电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元，包括：信号采集及处理电路模块采集各种传感器信号并输入中央控制模块，中央控制模块通过CAN总线通讯模块接收整车控制器传来的驾驶员控制请求，输出控制信号到柴油喷嘴驱动模块和其他驱动模块。中央控制模块作为微处理器，主频高达64MHz；采用eTPU实时采集增程器发动机转速、相位信号，并通过eTPU实现喷射脉宽控制；控制单元升压80V，采用可编程逻辑控制器软件编程，结合高、低电压组合驱动实现对柴油喷嘴高速电磁阀快速响应驱动控制。控制单元控制柴油增程器工作于最佳的油耗和排放区域，大大降低了电动客车的运行成本，并提高了电动客车的续驶历程。
【专利说明】
电动客车用高压共轨柴油机増程器控制单元
技术领域
[0001]本实用新型涉及汽车电子领域，尤其涉及一种电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元。
【背景技术】
[0002]21世纪，人类将面临严峻的能源和环境挑战，研究开发节能、环保和安全的汽车是实现交通可持续发展的必由之路，其中，电动汽车以其在使用过程超低排放/零排放、能源利用多元化和高效化、便于实现智能化控制等方面的技术优势备受重视，呈现加速发展态势。在电动汽车诸多电力驱动系统形式中，增程式电动汽车配有地面充电和车载供电功能，但是现有的电动客车用增程器其在电路稳定性能差，不能充分发挥柴油机的节能优势。
[0003]这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元。
[0005]为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元，包括:电动客车车载信号发送模块、信号采集及处理模块、中央控制模块、CAN通讯模块、高速电磁阀喷嘴驱动电路、电源管理模块和外围供电电路；
[0006]电动客车车载信号发送模块信号发送端连接信号采集及处理模块信号接收端，信号采集及处理模块信号发送端连接中央控制模块车载信号接收端，外围供电电路电源端连接电源管理模块供电端，电源管理模块电源控制端连接中央控制模块电源控制端，CAN通讯模块数据交互端连接电动客车信号通讯端，CAN通讯模块数据控制端连接中央控制模块数据交互端，高速电磁阀喷嘴驱动电路信号端连接中央控制模块喷嘴驱动控制端，所述高速电磁阀喷嘴驱动电路控制端连接发动机喷嘴。
[0007]上述技术方案的有益效果为:通过该控制单元控制增程器工作在最佳的油耗和排放区域，以达到电动客车降低运行成本、提高续驶历程的目的。
[0008]所述的电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元，优选的，所述电动客车车载信号发送模块包括:点火开关、共轨压力传感器、冷却水温传感器、进气流量传感器、发动机转速传感器、凸轮轴位置传感器；
[0009]所述点火开关信号发送端连接信号采集及处理模块开关信号接收端，所述共轨压力传感器信号发送端连接信号采集及处理模块共轨压力信号接收端，所述冷却水温传感器信号发送端连接信号采集及处理模块冷却水温信号接收端，所述进气流量传感器信号发送端连接信号采集及处理模块进气流量信号接收端，所述发动机转速传感器信号发送端连接信号采集及处理模块发动机转速信号接收端，所述凸轮轴位置传感器信号发送端连接信号采集及处理模块凸轮轴位置信号接收端。
[0010]上述技术方案的有益效果为:通过相关的电路传感器将车载工作的参数进行采集。
[0011]所述的电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元，优选的，所述外围供电电路包括:传感器供电电路、单片机供电电路、执行器供电电路；
[0012]所述传感器供电电路电源端连接电源管理模块供电端，所述单片机供电电路电源端连接电源管理模块供电端，所述执行器供电电路电源端连接电源管理模块供电端。
[0013]所述的电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元，优选的，所述高速电磁阀喷嘴驱动电路包括:
[0014]第二场效应管的源极顺接第二二极管正极，再通过喷油器线圈与第三场效应管的漏极连接，第三场效应管的源极通过第一电阻接地;第三场效应管的漏极连接第一电容，第一电容另一端接地;第一场效应管的源极连接第一二极管的正极，第一二极管的负极与喷油器线圈一端和第二二极管负极共接;高压电源连接第二场效应管的漏极，低压电源连接第一场效应管的漏极;第一喷射脉冲信号分解端、第二喷射脉冲信号分解端和第三喷射脉冲信号分解端分别接入第一场效应管、第二场效应管和第三场效应管的栅极。
[0015]上述技术方案的有益效果为:通过电磁阀喷嘴驱动电路模块实现对发动机喷嘴的有效控制，使出油喷嘴工作更准确。
[0016]所述的电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元，优选的，所述第一场效应管、第二场效应管和第三场效应管为N沟道增强型MOS管。
[0017]所述的电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元，优选的，所述第一场效应管的漏极与源极连接第一稳压二极管，所述第二场效应管的漏极与源极连接第二稳压二极管，所述第三场效应管的漏极与源极连接第三稳压二极管。
[0018]所述的电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元，优选的，所述中央控制模块为SPC563M64。
[0019]综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:
[0020]本实用新型根据需要，工作于纯电动模式、增程模式，增程模式时发动机工作于最佳的油耗和排放区域，车载充电系统的使用可在降低整车电池用量的同时并增加电动汽车的续驶里程，地面充电装置可利用行车间隙快速对电池进行快速充电。本实用新型研究的基于柴油动力的增程器为增程式电动汽车的动力核心，可以充分发挥柴油机的节能优势，在连接方式上，采用串联形式，发电机发出的电能主要直接给驱动电机供电，少部分用于给电池充电，相对纯电动汽车，少了一个发电机到电池的能量转换过程，效率更好，节油效果更好。由于多了一个柴油增程器，可以大大提高车辆的续驶里程，并可以减少电动汽车车载电池的数量，减轻整车重量，降低电动汽车的成本。
[0021]本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
【附图说明】
[0022]本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0023]图1是本实用新型总体示意图；
[0024]图2是本实用新型柴油高速电磁阀喷嘴驱动电路示意图。
[0025]附图标记
[0026]1、中央控制模块;2、信号采集及处理电路模块;3、电源管理模块;4、CAN通信模块；
5、柴油高速电磁阀喷嘴驱动模块;6、其他驱动;7、点火开关信号;8、共轨压力信号;9、冷却水温信号；10、进气流量信号；11、发动机转速信号；12、凸轮轴位置信号；13、传感器供电；14、单片机供电；15、执行器供电；16、诊断标定；17、整车通讯；18、1-6缸柴油喷嘴；19、高压油栗电磁阀驱动;20、EGR电磁阀驱动;21、预热电磁阀驱动。
【具体实施方式】
[0027]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0028]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0029]在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。
[0030]如图1所示，一种电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元，包括中央控制模块
1、信号采集及处理电路模块2、电源管理模块3、CAN通信模块4、柴油高速电磁阀喷嘴驱动模块5、以及其他驱动6，所述其他驱动6包括高压油栗电磁阀驱动19、EGR电磁阀驱动20、预热电磁阀驱动21。
[0031]其中所述信号采集及处理电路模块2采集点火开关信号7、共轨压力信号8、冷却水温信号9、进气流量信号10、发动机转速信号11、凸轮轴位置信号点12并将这些信号和数据输入中央控制模块I;中央控制模块I的数据端与CAN通信模块4连接，中央控制模块I接收CAN通讯模块4传来的整车通讯信号17，解析驾驶员控制请求，结合可编程逻辑控制器软件编程，通过柴油高速电磁阀喷嘴驱动模块5启动柴油增程器，控制柴油增程器工作在最佳的油耗和排放区域，以达到电动客车降低运行成本、提高续驶里程的目的。
[0032]所述中央控制模块I连接CAN通信模块4与外界通信。CAN通信处理模块4连接诊断标定显示模块16和整车通讯17进行参数标定、监控和接受整车控制需求。CAN通讯采用双绞线，信号使用差分电压传送，两条信号线被称为CAN_H和CAN_L。由于本实用新型中的中央控制模块I的微处理器SPC563M64带有CAN2.0控制器，电路设计时只需要用CAN收发器进行电平转换就可以完成通讯功能，我们选用恩智浦高速CAN收发器TJA1051，波特率可达1Mbps。采用基于国际标准的CCP标定协议开发标定软件，可方便地实现数据的在线显示、标定修改以及读取整车控制需求信号。
[0033]中央控制模块I采用意法半导体公司的SPC563M64作为微控制器核心，主频64MHz，集成两路eTUP功能；SPC563M64的eTPU模块实现增程器发动机的转速采集、相位判缸功能。柴油喷嘴18采用可编程逻辑波形与高、低压组合(80V与24V组合)协同驱动，车载电源24V为电磁阀低压驱动供电，24V电压通过升压电路到达80V后作为电磁阀高压驱动供电，高、低压驱动的控制由可编程逻辑器件通过软件编程控制，从而实现喷油器高速电磁阀快速开启，驱动电流达到峰值的时间小于0.1ms。高压油栗电磁阀19、EGR电磁阀20、预热电磁阀21以及继电器的驱动采用英飞凌的集成低边驱动芯片TLE6244X控制，通过与微控制器的SPI通讯来配置驱动模式。采用控制器的eTPU来进行发动机曲轴转速采集、凸轮相位判缸和触发燃油喷射脉冲，eTPU独立于单片机运行，提高了执行效率及可靠性。
[0034]所述电源管理模块3将24V车载电源转换为5V、3.3V和80V分别给传感器供电13、单片机供电14和驱动供电15。采用电源芯片，将车载电源电压24V转换为传感器供电所需的5V和为控制芯片及其它集成电路所需的3.3V供电；采用大功率电感升压电容蓄能电路，将车载电源24V升高到80V，为喷油器高速电磁阀驱动高压供电。
[0035]上述的硬件电路为6层印刷电路板(PCB)设计，完整独立的电源层和地层设计，减少和屏蔽信号之间的相互干扰。采用模块化分区布局的电路设计，具有较强的电磁兼容性；电路板与电控单元壳体耦合散热、密封抗震设计，电控系统散热好、防尘防水性能好、可靠性高。
[0036]参见图2，柴油高速电磁阀喷嘴驱动电路模块5控制1-6缸柴油喷嘴18的具体电路如下:
[0037]场效应管Q2的源极顺接二极管D2正极，再通过柴油喷油器线圈与场效应管Q3的漏极连接，场效应管Q3的源极通过电阻Rl接地;场效应管Q3的漏极连接电容Cl，电容Cl另一端接地;场效应管Ql的源极连接二极管Dl的正极，二极管Dl的负极与柴油喷油器线圈一极和二极管D2负极共接;80V电源连接场效应管Q2的漏极，24V电源连接场效应管Ql的漏极;喷射脉冲信号分解S1、喷射脉冲信号分解S2和喷射脉冲信号分解S3分别接入场效应管Ql、Q2和Q3的栅极。场效应管Ql的漏极与源极、Q2的漏极与源极和Q3的漏极与源极间均连接有稳压二极管。上述场效应管Ql、Q2、Q3为N沟道增强型MOS管。
[0038]上述实用新型所使用的软件程序为本领域技术人员所熟知的。
[0039]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0040]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1.一种电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元，其特征在于，包括:电动客车车载信号发送模块、信号采集及处理模块、中央控制模块、CAN通讯模块、高速电磁阀喷嘴驱动电路、电源管理模块和外围供电电路； 电动客车车载信号发送模块信号发送端连接信号采集及处理模块信号接收端，信号采集及处理模块信号发送端连接中央控制模块车载信号接收端，外围供电电路电源端连接电源管理模块供电端，电源管理模块电源控制端连接中央控制模块电源控制端，CAN通讯模块数据交互端连接电动客车信号通讯端，CAN通讯模块数据控制端连接中央控制模块数据交互端，高速电磁阀喷嘴驱动电路信号端连接中央控制模块喷嘴驱动控制端，所述高速电磁阀喷嘴驱动电路控制端连接发动机喷嘴。2.根据权利要求1所述的电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元，其特征在于，所述电动客车车载信号发送模块包括:点火开关、共轨压力传感器、冷却水温传感器、进气流量传感器、发动机转速传感器、凸轮轴位置传感器； 所述点火开关信号发送端连接信号采集及处理模块开关信号接收端，所述共轨压力传感器信号发送端连接信号采集及处理模块共轨压力信号接收端，所述冷却水温传感器信号发送端连接信号采集及处理模块冷却水温信号接收端，所述进气流量传感器信号发送端连接信号采集及处理模块进气流量信号接收端，所述发动机转速传感器信号发送端连接信号采集及处理模块发动机转速信号接收端，所述凸轮轴位置传感器信号发送端连接信号采集及处理模块凸轮轴位置信号接收端。3.根据权利要求1所述的电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元，其特征在于，所述外围供电电路包括:传感器供电电路、单片机供电电路、执行器供电电路； 所述传感器供电电路电源端连接电源管理模块供电端，所述单片机供电电路电源端连接电源管理模块供电端，所述执行器供电电路电源端连接电源管理模块供电端。4.根据权利要求1所述的电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元，其特征在于，所述高速电磁阀喷嘴驱动电路包括: 第二场效应管的源极顺接第二二极管正极，再通过喷油器线圈与第三场效应管的漏极连接，第三场效应管的源极通过第一电阻接地;第三场效应管的漏极连接第一电容，第一电容另一端接地;第一场效应管的源极连接第一二极管的正极，第一二极管的负极与喷油器线圈一端和第二二极管负极共接;高压电源连接第二场效应管的漏极，低压电源连接第一场效应管的漏极;第一喷射脉冲信号分解端、第二喷射脉冲信号分解端和第三喷射脉冲信号分解端分别接入第一场效应管、第二场效应管和第三场效应管的栅极。5.根据权利要求4所述的电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元，其特征在于，所述第一场效应管、第二场效应管和第三场效应管为N沟道增强型MOS管。6.根据权利要求4所述的电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元，其特征在于，所述第一场效应管的漏极与源极连接第一稳压二极管，所述第二场效应管的漏极与源极连接第二稳压二极管，所述第三场效应管的漏极与源极连接第三稳压二极管。7.根据权利要求1所述的电动客车用高压共轨柴油机增程器控制单元，其特征在于，所述中央控制模块为SPC563M64。
【文档编号】F02D41/20GK205532907SQ201620126976
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月18日
【发明人】王洪荣, 杨勇, 张衡
【申请人】中国汽车工程研究院股份有限公司