燃料自动节省系统的制作方法

专利名称：：燃料自动节省系统的制作方法
技术领域：
：发动机动力控制——电子模块控制系统
背景技术：
：汽车节能技术从汽车批量生产至今无数人在为之努力，到今天已经获得了巨大的成就。同时在不可再生资源逐渐消耗的今天和汽车飞速进入千家万户的同时节能技术又对能源的利用率问题提出了新的挑战！本说明将从汽车节省燃料技术说起，分析新思路的设计原理与发展空间，希望这一技术能为世界车用燃料节约技术带来新的进步！节省燃料技术的发展对于车辆来说节省燃料技术无非有这么两个大的方面一方面是人为的驾驶，通过一些节省燃料的驾驶习惯来达到省油的目的；另一方面就是产品的开发，这其中包括降低车身重量、降低发动机运转阻力、降低风阻系数、降低行驶系阻力等方面。研制更高级的发动机技术，例如可变配气相位技术(VTEC)、可变进气管长度技术(wn)、涡轮增压技术、稀薄燃烧技术(缸内直喷)、双点火技术等等。这些技术不但改善了发动机的性能，最主要的是降低了燃油消耗，增强了发动机的动力。节省燃料产品的安装在很大程度上起到了节省燃料的作用。它们主要是通过技术手段让燃油在与空气混合之前被更好的雾化、电离或加热，从而更好的和空气混合使燃烧更充分！
发明内容而我提出的"自动控制节省燃料技术"就是在汽车和驾驶员之间加入了一位朋友——燃料自动节省系统，达到在原车设计的基础上更加节省燃料的目的。下面我就这个技术做详细的说明。技术方案在了解燃料节省控制模块的控制原理之前先让我们看一个理论分析(注本文中出现的参数只做示意。)假设某车辆(不分燃料种类)空车在平直无风的公路上直线行驶时，在燃料供给管路处流量是9ml/s，在燃料回流管路处流量是6ml/s时，每秒用油3ml，时速是43.2km/h车辆每秒行驶12m，相当于每毫升燃料行驶4m;同样在每秒用油4ml时，时速是86.4km/h车辆行驶24m，相当于每毫升燃料行驶6m;同样在车速是90km/h，相当于每秒用油5ml时车辆每秒行驶25m，相当于每毫升燃料行驶5m;同样在每秒用油8ml时，时速是115.2km/h车辆每秒行驶32m，相当于每毫升燃料行驶4m;据此，我绘制了一幅上述数据示意图。(见说明书附l)在单一条件改变车速的情况下燃油消耗就出现了抛物线一样的燃油消耗曲线，其实车辆行驶的实际情况和以上原理一样，只是在行驶过程中增加了加速阻力、风阻力、上坡阻力、下坡阻力(阻力为负值)、载重负荷的增加、转弯阻力等等，这些阻力都在增加每公里的燃料消耗，所以各种车的实际情况不同导致了这个燃料经济性最佳点在不断的变化。那么在当今时代能否抓住这个最佳点，让车辆在行驶时总是处在最节省燃料的状态呢？如果只靠人的操作肯定是达不到目的的。但我们今天的科学技术完全可以达到或满足这个要求！这就是本次要研发的"自动控制燃料节省技术"。此创新技术是一种全自动的最佳燃料节省驾驶控制，利用现代电子技术和电脑程序控制技术，应用于汽车燃料节省控制系统，设计合理、操作简单、效果明显、适用范围广；节省燃料控制能力在厂家测试的最经济油耗区附近。适用于各种以液体、气体做燃料产生动力的各种汽车、摩托车、轮船；适用于各种形式的发动机燃油控制系统。可集成化，也可单独加装。特别适合经常走长途的轿车、货车、客运车辆以及轮船等等。那么这个技术究竟怎么控制呢？整个系统包括一个燃料自动节省控制单片机(电路原理图已经给出)，两个燃料流量传感器(根据所测燃料车车型消耗燃料速率不同选择流量传感器，在实验过程中用信号模拟器模拟出两个燃料流量传感器的信号，这种传感器可以根据需要在生产厂家预定)，一个输出电动机(实验用的程序和电动机都是普通两线式12V直流电动机，在实际中也可以采用四线式12V步进电动机)，电动机相关的齿轮减速机构(实验时采用直接的节气门，所以里面已经有现成的齿轮减速机构)，最终连接油门踏板的拉线(在油门踏板最容易施力处安装此拉线，以实现电动机对油门的控制)，车速信号直接从车辆输出轴车速传感器处获取或者从某一个车轮的轮速传感器获取不需外加传感器；其他舒适系统信号根据需要连接到原车相关部位。控制原理示意图如说明书附图2。控制电脑的计算原理车辆时速*1000/每秒钟用燃料量=每毫升燃料所能行驶的距离。如果把从油门不踩，到油门踩到低的状态分成100个均匀位置，那单片机就驱动油门踏板控制电动机依次踩下油门踏板(每次正向动作一个单位变化量)使车速上升然后测量计算新的结果，当下一测量点的每毫升燃料行驶距离小于本次测量时，再将油门踏板回收(每次反向动作三个单位变化量)，然后再测量与计算，再与上一次对比，比上一次还小那就继续减小油门踏板控制，如果已经比上一次远了，那单片机就驱动油门踏板控制电动机依次踩下油门踏板(每次正向动作一个单位变化量)，然后再测量与计算，再寻找最佳点如此反复实现燃料节省自动控制的闭环工作循环。系统工作示意图如说明书附图3。节能控制模块控制原理数据示意表见说明书最后页的附表。注油门控制电动机可以是占空比控制式两线电动机也可以是三线或四线控制的步进电动机，当占空比增加时，电动机带动油门踏板向踩油门的方向动作，当占空比减小时，电动机受电的控制力减小从而原车的油门踏板弹簧等带动油门踏板向松开油门踏板的方向动作。而步进电动机的控制信号不是占空比，而是电脉冲信号，而且步进电动机动作以后在不加电脉冲的情况下自动锁定。相当于加油门操作和减油门操作。系统工作全过程原理此项目是在不影响原车工作性能的基础上加入了一个单片机自动控制的燃料节省程序。当车辆正常行驶时打开燃料节省总电源控制开关，车速虚拟信号和单位时间内燃油消耗量模拟信号在测试显示屏中显示。燃料节省控制程序指示灯为1亮，系统等待进入燃料节省控制程序。点触燃料节省控制按钮，蜂鸣器发出第一种声响，燃料节省控制程序指示灯1、2亮，系统开始自动调节，测试显示屏中还有一个位置显示计算最佳燃料消耗所能行驶最远距离的模拟量。此时就可以像开启定速巡航控制一样松开油门踏板，燃料节省控制程序开始执行操作，不管在哪个档位燃料节省控制模块会自动适应最佳经济油耗使车辆行驶里程更长，(自动档车辆最好将车辆行至最高档以后否则在其他档位开启燃料节省控制程序车辆有可能不升至最高档)。当车辆做转弯操作或者上坡或者迎面来风使风阻系数增大时由于发动机负荷增大，此时燃油消耗率会升高，燃料节省控制模块会在第一时间内感觉到，并对油门控制电动机实施减油门控制(每次反向动作三个单位变化量或步进电动机后退三步)。同时燃料节省控制模块的传感器也在时刻监视着系统工作的特性参数。当减油控制过大，燃料节省控制模块会自动实行加油控制，让油门踏板控制电动机受到加油控制(每次正向动作一个单位变化量或步进电动机前进一步)，增加到超过最佳燃油经济性时燃料节省控制模块会自动实行减油控制油门踏板控制电动机减油门控制(每次反向动作三个单位变化量或步进电动机后退三步)，然后再实行加油控制(每次正向动作一个单位变化量或步进电动机前进一步)如此反复。当车辆下坡或者迎面风阻系数减小时由于发动机负荷减小，此时燃油消耗率会降低，燃料节省控制模块会在第一时间内感觉到，并对油门踏板控制电动机受到加油控制(每次正向动作一个单位变化量或步进电动机前进一步)，当加油过大，超过了最佳燃油消耗时燃料节省控制模块会使油门控制电动机实施减油门控制(每次反向动作三个单位变化量或步进电动机后退三步)然后再加油或再减油也是如此反复。这样就把燃油消耗率控制在了最佳时刻附近(实际状态是电动机带动油门踏板在最佳经济消耗区附近快速的微颤)，从而实现燃料节省自动控制。当车辆遇到紧急情况需要紧急加油、踩离合、换做空挡或刹车时，驾驶员可以自行操作相关控制的油门踏板或者刹车踏板。如果短时操作燃料节省控制模块控制工作指示灯3点亮，表示控制程序临时退出，当5秒内驾驶员取消对油门踏板或刹车踏板的操作，燃料节省控制程序自动恢复，恢复后工作指示灯3熄灭。当驾驶员执行操作超过5秒，视为驾驶员有意图取消燃料节省控制程序，在5秒内工作指示灯由123点亮，表示临时退出状态，5秒后工作指示灯2、3熄灭，只有l在亮着这表示己经退出，准备进入工作状态，同时蜂鸣器发出第二种声音提示节能控制程序己经退出工作模式。在一切系统正常的情况下，当开启此功能时，会有如说明书附图4行驶曲线示意图出现，曲线释义OA段为原车速时开启节能控制后，如果原车速高于目标车速，则节能控制模块驱动油门控制电动机实施减油门控制(每次反向动作三个单位变化量或步进电动机后退三步)然后再加油或再减油，直到最佳经济时速；如果原车速低于目标车速，贝IJ节能控制模块控制油门踏板控制电动机受到加油控制(每次正向动作一个单位变化量或步进电动机前进一步)，直到最佳经济时速。AB段为正常行驶时节能控制模块的调整图谱，每次节能控制模块控制油门踏板控制电动机受到加油控制(每次正向动作一个单位变化量或步进电动机前进一步)，当检测到某次上升后己经超过了最低经济时速，则电动机控制油门踏板每次反向动作三个单位变化量，再试探性正向动作一个单位变化量，依次这样调节。BC段当车辆遇到阻力时，最佳经济时速将下降(例如上坡、转弯、迎风阻力增大、路面状况变化等等)，节能控制模块驱动油门控制电动机实施减油门控制(每次反向动作三个单位变化量或步进电动机后退三步)然后再加油或再减油，直到最佳经济时速点。CD段在新的最佳经济时速点实施正常控制，特点如图谱AB段。DE段当车辆遇jlj阻力减小时，最佳经济时速点在上升(例如下坡、顺风增大、路况变化等)；节能控制模块驱动电动机控制油门踏板就像OA下半段那样，每次正向动作一个单位变化量，直到达到新的最佳经济时速点。EF段如AB段或CD段状态，维持最佳经济时速。FG段当踩离合、刹车、挂空挡信号传至燃料节省器控制模块时，燃料节省控制模块识别驾驶员要进行人为操作，暂时性退出；等驾驶员取消其相关操作时，燃料节省控制模块恢复对电动机控制的油门踏板位置的控制。如GH段。HI段当踩油门时，燃料节省控制模块收到驾驶员要人为加速的信号(可以提取节流阔位置信号、也可以单独设计此信号的提取方式、即使不提取此信号，控制电动机到油门踏板的拉线在脚踩油门人工加速时已经呈松弛状态，所以就是电脑不退出工作程序也不影响车辆操作和安全性能)，一般此情况超车时用得比较多，燃料节省控制功能不退出但不影响驾驶员加速，当驾驶员取消操作时，燃料节省控制功能恢复。IJ段控制功能恢复，找到新的最佳经济时速点。JK段当车辆阻力骤减，节能控制模块在某一大段时间内未能达到最佳经济时速，为防止发动机转速过高而损坏发动机和车速太快，节能控制模块控制功能退出，等待驾驶员的操作；此时，发动机自动回到怠速状态，对车辆实施反拖制动，保证了车辆行驶的安全性；当车辆阻力骤增，节能控制模块在某一大段时间内将车辆控制到怠速状态还没有达到最佳经济时速，则燃料节省控制功能退出，等待驾驶员的执行操作。如此反复，就形成了车速和燃料消耗率之间的全自动的闭环控制，从而达到最节省燃料的目的。项目简图见说明书附图5。此工作过程为闭环控制，主要输入信号为实际车速信号和燃油流量信号。主要控制信号为发动机怠速信号、冷却液温度信号、刹车信号、油门踏板位置信号、空档开关信号、倒档开关信号、离合器踏板信号和手控开关信号。主要输出信号为油门踏板位置电动机驱动信号；次要输出信号是工作指示灯、燃油流量显示器、双音蜂鸣器。燃料节省控制单片机的作用就是分析燃油使用量对应的车速是否能行驶最长的距离，如果不能行驶最长的距离那么通过减小对油门踏板施力来使油门自动回位，发动机负荷降低，如果速度降低了而低于最经济时速，这时燃料节省控制单片机控制使油门踏板的力增加，相当与油门被踩下，从而再去找到最佳经济时速点。信号采样频率应大于1HZ而小于5HZ，但不能过快，因为过快的调整频率会导致加速过快使发动机加速不平缓会费油(具体的还可以根据车辆发动机特性不同来调节电脑程序达到最佳化控制)。在设计过程中我们使用了单片机来做为处理器，它的控制电路分为以下几部分显示输出控制模块电路原理图。如图6所示单片机与显示部分的接口电路原理图。如图7所示电脑调试器与单片机接口电路。如图8所示单片机的只读存储器电路原理图。如图9所示电脑芯片需要的供电电源是3.3￥,所以在实际电路设计中加入了3.3V电源，它的原理见图10所示在电路原理应用中还有很多集成电路块需要的是5V电源，所以在电路原理设计中加入了5V工作电源1如图11(5V电源的左半部分)和图12(5V电源的右半部分)所示(由于显示小了不清晰所以分开显示，带来查阅不便敬请谅解)。如果所有集成块都使用一个5V电源，会产生两个问题一个是可能会出现信号干扰，另一个是用电元件发热量过高可能烧坏元件。所以为保险起见又做了第二个5V电源，原理图如图13所示此单片机有三个主要输入信号，其中两个是燃油流量信号，我把它设计成霍尔信号的原理。如图14所示另外一个主要信号是车速信号，在实际车辆中多数应用霍尔或者磁电这两种信号，我就设计了两个信号，原理图如图15所示在这三个主要输入信号以外我又根据发动机的工况和实际运行过程中可能出现的驾驶员操作对燃料节省控制单片机加入了四个停止信号分别是两个0V停止和两个12V停止，具体原理图如图16和图17所示在单片机电源给入，所有输入信号都已准备好的情况下，需要确认开启程序，程序启动开关的原理图见图18。(当l、2脚结合一次时程序启动，当3、4脚结合一次时程序停止。)在电路设计中考虑了可以应用普通两线12V电动机用占空比控制(实际程序就是按此电动机设计的)，也可以用四线式步进电动机，所以在电路原理图和实物上面都有步进电动机的相关电路，步进电动机与单片机接口如图19所示步进电动机的控制原理图如图20和图21所示普通两线式12V占空比控制电动机的控制原理图如图22电机控制左边电路、23电机控制中间电路、24电机控制输出电路所示此单片机应用的是C8051F020型智能芯片来计算和控制信号的输入输出，芯片的接脚定义如图25单片机左上交电路、26单片机左下角电路、27单片机下侧电路、28单片机右侧电路和29单片机上侧电路所示另外还有一个声音提示和三个指示灯提示，原理接线图如30所示受益效果此产品的开发极具潜力，它可以开创行驶过程中自动控制最佳燃料经济性的先河，而且有可能实现在实际使用车辆过程中比原厂最经济燃料消耗更低的参数数据，特别在重型车辆上，在车辆相同载重量的情况下有望实现燃料节省20%50%的可能。具体实施例方式经过某汽车生产厂的研发部门或汽车电子研发部门使用此项目进行实体开发研制，并生产出产品应用在大多数车辆上，实现节约能源的目的。附表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>燃料节省控制模块在工作过程中一直在重复着126的这些过程，在反复的找到最经济时速点然后控制车辆在这个时速附近动态监控，当车辆阻力变化时采取相应的应对措施。权利要求1控制电脑的计算原理车辆时速*1000/每秒钟用燃料量＝每毫升燃料单位时间内所能行驶的距离；保护上述原理，参数只做参考用。2.如果从油门不踩开始到油门踩到低的状态分成100个均匀位置的话，燃料节省控制器控制带动油门踏板动作的电动机，使其相当于用脚依次踩下油门踏板(每次l个度量单位)使车速上升然后测量计算新的结果，当下一测量点的每毫升燃料行驶距离小于本次测量时，再将油门踏板回收(每次3个度量单位)，然后再测量与计算，再与上一次对比，比上一次还小那就继续减小油门踏板控制，如果已经比上一次远了，那就依次踩下油门踏板(每次1个度量单位)，然后再测量与计算，再寻找最佳点如此反复实现燃料节省自动控制的闭环工作循环；保护上述原理，参数只做参考用。3.燃料自动节省系统，其技术特征是利用车辆行驶状态中的阻力变化电脑计算最经济燃料消耗，从而控制发动机在某个状态运转；本人在设计中使用的是取得进回油流量信号、车速信号为主要输入信号，油门踏板位置控制信号为主要输出信号，其他都属于舒适性配置的附属功能。4.提取发动机燃料消耗率、汽车行驶中发动机承受阻力或车速为主要输入信号，通过电脑计算和程序分析来自动控制进入发动机汽缸内燃料消耗率的主要输出信号，这种方式来控制车、船用发动机自动节省燃料消耗的技术。5.将上述程序直接设计在与车辆行驶有关的电子分析控制模块之中。全文摘要一种全新理念的燃料自动节省系统它使用原车整体技术，加入自动控制燃料节省系统后，运用电子电路和程序控制实现车辆在驾驶员欲施行燃料最佳节省控制时按动启动按钮，车辆实行在阻力变化状态下自动加减油来实现燃料最省。控制电脑计算原理车辆时速*1000/每秒钟用燃料量＝每毫升燃料单位时间内所能行驶的距离控制原理示意图如说明书摘要附图。主要用途本技术应用于车用发动机燃料节约，主要针对长途车，或者路况较好，能经常轻松自由行驶的车辆，适用于液体和气体燃料做能源的所有车辆。特别是长途货运、客运车辆可实现节省燃料20％～50％，效果最佳。文档编号F02D11/10GK101353984SQ20081005104公开日2009年1月28日申请日期2008年8月1日优先权日2008年8月1日发明者孙宏伟申请人:孙宏伟