CN103452681A - 动态停缸自控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车控制器领域，公开了一种具有明显节能减排效果的动态停缸自控系统。本发明所述的动态停缸自控系统，包括微控制器、CPLD逻辑控制模块、车辆工况检测模块、传感器模块、行车电脑喷油信号调理模块、喷油嘴驱动模块和电源模块；所述微控制器分别与所述CPLD逻辑控制模块、车辆工况检测模块、传感器模块、行车电脑喷油信号调理模块、喷油嘴驱动模块和电源模块电相连；所述传感器模块包括宽带氧传感器单元和窄带氧传感器信号模拟单元。本发明所述的动态停缸自控系统，能够根据汽车具体工况所需动力自动地修正发动机的停缸比例，实现动态变排量，从而达到了节能减排的目的。

Description

动态停缸自控系统

技术领域

本发明涉及汽车控制器领域，尤其涉及一种具有明显节能减排效果的动态停缸自控系统。 

背景技术

随着科技的发展，时代的进步，对于作为交通工具的汽车也逐步走进了千家万户，大大的给用户的生活提供了便利。但是，随着汽车日益的普及，汽车的使用带来了空气的污染以及大量CO₂的排放造成的温室效应问题，则节能减排的举措被政府和汽车制造业放在了重要的位置。对于汽车来说，节能减排的关键在于内燃机电子减排控制器，它是一种内燃机的电子控制装置，主要以单片机作为微控制器的电子控制线路构成，用来实现对受控内燃机的动态封缸控制与可变排量控制。对于同样的负载，内燃机的等效排量被减小后，能够获得较高的燃油转换效率和较低的燃油消耗率，从而获得节能减排的效果。但是该电子减排控制器不能根据汽车运行的工况自动控制工作排量，必须由用户手动调控，此过程中，轻则造成发动机的抖动，影响车辆的操控性和乘坐的舒适度，重则若控制板失效，导致发动机致熄火，制动系统和转向系统的工作都受到影响，最终影响到车辆行驶过程中的安全性。 

发明内容

本发明实施例的目的是：提供一种动态停缸自控系统，能够根据汽车具体工况所需动力自动地修正发动机的停缸比例，实现动态变排量，从而达到了节能减排的目的。 

本发明实施例提供的一种动态停缸自控系统，包括微控制器、CPLD逻辑控制模块、车辆工况检测模块、传感器模块、行车电脑喷油信号调理模块、喷油嘴驱动模块和电源模块；所述微控制器分别与所述CPLD逻辑控制模块、车辆工况检测模块、传感器模块、行车电脑喷油信号调理模块、喷油嘴驱动模块和电源模块电相连；所述传感器模块包括宽带氧传感器单元和窄带氧传感器信号模拟单元。 

可选的，所述行车电脑喷油信号调理模块包括2路喷油信号调理单元；所述喷油嘴驱动模块包括2路喷油嘴驱动单元。 

可选的，所述行车电脑喷油信号调理模块包括4路喷油信号调理单元；所述喷油嘴驱动模块包括4路喷油嘴驱动单元。 

可选的，所述微控制器采用飞思卡尔的汽车级控制器MC9S08系列。 

可选的，所述CPLD逻辑控制模块采用赛灵思的CPLD器件XC9536。 

可选的，所述宽带氧传感器单元采用德国BOSCH公司的CJ125的接口芯片。 

可选的，还包括测试与显示模块，用于出厂测试或者安装调试时使用。 

可选的，所述传感器模块还包括里程传感器信号调理单元、冷却液温度传感器信号调理单元、节气门传感器信号调理单元。 

由上可见，应用本发明实施例的技术方案，将整个停缸控制系统采用全自动化，无需用户的调控，即通过作为控制中心的微控制器接收信号，然后发出相应的指令至对应的模块，则对应的模块做出相应的动作，完成停缸比例的动态选取和可变排量的调整过程，使得车辆始终处于最佳停缸状态以及最佳的排量，最终也就达到了节能减排的目的。 

对于可变排量的调整，即停缸比例的调整，主要取决于所述微控制器和CPLD逻辑控制模块。首先，所述微控制器将各传感器输出的信号输入到车辆工况检测模块，计算出车辆处于何种工况，即处于熄火、怠速、低速、加速、减速、匀速或者高速状态中的一种，从而根据各工况所需的动力情况，所述微控制器输出停缸比例控制信号至所述CPLD逻辑控制模块，所述CPLD逻辑控制模块立即按照指定的停缸比例工作，此停缸比例即为最佳停缸比例。 

车辆的行车电脑通过设在发动机排气管上的氧传感器来感知发动机的空燃比，并通过改变喷油信号脉冲宽度来调控喷油量以达到修正空燃比的目的，停缸时某一气缸终止喷油，气缸只吸入空气，这必然导致尾气中含氧量的增加，所述行车电脑如若感知到这一变化必然以为空燃比过高，势必会通过增加喷油脉冲宽度的方式增加燃油的喷射量来试图改善空燃比，使之接近理想值。停缸后如不阻止所述行车电脑这一举动，必然导致未停气缸燃油喷射过多，燃烧不充分，尾气排放恶化，达不到节能减排的效果。 

宽带氧传感器单元设置的目的在于：当停缸后，使得所述行车电脑仍能按照停缸前的空燃比进行喷油，保证其他未停的气缸仍然按照原来理想的空燃比工作。为了实现这一目的，本发明使用宽带氧传感器替代被改装车辆发动机的窄带氧传感器，将微控制器模拟的窄带氧传感器信号传输给所述行车电脑。 

所述宽带氧传感器需要加热到高温才能正常工作，因此所述微处理器不断采集所述芯片CJ125输出的反映加热温度的信号，并依此修正加热PWM信号的占空比，从而使得所述宽带传感器的温度处于正常的工作温度。当所述宽带氧传感器加热完成后，所述微控制器又通过采集所述芯片CJ125输出的含氧量信号，换算后得到发动机的空燃比，再结合当前的停缸比例输出窄带氧传感器信号，所述信号取代被改装车辆窄带氧传感器信号输送至行车电脑，所述行车电脑将按照模拟的氧传感器提供的信息控制气缸的空燃比，实现闭环控制。 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中： 

图1为本发明实施例所述的动态停缸自控系统的原理框图；

图2为本发明实施例所述的动态停缸自控系统的中CPLD逻辑控制模块与行车电脑喷油信号调理模块、喷油嘴驱动模块的电路原理图；

图3为本发明实施例所述的动态停缸自控系统的中微控制器与传感器的电路原理图；

图4为本发明实施例所述的动态停缸自控系统的传感器模块中宽带氧传感器单元、窄带传感器单元以及接口芯片CJ125的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。 

实施例： 

如图1所示，本发明所述动态停缸自控系统，包括微控制器1、CPLD逻辑控制模块2、车辆工况检测模块3、传感器模块4、行车电脑喷油信号调理模块5、喷油嘴驱动模块6和电源模块7，其中，所述微控制器1作为整个动态停缸自控系统的核心控制模块，分别与所述CPLD逻辑控制模块2、车辆工况检测模块3、传感器模块4、行车电脑喷油信号调理模块5、喷油嘴驱动模块6和电源模块7电相连。所述传感器模块包括宽带氧传感器单元41、窄带氧传感器信号模拟单元42、里程传感器信号调理单元43、冷却液温度传感器信号调理单元44和节气门传感器信号调理单元45。其中，是微控制器采用的是飞思卡尔的汽车级控制器MC9S08系列，工作频率设为18MHz，；所述CPLD逻辑控制模块采用的是赛灵思的CPLD器件XC9536，此处的XC9536可以更换为其他厂家具有同样功能的CPLD器件；所述宽带氧传感器单元采用的是德国博世BOSCH公司的CJ125接口芯片，只需要少量电阻、电容器件配合就可以实现和该公司LSU4.2型的宽带氧传感器的对接工作。

以上是对本发明所述的动态停缸自控系统的结构说明，下面结合图2、图3和图4具体说明工作原理和过程如下。

首先需要明确一点，所述行车电脑喷油信号调理模块5发出的喷油信号传输至所述CPLD逻辑控制模块2，所述CPLD逻辑控制模块2对所述喷油信号计数。当发动机点火前，所述CPLD逻辑控制模块2的计数值为零，并且当所述CPLD逻辑控制模块2输出低电平的有效复位信号后，所述微控制器1处于复位状态，不发出任何指令。当发动机点火之后，所述CPLD逻辑控制模块2的计数开始，并且复位信号由低变高，则所述微控制器1相应开始工作，对所述宽带氧传感器单元41的接口芯片CJ125的初始化进行配置，使其输出200Hz左右的脉冲宽带调制PWM信号，该信号经过功率场效应管MT3055驱动后输送至所述宽带氧传感器，并且使所述宽带氧传感器加热；同时，所述微控制器1不断采集所述芯片CJ125输出的加热温度的信号，并依此修正加热PWM信号的占空比，从而使得所述宽带传感器的温度处于正常的工作温度。当所述宽带氧传感器加热完成后，所述微控制器1又采集所述芯片CJ125输出的含氧量信号，换算后得到发动机的空燃比，再结合当前的停缸比例（发动机温度达标前停缸比例为0）输出窄带氧传感器模拟信号，所述信号替代被改装车辆的窄带氧传感器信号输送至行车电脑，所述行车电脑将按照模拟的氧传感器信号提供的信息控制气缸的空燃比，实现闭环控制。 

在进行上述操作的同时，所述微控制器1按照预设时长，每隔200ms使用所述车辆工况检测模块3计算出车辆的工作状态，该工作状态是通过所述以车速信号、油门踏板或者节气门开度信号、喷油脉冲信号、发动机温度信号作为输入经过计算后得到的，所述即判断出车辆是处于熄火、怠速、低速、加速、减速、匀速还是高速的状态。其中车速信号通过所述里程传感器单元43完成反馈；油门踏板或则节气门开度信号通过所述节气门传感器单元25完成反馈；所述喷油脉冲信号通过所述行车电脑喷油信号调理模块5完成反馈；所述发动机温度信号通过所述冷却液温度传感器44单元完成反馈。因此根据车辆的不同工况，以节油率最大化的原则输出停缸控制档位到所述CPLD逻辑控制模块2，所述CPLD逻辑控制模块2接收到相应的指令后，发出对应的停缸比例信号至发动机，则发动机按此停缸比例工作。同时根据所述停缸的比例修正所述窄带氧传感器的模拟信号，最终实现燃油闭环控制。此过程中，当所述停缸比例信号为0时，不进行停缸控制，所述喷油嘴驱动模块6输出的喷油驱动信号和行车电脑喷油信号调理模块5的输入信号一致；当停缸比例不为0时，当所述CPLD逻辑控制模块2的喷油脉冲信号计数溢出时，下一个喷油脉冲信号被所述CPLD逻辑控制模块2屏蔽，即没有驱动信号发送至所述喷油嘴驱动模块6，使得喷油嘴停止喷油一次。 

其中，所述CPLD逻辑控制模块2在接收所述微控制器1指令后，可以用以调控的停缸比例有0%、8.3%、12.5%、16.7%、20.8%、25%六种。基于现有车辆在行驶过程中由于手动停缸的调控容易造成行车安全隐患的问题，本发明在进行停缸的自动调控中，只控制了发动机的一半气缸，即当所述发送机的气缸数量为4个，则只有两缸受控，目的在于，当所述动态停缸自控系统出现问题失效时，发动机还有两缸可以正常工作，对汽车的安全性能基本上没有影响，当驾驶员发现此故障后，也有足够的时间将车辆驾驶至安全区。通常情况下，对于4缸的车辆来说，将第一缸和第四缸接入所述动态停缸自控系统的受控范围内。本发明所述的动态停缸自控系统，可以同时处理4路喷油信号，即可以对4缸进行控制，所以，本发明所述的动态停缸自控系统，适用于有4~8个气缸的车辆。 

对于上述技术方案的改进，所述动态停缸自控系统，还包括测试与显示模块，用于出厂测试或者安装调试时使用，可以将测试或者安装调试时的各项参数显示出来，使得工作人员更加清楚明了车辆的性能。 

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 

Claims (8)

1.一种动态停缸自控系统，其特征在于：

包括微控制器、CPLD逻辑控制模块、车辆工况检测模块、传感器模块、行车电脑喷油信号调理模块、喷油嘴驱动模块和电源模块；

所述微控制器分别与所述CPLD逻辑控制模块、车辆工况检测模块、传感器模块、行车电脑喷油信号调理模块、喷油嘴驱动模块和电源模块电相连；

所述传感器模块包括宽带氧传感器单元和窄带氧传感器信号模拟单元。

2.根据权利要求1所述的动态停缸自控系统，其特征在于：

所述行车电脑喷油信号调理模块包括2路喷油信号调理单元；

所述喷油嘴驱动模块包括2路喷油嘴驱动单元。

3.根据权利要求1所述的动态停缸自控系统，其特征在于：

所述行车电脑喷油信号调理模块包括4路喷油信号调理单元；

所述喷油嘴驱动模块包括4路喷油嘴驱动单元。

4.根据权利要求1所述的动态停缸自控系统，其特征在于：

所述微控制器采用飞思卡尔的汽车级控制器MC9S08系列。

5.根据权利要求1所述的动态停缸自控系统，其特征在于：

所述CPLD逻辑控制模块采用赛灵思的CPLD器件XC9536。

6.根据权利要求1所述的动态停缸自控系统，其特征在于：

所述宽带氧传感器单元采用德国BOSCH公司的CJ125的接口芯片。

7.根据权利要求1所述的动态停缸自控系统，其特征在于：

还包括测试与显示模块，用于出厂测试或者安装调试时使用。

8.根据权利要求1所述的动态停缸自控系统，其特征在于：

所述传感器模块还包括里程传感器信号调理单元、冷却液温度传感器信号调理单元和节气门传感器信号调理单元。

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