CN112523865A - 一种发动机电控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发动机电控系统，包括：用于根据输入信号来判断发动机的工作状态，并对异常状态实时反馈处理的处理控制模块；用于采集数字传感器的信号并将采集到的信号发送给处理控制模块的数字信号采集模块；用于采集模拟传感器的信号并将采集的信号经模数转换后发送给处理控制模块的模拟信号采集模块；用于输出驱动电压、采集电流并将采集的电流信号发送给处理控制模块的高边驱动模块；电磁阀驱动模块；电源驱动模块；及均与处理控制模块连接的内存模块、存储模块、CAN总线通信接口、RS485总线通信接口、从站以太网、主站以太网和系统电源模块，系统电源模块用于给处理控制模块提供电源。该系统的响应速度快，并能实时处理各种传感器反馈信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种电控系统，尤其是一种发动机电控系统。
背景技术
随着技术的发展以及智能控制在各个工业领域得到越来越广泛的应用，人们对发动机的安全性、可靠性、经济性和废气排放控制方面的要求也越来越高，传统的发动机控制方式由于存在响应速度慢、控制精度不够高等诸多自身无法克服的缺点，越来越无法满足这些要求。传统发动机控制系统主要存在以下几个方面的缺点：
（1）响应速度慢。
（2）能处理的信号种类较少。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种提高发动机控制系统的响应速度快，并能及时处理发动机在运转过程中出现的各种问题，实时处理各种传感器反馈信号的一种发动机电控系统，具体技术方案为：
一种发动机电控系统，包括：处理控制模块，所述处理控制模块用于根据输入信号来判断发动机的工作状态，并对异常状态实时反馈处理；数字信号采集模块，所述数字信号采集模块用于采集数字传感器的信号，并将采集到的信号发送给处理控制模块；模拟信号采集模块，所述模拟信号采集模块用于采集模拟传感器的信号，并将采集的信号经模数转换后发送给处理控制模块；高边驱动模块，所述高边驱动模块用于输出驱动电压、采集电流并将采集的电流信号发送给处理控制模块；电磁阀驱动模块，所述电磁阀驱动模块与所述处理控制模块连接，用于控制电磁阀；驱动电源模块，所述驱动电源模块与所述处理控制模块连接，用于提供驱动电源；及均与所述处理控制模块连接的内存模块、存储模块、CAN总线通信接口、RS485总线通信接口、从站以太网、主站以太网和系统电源模块，所述系统电源模块用于给所述处理控制模块提供电源。
进一步的，所述处理控制模块包括ZYNQ7045芯片。
进一步的，所述内存模块包括DDR3L内存芯片和稳压芯片，所述稳压芯片为MP20073。
进一步的，所述模拟信号采集模块包括：模拟传感器单元，所述模拟传感器单元包括温度传感器和压力传感器；模电转换单元，所述模电转换单元包括转换芯片，所述转换芯片为ADS8168或AD7768。
进一步的，所述高边驱动模块包括电源管理芯片U83和电流检测放大器U82，所述电源管理芯片U83为AUIPS7221R，所述电流检测放大器为CS70P，所述电源管理芯片U83的引脚1与所述电源管理芯片U83的引脚3连接。
进一步的，所述驱动电源模块包括：第一电源驱动单元，所述第一驱动单元包括MP8675DN；第二电源驱动单元，所述第二驱动单元包括MP2482DN；第三电源驱动单元，所述第三驱动单元包括MP2143DJ；第四电源驱动单元，所述第四驱动单元包括LM27761DSGR。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种发动机电控系统能提高发动机控制系统的响应速度快，并能及时处理发动机在运转过程中出现的各种问题，实时处理各种传感器反馈信号。
附图说明
图1是一种发动机电控系统的结构框图；
图2是内存模块的电路图；
图3是模拟信号采集模块的电路图；
图4是高边驱动模块的电路图
图5是第一电源驱动单元的电路图；
图6是第二电源驱动单元的电路图；
图7是第三电源驱动单元的电路图；
图8是第四电源驱动单元的电路图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图8所示，一种发动机电控系统，包括：处理控制模块，所述处理控制模块用于根据输入信号来判断发动机的工作状态，并对异常状态实时反馈处理；数字信号采集模块，所述数字信号采集模块用于采集数字传感器的信号，并将采集到的信号发送给处理控制模块；模拟信号采集模块，所述模拟信号采集模块用于采集模拟传感器的信号，并将采集的信号经模数转换后发送给处理控制模块；高边驱动模块，所述高边驱动模块用于输出驱动电压、采集电流并将采集的电流信号发送给处理控制模块；电磁阀驱动模块，所述电磁阀驱动模块与所述处理控制模块连接，用于控制电磁阀；驱动电源模块，所述驱动电源模块与所述处理控制模块连接，用于提供驱动电源；及均与所述处理控制模块连接的内存模块、存储模块、CAN总线通信接口、RS485总线通信接口、从站以太网、主站以太网和系统电源模块，所述系统电源模块用于给所述处理控制模块提供电源。
处理控制模块包括ZYNQ7045芯片。ZYNQ架构的7045芯片由一个A7系列的FPGA和双核A9的ARM组成，对外接口包括模拟电流采集模块、数字信号输入输出模块、多模式信号选通输入模块、爆震传感器信号采集模块、高边驱动模块、电源模块、Flash存储模块、DDR3L模块、喷油电磁阀模块、以太网模块、RS485总线通信接口、CAN总线通信接口等等。
爆震传感器与处理控制模块连接。
如图2所示，内存模块包括DDR3L内存芯片和稳压芯片，稳压芯片为MP20073。在PCB布局中要让VTTDDR稳压模块要尽量靠近DDR3L内存芯片。
如图3所示，所述模拟信号采集模块包括：模拟传感器单元，所述模拟传感器单元包括温度传感器和压力传感器；模电转换单元，所述模电转换单元包括转换芯片，所述转换芯片为ADS8168或AD7768。
模拟信号（电流）采集处理模块的主要功能是对外界输入的模拟电流以及高边驱动电源的电流进行模数转换，主要是通过ADC模块来实现，将输入的代表温度和压力的4~20mA模拟电流转换成数字信号，然后再发送给主控芯片来作算法处理。ADC芯片选用的是TI公司的ADS816x系列芯片。该系列具有低功耗、低成本且含有易于驱动的模拟输入接口。为了使该ADC芯片具有更广泛的实用性，本课题选择了采样速率最高的AD8168这款芯片。
ADS8168是一款16位、8通道、高精度逐次逼近型寄存器(SAR)的模数转换器(ADC)，它的最高采样率为500kSPS，信噪比（SNR）为92dB，总谐波失真（THD）为-110dB。
ADS8168支持增强型SPI数字接口，在16MHZ SCLK下具有1MSPS的吞吐量，最高可支持70MHZ的高速数字接口。它采用具有可编程高低警报阈值的数字窗口比较器，其中每个模拟输入通道都具有迟滞。3片AD8168即可满足本课题使用。
如图3所示，ADS8168的引脚9～14用于模拟信号的输入。ADS8168的引脚23～26用于数字信号输出。
ADC芯片选用的是ADI公司的AD7768这款芯片，它具有8通道采集、24位分辨率，其最高采样率为256kSPS，动态范围108dB，总谐波失真（THD）为-120dB，且支持低功耗采样模式，在16kps采样率下，每通道功耗约10mV，其典型应用领域之一就是在数据采集系统。
AD7768芯片输入端的8路模拟差分信号通过Σ-Δ型A/D转换器完成模-数转换，再通过低延迟的sinc5滤波器完成数字信号滤波，再通过偏移、增益相位校正接口、串行数字信号输出模块完成数字信号输出。
AD7768在采集模式配置上支持GPIO和SPI这两种配置模式，在模-数转换主要是以SPI总线协议来完成数据转换。SPI控制接口、串行数据输出接口均和ZYNQ 架构处理器的FPGA的I/O相连接。
如图4所示，高边驱动模块包括电源管理芯片U83和电流检测放大器U82，所述电源管理芯片U83为AUIPS7221R，所述电流检测放大器为CS70P，所述电源管理芯片U83的引脚1与所述电源管理芯片U83的引脚3连接。
驱动电源模块包括：第一电源驱动单元，所述第一驱动单元包括MP8675DN；第二电源驱动单元，所述第二驱动单元包括MP2482DN；第三电源驱动单元，所述第三驱动单元包括MP2143DJ；第四电源驱动单元，所述第四驱动单元包括LM27761DSGR。
驱动电源模块主要功能是将外界提供的+24V直流电源，通过各种电源模块转换成各个低压电压（5V、3.3V、1.8V、1.2V、-5V），从而为除了高边驱动以及喷油电磁阀驱动器以外的各个功能模块提供稳定可靠的电源。
图5所示的是MP8675DN的硬件原理图，MP8675DN是由TI公司所提供的一种开关电源芯片，其输入电源是直流+24V，通过配置反馈电阻获得+5V的直流输出电源。+5V主要负责给ADC芯片、
图6所示的是MP2482DN的硬件原理图，MP8675DN是由MPS公司所提供的一种开关电源芯片，其输入电源是直流+5V，通过配置反馈电阻获得+3.3V的直流输出电源。+3.3V主要负责给主站以太网PHY芯片、从站以太网PHY芯片、RS485驱动芯片、CAN驱动芯片、继电器等元器件供电。
图7所示的是MP2143DJ的硬件原理图，MP2143DJ是由MPS公司所提供的一种开关电源芯片，其输入电源是直流+5V，通过配置反馈电阻获得+1.8V或1.2V的直流输出电源。1.8V主要负责给电平转换芯片SN74AVC16T245DGGR、主站以太网PHY芯片等供电。
图8所示的是LM27761DSGR的硬件原理图。LM27761DSGR是由TI公司提供的一种开关电源芯片，其输入电源是直流+5V，通过配置反馈电阻获得-5V直流输出电源。-5V主要负责给四选一双向开关芯片ADG5409BRUZ供电。
一种发动机电控系统是基于ZYNQ架构的发动机电控系统，其控制核心器件是XILINX公司的ZYNQ架构系列的ZYNQ架构7045芯片，它由一个A7系列的FPGA和双核A9的ARM组成，对外接口包括模拟信号采集模块、数字信号采集模块、多模式信号选通输入模块、爆震传感器信号采集模块、高边驱动模块、电源模块、Flash存储模块、DDR3L模块、喷油电磁阀模块、以太网模块、RS485总线通信接口、CAN总线通信接口等等。
工作原理：
代表发动机工作状态的温度、压力等信号从终端传感器输入到发动机电控系统电路中，这些由传感器采集的原始信号经过电控系统中的滤波、模数转换等信号处理电路后，最终全部汇总到ZYNQ架构的处理器中去。ZYNQ架构处理器通过处理、分析这些汇总的信号来判断发动机的工作状态是否正常。若不正常，则ZYNQ架构处理器会通过输出数字信号、RS485通信总线等对外接口来调整发动机的工作状态，最终使之恢复正常工作状态。同时，ZYNQ架构处理器会将这些数据通过以太网传输到总的控制系统中，以做好与其它电路的数据交换及数据备份。为了防止出现发动机电控系统电路停转时，发动机出现意外事故，所以为发动机电控系统作了冗余备份。主电控系统与从电控系统通过CANFD、以太网等方式通信，二者实时共享数据。当主电控系统意外停止工作时，从电控系统可以快速履行监控发动机工作状态以及完成调控的职责。
相对传统技术，本发明取得了技术效果主要有以下几点：
1、采用能同时高速处理各类数据的电子控制系统代替传统的同一时刻只能处理一种数据的控制系统，降低了发动机控制系统的响应时间，从而提高控制系统的响应速度。
2、增加电控单元、传感器、高速电磁阀和相关电气或液体控制执行元器件等，组成数字式高频调节系统，从而提高了控制系统的控制精度。
3、采用实时响应速度快且能同时处理多个任务的ZYNQ处理器作为主控芯片，搭配能发挥ZYNQ处理器最大信息处理能力的算法，可有效提高控制系统的频率。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种发动机电控系统，其特征在于，包括：
处理控制模块，所述处理控制模块用于根据输入信号来判断发动机的工作状态，并对异常状态实时反馈处理；
数字信号采集模块，所述数字信号采集模块用于采集数字传感器的信号，并将采集到的信号发送给处理控制模块；
模拟信号采集模块，所述模拟信号采集模块用于采集模拟传感器的信号，并将采集的信号经模数转换后发送给处理控制模块；
高边驱动模块，所述高边驱动模块用于输出驱动电压、采集电流并将采集的电流信号发送给处理控制模块；
电磁阀驱动模块，所述电磁阀驱动模块与所述处理控制模块连接，用于控制电磁阀；
驱动电源模块，所述驱动电源模块与所述处理控制模块连接，用于提供驱动电源；及均与所述处理控制模块连接的内存模块、存储模块、CAN总线通信接口、RS485总线通信接口、从站以太网、主站以太网和系统电源模块，所述系统电源模块用于给所述处理控制模块提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种发动机电控系统，其特征在于，
所述处理控制模块包括ZYNQ7045芯片。
3.根据权利要求1所述的一种发动机电控系统，其特征在于，
所述内存模块包括DDR3L内存芯片和稳压芯片，所述稳压芯片为MP20073。
4.根据权利要求1所述的一种发动机电控系统，其特征在于，
所述模拟信号采集模块包括：
模拟传感器单元，所述模拟传感器单元包括温度传感器和压力传感器；
模电转换单元，所述模电转换单元包括转换芯片，所述转换芯片为ADS8168或AD7768。
5.根据权利要求1所述的一种发动机电控系统，其特征在于，
所述高边驱动模块包括电源管理芯片U83和电流检测放大器U82，所述电源管理芯片U83为AUIPS7221R，所述电流检测放大器为CS70P，所述电源管理芯片U83的引脚1与所述电源管理芯片U83的引脚3连接。
6.根据权利要求1所述的一种发动机电控系统，其特征在于，
所述驱动电源模块包括：
第一电源驱动单元，所述第一驱动单元包括MP8675DN；
第二电源驱动单元，所述第二驱动单元包括MP2482DN；
第三电源驱动单元，所述第三驱动单元包括MP2143DJ；
第四电源驱动单元，所述第四驱动单元包括LM27761DSGR。
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4556943A (en) * | 1983-05-27 | 1985-12-03 | Allied Corporation | Multiprocessing microprocessor based engine control system for an internal combustion engine |
| CN201250710Y (zh) * | 2008-07-15 | 2009-06-03 | 山东申普汽车控制技术有限公司 | 液化石油气lpg发动机控制系统 |
| CN203230501U (zh) * | 2013-03-28 | 2013-10-09 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种适用于压缩天然气发动机的电控管理系统 |
| CN205049925U (zh) * | 2015-10-27 | 2016-02-24 | 马鞍山方宏自动化科技有限公司 | 一种基于EtherCAT总线的新型机器人控制系统 |
| CN205422958U (zh) * | 2016-02-03 | 2016-08-03 | 福州大学 | 一种lng/柴油双燃料发动机的电子控制单元 |
| CN108278162A (zh) * | 2018-01-13 | 2018-07-13 | 福州大学 | 支持天然气多点喷射的柴油天然气双燃料发动机电控单元 |
| CN108469812A (zh) * | 2018-05-17 | 2018-08-31 | 天津大学 | 面向智能网联的整车控制及远程监控平台 |
| CN208325114U (zh) * | 2018-04-13 | 2019-01-04 | 东风商用车有限公司 | 一种柴油机重卡整车控制单元 |
| CN208722023U (zh) * | 2018-09-26 | 2019-04-09 | 沈阳希科泰科技有限公司 | 电动汽车整车控制器 |
-
2020
- 2020-11-30 CN CN202011377284.8A patent/CN112523865A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4556943A (en) * | 1983-05-27 | 1985-12-03 | Allied Corporation | Multiprocessing microprocessor based engine control system for an internal combustion engine |
| CN201250710Y (zh) * | 2008-07-15 | 2009-06-03 | 山东申普汽车控制技术有限公司 | 液化石油气lpg发动机控制系统 |
| CN203230501U (zh) * | 2013-03-28 | 2013-10-09 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种适用于压缩天然气发动机的电控管理系统 |
| CN205049925U (zh) * | 2015-10-27 | 2016-02-24 | 马鞍山方宏自动化科技有限公司 | 一种基于EtherCAT总线的新型机器人控制系统 |
| CN205422958U (zh) * | 2016-02-03 | 2016-08-03 | 福州大学 | 一种lng/柴油双燃料发动机的电子控制单元 |
| CN108278162A (zh) * | 2018-01-13 | 2018-07-13 | 福州大学 | 支持天然气多点喷射的柴油天然气双燃料发动机电控单元 |
| CN208325114U (zh) * | 2018-04-13 | 2019-01-04 | 东风商用车有限公司 | 一种柴油机重卡整车控制单元 |
| CN108469812A (zh) * | 2018-05-17 | 2018-08-31 | 天津大学 | 面向智能网联的整车控制及远程监控平台 |
| CN208722023U (zh) * | 2018-09-26 | 2019-04-09 | 沈阳希科泰科技有限公司 | 电动汽车整车控制器 |
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