CN103883405B - 车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统及车辆,该控制系统包括:多个发动机及车辆信号处理电路,多个发动机及车辆信号处理电路用于对接收的车辆信号进行处理;多个发动机执行单元驱动电路,多个发动机执行单元驱动电路根据控制指令对发动机执行单元进行驱动控制;发动机主控制器,包括多个信号传输接口和多个指令控制接口,多个信号传输接口一一对应地与多个车辆信号处理电路相连,多个指令控制接口一一对应地与多个发动机执行单元驱动电路相连,发动机主控制器用于生成控制指令。根据本发明实施例的控制系统可以准确、及时地对发动机进行调控,以使发动机处于最佳工作状态,使汽油燃烧过程更充分,发动机动力输出更强劲。

Description

车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统及车辆
技术领域
[0001] 本发明涉及汽车制造技术领域,特别涉及一种车辆的汽油缸内直喷发动机的控制 系统及车辆。
背景技术
[0002] 汽油缸内直喷发动机(GDI)由于具有燃烧效率高等优点,得到广泛发展,作为直喷 发动机(GDI)的控制系统,如发动机控制器是控制发动机正常运行的关键,其工作必须满足 汽车控制系统极高的实时性要求,能满足苛刻和剧烈变化的环境要求,其设计必须具有高 度的灵活性和可靠性。
[0003] 目前,汽油缸内直接喷射(GDI)技术是汽油机组织稀薄燃烧的最有效方法,而国内 目前的汽油缸内直喷发动机(GDI)的控制系统的主控制芯片通常采用8位或者16位单片机, 导致程序运行速度较慢,导致主控制芯片不能对汽车环境及发动机工况的改变做出及时的 相应处理,不能满足车辆高速移动时的安全性和发动机精确控制的需要,限制了汽车的经 济性、舒适性和安全性的进一步提高,其排放也不能满足越来越严格的排放标准。一些发动 机电子控制单元也不能在恶劣环境以及电磁干扰源较多的机舱中稳定、可靠、长期的工作。
发明内容
[0004]本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
[0005]为此,本发明的一个目的在于提出一种车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统。 该控制系统可以准确、及时地对发动机进行调控,以是发动机处于最佳工作状态,使汽油燃 烧过程更充分,发动机动力输出更强劲。
[0006]本发明的另一目的在于提出一种具有上述的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制 系统车辆。
[0007]为了实现上述目的,本发明的第一方面的实施例公开了一种车辆的汽油缸内直喷 发动机的控制系统,包括:多个车辆信号处理电路,所述多个车辆信号处理电路用于对接收 的车辆信号进行处理;多个发动机执行单元驱动电路,所述多个发动机执行单元驱动电路 用于根据控制指令对发动机执行单元进行驱动控制;以及发动机主控制器,所述发动机主 控制器包括多个信号传输接口和多个指令控制接口,所述多个信号传输接口一一对应地与 所述多个车辆信号处理电路相连,所述多个指令控制接口一一对应地与所述多个发动机执 行单元驱动电路相连,所述发动机主控制器根据所述多个信号传输接口接收到的车辆信 号、车辆运行工况生成所述控制指令,并对所述多个车辆信号处理电路和所述多个发动机 执行单元驱动电路进行控制。
[0008]根据本发明实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统,可通过发动机主控 制器的多个信号传输接口准确、及时地接收到来自多个车辆信号处理电路的信号(例如:爆 震传感器信号、曲轴传感器信号、大气压力传感器信号等),以便根据信号、发动机的环境条 件、运转工况等进行运算,并由多个指令控制接口发出相应的控制控制指令(如驱动点火线 圈的指令、驱动喷油器的指令、驱动节气门的指令、驱动油栗继电器的指令等)以通过多个 发动机执行单元驱动电路驱动相应的执行器进行相应的动作,从而使发动机处于最佳工作 状态,获得更理想的油气混合和更高的压缩比,使汽油燃烧过程更充分,发动机动力输出更 强劲。
[0009]另外,根据本发明上述实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统还可以具 有如下附加的技术特征:
[0010] 在一些示例中,所述多个车辆信号处理电路包括:电源管理电路、CAN通讯电路、爆 震信号处理电路、曲轴信号处理电路、宽氧传感器电路、大气压力传感器、电池电压监控电 路、数字信号处理电路和模拟信号处理电路。
[0011] 在一些示例中,所述电源管理电路采用CY320E集成电路、所述CAN通讯电路采用 TJA1051T集成电路、所述爆震信号处理电路采用CC196集成电路、所述曲轴信号处理电路采 用CY30集成电路、所述宽氧传感器电路采用CJ125集成电路、所述大气压力传感器采用 SMD288大气压力传感器、所述电池电压监控电路、所述数字信号处理电路和所述模拟信号 处理电路为RC电路。
[0012] 在一些示例中,所述多个发动机执行单元驱动电路包括:高压喷油器驱动电路、高 压油栗驱动电路、电子节气门驱动电路、点火线圈驱动电路和低边开关驱动电路。
[0013] 在一些示例中,所述高压喷油器驱动电路采用CJ840驱动电路、所述高压油栗驱动 电路采用CJ840驱动电路、所述电子节气门驱动电路采用TLE8209驱动电路、所述点火线圈 驱动电路包括点火预驱电路和IGBT驱动电路、所述低边开关驱动电路采用CJ945驱动电路。
[0014] 在一些示例中,还包括:发动机从控制器,所述发动机从控制器与所述发动机主控 制器相连,以对所述发动机主控制器进行复位,并根据所述发动机主控制器的复位指令进 行复位。
[0015] 在一些示例中,所述发动机从控制器采用8位单片机STM8AF6266。
[0016]在一些示例中,还包括:看门狗,所述看门狗与所述发动机主控制器相连,所述看 门狗采用CY320E。
[0017] 在一些示例中,所述发动机主控制器为32位单片机MPC5634。
[0018]本发明第二方面的实施例公开了一种车辆,该车辆包括:如上述实施例所述的车 辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统。该车辆可通过发动机主控制器的多个信号传输接口 准确、及时地接收到来自多个车辆信号处理电路的信号(例如:爆震传感器信号、曲轴传感 器信号、大气压力传感器信号等),以便根据信号、发动机的环境条件、运转工况等进行运 算,并由多个指令控制接口发出相应的控制控制指令(如驱动点火线圈的指令、驱动喷油器 的指令、驱动节气门的指令、驱动油栗继电器的指令等)以通过多个发动机执行单元驱动电 路驱动相应的执行器进行相应的动作,从而使发动机处于最佳工作状态,获得更理想的油 气混合和更高的压缩比,使汽油燃烧过程更充分,发动机动力输出更强劲。
[0019]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变 得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0020] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得 明显和容易理解,其中:
[0021] 图1是根据本发明一个实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统的示意 图;
[0022] 图2是根据本发明一个实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统的部件的 电路图;
[0023]图3是根据本发明一个实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统的部件的 电路图;
[0024]图4是根据本发明一个实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统的部件的 电路图;
[0025]图5是根据本发明一个实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统的部件的 电路图;
[0026]图6是根据本发明一个实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统的部件的 电路图;
[0027]图7A是根据本发明一个实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统的部件 的电路图;
[0028]图7B是根据本发明一个实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统的部件 的电路图
[0029]图8是根据本发明一个实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统的部件的 电路图;
[0030]图9是根据本发明一个实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统的部件的 电路图;
[0031]图10是根据本发明一个实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统的部件 的电路图;
[0032]图11是根据本发明一个实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统的部件 的电路图;
[0033]图12是根据本发明一个实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统的部件 的电路图;
[0034]图13是根据本发明一个实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统的部件 的电路图;
[0035]图14是根据本发明一个实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统的部件 的电路图;
[0036]图15是根据本发明一个实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统的部件 的电路图。
具体实施方式
[0037]下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
[0038]在本发明的描述中,需要理解的是,术语"中心"、"纵向"、"横向"、"上"、"下"、 "前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为 基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗 示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对 本发明的限制。此外,术语"第一"、"第二"仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对 重要性。
[0039] 在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语"安装"、"相 连"、"连接"应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可 以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是 两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。
[0040] 以下结合附图描述根据本发明实施例的发动机的曲轴位置检测系统及具有其的 汽车。
[0041]图1是根据本发明一个实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统的示意 图。如图1所示,根据本发明一个实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统,包括:多 个车辆信号处理电路(即发动机及车辆信号处理电路)、多个发动机执行单元驱动电路和发 动机王te制器130。
[0042] 其中,多个车辆信号处理电路用于对接收的车辆信号进行处理。多个发动机执行 单元驱动电路用于根据控制指令对发动机执行单元进行驱动控制。发动机主控制器130包 括多个信号传输接口和多个指令控制接口,多个信号传输接口一一对应地与多个车辆信号 处理电路相连,多个指令控制接口一一对应地与多个发动机执行单元驱动电路相连,发动 机主控制器130根据多个信号传输接口接收到的车辆信号、车辆运行工况生成控制指令,并 对多个车辆信号处理电路和多个发动机执行单元驱动电路进行控制。
[0043]如图1所示,发动机主控制器130的多个信号传输接口例如包括:电源管理电路接 口、CAN通讯接口、爆震信号处理电路接口、曲轴信号处理电路接口、宽氧传感器电路接口、 大气压力传感器接口、电池电压监控电路接口、数字信号处理电路接口和模拟信号处理电 路接口。发动机主控制器130的多个指令控制接口例如包括:高压喷油器驱动电路接口、高 压油栗驱动电路接口、电子节气门驱动电路接口、点火线圈驱动电路接口和低边开关驱动 电路接口。在缺省高压油栗驱动电路的情况下,eTPU通道剩余3路,eMIOS通道剩余3路,GPI0 通道剩余2路,A/D通道剩余13路。
[0044]根据本发明实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统,可通过发动机主控 制器的多个信号传输接口准确、及时地接收到来自多个车辆信号处理电路的信号(例如:爆 震传感器信号、曲轴传感器信号、大气压力传感器信号等),以便根据信号、发动机的环境条 件、运转工况等进行运算,并由多个指令控制接口发出相应的控制控制指令(如驱动点火线 圈的指令、驱动喷油器的指令、驱动节气门的指令、驱动油栗继电器的指令等)以通过多个 发动机执行单元驱动电路驱动相应的执行器进行相应的动作,从而使发动机处于最佳工作 状态,获得更理想的油气混合和更高的压缩比,使汽油燃烧过程更充分,发动机动力输出 更强劲。
[0045]结合图1所示,多个车辆信号处理电路包括:电源管理电路111、CAN通讯电路112、 爆震信号处理电路113、曲轴信号处理电路114、宽氧传感器电路115、大气压力传感器116、 电池电压监控电路117、数字信号处理电路118和模拟信号处理电路119。
[0046]作为一个具体的例子,电源管理电路111采用CY320E集成电路、CAN通讯电路112采 用TJA1051T集成电路、爆震信号处理电路113采用CC196集成电路、曲轴信号处理电路114采 用CY30集成电路、宽氧传感器电路115采用CJ125集成电路、大气压力传感器116采用SMD288 大气压力传感器、电池电压监控电路117、数字信号处理电路118和模拟信号处理电路119为 RC电路。
[0047]多个发动机执行单元驱动电路包括:高压喷油器驱动电路121、高压油栗驱动电路 122、电子节气门驱动电路123、点火线圈驱动电路124和低边开关驱动电路125。
[0048]作为一个具体的例子,高压喷油器驱动电路121采用CJ840驱动电路、高压油栗驱 动电路122采用CJ840驱动电路、电子节气门驱动电路123采用TLE8209驱动电路、点火线圈 驱动电路124包括点火预驱电路1241和IGBT驱动电路1242、低边开关驱动电路125采用 CJ945驱动电路。
[0049]结合图1所示,该车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统还包括:发动机从控制器 140,发动机从控制器140与发动机主控制器130相连,以对发动机主控制器130进行复位,并 根据发动机主控制器130的复位指令进行复位。其中,发动机从控制器140例如采用8位单片 机STM8AF6266。
[0050]另外,该车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统还包括还可包括:看门狗150,看 门狗150与发动机主控制器130相连,看门狗150例如采用CY320E。
[0051] 在上述的示例中,发动机主控制器130为但不限于32位单片机MPC5634。以下以32 位单片机MPC5634作为发动机主控制器130,对本发明实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机 的控制系统进行详细说明。
[0052]具体地说,发动机主控制器130选取32位MPC5634芯片作为发动机主控制器130(即 发动机ECU的主控芯片),进行了发动机主控制器130的电路模块、信号处理电路模块、执行 器驱动电路模块的设计开发。电源管理电路111选用CY320E,实现12V转5V,CY320E除具有电 源管理功能之外还带有主继电器驱动模块、数字监控模块、SPI通信模块、CAN驱动模块等。 爆震信号处理电路113选用CC196芯片实现,CC196内部带有模拟信号处理模块、A/D转化、数 字信号处理模块。曲轴信号处理电路114选用CY30B对曲轴信号进行滤波和降压处理后将处 理结果输出给发动机主控制器130。氧传感器选用LSU4.9氧传感器(宽域)以及宽氧传感器 电路115采用CJ125,精确测量废气中氧含量和A域值,并通过发动机主控制器130精确的调 整发动机各种工作状态下的空燃比。CAN通讯模块112选用高速CAN收发器TJA1050T实现和 整车其他控制器之间的通讯。大气压力传感器选用SMD288大气压力传感器。信号处理电路 包括模拟信号处理电路119和数字信号处理电路118,将模拟和数字信号进行处理和传输以 完成信号采集过程。高压喷油器驱动电路121选用CJ840芯片,集成度高,控制逻辑简单,芯 片具有较高的稳定性和可操作性配合软件控制策略以达到高精度的喷油控制。高压油栗驱 动电路122采用分立电子元器件搭建的分立电路,电路设计保证其良好的工作性能和稳定 性。电子节气门驱动电路123选用H-bridge集成芯片TLE8209-2SA,该芯片性能稳定、安全性 高,并带有一定的应急处理以及完善的故障诊断功能,能够精确控制节气门开度,保证节气 门处在安全工作状态。点火线圈驱动电路124包括点火预驱电路1241、IGBT电路1242以及诊 断模块(图中未示出),可以全方位保证发动机点火线圈的正常工作进行精确点火控制。低 边开关驱动电路125选用CJ945C芯片,其性能稳定,可以通过SPI串行控制18路开关,其中的 16路开关还可以并行控制,且冗余的7路开关可以方便系统拓展功能。单片机安全监控模块 (即发动机从控制器140)选用STM8AF6266TCSTM8A采集节气门位置传感器和油门踏板传感 器信号,采集结果和发动机主控制器130的A/D采集结果进行比较,实现对发动机主控制器 130的A/D的监控。线束接插件可选用泰科(94+60)接插件,实现汽车发动机电子控制单元和 汽车蓄电池、各类传感器、电喷件、CAN网络以及整车其它电子控制模块的连接。
[0053]以下对每个电路进行详细描述:
[0054]如图2所示,电源管理电路111选用CY320E,其具有电源管理功能之外还带有主继 电器驱动模块、数字监控模块、SPI通信模块、CAN驱动模块等。CY320E包括有8个电压调节模 块:VPR预调节、VDD5调节、VDD3调节、VDD2调节、VDDL调节和三路传感器供电输出。UB管脚连 接受控电源,是预调节的输入端;预调节输出6V,预调节的工作模式可以是开关模式或者线 性模式,通过SW_LIN管脚选择,系统设计SW_LIN=UB,选择线性模式;VDD5调节模块的输入 VPR,输出5V,驱动能力500mA,作为IC供电电源;VDD3调节、VDD2调节、VDDL调节模块分别输 出3.3V、2.6V、1.6V,系统不需要这三路电源,将其连接到一起以增强系统稳定性;三路传感 器供电电源输出电压5V,驱动能力分别是15〇11^、15〇11^、7〇11^,自带电压过低和电压过高诊 断。CY320E可以实现断电延时,且延时时间可控。
[0055] CY320E设计有一路低边开关,用于驱动主继电器,EIN管脚接点火开关信号,点火 锁打到0N档,使低边开关有效,主继电器吸合。主继电器功率驱动自带SCG、SCB、0L诊断。 [0056] CY320E设计有复位电路,RST5为10复位端,RSTC为内核复位端,两者内部连接到一 起,所以两者逻辑电平始终保持一致。复位控制是双向的,当外部使RSTC=0或者RST5=0, CY320E复位;电池电压过低、VDD5过低或者软件复位有效时,CY320E复位,并置RSTC=0/RST5 =0〇
[0057] CY320E带有一路CAN驱动,其有五个工作模式:normal mode、receive only、sleep-mode、standby-mode和high-Z mode,通过SPI设置寄存器值可以实现模式之间转换。 [0058] CY320E带有数字监控模块(Watchdog),周期性向发动机主控制器130发送问题,发 动机主控制器130必须要在正确的时间段而做出正确回复,否则错误计数器自增,错误计数 器累加到一定程度会使WDA=L0W,并使CY320E关闭个别模块甚至复位(功能可选XCY320E通 过SPI(B)和发动机主控制器130通讯,对应管脚为SS(片选信号)、S0(数据输出)、SI(数据输 入)、SCK(时钟)。
[0059]如图3所示,CAN通讯电路112选用TJAlOSmTJAlOSIT有两个工作模式:Normal mode和Silentmode。S管脚为低电平时选择Normalmode,即正常工作;S管脚为高电平时选 择Silentmode,此模式下只能通过CAN总线接收数据不能发送数据,其可以防止发生故障 的CAN控制器对整个CAN网络通信造成影响。终端电阻选择60R(100R和147R并联),100PF电 容和TVS管用来增强CAN总线EMC特性。
[0060]如图4所示,爆震信号处理电路113有两个方案:CC196实现(硬件方式)或者单片机 发动机主控制器130实现(软件方式),EB01系统进行了冗余设计。结合图4所示,通过0欧电 阻选择硬件方式或者软件方式,硬件方式不需要太多发动机主控制器130干预,占用资源较 少,CC196内部带有模拟信号处理模块、A/D转化、数字信号处理模块;软件方式则相反,所有 的工作全部由单片机负责。
[0061] CC196正常工作需要发动机主控制器130提供爆震窗口和滤波器参数,爆震信号处 理结果通过SPI-C总线发送给发动机主控制器130。
[0062]如图5所示,曲轴信号处理电路114选用CY30,曲轴信号前端RC滤波电路设计对曲 轴信号进行滤波和降压处理。曲轴信号幅值和发动机转速正相关,转速越低,信号幅值越 小;而且信号会有一定的噪声,需要CY30有一定的抗干扰能力而且保证信号正确识别。CY30 将正负变化的类正弦信号转化成0-5V脉冲信号,反向翻转阈值固定为0电位,正向翻转阈值 由AMP、C0NF_TH、C0NFJ(三个管脚决定,公式为C0MP_TH(正向翻转阈值)=UTHR_GR+k*UAMP, C0NF_TH=0决定UTHR_GR=30mV,C0NF_K=0决定k=45%,UAMP的值取决于电路中的RC配置。正向 翻转阈值尽量小但大于噪声峰值。曲轴信号处理结果通过NBM管脚输出给单片机eTPU[0] 通道,NBM管脚是漏极开路输出,外部需要上拉。
[0063] 如图6所示,宽氧传感器电路115选用CJ125控制宽域氧传感器LSU4.9XJ125UB管 脚为供电端,使用电阻和TVS管限制供电电压脉冲峰值,增强供电电源稳定性。CJ125和发动 机主控制器130之间通过SPI(C)进行通讯;UR管脚输出电压值和传感器内部热敏电阻阻值 成一定比例关系,发动机主控制器130通过A/D采集完成对传感器加热的反馈;UA管脚输出 电压值和空燃比信号成一定比例关系,发动机主控制器130通过A/D采集,了解当前的空燃 比。
[0064] CJ125做外部功率加热诊断时,功率驱动控制信号和输出相位必须相反(功率驱动 芯片CJ945控制和输出相位相同),故在设计中使用晶体管对控制信号进行反向,以保证CJ125对外部功率器件准确诊断。RST管脚为复位控制端,RST=0时芯片复位,其连接到 CY320E的RST5管脚,电池电压过低、VDD5过低或者发动机主控制器130主动控制复位有效 时,CY320E复位,RST5=0,RST=0,CJ125 复位。
[0065] 大气压力传感器选用大气压力传感器SMD288AMD88正常工作只需要三根线:VCC (电源)、GND(地)、V0UT(信号XT、ZD管脚在生产过程中用于标定,正常使用时做接地处理。
[0066] 如图7A和图7B所示,点火线圈驱动电路124包括:点火预驱电路1241、IGBT电路 1242和诊断模块。与非门实现控制信号反向,使控制信号低有效;与门实现使能控制, ICENABLEC0NTR0L=0时关闭功率驱动,ICENABLEC0NTR0L=1 为正常工作状态。ICENABLE CONTROL由CY320E的WDA管脚控制,CY320E复位或者发动机主控制器130出现故障导致看门 狗(WDA)有效时,ICENABLEC0NTR0L=0,关闭点火功率驱动。IGBT击穿电压400V左右,使初 级线圈出现峰值400V脉冲,保证次级线圈有足够能量点火成功。
[0067] IGBT不同状态时采集IGNXVoltageFeedback电压可以做初级线圈SCG、SCB、0L 诊断:当IGBT处于OFF状态时,IGNxVoltageFeedback应该为高电平,如果出现负载开路或 者对地短路时,IGNxVoltageFeedback为低电平;IGBT处于0N状态时,IGNxVoltage Feedback应该为低电平,如果出现对电池短路故障时,IGNxVoltageFeedback为高电平。 2〇mQ采样电阻可以实时采集负载电流,防止负载电流过大对驱动模块或者负载造成损坏。 [0068] 如图8所示,电子节气门驱动电路123选用H-bridge集成芯片TLE8209-2SAJBE、 DIS两管脚作为使能控制,只有当ABE=1且DIS=0时,其处于正常工作状态。ABE由CY320E的WDA管脚控制,CY320E复位或者发动机主控制器130出现故障导致看门狗(WDA)有效时,ABE= 〇,关闭节气门功率驱动。DIS由发动机主控制器130直接控制发动机主控制器130可以独立 控制H-bridge开关状态。
[0069] INI、IN2两管脚作为节气门控制端,连接到单片机eTPU端口,当IN1=PWM、IN2=0时, 节气门正转;IN1=0、IN2=PWM时,节气门反转。
[0070] 如图9所示,高压喷油器驱动电路121选用CJ840。受控电源进行31型滤波,滤波后电 源标识为VB,CJ840带有升压控制,配合外围电感、M0SFET、储能电容实现DC/DC功能,将12V (VB)升压到65V(VB00ST)。驱动端二极管作用是防反向和蓄电流的作用。
[0071] DC/DC模块和喷油器驱动模块的使能端由CY320E的WDA管脚控制,CY320E复位或者 发动机主控制器130出现故障导致看门狗有效时,ENDC=0、ENAB=0,关闭DC/DC和喷油驱动。 RST管脚为复位控制端,其连接到CY320E的RST5管脚,电池电压过低、VDD5过低或者发动机 主控制器130主动控制复位有效时,CY320E复位,RST5=0,RST=0,CJ840复位。CJ840和发动机 主控制器130通过SPI(B)通讯,进行寄存器配置和诊断通讯。
[0072] 如图10所示,低边开关驱动电路125选用CJ945,负载通道分配情况如表1所示:
[0073]表1
[0074]
Figure CN103883405BD00111
[0075] 通道8用于驱动低压油栗,且使用并行控制,检测到电池电压过低或者VDD过低或 者复位有效时,此通道均不会关闭,这样可以保证特殊情况下低压油栗持续工作,注意此通 道输入和输出反相位。
[0076]通道9、10、15、16在出现负载电流超过阈值时并不会马上关闭功率驱动,随后如果 出现0T(温度过高)故障,才会关闭功率驱动。所以大功率负载(进气VVT、排气VVT、上游传感 器加热、下游氧传感器加热)被安排在这四路。
[0077]ABE为使能控制,由CY320E的WDA管脚控制,CY320E复位或者单片机程序出现故障 导致看门狗有效时,ENDC=0、ABE=0,关闭功率驱动。RST为复位控制,其连接到CY320E的RST5 管脚,电池电压过低、VDD5过低或者发动机主控制器130主动控制复位有效时,CY320E复位, RST5=0,RST=0,CJ945复位。
[0078 ]串行通讯使用SPI(C)通讯,设计中冗余MSC通讯,方便功能拓展。
[0079] 如图11所示,发动机从控制器140(即8位单片机)选用STM8AF6266TCATM8采集节 气门位置传感器和油门踏板传感器信号,采集结果和单片机A/D采集结果进行比较,实现对 单片机A/D的监控。STM8可以单独控制外围芯片的使能,当STM8ICENABLEC0NTR0L=0时,使 ICENABLEC0NTR0L=0.7V即低电平,使外围芯片使能失效。
[0080]STM8和单片机可以相互中断,相互复位,两者通过SPI(B)进行通讯。
[0081]如图12所示,数字信号处理电路118的开关量的开关状态需要处理电路才能转化 成单片机能识别的逻辑电平,以制动灯开关信号为例说明,其详细电路如图12所示,Brake LightSwitch处于悬空状态时,BrakeLightSwitch10被电阻下拉到地,其逻辑电平为低 (BrakeLightSwitch10=0);BrakeLightSwitch和电池短接时,电阻分压和芯片内部嵌 位二极管的共同作用,使BrakeLightSwitch10逻辑电平为高(BrakeLightSwitch10= 1)。即将开关状态转化成0/1逻辑电平。
[0082]如图13所示,进、排气凸轮轴位置传感器为霍尔型,信号为数字信号,以进气凸轮 轴位置传感器信号处理电路为例说明,只需要增加上拉电路和RC低通滤波。
[0083] 如图14所示,模拟信号处理电路119的温度传感器为热敏电阻,温度和电阻Ri有一 一对应关系,目标是建立温度和输出电压 对应关系,以冷却水温度传感器为例说明。R6 和Ri对5V分压,再经过RC低通滤波即为所需的电压信号(计算公式为Ui=5*Ri/(R6+Ri)),发 动机主控制器130A/D模块采集到电压值,通过查表实现温度信号采集。
[0084]如图15所示,其它模拟信号为电压型,做上拉/下拉处理,RC滤波即可给到发动机 主控制器130A/D模块进行采集。以节气门位置传感器信号为例,其详细电路如下。
[0085] 根据本发明实施例的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统,能在苛刻和剧烈变 化的汽车外部或内部环境中稳定、可靠、长期的工作。不仅能够符合越来越严格的各种法 规、标准等强制性标准,而且还能够满足各种客户的不同偏好和需求。同时该控制系统的诊 断、容错和实效保护等设计保证了车辆在各种故障条件下的安全性。
[0086] 本发明的进一步实施例提供了一种车辆,该车辆包括如上述实施例所述的车辆的 汽油缸内直喷发动机的控制系统。该车辆可通过发动机主控制器的多个信号传输接口准 确、及时地接收到来自多个车辆信号处理电路的信号(例如:爆震传感器信号、曲轴传感器 信号、大气压力传感器信号等),以便根据信号、发动机的环境条件、运转工况等进行运算, 并由多个指令控制接口发出相应的控制控制指令(如驱动点火线圈的指令、驱动喷油器的 指令、驱动节气门的指令、驱动油栗继电器的指令等)以通过多个发动机执行单元驱动电路 驱动相应的执行器进行相应的动作,从而使发动机处于最佳工作状态,获得更理想的油气 混合和更高的压缩比,使汽油燃烧过程更充分,发动机动力输出更强劲。
[0087] 另外,根据本发明实施例的车辆的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言 都是已知的,为了减少冗余,不做赘述。
[0088] 在本说明书的描述中,参考术语"一个实施例"、"一些实施例"、"示例"、"具体示 例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不 一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何 的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0089]尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不 脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本 发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1. 一种车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统,其特征在于,包括: 多个车辆信号处理电路,所述多个车辆信号处理电路用于对接收的车辆信号进行处 理; 多个发动机执行单元驱动电路,所述多个发动机执行单元驱动电路用于根据控制指令 对发动机执行单元进行驱动控制; 发动机主控制器,所述发动机主控制器包括多个信号传输接口和多个指令控制接口, 所述多个信号传输接口一一对应地与所述多个车辆信号处理电路相连,所述多个指令控制 接口一一对应地与所述多个发动机执行单元驱动电路相连,所述发动机主控制器根据所述 多个信号传输接口接收到的车辆信号、车辆运行工况生成所述控制指令,并对所述多个车 辆信号处理电路和所述多个发动机执行单元驱动电路进行控制; 发动机从控制器,所述发动机从控制器与所述发动机主控制器相连,以对所述发动机 主控制器进行复位,并根据所述发动机主控制器的复位指令进行复位,所述发动机从控制 器采集节气门位置传感器和油门踏板传感器信号,将采集结果和所述发动机主控制器的采 集结果进行比较,以实现对发动机主控制器的采样的监控。
2. 根据权利要求1所述的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统,其特征在于,所述多 个车辆信号处理电路包括:电源管理电路、CAN通讯电路、爆震信号处理电路、曲轴信号处理 电路、宽氧传感器电路、大气压力传感器、电池电压监控电路、数字信号处理电路和模拟信 号处理电路。
3. 根据权利要求2所述的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统,其特征在于,所述电 源管理电路采用CY320E集成电路、所述CAN通讯电路采用TJA1051T集成电路、所述爆震信号 处理电路采用CC196集成电路、所述曲轴信号处理电路采用CY30集成电路、所述宽氧传感器 电路采用CJ125集成电路、所述大气压力传感器采用SMD288大气压力传感器、所述电池电压 监控电路、所述数字信号处理电路和所述模拟信号处理电路为RC电路。
4. 根据权利要求1所述的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统,其特征在于,所述多 个发动机执行单元驱动电路包括:高压喷油器驱动电路、高压油栗驱动电路、电子节气门驱 动电路、点火线圈驱动电路和低边开关驱动电路。
5. 根据权利要求4所述的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统,其特征在于,所述高 压喷油器驱动电路采用CJ840驱动电路、所述高压油栗驱动电路采用CJ840驱动电路、所述 电子节气门驱动电路采用TLE8209驱动电路、所述点火线圈驱动电路包括点火预驱电路和 IGBT驱动电路、所述低边开关驱动电路采用CJ945驱动电路。
6. 根据权利要求1所述的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统,其特征在于,所述发 动机从控制器采用8位单片机STM8AF6266。
7. 根据权利要求1所述的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统,其特征在于,还包 括:看门狗,所述看门狗与所述发动机主控制器相连,所述看门狗采用CY320E。
8. 根据权利要求1-7任一项所述的车辆的汽油缸内直喷发动机的控制系统,其特征在 于,所述发动机主控制器为32位单片机MPC5634。
9. 一种车辆,其特征在于,包括:如权利要求1-8任一项所述的车辆的汽油缸内直喷发 动机的控制系统。
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