用于台架试验的发动机智能控制器及台架试验系统的制作方法

用于台架试验的发动机智能控制器及台架试验系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于台架试验的发动机智能控制器及台架试验系统，其中发动机智能控制器包括：输入接口、输出接口和智能控制模组，其中智能控制模组包括如下至少一个控制器：基于排气温度和空燃比进行空燃比控制的空燃比智能控制器，基于缸压峰值、放热50％曲轴转角和最大缸压曲轴转角进行点火提前角控制的点火提前角智能控制器和基于发动机扭矩、发动机转速、增压压力、涡轮转速和发动机功率进行运转控制的运转智能控制器，其中台架试验系统含该发动机智能控制器，本实用新型可以实现对发动机进行自动化的、精确的和安全的控制，无需对相关的控制器进行标定，也无需由电控工程师在线调整它们的控制参数。
【专利说明】用于台架试验的发动机智能控制器及台架试验系统

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种发动机控制【技术领域】，尤其涉及一种用于台架试验的发动机智能控制器及台架试验系统。

【背景技术】
[0002]发动机台架试验可用于检验发动机整体和相关零部件的可靠性，也可用于验证发动机的性能是否达到设计指标等。发动机台架试验涉及的设备一般包括:发动机(作为试验对象)、测量控制系统和辅助系统等；其中，测量控制系统又可以包括:发动机控制器和各种传感器，各种传感器用于对发动机工作时的各种参数进行采集，发动机控制器用于基于各种传感器采集到的参数并结合控制模型(例如:充气模型、排温模型、扭矩模型)对发动机进行控制。
[0003]目前，在台架试验中，一般需要不断的根据实验情况对充气模型、排温模型和扭矩模型等控制模型进行标定，从而保证将发动机组装进整机时，对其控制的准确性和安全性，而标定工作是一项非常耗时耗力的工作，例如:充气模型的标定大约需要花费两个月的时间，排温模型的标定需要在整车轮毂试验室中标定，扭矩模型的标定大约需要一个月的时间，虽然如此，为了保证发动机用于整机时的高性能和安全性等，进行这样的标定工作是有必要的。
[0004]但是，目前在台架试验中，有些发动机一般不会组装进整机，其主要用于试验发动机的性能，以帮助修正发动机的设计或其它；这种情形在台架试验中，也需要对发动机做准确和安全的控制，否则所获得的结果将失去意义，但是此时若采用对发动机控制器进行标定的方式来保证控制的准确性和安全性，显然时间和成本上均是一大问题，因此一般采取的方式是由电控工程师在线监控发动机的运转，然后根据运转情况调整发动机控制器的控制参数，以满足发动机的各种台架试验需要，但是，这种方式对电控工程师要求非常高，不仅需要电控工程师具有非常高的电控技术水平，也要求电控工程师的经验非常丰富。
[0005]因此，现有技术中，如果不对发动机控制器进行标定或由电控工程师在线调整控制参数，将不容易实现对发动机的准确和安全的控制。
实用新型内容
[0006]本实用新型实施例所要解决的技术问题是，提供一种用于台架试验的发动机智能控制器及台架试验系统，无需标定或者在线调整控制参数就可以实现对发动机的准确和安全控制，并且本实用新型实施例的发动机智能控制器基于硬件电路而实现。
[0007]本实用新型实施例为了解决上述技术问题提供的技术方案如下:
[0008]一种用于台架试验的发动机智能控制器，包括:输入接口和输出接口，其特征在于:还包括:智能控制模组，所述智能控制模组包括如下至少一个控制器:空燃比智能控制器、点火提前角智能控制器和运转智能控制器；
[0009]所述输入接口包括:第一至第二输入引脚，第三至第五输入引脚中至少一个，和，第六至第十输入引脚中至少一个；
[0010]所述输出接口包括:第一输出引脚，第二输出引脚，和，第三至第四输出引脚中至少一个；
[0011]所述第一至第十输入引脚分别与设置于发动机上的排温传感器，设置于所述发动机上的氧传感器，与所述发动机连接的燃烧分析模组的缸压峰值输出脚、放热50%曲轴转角输出脚和最大缸压曲轴转角输出脚，与所述发动机连接的台架控制模组的发动机扭矩输出脚、发动机转速输出脚、增压压力输出脚、涡轮转速输出脚和发动机功率输出脚对应连接;
[0012]所述第一至第四输出引脚分别与所述发动机的喷油器、点火线圈、节气门和增压器废气阀对应连接；
[0013]所述空燃比智能控制器的输入分别与所述第一和第二输入引脚连接，输出与所述第一输出引脚连接；
[0014]所述点火提前角智能控制器的输入分别与所述第三至第五输入引脚连接，输出与所述第二输出引脚连接；
[0015]所述运转智能控制器的输入分别与所述第六至第十输入引脚连接，输出与所述第三和/或第四输出引脚连接。
[0016]其中，所述氧传感器为线性氧传感器或离散氧传感器。
[0017]其中，所述空燃比智能控制器包括:第一比较器、空燃比加浓保护器和空燃比当量闭环控制器；
[0018]所述第一比较器的正向输入端与所述第一输入引脚连接，负向输入端固定为排气温度阈值，输出端分别与所述空燃比加浓保护器的高电平使能端和所述空燃比当量闭环控制器的低电平使能端连接；
[0019]所述空燃比加浓保护器的输入端与所述第一输入引脚连接，输出端与所述第一输出引脚连接；所述空燃比当量闭环控制器的输入端与所述第二输入引脚连接，输出端与所述第一输出引脚连接。
[0020]其中，所述空燃比加浓保护器包括:顺序串联的排温预测电路、减法器、控制量计算电路、喷油脉宽修正电路和第一驱动电路；
[0021]所述排温预测电路的高电平使能端与所述第一比较器的输出端连接，输入端与所述第一输入引脚连接，输出端与所述减法器的负输入端连接，所述减法器的正输入端固定为所述排气温度阈值，输出端与所述控制量计算电路的输入端连接，所述第一驱动电路与所述第一输出引脚连接。
[0022]其中，所述空燃比当量闭环控制器为比例-积分-微分控制电路。
[0023]其中，所述点火提前角智能控制器包括:第二比较器、爆震控制器和点火提前角优化控制器；
[0024]所述第二比较器的正向输入端与所述第三输入引脚连接，负向输入端固定为爆震判断阈值，输出端分别与所述爆震控制器的高电平使能端和所述点火提前角优化控制器的低电平使能端连接，所述爆震控制器和所述点火提前角优化控制器的输出均与所述第二输出引脚连接。
[0025]其中，所述爆震控制器包括:第三至第四比较器和第二至第四驱动电路；
[0026]所述第三比较器的高电平使能端与所述第二比较器的输出端连接，正向输入端与所述第三输入引脚连接，负向输入端固定为2倍所述爆震判断阈值，输出端分别与所述第四比较器的高电平使能端和所述第二驱动电路的低电平使能端连接；
[0027]所述第四比较器的正向输入端与所述第三输入引脚连接，负向输入端固定为3倍所述爆震判断阈值，输出端分别与所述至所述第三驱动电路的低电平使能端和所述第四驱动电路的高电平使能端连接；
[0028]所述第二至第四驱动电路的输出端均与所述第二输出引脚连接，所述第二至第四驱动电路分别为推迟0.75°点火提前角驱动电路、推迟1.5°点火提前角驱动电路、推迟3°点火提前角驱动电路。
[0029]其中，所述点火提前角优化控制器包括:有效压力计算电路、第五至第七比较器和第五至第六驱动电路；
[0030]所述五比较器的低电平使能端与所述第二比较器的输出端连接，正向输入端与所述有效压力计算电路的输出端连接，负向输入端固定为2bar，输出端分别与所述第六比较器的高电平使能端和所述第七比较器的低电平使能端连接，所述有效压力计算电路的输入与所述第六引脚连接；
[0031]所述第六比较器的正向输入端与所述第四输入引脚连接，负向输入端固定为8°，输出端分别与所述第五驱动电路的高电平使能端和所述第六驱动电路的低电平使能端连接；
[0032]所述第七比较器的正向输入端与所述第五输入引脚连接，负向输入端固定为13°，输出端分别与所述第五驱动电路的高电平使能端和所述第六驱动电路的低电平使能端连接；
[0033]所述第五至第六驱动电路均与所述第二输出引脚连接，所述第五驱动电路为点火提前角增大驱动电路，所述第六驱动电路为点火提前角减小驱动电路。
[0034]其中，所述运转智能控制器包括:第八至第十二比较器中至少一个和第七驱动电路；
[0035]所述第八比较器的正向输入端与所述第六输入引脚连接，负向输入端固定为发动机扭矩边界值；
[0036]所述第九比较器的正向输入端与所述第七输入引脚连接，负向输入端固定为发动机转速边界值；
[0037]所述第十比较器的正向输入端与所述第八输入引脚连接，负向输入端固定为增压压力边界值；
[0038]所述第十一比较器的正向输入端与所述第九输入引脚连接，负向输入端固定为涡轮转速边界值；
[0039]所述第十二比较器的正向输入端与所述第十输入引脚连接，负向输入端固定为发动机功率边界值；
[0040]所述第八至第十二比较器的输出端均与所述第七驱动电路连接，所述第七驱动电路与所述第三和/或第四输出引脚连接。
[0041]一种台架试验系统，包括:发动机、发动机控制器、燃烧分析模组和台架控制模组、排温传感器和氧传感器，所述燃烧分析模组和台架控制模组均与所述发动机控制器连接，所述排温传感器和氧传感器均设置在所述发动机上，其特征在于，所述发动机控制器为如上任一项所述的发动机智能控制器。
[0042]本实用新型实施例的有益效果是:
[0043]本实用新型实施例，采用空燃比智能控制器、点火提前角智能控制器和运转智能控制器实现对发动机的空燃比、点火提前角和运转的智能控制，并且空燃比智能控制器通过从第一至第二输入引脚获取的排气温度和空燃比这两个参数进行智能控制，点火提前角智能控制器通过从第三至第五输入引脚获取的缸压峰值、放热50%曲轴转角和最大缸压曲轴转角这几个参数进行智能控制，运转智能控制器通过从第六至第十引脚中至少一个引脚获取的发动机扭矩、发动机转速、增压压力、涡轮转速和发动机功率中的至少一个参数进行智能控制；基于上述参数进行的智能控制，无需对发动机智能控制器进行标定，并且也无需电控工程师在线调整其控制参数，就可以实现对发动机的准确和安全的控制，并且本实用新型实施例的发动机智能控制器基于硬件电路实现。

【专利附图】

【附图说明】
[0044]图1是本实用新型的台架试验系统的实施例的结构示意图；
[0045]图2是图1中的发动机智能控制器的实施例的结构示意图；
[0046]图3是体现了空燃比智能控制器的具体结构的发动机智能控制器的实施例的结构示意图；
[0047]图4是体现了点火提前角智能控制器的具体结构的发动机智能控制器的实施例的结构不意图；
[0048]图5是体现了运转智能控制器的具体结构的发动机智能控制器的实施例的结构示意图。

【具体实施方式】
[0049]为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0050]如图1所示，是本实用新型的台架试验系统的实施例的结构示意图，其包括:发动机1、发动机智能控制器2、台架控制模组、燃烧分析模组、排温传感器5和氧传感器6。
[0051]其中，发动机I包括:节气门11、增压器废气阀12、点火线圈13、喷油器14和汽缸，上述各部件的形状、位置、结构以及各部件的相互关系等本领域技术人员是清楚的，在此不赘述。
[0052]其中，发动机智能控制器2将结合图2至图5具体描述，在此也不赘述。
[0053]其中，台架控制模组包括:测功机71，台架控制器72和传感器，其中传感器包括:扭矩传感器、转速传感器、增压压力传感器和涡轮转速传感器中的至少一个。工作时，扭矩传感器、转速传感器、增压压力传感器和涡轮转速传感器分别将采集的发动机扭矩、发动机转速、增压压力和涡轮转速发送至测功机71，测功机71将这些参数发送至台架控制器72的同时，将其测量到的发动机功率发送至台架控制器72。另外，台架控制器72包含发动机扭矩输出脚、发动机转速输出脚、增压压力输出脚、涡轮转速输出脚和发动机功率输出脚。
[0054]其中，燃烧分析模组包括:角标仪、缸压传感器80、电荷放大器81和燃烧分析仪82，其中缸压传感器80、电荷放大器81和燃烧分析仪82顺序连接，角标仪与燃烧分析仪82连接。工作时，缸压传感器80采集对应汽缸的缸压后，将其经电荷放大器81放大后输至燃烧分析仪82，燃烧分析仪82基于缸压数据和角标仪的角标数据分析出缸压峰值、放热50%曲轴转角和最大缸压曲轴转角。其中，燃烧分析仪82包含有缸压峰值输出脚、放热50%曲轴转角输出脚和最大缸压曲轴转角输出脚。其中，燃烧分析仪82根据缸压数据和角标数据分析得到上述参数的原理和过程本领域技术人员是清楚的，在此不赘述。
[0055]其中，氧传感器6可以为线性氧传感器或离散氧传感器，离散氧传感器可以是两点式离散氧传感器，由于线性氧传感器获得的为线性空燃比，离散氧传感器获得的为离散空燃比，而线性空燃比与离散空燃比相比，具有更宽的测量范围和精度，因此将其应用于本实施例时，能够提高本实施例的控制速度和精度。
[0056]其中，扭矩传感器、转速传感器、增压压力传感器、涡轮转速传感器、缸压传感器、排温传感器5和氧传感器6在发动机中的安装位置和安装方式等本领域技术人员也是清楚的，在此不赘述。
[0057]其中，发动机智能控制器2分别与台架控制器72、燃烧分析仪82、排温传感器5和氧传感器6连接，用于获取发动机扭矩、发动机转速、增压压力、涡轮转速、发动机功率、缸压峰值、放热50%曲轴转角、最大缸压曲轴转角、排气温度和空燃比等参数；其中，发动机智能控制器2与台架控制器72和燃烧分析仪82的连接方式可以采用CAN(Control AreaNetwork,控制局域网)总线连接；其中，发动机智能控制器2分别与发动机中的节气门11、增压器废气阀12、点火线圈13和喷油器14连接，用于分别对这些部件进行控制。
[0058]本实施例的台架试验系统，无需对发动机智能控制器进行标定或者由电控工程师在线调整发动机智能控制器的控制参数，就可以自动的实现对发动机的准确和安全可靠的控制，使其可以直接用于发动机的各种台架试验，帮助研发人员缩短开发周期并且节约开发成本。
[0059]以上对本实用新型实施例的台架试验系统的组成和结构等特点进行了说明，下面结合图2至5详细说明其中的发动机智能控制器2。
[0060]如图2所示，是本实用新型的发动机智能控制器的实施例的结构示意图，其包括:输入接口 21、智能控制模组22和输出接口 23，其中智能控制模组22包括如下至少一个控制器:空燃比智能控制器221、点火提前角智能控制器222和运转智能控制器223。
[0061]其中，输入接口21 包括:第一至第十引脚 210、211、212、213、214、215、216、217、218、219,这些引脚分别与排温传感器,氧传感器,燃烧分析仪的缸压峰值输出脚、放热50 %曲轴转角输出脚和最大缸压曲轴转角输出脚，台架控制器的发动机扭矩输出脚、发动机转速输出脚、增压压力输出脚、涡轮转速输出脚和发动机功率输出脚连接。
[0062]本实施例中，输入接口 21中引脚的数量与需要输入的参数的个数有关，本领域技术人员可以根据实际情况增加或减少输入引脚的数量，例如:发动机运转智能控制时，一般可以用发动机扭矩、发动机转速、增压压力、涡轮转速和发动机功率中的一个或几个参数(两个或大于两个)，此时可以根据具体使用的参数个数设置输入引脚的个数。另外，本领域技术人员也可以对引脚进行合并，例如:缸压峰值、放热50%曲轴转角和最大缸压曲轴转角均来自于燃烧分析仪，因此可以将这些参数在一个输入引脚上进行传输。
[0063]其中，输出接口 23包括:第一至第四输出引脚231、232、233、234，这些输出引脚分别与发动机中的喷油器14、点火线圈13、节气门11和增压器废气阀12连接，用于向这些部件输出控制信号，以实现空燃比、点火提前角和运转的智能控制。
[0064]其中，空燃比智能控制器221的输入分别与第一输入引脚210和第二输入引脚211连接，从而从这两个输入分别获取排气温度和空燃比；该空燃比智能控制器221的输出与第一输出引脚231连接，从而基于排气温度和空燃比这两个参数实现对发动机的喷油器14的智能控制，即实现空燃比的智能控制。
[0065]其中，点火提前角智能控制器222的输入分别与第三至第五输入引脚212、213、214连接，从而通过这三个引脚分别获取缸压峰值、放热50%曲轴转角和最大缸压曲轴转角；该点火提前角智能控制器222输出与第二输出引脚连接，从而基于缸压峰值、放热50%曲轴转角和最大缸压曲轴转角实现对点火线圈13的智能控制，即实现点火提前角的智能控制。
[0066]其中，运转智能控制器223的输入分别与第六至第十输入引脚215、216、217、218、219连接，从而通过这五个引脚分别获取发动机扭矩、发动机转速、增压压力、涡轮转速和发动机功率，该运转智能控制器223的输出与第三和/或第四输出引脚233、234连接，从而基于发动机扭矩、发动机转速、增压压力、涡轮转速和发动机功率这五个参数，实现对节气门11和/或增压器废气阀12的智能控制，即实现运转的智能控制。
[0067]本实施例，通过空燃比智能控制器221、点火提前角智能控制器222和运转智能控制器223分别实现对发动机的空燃比、点火提前角和运转的准确和安全的智能控制，该种控制方式无需对各控制器进行标定，也无需由电控工程师在线调整各控制器的控制参数。
[0068]下面分别就空燃比智能控制器221、点火提前角智能控制器222和运转智能控制器223进行介绍。在下述描述中，空燃比智能控制器221、点火提前角智能控制器222和运转智能控制器223的实现方式可以是硬件的方式实现，例如:采用集成电路或门阵列的实现方式，又例如:采用逻辑芯片、晶体管等半导体器件的实现方式，又例如:采用现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等可编程硬件设备的硬件电路的实现方式。在下面描述中涉及的比较器可以选用具有如下特性的比较器:当正向输入端⑴大于负向输入端(一)时输出时，输出高电平，当正向输入端(+)小于负向输入端(一)时输出时，输出低电平。
[0069]如图3，是体现了空燃比智能控制器的结构的发动机智能控制器的实施例的结构示意图。
[0070]如图所示，空燃比智能控制器221包括:第一比较器31、空燃比加浓保护器32和空燃比当量闭环控制器33。其中，第一比较器31的正向输入端(+)与第一输入引脚210连接，负向输入端(-)固定为排气温度阈值(可以该阈值对应的电压值)，输出端分别接空燃比加浓保护器32的高电平使能端和空燃比当量闭环控制器33的低电平使能端；图示中EN(I)表示高电平使能，EN(O)表示低电平使能。另外，空燃比加浓保护器32还与第一输入引脚210连接，用于根据排气温度进行空燃比加浓保护控制；空燃比当量闭环控制器33还与第二输入引脚211连接，用于根据空燃比进行空燃比当量闭环控制；另外，空燃比加浓保护器32和空燃比当量闭环控制器33的输出均与第一输出引脚231连接，用于通过该引脚对喷油器进行控制。
[0071]其中，空燃比加浓保护器32所进行的加浓保护可以是指减小空燃比的控制，由于空燃比越小排气温度越低，因此当通过第一比较器31判断到排气温度大于排气温度阈值时，可以采用减小空燃比的方式降低排气温度，从而使发动机工作在正常状况。
[0072]其中，闭环控制可以是指将作为被控的输出(此处可以指空燃比)以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系，其又可以称为“反馈控制”。
[0073]其中，空燃比当量闭环控制器33进行的空燃比当量闭环控制可以是指以获取的空燃比为依据，将空燃比控制在某一设定数值(例如:14.7)的控制方式。
[0074]其中，空燃比当量闭环控制器33根据获取的空燃比，进行空燃比当量闭环控制时，可以米用 PID (Proport1n Integrat1n Differentiat1n,比例-积分-微分)方式进行控制，即空燃比当量闭环控制器33可以设计为一个PID控制电路。
[0075]下面对空燃比加浓保护器32的结构进行详细说明。
[0076]如图3所示，空燃比加浓保护器32包括:顺序串联的排温预测电路320、减法器321、控制量计算电路322、喷油脉宽修正电路323和第一驱动电路324。其中，排温预测电路320的高电平使能端，即EN(I)，与第一比较器31的输出端连接，输入端与第一输入引脚210连接，输出端与减法器321的负输入端(-)连接，减法器321的正输入端(+)固定为排气温度阈值(X)，减法器321输出端与控制量计算电路322的输入端连接，第一驱动电路324与第一输出引脚231连接。
[0077]工作时，第一比较器31将从第一输入引脚210获取的排气温度与排气温度阈值(X)比较，若排气温度大于排气温度阈值，贝1J第一比较器31输出高电平,此时空燃比加浓保护器32使能,开始工作，若排气温度小于排气温度阈值，则第一比较器31输出低电平,此时空燃比当量闭环控制器33使能，开始工作。空燃比加浓保护器32使能时，排温预测电路320从第一输入引脚210获取排气温度，并根据该排气温度计算出排气温度预测值，输至减法器321，减法器321计算排气温度阈值与排气温度预测值的差值，然后将差值输至控制量计算电路322，控制量计算电路322根据接收的差值计算空燃比的控制量，并将计算得到的控制量输至喷油脉宽修正电路323，喷油脉宽修正电路323根据接收的控制量修正喷油脉宽，得到修正后的喷油脉宽信号，并输至第一驱动电路324，第一驱动电路324根据喷油脉宽信号并通过第一输出引脚231对喷油器进行控制，控制其喷油量，从而实现空燃比和排气温度的智能控制。空燃比当量闭环控制器33使能时，从第二输入引脚211获取空燃比，然后根据该空燃比，并通过第一输出引脚231对喷油器进行当量闭环控制。
[0078]现有的对空燃比的控制方式是采用两点式氧传感器采集的两点式离散空燃比结合充气模型的闭环控制方式，其在空燃比控制时，仅考虑了空燃比这一参数，因此其需要不断标定充气模型才能使控制的准确性和安全性得到保证。与其相比，本实施例的空燃比智能控制器221基于空燃比和排气温度两个参数，利用空燃比越小排气温度越低，将排气温度作为空燃比控制的使能条件进行智能控制，从而保证发动机的安全运行，同时通过空燃比加浓保护器32采用基于差值的修正控制方式或空燃比当量闭环控制的策略，实现空燃比的准确控制；另外，其配合线性氧传感器使用时，将使本实施例的控制精度和速度得到进一步提闻。
[0079]如图4所示，是本实用新型的体现了点火提前角智能控制器的结构的发动机智能控制器的实施例的结构示意图。
[0080]如图所示，点火提前角智能控制器222包括:第二比较器41、爆震控制器42和点火提前角优化控制器43，其中第二比较器41的正向输入端⑴与第三输入引脚212连接，负向输入端(-)固定为爆震判断阈值(XI)，输出端分别与爆震控制器42的高电平使能端和点火提前角优化控制器43的低电平使能端连接；其中爆震控制器42和点火提前角优化控制器43的输出均与第二输出引脚232连接。
[0081]其中，爆震控制器42包括:第三比较器421、第四比较器422和第二至第四驱动电路423、4324、425 ;其中，第三比较器421的高电平使能端与第二比较器41的输出端连接，正向输入端(+)与第三输入引脚212连接，负向输入端(-)固定为2倍爆震判断阈值(2X1)，输出端分别与第四比较器422的高电平使能端和第二驱动电路423的低电平使能端连接；其中，第四比较器422的正向输入端⑴与第三输入引脚212，负向输入端(-)固定为3倍爆震判断阈值(3X)，输出端分别与第三驱动电路424的低电平使能端和第四驱动电路425的高电平使能端连接；其中，第二至第四驱动电路423、424、425的输出端均与第二输出引脚232连接；其中，第二至第四驱动电路423、424、425分别为推迟0.75°点火提前角驱动电路、推迟1.5°点火提前角驱动电路和推迟3°点火提前角驱动电路。
[0082]其中，点火提前角优化控制器43包括:有效压力计算电路430、第五至第七比较器431、432、433，第五驱动电路434和第六驱动电路435。
[0083]其中，第五比较器431的低电平使能端与第二比较器41的输出端连接，正向输入端接有效压力计算电路的输出连接，负向输入端固定为2bar(巴)，输出端分别与第六比较器434的高电平使能端和第七比较器435的低电平使能端连接，其中有效压力计算电路430的输入与第六引脚连接，用于根据式:缸内平均有效压力=发动机汽缸数量*扭矩/(318.3*发动机排量)，计算缸内平均有效压力，该值可以用于区分发动机的工况，例如:当发动机缸内平均有效压力大于2bar，可以视为发动机当前处于高负荷工作，当发动机缸内平均有效压力小于2bar，可以视为发动机当前处于低负荷工作。
[0084]其中，第六比较器432的正向输入端⑴与第四输入引脚213，负向输入端(-)固定为8°，输出端分别与第五驱动电路434的高电平使能端和第六驱动电路435的低电平使能端连接。
[0085]其中，第七比较器433的正向输入端(+)与第五输入引脚214连接，负向输入端(-)固定为13°，输出端分别与第五驱动电路434的高电平使能端和第六驱动电路435的低电平使能端连接。
[0086]其中，第五驱动电路434和第六驱动电路435均与第二输出弓丨脚连接232连接，且第五驱动电路336为点火提前角增大驱动电路，第六驱动电路337为点火提前角减小驱动电路。
[0087]点火提前角智能控制器222工作时，第二比较器41从第三输入引脚212获取缸压峰值，并将其与爆震判断阈值(Xl)进行比较，若大于爆震判断阈值，则输出高电平，此时爆震控制器42使能，若小于爆震判断阈值，则输出低电平，此时点火提前角优化控制器43使能；当爆震控制器42使能时，第三比较器421从第三输入引脚212获取缸压峰值，并将其与2倍爆震判断阈值(2X1)进行比较，若大于2倍爆震判断阈值，则输出高电平，此时第四比较器422使能，若小于2倍爆震判断阈值，则输出低电平，此时第二驱动电路423使能，从而通过第二输出引脚232控制点火线圈推迟点火提前角0.75° ;第四比较器422使能时，其从第三输入引脚212获取缸压峰值，并将其与3倍爆震判断阈值(3X1)进行比较，若大于3倍爆震判断阈值，则输出高电平，此时第四驱动电路425使能，若小于3倍爆震判断阈值，则输出低电平，此时第三驱动电路424使能；第三驱动电路424使能时，第三驱动电路424通过第二输出引脚232控制点火线圈推迟点火提前角1.5° ;第四驱动电路425使能时，第四驱动电路425通过第二输出引脚232控制点火线圈推迟点火提前角3°。
[0088]点火提前角优化控制器43使能时，第五比较器431将有效压力计算电路430输出的缸内平均有效压力与2bar进行比较，若大于2bar，则输出高电平，此时第六比较器432使能，若小于2bar，则输出低电平，此时第七比较器433使能；当第六比较器334使能时，其从第四输入引脚213获取放热50%曲轴转角，并将其与8°进行比较，若大于8°，则输出高电平，此时第五驱动电路434使能，若小于8°，则输出低电平，此时第六驱动电路435使能；当第七比较器433使能时，其从第五输入引脚214获取最大缸压曲轴转角，并将其与13°进行比较，若大于13° ,则输出高电平,此时第五驱动电路434使能,若小于13° ,则输出低电平，此时第六驱动电路435使能；当第五驱动电路434使能时，其通过第二输出引脚232控制点火线圈增大点火提前角；当第六驱动电路435使能时，其通过第二输出引脚232控制点火线圈减小点火提前角。
[0089]本实施例，当缸压峰值大于爆震判断阈值时，采用推迟点火提前角的方式保证发动机燃烧不出现强烈爆震，保证发动机的安全性；当缸压峰值小于爆震判断阈值时，利用如下特征:在高负荷工况时，发动机的点火提前角控制在使放热50%曲轴转角等于8°时，热效率最高，在低负荷工况时，发动机的点火提前角控制在最大缸压曲轴转角等于13°时，热效率最高，对发动机的点火提前角进行控制，从而使点火提前角控制在最优位置。
[0090]另外，现有的对点火提前角的控制一般是基于MAP图(即点火控制曲线图)进行的，其是通过一系列传感器，如发动机转速传感器、进气管真空度传感器、节气门位置传感器、曲轴位置传感器等来判断发动机的工作状态，在MAP图上找出发动机在此工作状态下所需的点火提前角，按此要求进行点火，然后根据爆震传感器信号对上述点火要求进行修正，使发动机工作在最佳点火时刻，由此可见这一过程十分的繁琐复杂，而本实施例采用缸压峰值、放热50%曲轴转角和最大缸压曲轴转角即实现了点火提前角的准确和安全的控制，其与现有相比，更容易实现且实现成本更低。
[0091]如图5所示，是体现了运转智能控制器的结构的发动机智能控制器的实施例的结构示意图。
[0092]如图所示，运转智能控制器223包括:第八至第十二比较器51、52、53、54、55和第七驱动电路56 ;其中,第八比较器51的正向输入端(+)与第六输入引脚215连接,负向输入端(-)固定为发动机扭矩边界值(Cl);第九比较器52的正向输入端(+)与第七输入引脚216连接，负向输入端(-)固定为发动机转速边界值(C4);第十比较器53的正向输入端(+)与第八输入引脚517连接，负向输入端(-)固定为增压压力边界值(C2);第十一比较器54(+)的正向输入端与第九输入引脚518连接，负向输入端(-)固定为涡轮转速边界值(C5);第十二比较器54的正向输入端(+)与第十输入引脚219连接,负向输入端(-)固定为发动机功率边界值(C3);第八至第十二比较器51、52、53、54、55的输出端均与第七驱动电路56的正向使能端连接，第七驱动电路56与第三输出引脚313和/或第四输出引脚314连接。
[0093]运转智能控制器223工作时，第八至第十二比较器51、52、53、54、55从各自对应的引脚分别获取扭矩传感器、转速传感器、增压压力传感器、涡轮转速传感器和发动机功率，然后与对应的边界值进行比较，若大于对应的边界值，则输出高电平，否则输出低电平。由于第七驱动电路56为高电平使能且分别与第八至第十二比较器51、52、53、54、55连接，因此第八至第十二比较器51、52、53、54、55中任一个比较器输出高电平，第七驱动电路56均会生成节气门驱动信号和/或废气阀驱动信号，该节气门驱动信号和/或废气阀驱动信号通过第三输出引脚313和/或第四输出引脚314发送至节气门和/或增压器废气阀，控制该节气门和/或增压器废气阀降低发动机的负荷，从而实现边界运转的智能控制。
[0094]现有中，发动机扭矩、发动机转速、增压压力、涡轮转速和发动机功率等参数一般用于分析发动机的工作状态，进而标定MAP图，而本实施例，直接用这些参数来进行发动机运转控制，可以实现发动机运转的准确和安全的控制。
[0095]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.用于台架试验的发动机智能控制器，包括:输入接口和输出接口，其特征在于:还包括:智能控制模组，所述智能控制模组包括如下至少一个控制器:空燃比智能控制器、点火提前角智能控制器和运转智能控制器； 所述输入接口包括:第一至第二输入引脚，第三至第五输入引脚中至少一个，和，第六至第十输入引脚中至少一个； 所述输出接口包括:第一输出引脚，第二输出引脚，和，第三至第四输出引脚中至少一个； 所述第一至第十输入引脚分别与设置于发动机上的排温传感器，设置于所述发动机上的氧传感器，与所述发动机连接的燃烧分析模组的缸压峰值输出脚、放热50%曲轴转角输出脚和最大缸压曲轴转角输出脚，与所述发动机连接的台架控制模组的发动机扭矩输出脚、发动机转速输出脚、增压压力输出脚、涡轮转速输出脚和发动机功率输出脚对应连接； 所述第一至第四输出引脚分别与所述发动机的喷油器、点火线圈、节气门和增压器废气阀对应连接； 所述空燃比智能控制器的输入分别与所述第一和第二输入引脚连接，输出与所述第一输出引脚连接； 所述点火提前角智能控制器的输入分别与所述第三至第五输入引脚连接，输出与所述第二输出引脚连接； 所述运转智能控制器的输入分别与所述第六至第十输入引脚连接，输出与所述第三和/或第四输出引脚连接。
2.如权利要求1所述的用于台架试验的发动机智能控制器，其特征在于:所述氧传感器为线性氧传感器或离散氧传感器。
3.如权利要求1或2所述的用于台架试验的发动机智能控制器，其特征在于:所述空燃比智能控制器包括:第一比较器、空燃比加浓保护器和空燃比当量闭环控制器； 所述第一比较器的正向输入端与所述第一输入引脚连接，负向输入端固定为排气温度阈值，输出端分别与所述空燃比加浓保护器的高电平使能端和所述空燃比当量闭环控制器的低电平使能端连接； 所述空燃比加浓保护器的输入端与所述第一输入引脚连接，输出端与所述第一输出引脚连接；所述空燃比当量闭环控制器的输入端与所述第二输入引脚连接，输出端与所述第一输出引脚连接。
4.如权利要求3所述的用于台架试验的发动机智能控制器，其特征在于:所述空燃比加浓保护器包括:顺序串联的排温预测电路、减法器、控制量计算电路、喷油脉宽修正电路和第一驱动电路； 所述排温预测电路的高电平使能端与所述第一比较器的输出端连接，输入端与所述第一输入引脚连接，输出端与所述减法器的负输入端连接，所述减法器的正输入端固定为所述排气温度阈值，输出端与所述控制量计算电路的输入端连接，所述第一驱动电路与所述第一输出引脚连接。
5.如权利要求3所述的用于台架试验的发动机智能控制器，其特征在于:所述空燃比当量闭环控制器为比例-积分-微分控制电路。
6.如权利要求1所述的用于台架试验的发动机智能控制器，其特征在于:所述点火提前角智能控制器包括:第二比较器、爆震控制器和点火提前角优化控制器； 所述第二比较器的正向输入端与所述第三输入引脚连接，负向输入端固定为爆震判断阈值，输出端分别与所述爆震控制器的高电平使能端和所述点火提前角优化控制器的低电平使能端连接，所述爆震控制器和所述点火提前角优化控制器的输出均与所述第二输出引脚连接。
7.如权利要求6所述的用于台架试验的发动机智能控制器，其特征在于:所述爆震控制器包括:第三至第四比较器和第二至第四驱动电路； 所述第三比较器的高电平使能端与所述第二比较器的输出端连接，正向输入端与所述第三输入引脚连接，负向输入端固定为2倍所述爆震判断阈值，输出端分别与所述第四比较器的高电平使能端和所述第二驱动电路的低电平使能端连接； 所述第四比较器的正向输入端与所述第三输入引脚连接，负向输入端固定为3倍所述爆震判断阈值，输出端分别与所述第三驱动电路的低电平使能端和所述第四驱动电路的高电平使能端连接； 所述第二至第四驱动电路的输出端均与所述第二输出引脚连接，所述第二至第四驱动电路分别为推迟0.75°点火提前角驱动电路、推迟1.5°点火提前角驱动电路、推迟3°点火提前角驱动电路。
8.如权利要求6所述的用于台架试验的发动机智能控制器，其特征在于:所述点火提前角优化控制器包括:有效压力计算电路、第五至第七比较器和第五至第六驱动电路； 所述第五比较器的低电平使能端与所述第二比较器的输出端连接，正向输入端与所述有效压力计算电路的输出端连接，负向输入端固定为2bar，输出端分别与所述第六比较器的高电平使能端和所述第七比较器的低电平使能端连接，所述有效压力计算电路的输入与所述第六输入引脚连接； 所述第六比较器的正向输入端与所述第四输入引脚连接，负向输入端固定为8°，输出端分别与所述第五驱动电路的高电平使能端和所述第六驱动电路的低电平使能端连接； 所述第七比较器的正向输入端与所述第五输入引脚连接，负向输入端固定为13°，输出端分别与所述第五驱动电路的高电平使能端和所述第六驱动电路的低电平使能端连接; 所述第五至第六驱动电路均与所述第二输出引脚连接，所述第五驱动电路为点火提前角增大驱动电路，所述第六驱动电路为点火提前角减小驱动电路。
9.如权利要求1所述的用于台架试验的发动机智能控制器，其特征在于:所述运转智能控制器包括:第八至第十二比较器中至少一个和第七驱动电路； 所述第八比较器的正向输入端与所述第六输入引脚连接，负向输入端固定为发动机扭矩边界值； 所述第九比较器的正向输入端与所述第七输入引脚连接，负向输入端固定为发动机转速边界值； 所述第十比较器的正向输入端与所述第八输入引脚连接，负向输入端固定为增压压力边界值； 所述第十一比较器的正向输入端与所述第九输入引脚连接，负向输入端固定为涡轮转速边界值； 所述第十二比较器的正向输入端与所述第十输入引脚连接，负向输入端固定为发动机功率边界值； 所述第八至第十二比较器的输出端均与所述第七驱动电路连接，所述第七驱动电路与所述第三和/或第四输出引脚连接。
10.一种台架试验系统，包括:发动机、发动机控制器、燃烧分析模组和台架控制模组、排温传感器和氧传感器，所述燃烧分析模组和台架控制模组均与所述发动机控制器连接，所述排温传感器和氧传感器均设置在所述发动机上，其特征在于，所述发动机控制器为如权利要求1至9中任一项所述的发动机智能控制器。
【文档编号】G01M15/04GK204041250SQ201420287568
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】林思聪, 刘巨江, 王维群, 吴威龙, 张安伟 申请人:广州汽车集团股份有限公司