CN110134168A - 一种空气汽车的发动机功率补偿系统 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种空气汽车的发动机功率补偿系统，所述对数电路将流量传感器测量的进入空气动力电动机的流量信号和期望流量信号分别运用自然对数运算电路求自然对数运算，在同步开关的控制下同时进入除法器IC1进行除法运算，直接得出需补偿的流量信号，电路结构简单、计算准确，所述信号耦合电路接收流量补偿信号，通过带反馈的比例放大电路转换为驱动流量阀的信号，进入运算放大器AR5与反馈回来的流量信号进行耦合、稳压后再经限幅、滤波后输出到MOS管Q5的栅极，所述流量阀驱动电路通过运算放大器AR3为核心的差动放大器一级调压、MOS管Q5二级调压后驱动流量阀电机，使MOS管Q5漏极输出电压稳定，提高了调节的精度，避免了闭环反馈系统调节不及时的问题。

Description

一种空气汽车的发动机功率补偿系统

技术领域

本发明涉及空气动力汽车技术领域，特别是涉及一种空气汽车的发动机功率补偿系统。

背景技术

空气汽车全称压缩空气动力汽车，使用高压压缩空气为动力源，空气为介质，运行时利用高压压缩空气在电动机气缸内膨胀做功过程，推动活塞做功对外输出动力，驱动汽车行驶，它不消耗燃料，是真正零排放的环保汽车，能有效地缓解城市空气污染严重和石油资源匮乏的情况，为此，许多国家都积极投入对空气动力汽车的研究。

空气汽车运行性能（启动、制动、加减速性能）主要取决于空气汽车发动机功率的准确性、稳定性，而电动机功率的准确性、稳定性取决于发动机气缸内高压压缩空气能的量，目前主要采用根据输入装置也即档位信号、钥匙信号、空气流量信号传送给ECU控制器，ECU控制器根据输入装置信号输出驱动电压控制储气装置输出不同量的空气能去驱动空气动力发动机，ECU控制器并根据输入装置反馈的空气流量信号，重新分析计算输出驱动电压，调节储气装置输出空气能的流量大小，进而补偿空气动力发动机的输出功率，然而，此过程实质是通过一个闭环反馈系统以达到稳定输出相应空气能流量的目的，具有滞后特性，会导致高压压缩空气能的量调节不及时的问题。

所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种空气汽车的发动机功率补偿系统，有效的解决了采用闭环反馈系统调节高压压缩空气能的量来实现空气汽车电动机功率的准确性、稳定性，造成的调节不及时的问题。

其解决的技术方案是，包括输入装置、ECU控制器、储气装置、空气动力电动机，所述输入装置将档位信号、钥匙信号、空气流量信号传送给ECU控制器，ECU控制器控制储气装置输出空气能驱动空气动力电动机，进而驱动汽车前进，其特征在于，空气动力电动机还经对数电路计算出流量补偿信号，流量补偿信号经比例调节后和反馈回来的流量信号经信号耦合电路耦合后去驱动流量阀驱动电路，进而补偿空气动力电动机的输出功率；

所述对数电路接收输入装置中档位信号、钥匙信号对应的期望功率信号和功率传感器测量的输入装置中相应档位信号、钥匙信号下的空气动力电动机输出功率信号，在同步控制信号的控制下，采用运算放大器AR1、AR2、除法器IC1为核心的对数运算电路，计算出流量补偿信号，所述信号耦合电路接收流量补偿信号，通过运算放大器AR4为核心的带反馈的比例放大电路进行比例调节转换为驱动流量阀的信号，进入运算放大器AR4与反馈回来的流量信号进行耦合、稳压后再经限幅、滤波后输出到流量阀驱动电路，所述流量阀驱动电路通过运算放大器AR3为核心的差动放大器一级调压后加到MOS管Q5的漏极，经MOS管Q5二级调压后驱动流量阀电机，调节储气装置输出空气能的流量大小，进而补偿空气动力电动机的输出功率，其中二级调压的大小由信号耦合电路输出信号控制。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点；

1，将流量传感器测量的进入空气动力电动机的流量信号和期望流量信号分别运用自然对数运算电路求自然对数运算，计算出ln期望流量信号和ln测量流量信号，在同步开关的控制下同时进入除法器IC1，除法器IC1将两个信号进行除法运算，即实现对数函数运算功能，直接得出需微调流量阀的控制量信号，电路结构简单，计算准确；

2，需微调流量阀的控制量信号一路经电阻R10和电解电容E1反向调节后与期望流量信号对应的驱动电压信号经运算放大器AR3为核心的差动放大器一级调压，输出修正后的期望流量信号，另一路通过运算放大器AR4为核心的带反馈的比例放大电路进行比例调节转换为驱动流量阀的电压信号，进入运算放大器AR5与反馈回来的驱动电压信号进行耦合、稳压后再经限幅、滤波后输出到MOS管Q5的栅极进行二级调压后驱动流量阀电机，使MOS管Q5漏极输出电压稳定，提高了调节的精度，避免了闭环反馈系统调节不及时的问题。

附图说明

图1为本发明的对数电路原理图。

图2为本发明的信号耦合电路原理图。

图3为本发明的流量阀驱动电路原理图。

图4为本发明的闭环反馈系统示意图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图4对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

实施例一，一种空气汽车的发动机功率补偿系统，所述输入装置将档位信号、钥匙信号、空气流量信号传送给ECU控制器，ECU控制器控制储气装置输出空气能驱动空气动力电动机，进而驱动汽车前进，其特征在于，空气动力电动机还经对数电路计算出流量补偿信号，流量补偿信号经比例调节后和反馈回来的流量信号经信号耦合电路耦合后去驱动流量阀驱动电路，进而补偿空气动力电动机的输出功率；

所述对数电路接收输入装置中档位信号、钥匙信号对应的期望流量信号（由ECU给定）和流量传感器测量的输入装置中相应档位信号、钥匙信号下进入空气动力电动机的流量信号，运用运算放大器AR1、电阻R1、电阻R2、三极管Q1组成的自然对数运算电路对接收的期望流量信号求自然对数运算，也即计算出ln期望流量信号，运用运算放大器AR2、电阻R6、电阻R7、三极管Q4组成的自然对数运算电路对测量流量信号求自然对数运算，也即计算出ln测量流量信号，在三极管Q3、Q2组成的开关控制下，ln期望流量信号和ln测量流量信号同时送入型号为ICL8013的除法器IC1，除法器IC1将两个信号进行除法运算，即实现对数函数运算功能，也即计算出log_{测量流量信号}（期望流量信号），得出需补偿的控制量流量信号，所述信号耦合电路接收需补偿的控制量流量信号，通过运算放大器AR4为核心的带反馈的比例放大电路进行比例调节转换为驱动流量阀的信号，之后进入运算放大器AR5的同相输入端，运算放大器AR5的输出端信号一路经并联的二极管D3和D4限幅、电阻R18和电容C3滤波后输出到流量阀驱动电路中MOS管Q5的栅极，控制MOS管Q5调压的大小，另一路经二极管D5单向导电后反馈到运算放大器AR5的反相输入端与同相输入端进行迟滞比较，消除微小波动的电压，MOS管Q5调压后电压还经电阻R19和电阻R20采样，且高于运算放大器AR5的输出端信号时，稳压管Z4反向击穿、二极管D5单向导电后反馈到运算放大器AR5的反相输入端，并与运算放大器AR5同相输入端进行比较，对运算放大器AR5输出端电压进行调整，使MOS管Q5漏极输出电压稳定，所述流量阀驱动电路接收期望流量信号与电阻R8串联稳压管Z1、电阻R9提供的基准电压耦合后加到运算放大器AR3的同相输入端，运算放大器AR3的反相输入端接入经电解电容反向后需补偿的控制量流量信号，运算放大器AR3实质为差动放大器，其中电阻R12为反馈电阻，用于调节差动放大器的放大倍数进行一级调压，运算放大器AR3输出端输出一级调压后信号，也即修正后的期望流量信号，之后经稳压管Z2稳压、电感L1和电容C2滤波后，加到MOS管Q5的漏极，经MOS管Q5二级调压稳压后驱动流量阀电机反转/正转，调节储气装置输出空气能的流量大小，进而补偿空气动力电动机的输出功率，其中二级调压的大小由信号耦合电路输出信号控制，响应快、调节及时。

实施例二，在实施例一的基础上，所述对数电路接收输入装置中档位信号、钥匙信号对应的期望流量信号和流量传感器测量的输入装置中相应档位信号、钥匙信号下进入空气动力电动机的流量信号，运用运算放大器AR1、电阻R1、电阻R2、三极管Q1组成的自然对数运算电路对接收的期望流量信号求自然对数运算，也即计算出ln期望流量信号，运用运算放大器AR2、电阻R6、电阻R7、三极管Q4组成的自然对数运算电路对测量流量信号求自然对数运算，也即计算出ln测量流量信号，在三极管Q3、Q2组成的开关控制下，同时向后级电路传输，具体的当同步控制信号（可由定时器每隔一定时间输出一个高电平提供，为现有技术，在此不再详述）为高电平时，经电阻R4限流、二极管D1单向导电后同时加到三极管Q2、Q2的基极，三极管Q3、Q2饱和导通，ln期望流量信号和ln测量流量信号，送入型号为ICL8013的除法器IC1，除法器IC1将两个信号进行除法运算，即实现对数函数运算功能，也即计算出log_{测量流量信号}（期望流量信号），得出需补偿的控制量流量信号，包括电阻R1、电阻R6，电阻R1的一端和电阻R6的一端分别连接期望流量信号和测量的流量信号，电阻R1的另一端分别连接运算放大器AR1的反相输入端、三极管Q1的集电极，运算放大器AR1的同相输入端通过电阻R2连接地，运算放大器AR1的输出端分别连接三极管Q1的发射极、电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接三极管Q2的发射极，三极管Q2的集电极连接除法器IC1的引脚6，电阻R6的另一端分别连接运算放大器AR2的反相输入端、三极管Q4的集电极，运算放大器AR2的同相输入端通过电阻R7连接地，运算放大器AR2的输出端分别连接三极管Q4的发射极、电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接三极管Q3的发射极，三极管Q3的集电极连接除法器IC1的引脚1，三极管Q2的基极和三极管Q3的基极连接二极管D1的负极，二极管D1的正极通过电阻R4连接同步控制信号，除法器IC1的引脚7、引脚8、引脚9、引脚10连接地，除法器IC1的引脚2连接电源+15V，除法器IC1的引脚5连接电源-15V，除法器IC1的引脚4连接电位器RP1的上端，电位器RP1的下端连接地，电位器RP1的可调端连接除法器IC1的引脚3，除法器IC1的引脚4为对数电路的输出信号。

实施例三，在实施例二的基础上，所述信号耦合电路接收流量补偿信号，通过运算放大器AR4为核心的带反馈的比例放大电路进行比例调节转换为驱动流量阀的信号，具体为运算放大器AR4、电阻R13、电阻R4、电阻R21、电阻R23、电容C5及串联的电容C6和稳压管Z3组成的放大电路进行比例放大后向后传输，同时，当运算放大器AR4的输出端电压变化微小时，电容C6相当于断开，比例放大后信号经电阻R22反馈到运算放大器AR4的反相输入端，运算放大器AR4的同/反相输入端比较，输出0信号向后传输，当运算放大器AR4的输出端电压变化大时，电容C6相当于短路，比例放大后信号经稳压管Z3进一步稳压后向后传输，之后进入运算放大器AR5的同相输入端，运算放大器AR5的输出端信号一路经并联的二极管D3和D4限幅、电阻R18和电容C3滤波后输出到流量阀驱动电路中MOS管Q5的栅极，控制MOS管Q5调压的大小，另一路经二极管D5单向导电后反馈到运算放大器AR5的反相输入端与同相输入端进行迟滞比较，消除微小波动的电压，MOS管Q5调压后电压还经电阻R19和电阻R20采样，且高于运算放大器AR5的输出端信号时，稳压管Z4反向击穿、二极管D5单向导电后反馈到运算放大器AR5的反相输入端，并与运算放大器AR5同相输入端进行比较，对运算放大器AR5输出端电压进行调整，使MOS管Q5漏极输出电压稳定，包括电阻R13、电容C1，电阻R13的一端和电容C1的一端连接除法器IC1的引脚4，电容C1的另一端连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接运算放大器AR3的反相输入端，电阻R13的另一端分别连接运算放大器AR4的同相输入端、电阻R14的一端、电阻R21的一端，电阻R21的另一端连接电容C5的一端，运算放大器AR4的输出端分别连接电阻R14的另一端、电容C5的另一端、电阻R22的一端、电容C6的一端、电阻R15的另一端，电阻R22的另一端分别连接运算放大器AR4的反相输入端、接地电阻R23的一端，电容C6的另一端连接稳压管Z3的负极，稳压管Z3的正极连接地，电阻R15的另一端分别连接电阻R16的一端、运算放大器AR5的同相输入端，运算放大器AR5的反相输入端连接二极管D5的负极，运算放大器AR5的输出端分别连接电阻R16的另一端二极管D3的正极、二极管D4的负极、稳压管Z4的正极、二极管D5的正极，稳压管Z4的负极分别连接接地电阻R20的一端、电阻R19的一端，电阻R19的另一端连接MOS管Q5的源极，二极管D3的负极分别连接电阻R18的一端、电容C3的一端、二极管D4的正极，电阻R18的另一端和电容C3的另一端连接MOS管Q5的栅极；

所述流量阀驱动电路接收期望流量信号与电阻R8串联稳压管Z1、电阻R9提供的基准电压耦合后加到运算放大器AR3的同相输入端，运算放大器AR3的反相输入端接入经电解电容E1反向后需补偿的控制量流量信号，运算放大器AR3实质为差动放大器，其中电阻R12为反馈电阻，用于调节差动放大器的放大倍数进行一级调压，运算放大器AR3输出端输出一级调压后信号，也即修正后的期望流量信号，之后经稳压管Z2稳压、电感L1和电容C2滤波后，加到MOS管Q5的漏极，经MOS管Q5二级调压稳压后驱动流量阀电机反转/正转，调节储气装置输出空气能的流量大小，进而补偿空气动力电动机的输出功率，其中二级调压的大小由信号耦合电路输出信号控制，包括电感L3，电感L3的一端连接期望流量信号，电感L3的另一端分别连接电阻R9的一端、运算放大器AR3的同相输入端、电解电容E2的正极，电解电容E2的负极连接地，电阻R9的另一端分别连接电阻R8的一端、稳压管Z1的负极，电阻R8的另一端连接电源+5V，稳压管Z1的正极连接地，运算放大器AR3的反相输入端分别连接接地电阻R11的一端、电阻R12的一端，电阻R12的另一端分别连接运算放大器AR3的输出端、电感L1的一端、稳压管Z2的负极，电感L1的另一端分别连接电容C2的一端、二极管D2的负极、电阻R17的一端、MOS管Q5的漏极，稳压管Z2的正极、电容C2的另一端连接地，电阻R17的另一端连接MOS管Q5的栅极，MOS管Q5的源极分别连接二极管D2的正极、电感L2的一端、节流阀电机M1的上端、电容C4的一端，电感L2的另一端、节流阀电机M1的下端、电容C4的另一端连接地。

本发明具体使用时，所述输入装置将档位信号、钥匙信号、空气流量信号传送给ECU控制器，ECU控制器控制储气装置输出空气能驱动空气动力电动机，进而驱动汽车前进，其特征在于，空气动力电动机还经对数电路计算出流量补偿信号，流量补偿信号经比例调节后和反馈回来的流量信号经信号耦合电路耦合后去驱动流量阀驱动电路，进而补偿空气动力电动机的输出功率；

所述对数电路接收输入装置中档位信号、钥匙信号对应的期望流量信号和流量传感器测量的输入装置中相应档位信号、钥匙信号下进入空气动力电动机的流量信号，运用运算放大器AR1、电阻R1、电阻R2、三极管Q1组成的自然对数运算电路对接收的期望流量信号求自然对数运算，也即计算出ln期望流量信号，运用运算放大器AR2、电阻R6、电阻R7、三极管Q4组成的自然对数运算电路对测量流量信号求自然对数运算，也即计算出ln测量流量信号，在三极管Q3、Q2组成的开关控制下，ln期望流量信号和ln测量流量信号同时送入型号为ICL8013的除法器IC1，除法器IC1将两个信号进行除法运算，即实现对数函数运算功能，也即计算出log_{测量流量信号}（期望流量信号），得出需补偿的控制量流量信号，所述信号耦合电路接收需补偿的控制量流量信号，通过运算放大器AR4为核心的带反馈的比例放大电路进行比例调节转换为驱动流量阀的信号，之后进入运算放大器AR5的同相输入端，运算放大器AR5的输出端信号一路经并联的二极管D3和D4限幅、电阻R18和电容C3滤波后输出到流量阀驱动电路中MOS管Q5的栅极，控制MOS管Q5调压的大小，另一路经二极管D5单向导电后反馈到运算放大器AR5的反相输入端与同相输入端进行迟滞比较，消除微小波动的电压，MOS管Q5调压后电压还经电阻R19和电阻R20采样，且高于运算放大器AR5的输出端信号时，稳压管Z4反向击穿、二极管D5单向导电后反馈到运算放大器AR5的反相输入端，并与运算放大器AR5同相输入端进行比较，对运算放大器AR5输出端电压进行调整，使MOS管Q5漏极输出电压稳定，所述流量阀驱动电路接收期望流量信号与电阻R8串联稳压管Z1、电阻R9提供的基准电压耦合后加到运算放大器AR3的同相输入端，运算放大器AR3的反相输入端接入经电解电容反向后需补偿的控制量流量信号，运算放大器AR3实质为差动放大器，其中电阻R12为反馈电阻，用于调节差动放大器的放大倍数进行一级调压，运算放大器AR3输出端输出一级调压后信号，也即修正后的期望流量信号，之后经稳压管Z2稳压、电感L1和电容C2滤波后，加到MOS管Q5的漏极，经MOS管Q5二级调压稳压后驱动流量阀电机反转/正转，调节储气装置输出空气能的流量大小，进而补偿空气动力电动机的输出功率，其中二级调压的大小由信号耦合电路输出信号控制。

Claims (3)

1.一种空气汽车的发动机功率补偿系统，包括输入装置、ECU控制器、储气装置、空气动力发动机，所述输入装置将档位信号、钥匙信号、空气流量信号传送给ECU控制器，ECU控制器控制储气装置输出空气能驱动空气动力发动机，进而驱动汽车前进，其特征在于，空气动力发动机还经对数电路计算出流量补偿信号，流量补偿信号经比例调节后和反馈回来的流量信号经信号耦合电路耦合后去驱动流量阀驱动电路，进而补偿空气动力发动机的输出功率；

所述对数电路接收输入装置中档位信号、钥匙信号对应的期望功率信号和功率传感器测量的输入装置中相应档位信号、钥匙信号下的空气动力发动机输出功率信号，在同步控制信号的控制下，采用运算放大器AR1、AR2、除法器IC1为核心的对数运算电路，计算出流量补偿信号，所述信号耦合电路接收流量补偿信号，通过运算放大器AR4为核心的带反馈的比例放大电路进行比例调节转换为驱动流量阀的信号，进入运算放大器AR5与反馈回来的流量信号进行耦合、稳压后再经限幅、滤波后输出到流量阀驱动电路，所述流量阀驱动电路通过运算放大器AR3为核心的差动放大器一级调压后加到MOS管Q5的漏极，经MOS管Q5二级调压后驱动流量阀电机，调节储气装置输出空气能的流量大小，进而补偿空气动力发动机的输出功率，其中二级调压的大小由信号耦合电路输出信号控制。

2.如权利要求1所述的一种空气汽车的发动机功率补偿系统，其特征在于，所述对数电路包括电阻R1、电阻R6，电阻R1的一端和电阻R6的一端分别连接期望进入发动机流量信号和测量的流量信号，电阻R1的另一端分别连接运算放大器AR1的反相输入端、三极管Q1的集电极，运算放大器AR1的同相输入端通过电阻R2连接地，运算放大器AR1的输出端分别连接三极管Q1的发射极、电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接三极管Q2的发射极，三极管Q2的集电极连接除法器IC1的引脚6，电阻R6的另一端分别连接运算放大器AR2的反相输入端、三极管Q4的集电极，运算放大器AR2的同相输入端通过电阻R7连接地，运算放大器AR2的输出端分别连接三极管Q4的发射极、电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接三极管Q3的发射极，三极管Q3的集电极连接除法器IC1的引脚1，三极管Q2的基极和三极管Q3的基极连接二极管D1的负极，二极管D1的正极通过电阻R4连接同步控制信号，除法器IC1的引脚7、引脚8、引脚9、引脚10连接地，除法器IC1的引脚2连接电源+15V，除法器IC1的引脚5连接电源-15V，除法器IC1的引脚4连接电位器RP1的上端，电位器RP1的下端连接地，电位器RP1的可调端连接除法器IC1的引脚3，除法器IC1的引脚4为对数电路的输出信号。

3.如权利要求1所述的一种空气汽车的发动机功率补偿系统，其特征在于，所述信号耦合电路包括电阻R13、电容C1，电阻R13的一端和电容C1的一端连接除法器IC1的引脚4，电容C1的另一端连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接运算放大器AR3的反相输入端，电阻R13的另一端分别连接运算放大器AR4的同相输入端、电阻R14的一端、电阻R21的一端，电阻R21的另一端连接电容C5的一端，运算放大器AR4的输出端分别连接电阻R14的另一端、电容C5的另一端、电阻R22的一端、电容C6的一端、电阻R15的另一端，电阻R22的另一端分别连接运算放大器AR4的反相输入端、接地电阻R23的一端，电容C6的另一端连接稳压管Z3的负极，稳压管Z3的正极连接地，电阻R15的另一端分别连接电阻R16的一端、运算放大器AR5的同相输入端，运算放大器AR5的反相输入端连接二极管D5的负极，运算放大器AR5的输出端分别连接电阻R16的另一端二极管D3的正极、二极管D4的负极、稳压管Z4的正极、二极管D5的正极，稳压管Z4的负极分别连接接地电阻R20的一端、电阻R19的一端，电阻R19的另一端连接MOS管Q5的源极，二极管D3的负极分别连接电阻R18的一端、电容C3的一端、二极管D4的正极，电阻R18的另一端和电容C3的另一端连接MOS管Q5的栅极；

所述流量阀驱动电路包括电感L3，电感L3的一端连接期望发动机功率信号，电感L3的另一端分别连接电阻R9的一端、运算放大器AR3的同相输入端、电解电容E2的正极，电解电容E2的负极连接地，电阻R9的另一端分别连接电阻R8的一端、稳压管Z1的负极，电阻R8的另一端连接电源+5V，稳压管Z1的正极连接地，运算放大器AR3的反相输入端分别连接接地电阻R11的一端、电阻R12的一端，电阻R12的另一端分别连接运算放大器AR3的输出端、电感L1的一端、稳压管Z2的负极，电感L1的另一端分别连接电容C2的一端、二极管D2的负极、电阻R17的一端、MOS管Q5的漏极，稳压管Z2的正极、电容C2的另一端连接地，电阻R17的另一端连接MOS管Q5的栅极，MOS管Q5的源极分别连接二极管D2的正极、电感L2的一端、节流阀电机M1的上端、电容C4的一端，电感L2的另一端、节流阀电机M1的下端、电容C4的另一端连接地。