CN103644064B - 一种客车电控发动机启动保护电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种客车电控发动机启动保护电路及其控制方法，保护电路包括稳压模块、启动控制电路、起动机电源控制电路及发动机，稳压模块将客车DC24V电压转变为DC5V，稳压模块的输出端通过启动信号输入电路与单片机相连；启动控制电路的输入端与客车的电源相连，输出端分别与单片机及起动机的T2端相连，用于控制起动机的启动；起动机电源控制电路输入端与客车的电源相连，输出端分别与单片机及起动机的T1端相连；发动机包括发动机ECU，发动机ECU通过CAN总线与CAN总线控制器相连，CAN总线控制器通过物理导线与单片机连接。启动电路自身安全性高，电磁开关和起动机的使用寿命长，维护成本低。

Description

一种客车电控发动机启动保护电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种发动机启动保护电路，尤其涉及一种客车电控发动机启动保护电路及其控制方法。

背景技术

客车起动机功率大，启动时瞬间工作电流可达600安培，长时间工作会导致电缆发热，起动机内部触点黏连，严重时会引发线路着火。发动机启动后，重复执行启动操作，容易导致起动机齿轮与发动机飞轮打齿，造成机械损坏。

客车车身长自重大，后方视野差，启动发动机时容易发生各种事故。例如，变速箱在档时启动发动机会导致车辆突然向前或向后移动，容易发生撞击事故；有人在发动机舱进行维修作业时，驾驶员突然启动发动机，容易造成维修人员人身伤害事故。

目前，我国汽车排放标准已全面进入国Ⅳ阶段，客车上使用的发动机已全部升级为带电子控制单元（ECU）的电喷发动机，发动机ECU带有标准的CAN总线接口，符合SAE J1939通讯协议要求，尚没有基于CAN总线的客车电控发动机启动保护电路。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种客车电控发动机启动保护电路及其控制方法，起到保障客车安全启动及提高起动机的使用寿命的效果。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种客车电控发动机启动保护电路，包括稳压模块、启动控制电路、起动机电源控制电路及发动机，所述稳压模块将客车DC24V电压转变为DC5V，稳压模块的输出端通过启动信号输入电路与单片机相连；

所述启动控制电路的输入端与客车的电源相连，输出端分别与单片机及起动机的T2端相连，用于控制起动机的启动；

所述起动机电源控制电路输入端与客车的电源相连，输出端分别与单片机及起动机的T1端相连，用于控制起动机的电源控制；

所述发动机包括发动机ECU，发动机ECU通过CAN总线与CAN总线控制器相连，CAN总线控制器通过物理导线与单片机连接。

所述启动信号输入电路包括依次串联发动机舱门开关SK1、变速箱空挡开关SK2与光电耦合器OC1的第一输入端，光电耦合器OC1的输出端与单片机RA1的管脚相连，光电耦合器OC1的第二输入端与稳压模块的输出端及单片机的VCC端相连；

所述发动机舱门开关SK1的前端接入前启动信号，发动机舱门开关SK1与变速箱空挡开关SK2之间接入后启动信号，前启动信号为安装在转向柱上的点火开关START档信号，后启动信号为安装在发动机舱内的后启动开关信号，两个信号均为24V正控信号。

发动机舱门打开时SK1断开，关闭时SK1闭合。变速箱在空挡时SK2闭合，不在空挡时SK2断开。

所述启动控制电路包括电磁继电器KV1，电磁继电器KV1的控制线圈与二极管D1并联后输出端与三极管Q1的集电极连接，电磁继电器KV1输出端的一脚连接保险丝F1的一端，另一脚连接起动机的吸合开关接线端子T2，同时连接光电耦合器OC2的输入端，三极管Q1的基极通过电阻R2与单片机的RC1管脚连接，发射极接地，光电耦合器OC2的输出端与单片机的RC2管脚连接；

所述保险丝F1的另一端与客车的ACC档电源连接，电磁继电器KV1的控制线圈与二极管D1并联后的输入端与客车的ON档电源相连，Q1为NPN型开关三极管，二极管D1起续流保护作用，吸收继电器控制线圈电流突变时产生的反向电动势。

所述起动机电源控制电路包括电磁开关KV2，电磁开关KV2的控制线圈与二极管D2并联后输出端与三极管Q2的集电极连接，电磁开关KV2输出端的一脚连接保险丝F2的一端，另一脚连接起动机的主电源接线端子T2，同时连接光电耦合器OC3的输入端。三极管Q2的基极通过电阻R4与单片机的RC3管脚连接，发射极接地，光电耦合器OC3的输出端与单片机的RC4管脚连接；

所述保险丝F2的另一端与客车的蓄电池常电相连，电磁开关KV2的控制线圈与二极管D2并联后输入端与客车的ON档电源相连，Q2为NPN型开关三极管，二极管D2起续流保护作用，吸收电磁开关控制线圈电流突变时产生的反向电动势。

所述单片机为STC89C52系列单片机，CAN总线控制器为SJA1000型。

启动控制电路、起动机电源控制电路、起动机、单片机、CAN总线控制器之间通过物理导线连接，起动机的主电源接线端子为T1、吸合开关接线端子为T2，发动机ECU与CAN总线控制器通过CAN总线连接。

一种客车电控发动机启动保护电路的控制方法，包括以下步骤：

单片机的RA1管脚收到启动信号输入电路的高电平后，判断此时的发动机转速，转速大于门限值时，单片机认为此时发动机处于启动状态，启动控制电路与起动机电源控制电路均不工作；转速小于门限值时，单片机认为此时发动机处于未启动状态，RC3管脚输出高电平，电磁开关KV2闭合，起动机主电源线路接通。单片机检测到RC4管脚由低电平转为高电平，延时第一设定时间后，RC1管脚输出高电平，电磁继电器KV1闭合，光电耦合器OC2导通，起动机吸合电路导通，起动机运转工作。单片机检测到RC2管脚由低电平转为高电平后，最长延时第二设定时间，RC1脚和RC3脚同时由高电平转为低电平，若延时第二设定时间过程中启动信号消失，同样RC1脚和RC3脚同时由高电平转为低电平，启动过程结束。

所述门限值500r/min，第一设定时间为0.5S，第二设定时间10S。

所述启动信号输入电路，触发前启动信号或触发后启动信号，OC1导通，单片机RA1管脚接收到正控信号，确认收到启动发动机的命令；

所述OC1导通的具体条件为：触发前启动信号后，需同时满足发动机舱门关闭和变速箱在空挡上两个条件，即SK1与SK2同时闭合，光电耦合器OC1才能导通；触发后启动信号后，变速箱处于空挡即SK2闭合时，光电耦合器OC1才能导通。

光电耦合器OC1的作用在于隔离客车24V电压与单片机识别的5V高电平信号，避免24V电源波动导致客车非正常启动。

所述启动控制电路用于单片机通过改变RC1管脚的电平控制三极管Q1的状态；

所述启动控制电路的具体过程为：RC1为低电平时，三极管Q1截止，集电极与发射极断开，电磁继电器KV1不动作，起动机不吸合，光电耦合器OC2断开，RC2管脚返回低电平；RC1为高电平时，三极管Q1饱和，集电极与发射极导通，电磁继电器KV1闭合，起动机吸合，光电耦合器OC2导通，RC2管脚返回高电平。

光电耦合器OC2的作用在于检测KV1的工作状态，并反馈给单片机，用于整个启动保护电路的逻辑控制。

所述起动机电源控制电路用于单片机通过改变RC3管脚的电平控制三极管Q2的状态；

所述起动机电源控制电路的具体过程为：RC3为低电平时，三极管Q2截止，集电极与发射极断开，电磁开关KV2不动作，起动机的主电源电路断开，光电耦合器OC3断开，RC4管脚返回低电平；RC3为高电平时，三极管Q2饱和，集电极与发射极导通，电磁开关KV2闭合，起动机主电源电路接通，光电耦合器OC3导通，RC4管脚返回高电平。

光电耦合器OC3的作用在于检测KV2的工作状态，并反馈给单片机，用于整个启动保护电路的逻辑控制。

所述发动机的ECU通过对外广播发动机转速报文，转速报文为SAE J1939协议规定的标准报文EEC1，ID为0x0CF00400，CAN总线控制器接收到发动机ECU发送的转速报文后对数据按照SAE J1939-71应用层的协议进行解析，解析后发送给单片机，通过与设定好的门限值比较后判断发动机的工作状态。

本发明可以实现以下功能：

1、发动机舱门打开或变速箱未在空挡时，禁止使用前启动；变速箱未在空挡时，禁止使用后启动；避免启动时造成各种事故。

2、启动时，电磁开关KV2先于电磁继电器KV1接通，避免电磁开关KV2在大电流闭合时产生电弧，延长电磁开关KV2的使用寿命；不启动时，电磁开关KV2断开，起动机主电源线断电，避免起动机内部短路时造成着火事故。

3、通过CAN总线采集发动机的转速信号，转速大于500r/min时，禁止启动控制电路和起动机电源控制电路工作，避免起动机齿轮与发动机飞轮相互打齿，延长起动机的使用寿命。

本发明的有益效果：

变速箱未在空档时前后启动无效，发动机舱门打开时前启动无效，保证启动安全。

单片机电平与车辆电压之间采用光耦隔离，抗干扰能力强。

直接利用转速判断发动机工作状态，控制精度和可靠性高。

启动电路自身安全性高，电磁开关和起动机的使用寿命长，维护成本低。

附图说明

图1本发明整体结构电路图；

图中，1客车电控发动机启动保护电路，2稳压模块、3启动控制电路、4起动机电源控制电路、5起动机、6单片机、7CAN总线控制器、8发动机ECU、9启动信号输入电路。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1所示，一种客车电控发动机启动保护电路1，包括稳压模块2、启动控制电路3、起动机电源控制电路4、起动机5、单片机6、CAN总线控制器7、发动机ECU8、启动信号输入电路9八部分。

其中稳压模块2指把客车DC24V电压转变为DC5V的稳压模块，单片机6为STC89C52系列单片机，CAN总线控制器为SJA1000型。

所述启动控制电路3包括保险丝F1、电磁继电器KV1、二极管D1、三极管Q1、光电耦合器OC2，其中Q1为NPN型开关三极管。电磁继电器KV1的控制线圈与二极管D1并联后与三极管Q1的集电极连接，电磁继电器KV1输出端的一脚连接保险丝F1，另一脚连接起动机5的吸合开关接线端子T2，同时连接光电耦合器OC2的输入端。三极管Q1的基极通过电阻R2与单片机6的RC1管脚连接，发射极接地。光电耦合器OC2的输出端与单片机6的RC2管脚连接。二极管D1起续流保护作用，吸收继电器控制线圈电流突变时产生的反向电动势。

所述起动机电源控制电路4包括保险丝F2、电磁开关KV2、二极管D2、三极管Q2、光电耦合器OC3，其中Q2为NPN型开关三极管。电磁开关KV2的控制线圈与二极管D2并联后与三极管Q2的集电极连接，电磁开关KV2输出端的一脚连接保险丝F2，另一脚连接起动机5的主电源接线端子T2，同时连接光电耦合器OC3的输入端。三极管Q2的基极通过电阻R4与单片机6的RC3管脚连接，发射极接地。光电耦合器OC3的输出端与单片机6的RC4管脚连接。二极管D2起续流保护作用，吸收电磁开关控制线圈电流突变时产生的反向电动势。

所述启动信号输入电路9包括后发动机舱门开关SK1、变速箱空挡开关SK2、光电耦合器OC1，发动机舱门开关SK1、变速箱空挡开关SK2与光电耦合器OC1的输入端依次串联，前启动信号在发动机舱门开关SK1的前端接入，后启动信号在发动机舱门开关SK1与变速箱空挡开关SK2之间接入，光电耦合器OC1的输出端与单片机6的RA1管脚连接。发动机舱门打开时SK1断开，关闭时SK1闭合。变速箱在空挡时SK2闭合，不在空挡时SK2断开。前启动信号为安装在转向柱上的点火开关START档信号，后启动信号为安装在发动机舱内的后启动开关信号，两个信号均为24V正控信号。

实施例：使用时将本发明所述的稳压模块2、启动控制电路3、起动机电源控制电路4、起动机5、单片机6、CAN总线控制器7、发动机ECU8、启动信号输入电路9接入整车控制电路中，并使用整车电源为其供电。

驾驶员执行前启动动作时发动机舱门打开或变速箱未在空档位置，执行后启动动作时变速箱未在空档位置，启动信号输入电路9的光电耦合器OC1均断开，单片机6无法收到启动信号，起动机不执行启动动作，客车电控发动机启动保护电路1起到变速箱空档保护和发动机舱门开关保护的作用。

驾驶员执行前启动动作时发动机舱门关闭且变速箱在空档位置，执行后启动动作时变速箱在空档位置，启动信号输入电路9的光电耦合器OC1导通，单片机6的RA1管脚收到高电平，确定驾驶员想要启动发动机。此时，单片机6判断通过CAN总线控制器接收的发动机发送的转速报文，转速大于500r/min时，单片机认为此时发动机已经处于启动状态，启动控制电路3与起动机电源控制电路4均不工作；转速小于500r/min时，单片机认为此时发动机处于未启动状态，控制RC3管脚输出高电平，三极管Q2饱和，集电极与发射极导通，电磁开关KV2闭合，起动机主电源电路接通，光电耦合器OC3导通，RC4管脚返回高电平。单片机6检测到RC4管脚由低电平转为高电平，延时0.5S后，控制RC1管脚输出高电平，三极管Q1饱和，集电极与发射极导通，电磁继电器KV1闭合，起动机5吸合，光电耦合器OC2导通，RC2管脚返回高电平。单片机6检测到RC2管脚由低电平转为高电平后，最长延时10S，RC1脚和RC3脚同时由高电平转为低电平，电磁开关KV2与电磁继电器KV1同时断开，启动过程结束。若在延时10S的过程中，驾驶员松开启动开关，RA1管脚由高电平转为低电平，单片机控制电磁开关KV2与电磁继电器KV1同时断开，启动过程结束。单片机通过转速判断发动机工作状态，有效避免起动机齿轮与发动机飞轮相互打齿，延长起动机的使用寿命。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施例方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种客车电控发动机启动保护电路，其特征是，包括稳压模块、启动控制电路、起动机电源控制电路及发动机，所述稳压模块将客车DC24V电压转变为DC5V，稳压模块的输出端通过启动信号输入电路与单片机相连；

所述启动控制电路的输入端与客车的电源相连，输出端分别与单片机及起动机的T2端相连，用于控制起动机的启动；

所述起动机电源控制电路输入端与客车的电源相连，输出端分别与单片机及起动机的T1端相连，用于控制起动机的电源控制；

所述发动机包括发动机ECU，发动机ECU通过CAN总线与CAN总线控制器相连，CAN总线控制器通过物理导线与单片机连接；

所述启动信号输入电路包括依次串联发动机舱门开关SK1、变速箱空挡开关SK2与光电耦合器OC1的第一输入端，光电耦合器OC1的输出端与单片机RA1的管脚相连，光电耦合器OC1的第二输入端与稳压模块的输出端及单片机的VCC端相连；

所述启动控制电路包括电磁继电器KV1，电磁继电器KV1的控制线圈与二极管D1并联后输出端与三极管Q1的集电极连接，电磁继电器KV1输出端的一脚连接保险丝F1的一端，另一脚连接起动机的吸合开关接线端子T2，同时连接光电耦合器OC2的输入端，三极管Q1的基极通过电阻R2与单片机的RC1管脚连接，发射极接地，光电耦合器OC2的输出端与单片机的RC2管脚连接。

2.如权利要求1所述的一种客车电控发动机启动保护电路，其特征是，所述起动机电源控制电路包括电磁开关KV2，电磁开关KV2的控制线圈与二极管D2并联后输出端与三极管Q2的集电极连接，电磁开关KV2输出端的一脚连接保险丝F2的一端，另一脚连接起动机的主电源接线端子T2，同时连接光电耦合器OC3的输入端，三极管Q2的基极通过电阻R4与单片机的RC3管脚连接，发射极接地，光电耦合器OC3的输出端与单片机的RC4管脚连接。

3.如权利要求1所述的一种客车电控发动机启动保护电路的控制方法，其特征是，包括以下步骤：

单片机的RA1管脚收到启动信号输入电路的高电平后，判断此时的发动机转速，转速大于门限值时，单片机认为此时发动机处于启动状态，启动控制电路与起动机电源控制电路均不工作；

转速小于门限值时，单片机认为此时发动机处于未启动状态，RC3管脚输出高电平，电磁开关KV2闭合，起动机主电源线路接通；

单片机检测到RC4管脚由低电平转为高电平，延时第一设定时间后，RC1管脚输出高电平，电磁继电器KV1闭合，光电耦合器OC2导通，起动机吸合电路导通，起动机运转工作；

单片机检测到RC2管脚由低电平转为高电平后，最长延时第二设定时间，RC1脚和RC3脚同时由高电平转为低电平，若延时第二设定时间过程中启动信号消失，同样RC1脚和RC3脚同时由高电平转为低电平，启动过程结束。

4.如权利要求3所述的一种客车电控发动机启动保护电路的控制方法，其特征是，所述门限值为500r/min，第一设定时间为0.5S，第二设定时间为10S。

5.如权利要求3所述的一种客车电控发动机启动保护电路的控制方法，其特征是，所述启动信号输入电路，触发前启动信号或触发后启动信号，OC1导通，单片机RA1管脚接收到正控信号，确认收到启动发动机的命令。

6.如权利要求5所述的一种客车电控发动机启动保护电路的控制方法，其特征是，所述OC1导通的具体条件为：触发前启动信号后，需同时满足发动机舱门关闭和变速箱在空挡上两个条件，即SK1与SK2同时闭合，光电耦合器OC1才能导通；触发后启动信号后，变速箱处于空挡即SK2闭合时，光电耦合器OC1才能导通。

7.如权利要求3所述的一种客车电控发动机启动保护电路的控制方法，其特征是，所述启动控制电路用于单片机通过改变RC1管脚的电平控制三极管Q1的状态；

所述启动控制电路的具体过程为：RC1为低电平时，三极管Q1截止，集电极与发射极断开，电磁继电器KV1不动作，起动机不吸合，光电耦合器OC2断开，RC2管脚返回低电平；RC1为高电平时，三极管Q1饱和，集电极与发射极导通，电磁继电器KV1闭合，起动机吸合，光电耦合器OC2导通，RC2管脚返回高电平。

8.如权利要求3所述的一种客车电控发动机启动保护电路的控制方法，其特征是，所述起动机电源控制电路用于单片机通过改变RC3管脚的电平控制三极管Q2的状态；

所述起动机电源控制电路的具体过程为：RC3为低电平时，三极管Q2截止，集电极与发射极断开，电磁开关KV2不动作，起动机的主电源电路断开，光电耦合器OC3断开，RC4管脚返回低电平；RC3为高电平时，三极管Q2饱和，集电极与发射极导通，电磁开关KV2闭合，起动机主电源电路接通，光电耦合器OC3导通，RC4管脚返回高电平。