CN104590162B - 一种汽车智能启停控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于汽车控制技术领域，具体涉及一种汽车智能启停控制系统。它包括整车控制器、蓄电池、发电机、发动机和超级起动机；所整车控制器包括信号处理模块、输出模块、数据处理模块和电源转换模块；所述发电机输出端与蓄电池电连接，所述蓄电池输出端通过电源转换模块分别与数据处理模块和超级起动机电连接，所述数据处理模块通过输出模块与超级起动机电连接、通过CAN网络与蓄电池和发动机的控制器电连接、通过信号处理模块与车辆传感器和开关电连接。本发明可实现停车停机，减少车辆发动机怠速运行时间，同时又能根据驾驶员意图快速地起动发动机，大幅降低车辆怠速时的油耗及排放，具有安全性高、可靠性高和经济性好的特点。
Description
技术领域
本发明属于汽车控制技术领域，具体涉及一种汽车智能启停控制系统。
背景技术
目前，城市交通日益拥堵，传统汽车在堵车、红灯时，车辆都会怠速运行，汽车怠速运行时的油耗及排放占汽车油耗及排放的5％左右，在拥堵路段甚至达到15％。现有的汽车智能启停控制与汽车发动机结合在一起，这种方式的控制系统需要对发动机进行重新开发，开发周期长。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种汽车智能启停控制系统。
本发明采用的技术方案是：一种汽车智能启停控制系统，包括整车控制器、蓄电池、发电机、发动机和用于拖动发动机的超级起动机；所述整车控制器包括用于对接收的车辆传感器和开关状态信号进行质量处理的信号处理模块、用于对接收的控制信号进行放大处理的输出模块、用于通过信号处理模块采集车辆传感器和开关状态信息以及通过输出模块控制超级起动机工作状态的数据处理模块、用于为数据处理模块和超级起动机供电的电源转换模块；所述发电机输出端与蓄电池电连接，所述蓄电池输出端通过电源转换模块分别与数据处理模块和超级起动机电连接，所述数据处理模块通过输出模块与超级起动机电连接、通过CAN网络与蓄电池和发动机的控制器电连接、通过信号处理模块与车辆传感器和开关电连接。
进一步地，所述信号处理模块包括低端信号处理模块、高端信号处理模块和模拟信号处理模块，所述低端信号处理模块、高端信号处理模块和模拟信号处理模块的输入端均连接车辆传感器和开关、输出端分别与数据处理模块电连接。
进一步地，所述低端信号处理模块包括依次电连接的低端信号输入接口、保护电路、低端信号处理电路、滤波电路、整形电路和输出接口。
进一步地，所述高端信号处理模块包括依次电连接的高端信号输入接口、保护电路、高端信号处理电路、滤波电路、整形电路和输出接口。
进一步地，所述模拟信号处理模块包括依次电连接的模拟信号输入接口、保护电路、模拟信号处理电路、滤波电路、放大电路和输出接口。
进一步地，所述输出模块包括两个半桥电路，所述两个半桥电路的输入端连接数据处理模块的输出端、输出端分别连接超级起动机的两输入端，所述半桥电路均由两个驱动电路组成。
进一步地，所述驱动电路包括输入接口、高边桥臂放大电路、低边桥臂放大电路、前级驱动电路和后级驱动电路，所述高边桥臂放大电路和低边桥臂放大电路的输入端均连接到输入接口、输出端分连接前级驱动电路的两输入端，所述前级驱动电路的输出端连接后级驱动电路的输入端，所述后级驱动电路的输出端连接超级启动电路的输入端。
进一步地，所述电源转换模块包括依次电连接的输入接口、保护电路、升压电路、储能电路、反馈电路、降压电路和输出接口，所述输入接口与蓄电池输出端电连接，所述输出接口分别与超级起动机和数据处理模块电连接。
更进一步地，还包括用于显示车辆状态信息的仪表，所述输出模块的输出端与仪表电连接。
本发明提供一种与发动机分离的智能起停控制系统，无需对发动机ECU进行重新开发，缩短了开发周期。该系统可实现停车停机，减少车辆发动机怠速运行时间，同时又能根据驾驶员意图快速地起动发动机，大幅降低车辆怠速时的油耗及排放；而且该系统具备诊断相关故障或者异常情况的能力，能够对不同的故障进行分级处理，实施安全保护措施，并在仪表盘上实时显示相关故障，具有安全性高、可靠性高和经济性好的特点。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图。
图2为本发明电源转换模块的电路图。
图3为本发明低端信号处理模块的电路图。
图4为本发明高端信号处理模块的电路图。
图5为本发明模拟信号处理模块的电路图。
图6为本发明输出模块的部分电路图。
图中：1-蓄电池；2-电源转换模块；3-超级起动机；4-发动机；5-发电机；6-发动机控制器；7-输出模块；8-仪表；9-数据处理模块；10-信号处理模块；11-车辆传感器和开关。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，本发明包括整车控制器、蓄电池1、发电机5、发动机4、用于拖动发动机4的超级起动机3和用于显示车辆状态信息的仪表8；所述整车控制器包括用于对接收的车辆传感器和开关状态信号进行质量处理的信号处理模块10、用于对接收的控制信号进行放大处理的输出模块7、用于通过信号处理模块10采集车辆传感器和开关状态信息以及通过输出模块7控制超级起动机3工作状态的数据处理模块9、用于为数据处理模块9和超级起动机7供电的电源转换模块2；所述发电机5输出端与蓄电池1电连接，所述蓄电池1输出端通过电源转换模块2分别与数据处理模块9、超级起动机3、信号处理模块10和输出模块7电连接，所述数据处理模块9通过输出模块7与超级起动机3电连接、通过CAN网络与蓄电池1和发动机控制器6电连接、通过信号处理模块10与车辆传感器和开关11电连接，所述输出模块7的输出端与仪表8电连接。
数据处理模块9通过CAN总线实现与发动机控制器6的CAN网络连接，数据处理模块9能够从发动机控制器6得到用于控制发动机4起停的关键信号,如发动机转速、水温、油门踏板开度、车速、催化剂温度和诊断等，同时数据处理模块9也可以通过CAN总线向发动机控制器6下达相关起停指令。
数据处理模块9通过LIN总线实现对蓄电池1电量的监控，只有当蓄电池1电量大于设定值时，才允许发动机5智能停机，避免蓄电池1电量过低时，发动机仍然停机导致蓄电池亏电。
数据处理模块9通过信号处理模10块实现对车辆传感器和开关11状态的信号采集及处理。采集点火锁档位信号、空档信号、离合器信号、制动真空度、发动机水温、车速、发动机转速、电池电量等用于判断目前的车辆运行状态，采集车门信号、发动机舱盖信号、模式切换开关信号等用于判断驾驶员的状态及意图，采集空调信号、霜雾开关等用于判断车辆是否有大功率负载开启。通过数据的采集与处理，整车控制器将基于安全优先，在充分考虑车辆状态的前提下，判断车辆是否满足起停条件。
数据处理模块9通过输出模块7实现对仪表8显示和对超级起动机3的控制。运行模式信号、机油压力信号、电池充电信号、整车控制器故障报警信号可以实时显示在仪表上，让驾驶员充分了解车辆状态。在满足起动条件后，数据处理模块9将通过输出模块7驱动超级起动机3起动，超级起动机3拖动发动机4达到一定转速后，数据处理模块9向发动机控制器6发出喷油点火指令，实现发动机4的快速起动。
本发明智能起停控制系统具有独特的安全与保护策略。车辆首次上电后，整车控制器将首先自检以排除控制器本身及传感器和开关的故障，如果存在重要故障，系统将不会实施停机策略，同时会在仪表上显示故障报警信号。自检通过后系统默认为经济运行模式，在充分判断驾驶员在座位上后，系统将实施起停策略。在行车途中，车辆异常熄火后，如果满足起停条件，将优先实施起停系统起动发动机，如果发动机运行过程中出现了影响起停系统起动的情况，系统将采取不停机的策略，以充分保证车辆安全。数据处理模块为常规的单片机。
通过大量的试验验证，采用本发明的控制系统，发动机起动时间小于500ms，满足快速起动的要求。测试结果显示，配备智能启停控制系统的车辆在模拟城市工况下的节油率可达5.1％。由于本系统具有分离式的整车控制器，仅需对发动机ECU进行适应性的软件匹配，使其满足起停策略，无需对发动机ECU进行重新开发，缩短了开发周期。经过大量的试验验证，台架试验和实车测试，该系统各项性能指标优越。
如图2所示，电源转换模块2用于将蓄电池输出的电源转换成系统控制所需的电源，其包括依次电连接的输入接口2.1、保护电路2.2、升压电路2.3、储能电路2.4、反馈电路2.5、降压电路2.6和输出接口2.7，所述输入接口2.1与蓄电池1输出端电连接，所述输出接口2.7分别与超级起动机3和数据处理模块9电连接。
输入电路2.1包括输入接口ING1和输入接口ING2，输入接口ING1连接二极管D1，输入接口ING2连接二极管D2，二极管D1和二极管D2的输出并联作为保护电路2.2的输入。
保护电路2.2包括二极管D3，二极管D3阴极连接输入电路、阳极接E-，二极管D3为TVS功率管，二极管D3并联铝电解电容C1和陶瓷电容C2，保护电路2.2输出作为升压电路2.3的输入。
升压电路2.3由电感L、功率驱动芯片MOSFET Q、电阻R3、二极管D4、PWM IC控制芯片U1、控制单元ECU组成，保护电路2.2输出作为升压电路2.3的输入和电感L的一端相连，电感L的另一端连接二级管D4的阳极和功率驱动芯片MOSFET Q的D端，功率驱动芯片MOSFET Q的S端通过电阻R3连接到E-和控制芯片U1的电流采样端I；功率驱动芯片MOSFET Q的G端连接到芯片U1的PWM端；控制芯片U1的UFB端和电源反馈电路2.5相连，控制芯片U1的EN端与控制单元ECU相连；D4阴极作为储能电路2.4的输入。
储能电路2.4由铝电解电容C3和陶瓷电容C4组成，二极管D4的阴极和电容C3、电容C4相连，电容C3和电容C4并联、另一端连接到E-。
反馈电路2.5由电阻R1和R2组成，电阻R1和R2串联，一端连接二极管D4的阴极，另一端连接到E-，电阻R1和R2的连接处连接到控制芯片U1的UFB端。
降压电路2.6由LDO控制芯片U2、铝电解电容C5和陶瓷电容C6组成；二极管D4的阴极作为降压电路2.6的输入端口，与控制芯片U2的PIN1相连，控制芯片U2的PIN2脚连接到E-，控制芯片U2的PIN3与电容C5和电容C6相连，电容C5和电容C6并联，另一端连接到E-，控制芯片U2的PIN3连接到输出接口2.7。
信号处理模块10包括低端信号处理模块、高端信号处理模块和模拟信号处理模块，所述低端信号处理模块、高端信号处理模块和模拟信号处理模块的输入端均连接车辆传感器和开关11、输出端分别与数据处理模块9电连接。
如图3所示，低端信号处理模块包括依次电连接的低端信号输入接口10.1、保护电路10.2、低端信号处理电路10.3、滤波电路10.4、整形电路10.5和输出接口10.6；保护电路10.2为连接到低端信号输入接口10.1的接地电容C7，所述低端信号处理电路10.3包括二极管D5和电阻R5，所述二极管D5阴极连接低端信号输入接口10.1、阳极连接滤波电路10.4，所述电阻R5一端连接滤波电路10.4、另一端连接电源，所述滤波电路10.4包括电阻R6和接地电容C7，所述电阻R6一端连接低端信号处理电路10.3、另一端连接整形电路10.5，所述整形电路10.5的输出端连接输出接口10.6，所述整形电路10.5为集成缓冲器U3。
如图4所示，高端信号处理模块包括依次电连接的高端信号输入接口10.7、保护电路10.8、高端信号处理电路10.9、滤波电路10.10、整形电路10.11和输出接口10.12；所述保护电路10.8为连接到高端信号输入接口10.7的接地电容C9，所述高端信号处理电路10.8包括电阻R7和电阻R8，所述电阻R7一端连接高端信号输入接口10.7、另一端连接滤波电路10.10，所述电阻R8一端连接滤波电路10.10、另一端接地，所述滤波电路10.10包括电阻R9和接地电容C10，所述电阻R9一端连接高端信号处理电路10.9、另一端连接整形电路10.11，所述整形电路10.11的输出端连接输出接口10.12，所述整形电路10.12为集成缓冲器U4。
如图5所示，模拟信号处理模块包括依次电连接的模拟信号输入接口10.13、保护电路10.14、模拟信号处理电路10.15、滤波电路10.16、放大电路10.17和输出接口10.18。所述保护电路10.14为连接到模拟信号输入接口10.13的接地电容C11，所述低端信号处理电路10.14包括电阻R10，所述电阻R10一端连接低端信号输入接口10.13和滤波电路10.16、另一端连接电源，所述滤波电路10.16包括电阻R11和接地电容C12，所述电阻R11一端连接模拟信号处理电路10.15、另一端连接放大电路10.17，所述放大电路10.17包括集成运算放大器U5和电阻R12，所述集成运算放大器55的同相输出端连接滤波电路10.16、反向输入端连接电阻R12一端、输出端连接电阻R12另一端和输出接口10.18。
输出模块7包括两个半桥电路，所述两个半桥电路的输入端连接数据处理模块9的输出端、输出端分别连接超级起动机3的两输入端，所述半桥电路由两个驱动电路串联组成，两个驱动电路的连接点引出作为半桥电路的输出接口7.6，图6为一个半桥电路图，另一个半桥电路图与图6完全相同，故省略。由于两个驱动电路是串联的，图6中的一个驱动电路连接输出接口7.6的一端，则另一个驱动电路与之相对应的一端均接地。组成半桥电路的两个驱动电路结构相同，此处只对一个驱动电路进行描述：驱动电路包括输入接口7.1、高边桥臂放大电路7.2、低边桥臂放大电路7.3、前级驱动电路7.4和后级驱动电路7.5，所述高边桥臂放大电路7.2和低边桥臂放大电路7.3的输入端均连接输入接口7.1、输出端分连接前级驱动电路7.4的两输入端，所述前级驱动电路7.4的输出端连接后级驱动电路7.5的输入端，所述后级驱动电路7.5的输出端连接超级启动电路的输入端。
高边桥臂放大电路7.2由电阻R13和运算放大器U6组成，电阻R13的一端连接到输入接7.1、另一端连接到运算放大器U6的输入端。
低边桥臂放大电路7.3由电阻R14、电阻R15和驱动芯片Q1组成，电阻R14的一端连接到输入接、另一端连接到驱动芯片Q1的B端，驱动芯片Q1的C端连接到电阻R15，驱动芯片Q1的E连接到输出接口7.6。
前级驱动电路7.4由电阻R16、R17、R18、R19、R20、R21、驱动芯片Q2和Q3组成，电阻R16一端连接到运算放大器U6的输出端、另一端连接到电阻R18和驱动芯片Q3的G极，电阻R18另一端连接到驱动芯片Q3的S极，驱动芯片Q3的D极连接到电源，驱动芯片Q3的S极连接到电阻R20，电阻R20的另一端连接到电阻R21，电阻R21另一端连接到输出接口7.6；电阻R17一端连接到驱动芯片Q1的C极、另一端连接到电阻R19和驱动芯片Q2的G极，电阻R19的另一端连接到输出接口7.6和驱动芯片Q2的S极，驱动芯片Q2的D极连接到驱动芯片Q3的S极。
后级驱动电路7.5由驱动芯片Q4，驱动芯片Q4的G极连接到电阻R20和R21，驱动芯片Q4的D极连接到电源，驱动芯片Q4的S连接到输出接口7.6。前级驱动电路和后级驱动电路中的电源均由电源转换模块提供。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (8)
1.一种汽车智能启停控制系统，其特征在于：包括整车控制器、蓄电池(1)、发电机(5)、发动机(4)和用于拖动发动机的超级起动机(3)；所述整车控制器包括用于对接收的车辆传感器和开关状态信号进行质量处理的信号处理模块(10)、用于对接收的控制信号进行放大处理的输出模块(7)、用于通过信号处理模块采集车辆传感器和开关状态信息以及通过输出模块控制超级起动机工作状态的数据处理模块(9)、电源转换模块(2)；所述发电机(5)输出端与蓄电池(1)电连接，所述蓄电池(1)输出端通过电源转换模块(2)分别与数据处理模块(9)、超级起动机(3)、信号处理模块(10)和输出模块(7)电连接，所述数据处理模块(9)通过输出模块(7)与超级起动机(3)电连接、通过CAN网络与蓄电池(1)和发动机控制器(6)电连接、通过信号处理模块(10)与车辆传感器和开关(11)电连接；所述信号处理模块(10)包括低端信号处理模块、高端信号处理模块和模拟信号处理模块，所述低端信号处理模块、高端信号处理模块和模拟信号处理模块的输入端均连接车辆传感器和开关，输出端分别与数据处理模块电连接。
2.根据权利要求1所述的一种汽车智能启停控制系统，其特征在于：所述低端信号处理模块包括依次电连接的低端信号输入接口(10.1)、保护电路(10.2)、低端信号处理电路(10.3)、滤波电路(10.4)、整形电路(10.5)和输出接口(10.6)。
3.根据权利要求1所述的一种汽车智能启停控制系统，其特征在于：所述高端信号处理模块包括依次电连接的高端信号输入接口(10.7)、保护电路(10.8)、高端信号处理电路(10.9)、滤波电路(10.10)、整形电路(10.11)和输出接口(10.11)。
4.根据权利要求1所述的一种汽车智能启停控制系统，其特征在于：所述模拟信号处理模块包括依次电连接的模拟信号输入接口(10.13)、保护电路(10.14)、模拟信号处理电路(10.15)、滤波电路(10.16)、放大电路(10.17)和输出接口(10.18)。
5.根据权利要求1所述的一种汽车智能启停控制系统，其特征在于：所述输出模块包括两个半桥电路，所述两个半桥电路的输入端连接数据处理模块的输出端、输出端分别连接超级起动机的两输入端，所述半桥电路 由两个驱动电路串联组成。
6.根据权利要求5所述的一种汽车智能启停控制系统，其特征在于：所述驱动电路包括输入接口(7.1)、高边桥臂放大电路(7.2)、低边桥臂放大电路(7.3)、前级驱动电路(7.4)和后级驱动电路(7.5)，所述高边桥臂放大电路(7.2)和低边桥臂放大电路(7.3)的输入端均连接输入接口(7.1)、输出端分别连接前级驱动电路(7.4)的两输入端，所述前级驱动电路(7.4)的输出端连接后级驱动电路(7.5)的输入端，所述后级驱动电路的输出端连接超级启动电路的输入端。
7.根据权利要求1所述的一种汽车智能启停控制系统，其特征在于：所述电源转换模块(2)包括依次电连接的输入接口(2.1)、保护电路(2.2)、升压电路(2.3)、储能电路(2.4)、反馈电路(2.5)、降压电路(2.6)和输出接口(2.7)，所述输入接口(2.1)与蓄电池(1)输出端电连接，所述输出接口(2.7)分别与超级起动机(3)和数据处理模块(9)电连接。
8.根据权利要求1所述的一种汽车智能启停控制系统，其特征在于：还包括用于显示车辆状态信息的仪表(8)，所述输出模块(7)的输出端与仪表(8)电连接。
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