发动机的操作速度。结合负荷感测系统与电子调速器系统允许针对各种负荷条件优化发动机的操作速度。例如，包括此处描述的电子调速器系统和负荷感测系统的发动机能够在两个模式中的一个模式中操作：无负荷或者低负荷模式(例如，当割草机的刀片不切割任何草时)，在该模式中以空转或者较低速度操作发动机；以及高负荷模式(例如，当割草机的刀片正在割草时)，在该模式中以高速或者较高速操作发动机。更复杂系统允许额外操作模式，例如中等负荷模式(例如，当割草机的刀片切割薄于在高负荷模式中切割的草时)，在该模式中以空转速度和高操作速度之间的速度操作发动机。发动机速度还能够被负荷连续改变或者被负荷大约连续改变(例如，具有阶梯函数或者其他适当的曲线拟合)。例如，能够控制发动机速度以始终适合在由高发动机速度曲线以及低发动机速度曲线限定的带或者窗口内，并且以类似于连续可变变速器的方式操作。

负荷感测系统利用旋转运动的原理：用于系统的转矩总和等于零。如以下方程式所示，转矩总和等于惯性乘以角速度变化。转矩_产生(Torque _Produced)是因发动机燃烧产生的转矩，转矩_{负荷/损失}(Torque _Load/Losses)是由发动机上的负荷产生的转矩(例如，割草机刀片、压力清洗机泵，驱动系统等)以及发动机内的任何损失(例如，摩擦、气体压缩、真空等)。

在用于单个气缸四冲程发动机的第一负荷感测系统中，能够通过比较用于两个连贯发动机旋转的发动机的旋转速度来估计负荷。“快速”旋转发生在发动机的膨胀以及排气周期期间。“慢速”旋转发生在发动机的进气和压缩周期期间。转速的差(例如，每分钟的旋转(“RPM”))是转矩_{负荷/损失}和惯性的函数。当已知惯性(例如，发动机的具体终端使用的惯性，例如用于具体的割草机、压力清洗机、拖拉机或者室外动力装备的其他部件)，则快速旋转与慢速旋转的的转速差(例如，快速旋转的RPM减去慢速旋转的RPM)是转矩_{负荷/损失}(Torque _Load/Torque_Losses)的函数。通过计算该差，负荷感测系统能够精确地估计发动机上的负荷。然后负荷能够用作电子调速系统的一个输入来控制发动机的速度。

在用于单个气缸四冲程发动机的第二负荷感测系统中，通过比较用于四冲程中的每个冲程的发动机的旋转速度能够估计负荷。根据以下示出的方程式能够计算用于四冲程(膨胀、压缩、进气以及压缩)中的每个冲程的转矩的总和。

使用该方程的四个版本，每个冲程一个，通过使得惯性对于所有四个方程保持恒定，负荷感测系统能够基于测量的从一个冲程至下一冲程发动机速度的改变来确定负荷，因为四个方程中的每个方程都仅有一个未知数(具有四个未知数的四个方程是可解的)。对于膨胀冲程，转矩_损失是能够忽略的并且能够假设为零。对于排气冲程，转矩_产生以及转矩_损失是能够忽略的并且能够假设为零。对于进气冲程，转矩_产生以及转矩_损失是能够忽略的并且能够假设为零。对于压缩周期，转矩_产生是能够忽略的并且能够假设为零。

燃烧过程能够因燃烧冲程而改变。由于许多可能因素，包括燃料质量、可用的空气、燃料空气比的变化等，燃烧过程有规律地经历“碰撞”“爆裂”。通过使用发动机速度测量的运行平均和/或标准偏差，上述两个负荷感测系统中的任一个能够降低这些可以导致发动机速度变化的燃烧过程变化的冲击，发动机速度是用以确定用于这两个系统的负荷的计算的输入。

能够使用以下方程计算平均负荷值(Avg.Load Value)。“A”是用以衡量平均负荷值的因子。可以基于发动机的期望最终用途(例如，割草机、压力清洗机、拖拉机或者室外动力装备的其他部件)和用于该发动机的期望发动机性能来选择A的值。当A的值增加时，平均负荷值变得更平滑，但是其延迟用于负荷的真实改变的响应时间，而不是由于燃烧变化瞬间偶然发生。

平均负荷值能够用作触发器来在电子调速系统的操作模式之间改变。例如，对于以上讨论的两个操作模式电子调速系统，当平均负荷值位于预定阈值处或者低于预定阈值时能够触发无负荷操作模式，当平均负荷值位于预定阈值处或者高于预定阈值时能够触发高负荷操作模式。为了避免在两个模式之间搜寻或者滞后，用于无负荷操作模式和高负荷操作模式的预定阈值能够不同。例如，无负荷阈值能够为平均负荷值15，高负荷阈值能够为20，15和20之间提供了一个避免模式搜寻的窗口。可替换地，平均负荷值中的百分比改变阈值(例如，20％能够用作触发器以在电子调速系统的操作模式之间改变。阈值无论是绝对值或者百分比，能够关系到具体发动机尺寸和最终产品。避免模式搜寻的另一方式是包括操作模式改变之间的最小预定时间周期。例如，能够要求每个操作模式都在能够基于当前平均负荷值切换之前运行至少5秒。负荷值的标准偏差能够以类似方式以其自身使用或者与平均负荷值结合使用以提供触发器以在电子调速系统的操作模式之间改变。测量的发动机速度的标准偏差还可以用来区分发动机速度的实际改变(例如，由于增加或者减小发动机上的负荷)与发动机速度由于燃烧不规则性的间歇变化。测量的发动机速度包括每个冲程基础上的预期变化。膨胀(燃烧、做功)冲程具有比进气、压缩以及排气冲程更快的发动机速度。标准偏差引起每个冲程基础上的预期变化，使得仅发动机速度改变超过标准偏差，或者超过通过误差因子修改的标准偏差(例如，乘以或者添加至标准偏差)，用以触发通过发动机调速系统进行的节流板位置的改变。

两种负荷感测系统都利用适当的控制器来执行以上讨论的控制方案，以及利用适当的发动机速度传感器来检测用作输入的发动机速度，正如以上讨论的。可行的发动机速度传感器包括与飞轮上的磁体组合的磁场传感器(例如，霍尔效应传感器或者簧片开关)。飞轮上的磁体能够同样用以生成用于点火系统的火花，但是也可以是单独的第二磁体。这两个负荷感测系统还能够包括操作模式输入以提供核验，其中，基于发动机速度计算检测的负荷改变作为基于用户期望的操作模式的负荷的期望改变。例如，倾斜传感器能够指示后行走割草机的前轮何时被提离地面，从而确定降低的负荷。后行走割草机的横梁上的开关能够指示何时操作员接合驱动系统。真空传感器能够检测发动机真空的改变作为负荷改变的冗余核查。

用户致动开关还能够用作负荷感测系统的前馈输入。例如，由用户操作的操作杆致动的开关(例如，后行走割草机的横梁、压力冲洗机喷枪的扳机、扫雪机的控制杆、骑行拖拉机上的动力输出接合开关等)将指示负荷感测系统的预期发动机负荷(例如，由发动机驱动的工具的操作、由发动机驱动的工具上的负荷、驱动链的接合等)。负荷感测系统能够使用该前馈输入以覆盖或者补充通过负荷感测系统提供的负荷输出。

相同控制器或者单独控制器能够用以执行由电子调速器系统以及由负荷感测系统使用的控制方案。例如，如图2所示，如上所述，控制器155能够用以经由负荷感测模块235控制如上所述的负荷感测系统和电子调速器系统100，负荷感测模块235构造为实施如这里所述的负荷感测系统。发动机速度传感器160能够用以向负荷感测模块235提供必要发动机速度输入以实施负荷感测系统。

各种示例性实施方式中示出的装置、系统和方法的构造和布置仅是示意性的。虽然在本公开中仅仅已经详细描述了一些实施方式，但是许多修改是可行的(例如，尺寸、大小、结构、形状以及各种元件的比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、方位等的变化)。例如，示出为一体形成的一些元件可以由多个部分或者元件构造，元件的位置可以相反或者以其他方式变化，离散元件的性质或者数量或者位置可以更改或者变化。因此，所有这种修改都旨在包括在本公开的范围内。根据可替换实施方式任何处理或者方法步骤的顺序或者序列可以变化或者重新排序。在示例性实施方式的设计、操作条件和布置中，可以进行其他代替、修改、改变以及省略，而并不超出本公开的范围。

本公开考虑用于完成各种操作的的方法、系统以及任何机器可读介质上程序产品。本公开的实施方式可以使用现存的计算机处理器，或者通过用于适当系统的专用计算机处理器实施，为了该目的或者另一目的合并，或者通过硬连线系统实施。本公开范围内的实施方式包括程序产品，程序产品包括机器可读介质，其用于承载或者具有机器可执行指令或者存储在其上的数据结构。这种机器可读介质能够是任何可获得的介质，其能够被通用或者专用计算机或者具有处理器的其他机器存取。举例来说，这种机器可读介质能够包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或者其他光盘存储、磁盘存储或者其他磁存储装置，或者任何其他介质，其能够用以承载或者存储呈机器可执行指令或者数据结构形式的期望程序代码，并且能够被通用或者专用计算机或者具有处理器的其他机器访问。当信息在整个网络或者另一通信连接(硬线、无线或者硬线与无线的组合)中被传递或者提供至机器时，机器适当地将连接视为机器可读介质。因而，任何这种连接适当地被称为机器可读介质。上述组合也包括在机器可读介质的范围内。例如，机器可执行指令包括指令和数据，其引起通用计算机、专用计算机或者专用处理机器执行特定功能或者功能组。

虽然附图可以示出或者说明书可以提供方法步骤的具体顺序，但是这些步骤的顺序可以不同于描绘的顺序。也可以同时或者局部同时执行两个或多个步骤。这种变化将取决于各种因素，包括选择的软件和硬件系统，并且取决于设计者选择。所有这种变化都在本公开的范围内。同样地，可以利用标准程序化技术基于规则的逻辑和其他逻辑来完成软件实施，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和判断步骤。