CN108798896A - 基于高精度北斗定位系统的智能发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高精度北斗定位系统的智能发动机，包括用于为摩托车提供动力的发动机本体和用于对发动机本体进行状态监控及故障诊断的监控装置，监控装置包括设置于发动机本体之中用于获取发动机本体的状态信息的ECU模块、用于对发动机本体进行定位的北斗GPS双模定位模块和用于统筹管理的主控模块，ECU模块和北斗GPS双模定位模块分别与主控模块进行数据交互。该智能发动机能够提供快速准确的发动机状态监控、故障诊断、故障报警等功能，从而让厂家、用户及维修维护人员能够及时了解发动机的状况，降低对发动机的故障诊断及维修难度。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别是一种基于高精度北斗定位系统的智能发动机。
背景技术
在全球都在提倡环境保护的大背景下，与汽车一样，摩托车排放标准的日趋严格化已经是必然的发展趋势。随着国家推行摩托车国四排放标准，对摩托车发动机效率的进一步提升提出了重大考验，传统的摩托车所采用的化油器的方式即将终结，取而代之的是通过电喷供油的方式在各种不同的工况下精确控制喷油量，从而进一步提升发动机效率。但是，复杂的电喷系统会给摩托车的故障诊断与修复带来新的挑战，进一步增加了摩托车的复杂度，从而增加维修维护人员对发动机的故障诊断与修复的难度。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于高精度北斗定位系统的智能发动机，能够提供快速准确的发动机状态监控、故障诊断、故障报警等功能，从而让厂家、用户及维修维护人员能够及时了解发动机的状况，降低对发动机的故障诊断及维修难度。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
基于高精度北斗定位系统的智能发动机，包括用于为摩托车提供动力的发动机本体和用于对发动机本体进行状态监控及故障诊断的监控装置，监控装置包括设置于发动机本体之中用于获取发动机本体的状态信息的ECU模块、用于对发动机本体进行定位的北斗GPS双模定位模块和用于统筹管理的主控模块，ECU模块和北斗GPS双模定位模块分别与主控模块进行数据交互。
进一步，监控装置还包括用于根据发动机本体的状态信息而控制发动机本体进行启停的启停控制机构，启停控制机构包括用于启动发动机本体的启动控制模块和用于关闭发动机本体的熄火控制模块，启动控制模块和熄火控制模块分别与主控模块相连接。
进一步，监控装置还包括用于检测发动机本体的持续震动的加速度传感器，加速度传感器与主控模块相连接。
进一步，监控装置还包括用于为ECU模块与主控模块提供数据传输通道的通讯接口模块，通讯接口模块包括UART总线和/或CAN总线。
进一步，还包括用于保存由ECU模块检测到的发动机本体的状态信息的存储模块，存储模块与主控模块相连接。
进一步，还包括用于提供工作电源的可充电电源模块，可充电电源模块的检测引脚与主控模块相连接。
进一步，还包括用于对可充电电源模块进行太阳能充电的太阳能转换模块，太阳能转换模块与可充电电源模块相连接。
进一步，启动控制模块包括第一N沟道场效应管、第二N沟道场效应管、第一P沟道场效应管、第一二极管和第二二极管；第一N沟道场效应管的栅极和第二N沟道场效应管的栅极分别连接于主控模块的正启动引脚和负启动引脚；第一N沟道场效应管的漏极通过第一分压电阻连接于第一P沟道场效应管的栅极，第一N沟道场效应管的源极和第二N沟道场效应管的源极均连接于参考地；第一P沟道场效应管的源极和漏极分别连接于工作电源和第一二极管的正极，第一P沟道场效应管的源极和栅极之间通过第二分压电阻相连接；第一二极管的负极和第二二极管的负极相连接并连接于发动机本体的正驱动端，第二N沟道场效应管的漏极分别连接于第二二极管的正极和发动机本体的负驱动端。
进一步，熄火控制模块包括第一三极管和继电器，第一三极管的基极和发射极分别连接于主控模块的熄火控制引脚和参考地，继电器的输入端和输出端分别连接于工作电源和第一三极管的集电极，继电器的定触点和动触点分别连接于发动机本体的熄火端和参考地。
进一步，还包括用于对发动机本体的状态信息进行处理的服务云平台，监控装置还包括用于与服务云平台进行数据交互的物联网通讯模块，物联网通讯模块与主控模块相连接。
本发明的有益效果是：基于高精度北斗定位系统的智能发动机，ECU模块能够实时获取发动机本体的状态信息，而主控模块与ECU模块进行数据交互，因此主控模块能够获取由ECU模块发送过来的关于发动机本体的状态信息，因此，厂家、用户或维修维护人员通过在主控模块中获取发动机本体的状态信息，即可快速准确的实现对发动机状态的实时监控；由于发动机本体的状态信息包含了喷油嘴电压、喷油脉宽、点火角度、进气压力、发动机转速、缸体温度、进气温度、氧传感器值、节气门开度等不同的状态值，并且这些状态值都有属于各自的用于正常工作的范围值，因此通过对发动机本体的状态信息进行检测判断，若出现状态值超出其适用于工作的范围值时，即可判断发动机本体出现异常，此时，主控模块即可发出报警，用于提醒厂家、用户或维修维护人员当前发动机本体处于异常状态。所以，通过主控模块接收由ECU模块发送过来的关于发动机本体的状态信息，即可实现快速准确的发动机状态监控、故障诊断、故障报警等功能，从而让厂家、用户及维修维护人员能够及时了解发动机的状况，降低对发动机的故障诊断及维修难度。此外，北斗GPS双模定位模块能够准确获取发动机本体所处的位置，从而能够实现对摩托车的精准定位。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的智能发动机的原理图；
图2是启动控制模块的电路原理图；
图3是熄火控制模块的电路原理图；
图4是车载电器控制模块的电路原理图。
具体实施方式
参照图1－图3，本发明的基于高精度北斗定位系统的智能发动机，包括用于为摩托车提供动力的发动机本体和用于对发动机本体进行状态监控及故障诊断的监控装置，监控装置包括设置于发动机本体之中用于获取发动机本体的状态信息的ECU模块21、用于对发动机本体进行定位的北斗GPS双模定位模块22和用于统筹管理的主控模块23，ECU模块21和北斗GPS双模定位模块22分别与主控模块23进行数据交互。具体地，ECU模块21能够实时获取发动机本体的状态信息，而主控模块23与ECU模块21进行数据交互，因此主控模块23能够获取由ECU模块21发送过来的关于发动机本体的状态信息，因此，厂家、用户或维修维护人员通过在主控模块23中获取发动机本体的状态信息，即可快速准确的实现对发动机状态的实时监控；由于发动机本体的状态信息包含了喷油嘴电压、喷油脉宽、点火角度、进气压力、发动机转速、缸体温度、进气温度、氧传感器值、节气门开度等不同的状态值，并且这些状态值都有属于各自的用于正常工作的范围值，因此通过对发动机本体的状态信息进行检测判断，若出现状态值超出其适用于工作的范围值时，即可判断发动机本体出现异常，此时，主控模块23即可发出报警，用于提醒厂家、用户或维修维护人员当前发动机本体处于异常状态。所以，通过主控模块23接收由ECU模块21发送过来的关于发动机本体的状态信息，即可实现快速准确的发动机状态监控、故障诊断、故障报警等功能，从而让厂家、用户及维修维护人员能够及时了解发动机的状况，降低对发动机的故障诊断及维修难度。此外，北斗GPS双模定位模块22能够准确获取发动机本体所处的位置，从而能够实现对摩托车的精准定位。
其中，参照图1－图3，监控装置还包括用于根据发动机本体的状态信息而控制发动机本体进行启停的启停控制机构，启停控制机构包括用于启动发动机本体的启动控制模块31和用于关闭发动机本体的熄火控制模块32，启动控制模块31和熄火控制模块32分别与主控模块23相连接。具体地，当主控模块23接收到由ECU模块21发送过来的刹车信号并且车速为零时，主控模块23会启动熄火控制模块32，从而停止发动机本体的运转而节省能耗。当主控模块23接收到的刹车信号无效时，主控模块23会自动开启启动控制模块31，从而启动发动机本体的运转。此外，当发动机本体停止运转后，主控模块23会自动进入休眠状态，并且会向ECU模块21发送离线信号，以使得ECU模块21处于离线状态。
其中，参照图1－图3，监控装置还包括用于检测发动机本体的持续震动的加速度传感器4，加速度传感器4与主控模块23相连接。具体地，当本发明的智能发动机处于休眠状态时，若加速度传感器4检测到持续震动时，加速度传感器4会向主控模块23发送触发信号，从而唤醒主控模块23，使得主控模块23根据北斗GPS双模定位模块22而定位当前位置，以便用户能够实时了解车辆的位置。
其中，参照图1－图3，监控装置还包括用于为ECU模块21与主控模块23提供数据传输通道的通讯接口模块5，通讯接口模块5包括UART总线和/或CAN总线。此外，本发明的智能发动机还包括用于保存由ECU模块21检测到的发动机本体的状态信息的存储模块6，存储模块6与主控模块23相连接。具体地，发动机本体的内部设置有用于分别检测喷油嘴电压、喷油脉宽、点火角度、进气压力、发动机转速、缸体温度、进气温度、氧传感器值、节气门开度等状态值的各种传感器，而这些传感器均与ECU模块21相连接，因此，主控模块23在发动机本体进行工作时，会实时通过通讯接口模块5从ECU模块21获取发动机本体的各种状态值，例如喷油嘴电压、喷油脉宽、点火角度、进气压力、发动机转速、缸体温度、进气温度、氧传感器值、节气门开度等，并且主控模块23会将这些状态值保存在存储模块6之中，以便用户能够随时进行查看，从而实现快速准确的发动机状态监控及故障诊断等功能。
其中，参照图1－图3，本发明的智能发动机还包括用于提供工作电源的可充电电源模块7和用于对可充电电源模块7进行太阳能充电的太阳能转换模块8，可充电电源模块7的检测引脚与主控模块23相连接，太阳能转换模块8与可充电电源模块7相连接。具体地，主控模块23能够通过可充电电源模块7的检测引脚对可充电电源模块7进行实时的电量检测，并且能够根据可充电电源模块7的实时电量进行对应的操作处理，例如，当可充电电源模块7的电量小于12V时，主控模块23会打开北斗GPS双模定位模块22进行实时定位，并且同时进行低电压报警。此外，当周围环境阳光充足时，太阳能转换模块8会自动进行工作，从而利用太阳能对本发明的智能发动机进行供电，并且同时对可充电电源模块7进行充电储能。
其中，参照图1－图3，启动控制模块31包括第一N沟道场效应管Q19、第二N沟道场效应管Q18、第一P沟道场效应管Q17、第一二极管D16和第二二极管D17；第一N沟道场效应管Q19的栅极和第二N沟道场效应管Q18的栅极分别连接于主控模块23的正启动引脚STR+EN和负启动引脚STR－EN；第一N沟道场效应管Q19的漏极通过第一分压电阻R71连接于第一P沟道场效应管Q17的栅极，第一N沟道场效应管Q19的源极和第二N沟道场效应管Q18的源极均连接于参考地；第一P沟道场效应管Q17的源极和漏极分别连接于工作电源和第一二极管D16的正极，第一P沟道场效应管Q17的源极和栅极之间通过第二分压电阻R70相连接；第一二极管D16的负极和第二二极管D17的负极相连接并连接于发动机本体的正驱动端STR+OUT，第二N沟道场效应管Q18的漏极分别连接于第二二极管D17的正极和发动机本体的负驱动端STR－OUT。具体地，当主控模块23开启启动控制模块31时，主控模块23的正启动引脚STR+EN和负启动引脚STR－EN分别导通第一N沟道场效应管Q19和第二N沟道场效应管Q18，此时，第一P沟道场效应管Q17的栅极和源极之间存在电压差，因此第一P沟道场效应管Q17会被导通，所以，工作电源能够通过发动机本体的正驱动端STR+OUT和负驱动端STR－OUT而形成电源回路，从而能够驱动发动机本体进行运转。
其中，参照图1－图3，熄火控制模块32包括第一三极管Q23和继电器K1，第一三极管Q23的基极和发射极分别连接于主控模块23的熄火控制引脚FAO＿EN和参考地，继电器K1的输入端和输出端分别连接于工作电源和第一三极管Q23的集电极，继电器K1的定触点和动触点分别连接于发动机本体的熄火端FLAMEIN和参考地。具体地，当主控模块23启动熄火控制模块32时，主控模块23的熄火控制引脚FAO＿EN会导通第一三极管Q23，此时，工作电源流经继电器K1的输入端和输出端并通过第一三极管Q23回流到参考地，所以，继电器K1的动触点会被闭合，从而使得发动机本体的熄火端FLAMEIN连接参考地，从而关闭发动机本体的运转。
其中，参照图1－图3，本发明的智能发动机还包括用于对发动机本体的状态信息进行处理的服务云平台10，监控装置还包括用于与服务云平台10进行数据交互的物联网通讯模块9，物联网通讯模块9与主控模块23相连接。具体地，物联网通讯模块9包括GSM模块、LoRA模块和NB－LoT模块中的一个或多个，因此，根据不同的应用环境，可以结合GSM模块、LoRA模块和NB－LoT模块的各自特性而进行对应选择使用。此外，主控模块23在发动机本体进行工作时，会打开物联网通讯模块9和北斗GPS双模定位模块22，通过北斗GPS双模定位模块22获取发动机本体的位置相关信息，并和暂存于存储模块6之中的发动机本体的各种状态信息一起通过物联网通讯模块9上传到服务云平台10之中。主控模块23通过实时监控发动机本体的各个状态值，并在发现异常时上传异常信息到服务云平台10之中，如果该异常会引起发动机本体进一步故障，则主控模块23会通过熄火控制模块32停止发动机本体的运转，以免故障进一步恶化，从而起到保护发动机本体的作用。
具体地，北斗GPS双模定位模块22具有两种工作模式：自主定位和配合服务云平台10进行定位。当北斗GPS双模定位模块22进行自主定位时，北斗GPS双模定位模块22会自动接收来自北斗和GPS卫星的导航电文并对其进行位置解算，当主控模块23需要时，北斗GPS双模定位模块22向其提供当前智能发动机的经纬度坐标。当北斗GPS双模定位模块22配合服务云平台10进行定位时，北斗GPS双模定位模块22首先通过北斗和GPS卫星获得伪距和载波相位的原始数据，接着把该原始数据发送给主控模块23，而主控模块23则通过物联网通讯模块9把该原始数据上传至服务云平台10，服务云平台10对该原始数据进行处理，并最终输出智能发动机的高精度位置信息。
此外，参照图1和图4，本发明的智能发动机还包括用于启动车上电器的车载电器控制模块，车载电器控制模块与主控模块23相连接。具体地，车载电器控制模块包括第二P沟道场效应管Q16、第三P沟道场效应管Q15和第二三极管Q24，第二三极管Q24的基极和发射极分别连接于主控模块23的车载电器控制引脚ACC＿EN和参考地，第二三极管Q24的集电极通过第三分压电阻R58分别连接于第二P沟道场效应管Q16的栅极和第三P沟道场效应管Q15的栅极，第二P沟道场效应管Q16的源极和第三P沟道场效应管Q15的源极分别通过第四分压电阻R49连接于第二P沟道场效应管Q16的栅极和第三P沟道场效应管Q15的栅极，此外，第二P沟道场效应管Q16的源极和第三P沟道场效应管Q15的源极均与工作电源相连接，第二P沟道场效应管Q16的漏极和第三P沟道场效应管Q15的漏极均与车载电器电源ACC相连接。当车载电器控制模块进行工作时，主控模块23的车载电器控制引脚ACC＿EN把第二三极管Q24导通，此时，第二P沟道场效应管Q16和第三P沟道场效应管Q15的源极和栅极之间均存在电压差，因此第二P沟道场效应管Q16和第三P沟道场效应管Q15均被导通，所以车载电器电源ACC能够使车上的各种电器进行正常工作。
综上所述，主控模块23通过通讯接口模块5与ECU模块21通讯，读取发动机本体的状态信息，然后通过物联网通讯模块9把状态信息实时上传到服务云平台10。服务云平台10针对收集的发动机本体的状态信息结合大数据分析处理技术，可以实现诸如驾驶行为分析、发动机调教参数优化等功能。服务云平台10会对所有车辆的实时油耗信息进行统计和排名，针对油耗超过平均值以上的车辆的发动机数据、车速、刹车等状态数据进行分析，针对因为驾驶员导致的油耗偏高的问题，比如经常急加速、急刹车、长时间怠速停车等状况，提醒驾驶员去改善驾驶行为；同时根据发动机本体的状态数据生成发动机本体的各种特性曲线，比如转速特性曲线、外特性曲线、负荷特性曲线等，然后根据特性曲线分析发动机本体在各种工况下点火角度、喷油脉宽、节气门开度等参数的合理性，结合在不同区域的使用环境，分析出最优化方案。
所以，本发明的智能发动机具有以下的优点：
智能：能够根据实时监控的发动机状态进行故障诊断，能够帮助维护维修人员快速锁定故障位置，并能在发现发动机状态参数出现偏差时及时主动的通知相关人员，并可以采取适当的措施保障故障不再进一步恶化；
环保：通过启停控制机构的启停功能的实现，能够降低原地怠速的燃油消耗，从而能够进一步节能减排，保护环境；
大数据分析：通过对发动机本体进行全方位实时的数据采集和存储，通过大数据分析，可以为厂家进行产品优化提供强有力的数据支撑。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.基于高精度北斗定位系统的智能发动机，其特征在于：包括用于为摩托车提供动力的发动机本体和用于对所述发动机本体进行状态监控及故障诊断的监控装置，所述监控装置包括设置于所述发动机本体之中用于获取所述发动机本体的状态信息的ECU模块(21)、用于对所述发动机本体进行定位的北斗GPS双模定位模块(22)和用于统筹管理的主控模块(23)，所述ECU模块(21)和北斗GPS双模定位模块(22)分别与所述主控模块(23)进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的基于高精度北斗定位系统的智能发动机，其特征在于：所述监控装置还包括用于根据所述发动机本体的状态信息而控制所述发动机本体进行启停的启停控制机构，所述启停控制机构包括用于启动所述发动机本体的启动控制模块(31)和用于关闭所述发动机本体的熄火控制模块(32)，所述启动控制模块(31)和熄火控制模块(32)分别与所述主控模块(23)相连接。
3.根据权利要求1所述的基于高精度北斗定位系统的智能发动机，其特征在于：所述监控装置还包括用于检测所述发动机本体的持续震动的加速度传感器(4)，所述加速度传感器(4)与所述主控模块(23)相连接。
4.根据权利要求1所述的基于高精度北斗定位系统的智能发动机，其特征在于：所述监控装置还包括用于为所述ECU模块(21)与主控模块(23)提供数据传输通道的通讯接口模块(5)，所述通讯接口模块(5)包括UART总线和/或CAN总线。
5.根据权利要求1所述的基于高精度北斗定位系统的智能发动机，其特征在于：还包括用于保存由所述ECU模块(21)检测到的所述发动机本体的状态信息的存储模块(6)，所述存储模块(6)与所述主控模块(23)相连接。
6.根据权利要求1所述的基于高精度北斗定位系统的智能发动机，其特征在于：还包括用于提供工作电源的可充电电源模块(7)，所述可充电电源模块(7)的检测引脚与所述主控模块(23)相连接。
7.根据权利要求6所述的基于高精度北斗定位系统的智能发动机，其特征在于：还包括用于对所述可充电电源模块(7)进行太阳能充电的太阳能转换模块(8)，所述太阳能转换模块(8)与所述可充电电源模块(7)相连接。
8.根据权利要求2所述的基于高精度北斗定位系统的智能发动机，其特征在于：所述启动控制模块(31)包括第一N沟道场效应管(Q19)、第二N沟道场效应管(Q18)、第一P沟道场效应管(Q17)、第一二极管(D16)和第二二极管(D17)；所述第一N沟道场效应管(Q19)的栅极和第二N沟道场效应管(Q18)的栅极分别连接于所述主控模块(23)的正启动引脚(STR+EN)和负启动引脚(STR－EN)；所述第一N沟道场效应管(Q19)的漏极通过第一分压电阻(R71)连接于所述第一P沟道场效应管(Q17)的栅极，所述第一N沟道场效应管(Q19)的源极和所述第二N沟道场效应管(Q18)的源极均连接于参考地；所述第一P沟道场效应管(Q17)的源极和漏极分别连接于工作电源和第一二极管(D16)的正极，所述第一P沟道场效应管(Q17)的源极和栅极之间通过第二分压电阻(R70)相连接；所述第一二极管(D16)的负极和第二二极管(D17)的负极相连接并连接于所述发动机本体的正驱动端(STR+OUT)，所述第二N沟道场效应管(Q18)的漏极分别连接于所述第二二极管(D17)的正极和所述发动机本体的负驱动端(STR－OUT)。
9.根据权利要求2所述的基于高精度北斗定位系统的智能发动机，其特征在于：所述熄火控制模块(32)包括第一三极管(Q23)和继电器(K1)，所述第一三极管(Q23)的基极和发射极分别连接于所述主控模块(23)的熄火控制引脚(FAO＿EN)和参考地，所述继电器(K1)的输入端和输出端分别连接于工作电源和所述第一三极管(Q23)的集电极，所述继电器(K1)的定触点和动触点分别连接于所述发动机本体的熄火端(FLAMEIN)和参考地。
10.根据权利要求1－9任一所述的基于高精度北斗定位系统的智能发动机，其特征在于：还包括用于对所述发动机本体的状态信息进行处理的服务云平台(10)，所述监控装置还包括用于与所述服务云平台(10)进行数据交互的物联网通讯模块(9)，所述物联网通讯模块(9)与所述主控模块(23)相连接。
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