电喷发动机控制装置及方法与流程

文档序号:15578998发布日期:2018-09-29 06:21
本发明属于发动机
技术领域
,具体涉及一种电喷发动机控制装置及方法。
背景技术
:目前电喷发动机的控制技术主要是由发动机控制模块(ECM,EngineControlModule)通过接收轨压传感器、水温传感器、机油压力传感器、进气压力温度传感器、曲轴转速传感器、凸轮轴转速传感器等其他传感器的信号形成发动机的运行信息,并结合ECM接受到的控制信号,加以运算处理后控制喷射器电磁阀来实现喷射起点、喷射持续时间和喷射压力。发动机ECM通过接受不同的控制信号可以实现对电喷发动机的运行与停机,转速控制,扭矩控制,调试率控制等等,同时发动机ECM也能实时发送发动机的运行参数供用户查询,并且在发动机处于故障的情况能够根据故障严重程度对发动机进行正常运行、转速限制、功率限制或者强行停机等控制。发动机ECM主要提供了总线发送控制指令和直接与ECM对应功能的端口进行控制两大类型的控制方式进行,结合用户的实际应用情况发动机ECM通过内部设置可以满足对发动机不同要求的控制形式和方法。基于以上原因,在电喷发动机控制应用过程中需要设计一种电喷发动机控制装置和设计一套相应的控制方法来满足应用要求。申请号为201610140420.9的专利文献公开了一种航空发动机冗余ECU控制器及其控制方法,它是通过设计控制器的输入电路冗余、输出电路冗余、CPU冗余来实现,当一个ECU在正常工作时,另一个ECU处于热备份状态,当ECU认为某一通道输入信号不可信时,可切换成另一通道输入信号。这种ECU冗余电路结构与本申请并不相同,而且导致系统变得很复杂。技术实现要素:本发明的主要目的是提供一种电喷发动机控制装置,旨在解决现有的发动机不能满足多种控制方式的问题。为实现上述目的,本发明提出一种电喷发动机控制装置,所述电喷发动机控制装置的输入端连接信号模块,输出端连接发动机ECM,所述电喷发动机控制装置包括:CAN总线模块、信号处理模块、端口控制模块和I/O显控模块;所述信号处理模块连接CAN总线模块、端口控制模块、I/O显控模块和信号模块,所述CAN总线模块连接所述发动机ECM的总线端口,所述端口控制模块连接所述发动机ECM的功能端口,所述I/O显控模块连接所述端口控制模块;所述信号处理模块接收所述信号模块发来的第一控制信号,接收所述CAN总线模块发来的发动机状态参数信息,接收所述I/O显控模块发来的第二控制信号,经过处理后,通过所述CAN总线模块和/或所述端口控制模块向发动机ECM发送发动机控制信号,所述发动机ECM根据所述发动机控制信号对电喷发动机进行控制。优选地,所述CAN总线模块的输入端还连接外围控制装置,所述CAN总线模块接收外围控制装置发来的第三控制信号,并发送至所述信号处理模块一起进行处理。优选地,所述信号处理模块接收到的不同的第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和发出的发动机控制信号具有一一对应关系,所述I/O显控模块用于对该对应关系进行设置、修改;所述I/O显控模块还用于显示发动机的实时状态参数信息和故障信息。优选地,所述端口控制模块包括模拟量端口、数字量端口和脉冲量端口。本发明还提出一种电喷发动机控制装置的控制方法,该电喷发动机控制装置构成为,具备:CAN总线模块、信号处理模块、端口控制模块和I/O显控模块;所述信号处理模块连接CAN总线模块、端口控制模块、I/O显控模块和信号模块,所述电喷发动机控制装置的输入端连接信号模块,所述CAN总线模块和所述端口控制模块作为所述电喷发动机控制装置的输出端连接发动机ECM,该电喷发动机控制装置的控制方法包括:S1,获取信号模块发来的第一控制信号,获取来自CAN总线模块的发动机状态参数信息,获取来自I/O显控模块的第二控制信号;S2,对获取到的所述发动机状态参数信息、第一控制信号和第二控制信号进行分析,并按照已定的控制规律,决定要发出的发动机控制信号;S3,将所述发动机控制信号通过CAN总线模块和端口控制模块进行发送输出;S4,从CAN总线模块发出的发动机控制信号为总线信号,从端口控制模块发出的发动机控制信号为端口信号,由发动机ECM判定是否接受总线信号和端口信号,若发动机ECM仅接受总线信号,则所述电喷发动机控制装置与发动机ECM之间通过CAN总线模块进行双向通讯;若发动机ECM仅接受端口信号,则发动机ECM只能由电喷发动机控制装置实现单向控制;若发动机ECM设置为可同时接受总线信号和端口信号,则对接受的总线信号和端口信号按照优先级进行执行。优选地,在步骤S4中,若发动机ECM设置为可同时接受总线信号和端口信号,则:当发动机ECM设置为总线信号优先时,发动机ECM先按照总线信号对电喷发动机进行控制,只有当所述CAN总线模块发生故障或者由于所述信号处理模块的控制需要仅能够通过所述端口控制模块发送输出时,发动机ECM才采用端口信号对电喷发动机进行控制;当发动机ECM设置为端口信号优先时,发动机ECM先按照端口信号对电喷发动机进行控制,只有当所述端口控制模块无对应的端口信号时,才采用总线信号对电喷发动机进行控制。优选地,在步骤S4中,若发动机ECM设置为可同时接受总线信号和端口信号,则:当接受到的总线信号和端口信号中包含相同的控制命令时,发动机ECM按预设的优先级,只采纳优先级高的控制命令。优选地,步骤S1中还包括:所述CAN总线模块还接收外围控制装置发来的第三控制信号,步骤S2中还包括:将获取到的第三控制信号发送至所述信号处理模块与第一控制信号、第二控制信号一起进行分析处理,使发送给发动机ECM的发动机控制指令发生变化。优选地,在步骤S4中,对于不同类型的发动机控制信号,是通过CAN总线模块发出还是通过端口控制模块发出,该控制路线由以下控制信号的至少其中之一决定:来自信号处理模块的控制信号,来自I/O显控模块的控制信号,来自端口控制模块自身的选择开关。优选地,所述总线信号包括转速控制信号、扭矩曲线选择信号、调速率选择信号,所述端口信号包括转速控制信号、中速控制信号、增速控制信号、减速控制信号、诊断控制信号、急停控制信号。与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果:一,本发明所述电喷发动机控制装置,既能够通过CAN总线模块与发动机ECM实现双向控制,还通过端口控制模块实现对发动机ECM的单向控制,且总线控制和端口控制相互独立,使得,当CAN总线模块出现故障或外围总线受到影响,导致总线发送的全部指令或部分指令无法正常传输到发动机ECM时,可以由端口控制模块通过对发动机ECM进行控制,将端口控制模块作为备用控制模块,从而实现了对电喷发动机的控制进行冗余配置,提高了电喷发动机控制的安全可靠性和灵活性。二,本发明还提供了一种利用电喷发动机控制装置实现对电喷发动机控制的方法,通过对控制指令优先级的设置,发动机ECM既可以接受由CAN总线模块发来的总线控制指令,又可以接受由端口控制模块发来的端口控制指令,实现了电喷发动机总线信号和端口信号均能控制,由此,本发明了既有高级的总线通讯方式又有传统的端口控制方式,并联合发动机ECM的相应设置,达到了两种方式互为备份和相互结合,并且两种方式的对发动机ECM的控制效果完全一致的全面的功能需求。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本发明一实施例提出的电喷发动机控制装置的结构原理框图一;图2为图1提出的电喷发动机控制装置的结构原理框图二。本发明的附图标号说明:标号名称标号名称1信号模块2.3端口控制模块2电喷发动机控制装置2.4I/O显控模块2.1CAN总线模块3发动机ECM2.2信号处理模块具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。需要说明,本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。另外,在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”、“固定”等应做广义理解,例如,“固定”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外,本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。本发明提出一种电喷发动机控制装置。请参照图1至图2,电喷发动机控制装置(2)包括CAN总线模块(2.1)、信号处理模块(2.2)、端口控制模块(2.3)和I/O显控模块(2.4);所述信号处理模块(2.2)连接CAN总线模块(2.1)、端口控制模块(2.3)、I/O显控模块(2.4)和信号模块(1),所述CAN总线模块(2.1)连接所述发动机ECM(3)的总线端口,所述I/O显控模块(2.4)连接所述端口控制模块(2.3),所述端口控制模块(2.3)连接所述发动机ECM(3)的功能端口。其中,所述信号模块(1)是用来对发动机进行状态变化的信号请求模块,是一个信号发生器,它根据所要控制的发动机的控制参数种类,发出的信号可以是多路信号,或者是一路综合的信号,一个典型的例子就是档位信号,档位信号是一个综合的信号,它的信号可以是变化的电压值,通过所述信号处理模块(2.2)处理为1到10档状态,不同的状态会对应一组和/或多组不同的用于控制所述发动机ECM(3)的参数。所述CAN总线模块(2.1)是一个CAN通讯接口,通过CAN通讯接口不仅便于与发动机ECM(3)通过CAN总线方式进行双向数据通讯,接收发动机ECM(3)发送的发动机状态参数信息,向发动机ECM(3)发送总线信号作为发动机控制信号,还能够与外围控制装置连接,接收到外围控制装置通过总线发来的控制请求指令。所述端口控制模块(2.3)是针对发动机ECM(3)所对应的不同功能请求的输入端口的一对一的输出控制端口,它根据发动机ECM(3)功能端口可接受的信号的不同分为模拟量端口、数字量端口和脉冲量端口,端口控制模块(2.3)具有向发动机ECM(3)输出端口信号的功能,也具备单独改变不同端口信号参数和状态的功能,还具有接受所述信号处理模块(2.2)和所述I/O显控模块(2.4)的受控信号来改变端口参数和状态的功能。端口控制模块(2.3)对发动机ECM(3)进行单向控制,输出的端口信号作为发动机控制信号对发动机ECM(3)进行控制。所述I/O显控模块(2.4)用于对电喷发动机控制装置(2)预设控制参数,一方面是可以对不同控制信号下需要对发动机ECM(3)发送相应参数的设置及修改,以及多组参数如转速、调速率和扭矩的组合方式,另一方面是可以进行总线控制与端口控制优先级的选择和修改,以及多组发动机控制参数的分别控制路线的设置(例如设置总线只控制发动机转速,端口只控制调速率和扭矩的切换),还有一方面可以根据实际应用情况针对不同工况设计的多种工作模式(例如H重载、S经济、L轻载模式)进行切换设置。所述I/O显控模块(2.4)还用于显示发动机参数信息,包括电喷发动机的通过CAN总线周期发送的实时状态参数和故障信息,以及通过所述I/O显控模块(2.4)请求发送的历史故障信息。所述信号处理模块(2.2)先是接受所述信号模块(1)的信号,并根据对应的逻辑关系处理成反映用于对发动机状态改变的请求,例如改变转速、改变调速率、改变扭矩,接受CAN总线模块(2.1)发来的外围控制装置发送的控制请求信号,接受I/O显控模块(2.4)对参数和状态等数据的修改设置信号。然后完成各种复杂的逻辑运算和信号转换工作后,对所述CAN总线模块(2.1)发送用于控制发动机ECM(3)的发动机控制信号,发送其他外围总线装置的信息,对I/O显控模块(2.4)发送需要显示的信息,对端口控制模块(2.3)发送需要控制的信息。具体地,利用所述电喷发动机控制装置(2)实现对电喷发动机的控制,包括以下步骤:一,对发动机ECM(3)进行功能设置,包括:1、设置发动机扭矩曲线和调速率,设置发动机ECM(3)接受发动机转速控制的具体参数源地址和可以接受控制的其它型号;2、设置发动机ECM(3)可接受的发动机控制信号,定义由CAN总线模块(2.1)发送来的发动机控制信号为总线信号,由端口控制模块(2.3)发送来的发动机控制信号为端口信号,有以下三种设置方式:仅接受总线信号,仅接受端口信号,可同时接受总线信号和端口信号;3、在步骤2中,若设置发动机ECM(3)为总线信号和端口信号都接受,那么还对要接受的总线信号和端口信号进行信号接受处理优先级配置,即:将根据总线信号进行的总线控制设为优先控制,或者,将根据端口信号进行的端口控制设为优先控制;二,数据采集,分析处理,控制,包括:1、若在步骤一中,设置发动机ECM(3)仅接受总线控制,则电喷发动机控制装置(2)与发动机ECM(3)之间通过总线信号进行双向通讯,具体包括:CAN总线模块(2.1)接受发动机ECM(3)发来的发动机状态参数信息,发送至信息处理模块(2.2),信号模块(1)向所述信息处理模块(2.2)发送第一控制信号,I/O显控模块(2.4)向所述信息处理模块(2.2)发送第二控制信号,CAN总线模块(2.1)还可以接受外围控制装置发来的第三控制信号,所述信息处理模块(2.2)对第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号进行分析处理,按照已定的控制规律,转化成相应的发动机控制信号,将发动机控制信号通过CAN总线模块(2.1)输出到发动机ECM(3)的总线端口,发动机ECM(3)根据接收到的发动机控制信号,对电喷发动机进行相应控制。2、若在步骤一中,设置发动机ECM(3)仅接受端口控制,则端口信号只能由电喷发动机控制装置(2)对发动机ECM(3)单向控制,具体包括:信号模块(1)向所述信息处理模块(2.2)发送第一控制信号,I/O显控模块(2.4)向所述信息处理模块(2.2)发送第二控制信号,信息处理模块(2.2)根据信号模块(1)的信号类别和信号具体参数进行处理后,通过端口控制模块(2.3)相应地对发动机ECM(3)进行控制。3、若在步骤一中,设置发动机ECM(3)为总线信号和端口信号都可接受,则包括:CAN总线模块(2.1)接受发动机ECM(3)发来的发动机状态参数信息,发送至信息处理模块(2.2),信号模块(1)向所述信息处理模块(2.2)发送第一控制信号,I/O显控模块(2.4)向所述信息处理模块(2.2)发送第二控制信号,CAN总线模块(2.1)还可以接受外围控制装置发来的第三控制信号,所述信息处理模块(2.2)对第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号进行分析处理,按照已定的控制规律,转化成相应的发动机控制信号,将发动机控制信号分别通过CAN总线模块(2.1)和/或端口控制模块(2.3)输出到发动机ECM(3),其中,所述发动机控制信号包括很多种,预先通过I/O显控模块(2.4)可以进行多种发动机控制信号的分别控制路线的设置,例如:将发动机转速控制信号、扭矩曲线选择信号和调速率选择信号设置为由总线发送,将发动机转速控制信号、中速控制信号、增速控制信号、减速控制信号、诊断控制信号、急停控制信号设置为由功能端口发送,当设置为CAN总线信号优先时,发动机ECM(3)只接受总线发送过来的命令指令,只有因故障原因或者因信息处理模块(2.2)的控制需要不在总线上发送发动机ECM(3)所等待的命令时,发动机ECM(3)才会去判断端口信号是否有对应的指令,如果有则采用端口信号对发动机ECM(3)进行控制;当设置为端口信号优先时,发动机ECM(3)只接受端口控制命令,只有功能端口无对应的控制命令时,才接受总线命令;当有重叠的控制命令(例如转速控制信号)同时从总线和端口发送时,发动机ECM(3)则根据发动机预先设置好的优先级,只采纳优先级高的控制路径发送过来的命令;另外所述信息处理模块(2.2)还可以控制一部分发动机控制信号由总线发送、一部分发动机控制信号由端口发送的组合状态。在上述整个过程中,第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号的作用分别为:由I/O显控模块(2.4)发送的第二控制信号当为综合信号时,信息处理模块(2.2)接受到第二控制信号对应的处理所需控制发动机的指令和指令的发送方式控制指令发送给CAN总线模块(2.1)和/或端口控制模块(2.3),发动机ECM(3)收到控制指令改变发动机的运行状态。至此过程中,当接受到由外围控制装置发来的第三控制信号时,则结合信息处理模块(2.2)预先设计的逻辑关系,综合第二控制信号,对发送给CAN总线模块(2.1)和/或端口控制模块(2.3)进行变化,最终使得发动机ECM(3)收到不同的指令进行变化。由信号模块(1)发来的第一控制信号主要是用于修改信息处理模块(2.2)的参数和切换控制模式。所述步骤二的步骤3中,扭矩曲线选择信号和调速率选择信号是通过脉冲信号输出给发动机ECM(3)对应的扭矩选择开关输入端口和调速率选择开关输入端口来循环改变扭矩曲线和调速率。转速控制信号时输出电压信号给发动机ECM(3)对应的电压信号。中速控制信号是输出低数字信号给发动机ECM(3)对应端口,发动机为一个固定的转速,在这种状态下,将增速控制信号或减速控制信号输出给发动机ECM(3)对应的脉冲信号,则转速按照设定的步长增加和减低转速。诊断控制信号和急停控制信号通过输出给发动机ECM(3)对应的端口,来实行诊断模式和急停模式的启用。各发动机控制信号的输出可以由多种方式分别或同时决定,一种是来自信号处理模块(2.2)的控制信号,一种是来自I/O显控模块(2.4)的控制信号,一种是端口控制模块(2.3)自身的选择开关,信号的方式有管理型信号,即起到对端口控制模块(2.3)端口功能的启用和停止的管理作用,另一种是功能性信号,即直接输出给发动机ECM(3)对应端口相关的信号。一种实际应用例子是,通过本发明提供的电喷发动机控制装置及方法,对康明斯一款电喷发动机的控制实施如下:1、通过对发动机ECM(3)设置为总线油门开度控制发动机转速,10条可编辑的调速率选择参数,5条扭矩曲线规划,设置端口控制为最高优先级控制,将中速控制转速设定为1400rpm,转速控制增减步长为100rpm;2、通过接受信号模块(1)发送的档位控制信号,经过信号处理模块(2.2)处理成对应档位需要的油门开度,调试率和扭矩曲线参数;3、将信号处理模块(2.2)处理的参数发送到CAN总线模块(2.1);4、发动机ECM(3)接受到油门开度、调试率和扭矩曲线请求后,相应的调整电喷发动机达到新的控制状态;5、信号处理模块(2.2)和I/O显控模块(2.4)均可以将发动机转速控制切换为发动机ECM(3)的中速控制开关信号控制,此时电喷发动机的转速控制将优先由端口控制模块(2.3)的指令进行控制,发动机的转速为1400rpm,在中速控制开关受控状态下,通过端口控制模块(2.3)对发动机ECM(3)速度增加开关和速度减少开关的控制,可以按照100rpm的步长对电喷发动机的转速进行调整,从而实现了发动机转速备用调节系统的冗余控制方法;6、I/O显控模块(2.4)能够对各档位对应的发动机油门开度、调试率和扭曲曲线进行修改,并且可以实时显示电喷发动机的运行参数和显示故障信息等。以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的
技术领域
均包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页1 2 3 
再多了解一些
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