CN103321768B - 一种多比例自适应汽车混合燃料控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多比例自适应汽车混合燃料控制器及其控制方法，控制器包括电源稳压电路、主控单元和测温点路，主控单元包括PWM喷油控制信号输入电路、PWM喷油控制信号整形滤波电路、冷启动模块、自适应模块和喷油器驱动电路；通过截取汽车电脑的喷油脉冲信号，对发动机燃油喷射量进行调整，以保证汽车在使用不同种类燃料时均可保持空燃比λ在1±0.03以内，并灵活高效启动和稳定运行，保证在更换不同燃料时，不用更改控制器的硬件电路或者控制程序，就能自动适应燃料，改变喷油控制信号，高效控制喷油，本发明具有设计合理、可靠性高、实用性强等优点，可在灵活燃料汽车上推广使用。<pb pnum="1" />

Description

一种多比例自适应汽车混合燃料控制器及其控制方法

技术领域

本发明属于汽车发动机汽缸喷油器喷油量的控制技术领域，具体涉及一种汽车燃料控制方法及控制器。

背景技术

现有的燃料控制一般采用纯电子线路构成，未使用集成微处理器，并且装置中采用继电器作为模式选择开关和冷启动开关，通过继电器开启和闭合来选择燃料控制模式；冷启动时利用外部开关控制继电器保持开启一段时间，喷油器连续喷油，保证启动。喷油脉冲电信号经过LM139JS电压比较器，对脉冲信号的宽度进行调整，放大输出到喷油器。此类控制器存在有以下两大缺陷：

（1）适用范围较小，若更换燃料种类，需手动改变电路，操作较为复杂且精度比较低。

（2）在低温的环境下，需人根据对温度高低的主观判断决定是否做冷启动，这样操作准确性不高。且冷启动的方法一般是打开点火开头，通过一个外置开关的开闭向发动机缸体内喷适量的燃油，按一下启动开关按钮（不超过0.5s），喷油器连续喷油加浓，增加混合气的浓度，使汽车启动，且喷油量的多少需要人工不断的尝试。

还有少量的采用了微控制器，但是控制喷油的参数是事先设定好的，无法实时的自动调节。这样的产品存在以下两大缺陷：

（1）适用范围小，若要更换燃料种类，需要离线改变微控制器的程序，操作较为复杂；

（2）在启动过程中始终保持一种喷油方式，喷油量无法根据环境做出自动调整，车辆启动过程中会出现喷油量不适当等问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种多比例自适应汽车混合燃料控制器及其控制方法，以解决现有的控制器在人工控制冷启动和修改燃料适用参数时较为复杂且不精确的问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。

一种多比例自适应汽车混合燃料控制器，该控制器包括喷油器驱动电路、单片机以及用于检测发动机进气管道温度的测温电路，所述单片机分别与喷油器驱动电路以及测温电路相连。

所述控制器还包括PWM喷油控制信号输入电路以及PWM喷油控制信号整形电路，单片机的输入端与PWM喷油控制信号整形电路的输出端相连，PWM喷油控制信号输入电路的输出端与PWM喷油控制信号整形电路的输入端相连。

所述PWM喷油控制信号输入电路的输入端与汽车ECU相连。

所述测温电路为数字温度传感器。

所述控制器还包括电源稳压电路，电源稳压电路分别与单片机以及测温电路相连。

上述多比例自适应汽车混合燃料控制器的控制方法，包括以下步骤：

汽车发动机启动时，首先由单片机依据测温电路检测的发动机进气管道温度选择启动模式的种类；然后，单片机根据原始PWM喷油控制信号的频率对原始PWM喷油控制信号进行自适应调节，喷油器驱动电路根据单片机输出的经过调节的原始PWM喷油控制信号对喷油器进行驱动。

所述单片机通过与汽车ECU相连的PWM喷油控制信号输入电路捕获原始PWM喷油控制信号，PWM喷油控制信号输入电路将原始PWM喷油控制信号输入到PWM喷油控制信号整形电路进行整流滤波，PWM喷油控制信号整形电路将整流滤波后的原始PWM喷油控制信号输入单片机。

所述启动模式包括两种，分别为冷启动和非冷启动；当启动模式为非冷启动时，单片机对输入的原始PWM喷油控制信号进行自适应调节；当启动模式为冷启动时，单片机根据发动机进气管道当前温度，对输入的原始PWM喷油控制信号的调整系数进行不同等级的初始化，初始化后再进行自适应调节，所述调整系数为PWM喷油控制信号的展宽系数。

冷启动时，单片机根据采集的发动机进气管道温度T，按照事先设定的映射关系初始化原始PWM喷油控制信号的展宽系数：当T<=-20℃，展宽系数初始化为DIV1；当-20℃<T<=-15℃，展宽系数初始化为DIV2；当-15℃<T<=-10℃，展宽系数初始化为DIV3；当-10℃<T<=-5℃，展宽系数初始化为DIV4；当-5℃<T<=5℃，展宽系数初始化为DIV5；当5℃<T<=12℃，展宽系数初始化为DIV6，其中DIV1>DIV2>DIV3>DIV4>DIV5>DIV6；当T>12℃，启动模式为非冷启动。

所述自适应调节的具体步骤为：

1）启动调节：单片机根据当前时刻输入的原始PWM喷油控制信号的频率计算汽车发动机的转速，并将转速和阈值N1做比较，如果转速小于N1，则增大当前时刻输入的原始PWM喷油控制信号的展宽系数，然后将原始PWM喷油控制信号输出至喷油器驱动电路，使喷油器调高燃料喷射量，N1的取值范围为600～800转/分钟；

2）重复步骤1）直至汽车发动机的转速达到N1并保持N16～9秒；

3）平稳恢复：经过步骤2）后，单片机将当前时刻输入的原始PWM喷油控制信号的展宽系数减小到DIV_MID，DIV_MID为汽车发动机允许的最大空燃比条件下的PWM喷油控制信号展宽系数，然后按照步骤1）的方法继续获取汽车发动机转速，如果转速高于阈值N2，则对当前时刻输入的原始PWM喷油控制信号的展宽系数减1，直至汽车发动机转速低于N2，然后对展宽系数加1，并作为汽车行驶过程中输入至喷油器驱动电路的PWM喷油控制信号的展宽系数，启动结束，自适应调节停止，N2的取值范围为800～900转/分钟。

本发明的有益效果体现在：

本发明所述控制器适用于多种汽车燃料的控制和不同汽车类型，核心技术在于自动改变汽车基准喷油脉宽，可以保持空燃比λ在1±0.03以内，并在温度较低的环境中具有冷启动效果，保障汽车正常使用，在更换汽车燃料时，本发明的控制器无需更换电路，直接通过反馈单元自动调节喷油控制参数，即可实现控制模式的自动化。本发明具有设计合理、可靠性高、实用性强等优点，可在灵活燃料汽车上推广使用。

现有的汽车燃料控制器通过电压比较电路实现喷油脉冲宽度的定量调整，或者采用微处理器的程序实现喷油脉冲宽度的定量调整，这两种模式下产生的喷油脉冲宽度比例都是固定的，在控制器使用过程中不可调整，必须采用离线调整。本发明控制器处理模块实时采样反馈信号，真正的实现在线自动调整，这种调整方法更加适应发动机的各种运行环境，实现在线自动调整后，更加达到节能的目的，资源利用率也得到大幅提升。

附图说明

图1为本发明所述控制器的结构原理框图；MCU表示单片机；

图2为本发明所述PWM喷油控制信号输入电路以及整形电路的示意图；VCC表示5V电源，VCC12表示12V电源，GND表示地，IN1表示发动机一缸PWM喷油控制信号输入接口，HCPL_M611表示光电耦合器，ANODE表示光耦输入信号的电压基准，VDD表示光耦的工作电压，为5V，VO表示光耦输出信号端，CATHODE表示光耦输入信号端；

图3为本发明所述单片机的结构示意图；MCU_OUT表示经过单片机处理后的PWM喷油控制信号输出接口，CHANNEL表示原车ECU产生的PWM喷油控制信号输入接口，EN表示控制器使能位，IOC表示单片机的输入捕获和比较输出端口，PA表示单片机的PA口，PK0表示单片机的PK0口，用于连接控制器使能位，PJ1表示单片机的PJ1口，用于连接温度传感器的单总线，DS18B20表示温度传感器；

图4为本发明所述喷油器驱动电路的示意图；IRF530N表示功率场效应管的型号，OUT1表示输出；

图5为本发明实施例所述控制器的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见图1-图4，本发明所述多比例自适应汽车混合燃料控制器，包括喷油器驱动电路、单片机以及用于检测发动机进气管道温度的测温电路，所述测温电路为数字温度传感器，所述单片机分别与喷油器驱动电路以及测温电路相连；所述控制器还包括PWM（脉宽调制）喷油控制信号输入电路以及PWM喷油控制信号整形电路，单片机的输入端与PWM喷油控制信号整形电路的输出端相连，PWM喷油控制信号输入电路的输出端与PWM喷油控制信号整形电路的输入端相连，PWM喷油控制信号整形电路对输入的喷油控制信号中存在的杂波和干扰采用滤波电容进行滤除；所述PWM喷油控制信号输入电路的输入端与汽车ECU（电子控制单元）相连；所述控制器还包括电源稳压电路，电源稳压电路分别与单片机以及测温电路相连，电源稳压电路将汽车蓄电池的12V电压降到5V，为控制器供电。

上述多比例自适应汽车混合燃料控制器的控制方法，包括以下步骤：

汽车发动机启动时，首先由单片机依据测温电路检测的发动机进气管道温度选择启动模式的种类；然后，单片机根据原始PWM喷油控制信号的频率对原始PWM喷油控制信号进行自适应调节，喷油器驱动电路根据单片机输出的经过调节的原始PWM喷油控制信号对喷油器进行驱动。

所述单片机通过与汽车ECU相连的PWM喷油控制信号输入电路捕获原始PWM喷油控制信号，PWM喷油控制信号输入电路将原始PWM喷油控制信号输入到PWM喷油控制信号整形电路进行整流滤波，PWM喷油控制信号整形电路将整流滤波后的原始PWM喷油控制信号输入单片机。

所述启动模式包括两种，分别为冷启动和非冷启动；当启动模式为非冷启动时，单片机对输入的原始PWM喷油控制信号进行自适应调节；当启动模式为冷启动时，单片机根据发动机进气管道当前温度，对输入的原始PWM喷油控制信号的调整系数进行不同等级的初始化，初始化后再进行自适应调节，所述调整系数为PWM喷油控制信号的展宽系数。

冷启动时，单片机根据采集的发动机进气管道温度T，按照事先设定的映射关系初始化原始PWM喷油控制信号的展宽系数：当T<=-20℃，展宽系数初始化为DIV1；当-20℃<T<=-15℃，展宽系数初始化为DIV2；当-15℃<T<=-10℃，展宽系数初始化为DIV3；当-10℃<T<=-5℃，展宽系数初始化为DIV4；当-5℃<T<=5℃，展宽系数初始化为DIV5；当5℃<T<=12℃，展宽系数初始化为DIV6，其中DIV1>DIV2>DIV3>DIV4>DIV5>DIV6；当T>12℃，启动模式为非冷启动。

所述自适应调节的具体步骤为：

1）启动调节：单片机根据当前时刻输入的原始PWM喷油控制信号的频率计算汽车发动机的转速，并将转速和阈值N1做比较，如果转速小于N1，则增大当前时刻输入的原始PWM喷油控制信号的展宽系数，然后将原始PWM喷油控制信号输出至喷油器驱动电路，使喷油器调高燃料喷射量，N1的取值范围为600～800转/分钟；

2）重复步骤1）直至汽车发动机的转速达到N1并保持N16～9秒；

3）平稳恢复：经过步骤2）后，单片机将当前时刻输入的原始PWM喷油控制信号的展宽系数减小到DIV_MID，DIV_MID为汽车发动机允许的最大空燃比条件下的PWM喷油控制信号展宽系数，然后按照步骤1）的方法继续获取汽车发动机转速，如果转速高于阈值N2，则对当前时刻输入的原始PWM喷油控制信号的展宽系数减1，直至汽车发动机转速低于N2，然后对展宽系数加1，并作为汽车行驶过程中燃料燃烧所需的输入至喷油器驱动电路的PWM喷油控制信号的展宽系数，启动结束，自适应调节停止，N2的取值范围为800～900转/分钟。

实施例

一种多比例自适应汽车混合燃料控制器，包括主控制单元以及用于检测发动机进气管道温度的测温电路，所述测温电路为一个数字温度传感器DS18b20；所述主控制单元包括依次连接的PWM喷油控制信号输入电路、PWM喷油控制信号整形电路、单片机和喷油器驱动电路，单片机内设定有冷启动模块、自适应模块等两个程序模块，测温电路与冷启动模块相连。

控制器采用四路独立控制工作的模式，另外四路留作扩展使用。每一路工作原理相同，下面以第一路为例，做具体陈述。

所述PWM喷油控制信号输入电路如图2所示，包括第一电阻R1_1和第一电容C1_1，第一电阻R1_1的一端和第一电容C1_1的一端相连，连接到汽车ECU原始喷油控制信号的输出端，并且连接到PWM喷油控制信号整形电路的输入端，第一电阻R1_1的另一端接汽车蓄电池正极，第一电容C1_1的另一端接地。

所述整形电路如图2所示，包括光电耦合芯片HCPL-M611、第二电阻R1_2、第二电容C1_2和第三电阻R1_3，光电耦合芯片的1脚与第二电阻R1_2的一端连接，另一端接汽车蓄电池正极12V，光电耦合芯片的3脚与PWM喷油控制信号输入电路的输出端连接，光电耦合芯片的4脚接地，光电耦合芯片的6脚通过第二电容C1_2接地，同时光电耦合芯片的6脚接入电源稳压电路的输出端+5V，光电耦合器的第5引脚和第三电阻R1_3一端连接并连接到单片机输入端CHANNEL1，第三电阻另一端接入电源稳压电路的输出端+5V。

所述单片机为MC9S12XEP100，单片机采用输入捕获端口CHANNEL1输入滤波整流后的信号，经过自适应处理后，比较输出自适应信号到喷油器驱动电路输入。如图3所示，MCU_OUT1与喷油器驱动电路的输入口MCU_OUT1连接。

如图4所示，所述喷油器驱动电路包括功率场效应管Q1、第四电阻R1_4，功率场效应管的栅极G通过第四电阻R1_4与单片机相连，功率场效应管的源极S接地，功率场效应管的漏极D输出。

上述多比例自适应汽车混合燃料控制器的控制方法，包括以下步骤，如图5所示。单片机采用输入捕获和比较输出功能对汽车ECU原始PWM喷油脉宽控制信号进行捕获，并对喷油脉宽进行展宽处理，最终输出处理后的信号：

第一步，汽车启动时，控制器上电复位，对硬件进行初始化，并循环获取当前的发动机进气管道温度；

第二步，汽车点火时，控制器通过PK0口获得快速自适应指令，再结合当前进气口温度值，决定启动模式。如表1所示，控制系统有四种工作方式；

第三步，点火开始后，通过第一通道的输入捕获端口，获取当前PWM喷油信号的频率，此频率和发动机转速正相关，因此，可以通过当前PWM喷油信号的频率计算当前发动机的转速；

第四步，判断当前频率对应的发动机转速是否大于启动阈值N1，如果不大于N1，则增加喷油信号展宽系数，继续执行第四步；如果大于N1，则开启稳定延时，保持喷油信号展宽系数不变；

第五步，稳定延时结束后，修改喷油信号展宽系数为DIV_MID，DIV_MID为汽车发动机允许的最大空燃比条件下的PWM喷油控制信号展宽系数，通常取2.0；

第六步，判断当前频率对应的发动机转速是否大于运行阈值N2，如果大于N2，则对喷油信号展宽系数进行减一操作，继续执行第六步；如果小于N2，则对喷油信号展宽系数加一；

第七步，保持当前喷油信号展宽系数不变，循环执行喷油信号展宽，汽车启动结束。

表1初始化方案选择

该控制系统自适应调整算法是一个逐步累加燃料喷射量的过程，以非冷启动为例，喷射量大小的初始化值决定了自适应调整的调整次数和调整时长。普通情况下，用户无法知道混合燃料的特性时，自适应过程将会以原车的燃料喷射量进行初始化，经过自适应调整，得到一个适合当前燃料的喷射量，保证汽车发动机正常运转，这种模式为普通自适应模式，其启动时间长。但是，也存在另一种情况，就是用户事先知道自己的燃料特性，在这种情况下，为了快速完成自适应过程，就可以根据燃料特性进行相应的启动燃料喷射量初始化，这种模式为快速自适应模式，其启动时间短。

Claims (4)

1.一种多比例自适应汽车混合燃料控制器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

汽车发动机启动时，首先由单片机依据测温电路检测的发动机进气管道温度选择启动模式的种类；然后，单片机根据原始PWM喷油控制信号的频率对原始PWM喷油控制信号进行自适应调节，喷油器驱动电路根据单片机输出的经过调节的原始PWM喷油控制信号对喷油器进行驱动；

所述启动模式包括两种，分别为冷启动和非冷启动；当启动模式为非冷启动时，单片机对输入的原始PWM喷油控制信号进行自适应调节；当启动模式为冷启动时，单片机根据发动机进气管道当前温度，对输入的原始PWM喷油控制信号的调整系数进行不同等级的初始化，初始化后再进行自适应调节，所述调整系数为PWM喷油控制信号的展宽系数。

2.根据权利要求1所述一种多比例自适应汽车混合燃料控制器的控制方法，其特征在于：所述单片机通过与汽车ECU相连的PWM喷油控制信号输入电路捕获原始PWM喷油控制信号，PWM喷油控制信号输入电路将原始PWM喷油控制信号输入到PWM喷油控制信号整形电路进行整流滤波，PWM喷油控制信号整形电路将整流滤波后的原始PWM喷油控制信号输入单片机。

3.根据权利要求1所述一种多比例自适应汽车混合燃料控制器的控制方法，其特征在于：冷启动时，单片机根据采集的发动机进气管道温度T，按照事先设定的映射关系初始化原始PWM喷油控制信号的展宽系数：当T<＝-20℃，展宽系数初始化为DIV1；当-20℃<T<＝-15℃，展宽系数初始化为DIV2；当-15℃<T<＝-10℃，展宽系数初始化为DIV3；当-10℃<T<＝-5℃，展宽系数初始化为DIV4；当-5℃<T<＝5℃，展宽系数初始化为DIV5；当5℃<T<＝12℃，展宽系数初始化为DIV6，其中DIV1>DIV2>DIV3>DIV4>DIV5>DIV6；当T>12℃，启动模式为非冷启动。

4.根据权利要求1所述一种多比例自适应汽车混合燃料控制器的控制方法，其特征在于：所述自适应调节的具体步骤为：

1)启动调节：单片机根据当前时刻输入的原始PWM喷油控制信号的频率计算汽车发动机的转速，并将转速和阈值N1做比较，如果转速小于N1，则增大当前时刻输入的原始PWM喷油控制信号的展宽系数，然后将原始PWM喷油控制信号输出至喷油器驱动电路，使喷油器调高燃料喷射量，N1的取值范围为600～800转/分钟；

2)重复步骤1)直至汽车发动机的转速达到N1并保持N16～9秒；

3)平稳恢复：经过步骤2)后，单片机将当前时刻输入的原始PWM喷油控制信号的展宽系数减小到DIV_MID，DIV_MID为汽车发动机允许的最大空燃比条件下的PWM喷油控制信号展宽系数，然后按照步骤1)的方法继续获取汽车发动机转速，如果转速高于阈值N2，则对当前时刻输入的原始PWM喷油控制信号的展宽系数减1，直至汽车发动机转速低于N2，然后对展宽系数加1，并作为汽车行驶过程中输入至喷油器驱动电路的PWM喷油控制信号的展宽系数，启动结束，自适应调节停止，N2的取值范围为800～900转/分钟。