CN114294116A - 一种无人机的二冲程发动机及其电控系统和电控方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无人机的二冲程发动机及其电控系统和电控方法，该电控系统应用于上述二冲程发动机，包括多个传感器和电子控制单元。多个传感器用于采集多个运行参数，并将运行参数输出至电子控制单元；电子控制单元用于对多个运行参数按预先规定的处理逻辑进行处理，根据处理结果生成运行控制指令，将运行控制指令输出至该二冲程发动机的输出执行部件，以控制输出执行部件按运行控制指令运行，电子控制单元还通过CAN总线与无人机的飞控系统信号连接，以使电子控制单元与飞控系统随时保持信息交换。这样一来，该二冲程发动机通过基于多个运行参数对发动机的运行状态进行控制，优化了该发动机的运行状态，从而降低了油耗，相应提高了无人机的航程。

Description

一种无人机的二冲程发动机及其电控系统和电控方法

技术领域

本申请涉及航空技术领域，更具体地说，涉及一种无人机的二冲程发动机及其电控系统和电控方法。

背景技术

小型二冲程发动机是无人机常用的动力源，其能够为相应无人机提供较长时间的充沛动力，现在的小型二冲程发动机的油耗偏高，从而对无人机的航程造成不利影响。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种无人机的二冲程发动机及其电控系统和电控方法，用于降低油耗，以避免对无人机的航程造成不利影响。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种电控系统，应用于无人机的二冲程发动机，所述二冲程发动机包括+多个输出执行部件，所述电控系统包括多个传感器和电子控制单元，其中：

所述多个传感器用于采集多个运行参数，并将所述运行参数输出至所述电子控制单元；

所述电子控制单元用于对所述多个运行参数按预先规定的处理逻辑进行处理，根据处理结果生成运行控制指令，将所述运行控制指令输出至所述输出执行部件，以控制所述输出执行部件按所述运行控制指令运行，所述电子控制单元还通过CAN总线与所述无人机的飞控系统信号连接，以使所述电子控制单元与所述飞控系统随时保持信息交换。

可选的，所述多个传感器包括转速传感器、节气门开度传感器、缸温传感器、进气温度传感器和大气压力传感器中的部分或全部。

可选的，所述多个输出执行部件包括油泵、喷油器、点火线圈、舵机和水泵。

可选的，所述多个输出执行部件还包括加热器，其中：

所述加热器用于所述二冲程发动机在上电启动前对发动机缸体和燃油进行加热，以使所述发动机缸体和所述燃油达到设定温度。

可选的，所述电子控制单元包括电源处理模块、信号处理模块、单片机模块、点火模块、CAN通信模块、驱动模块和内存单元。

可选的，所述CAN通信模块与所述CAN总线连接，用于通过所述CAN总线接收所述飞控系统发送的第一CAN报文，还用于通过所述CAN总线向所述飞控系统发送第二CAN报文。

可选的，所述第一CAN报文包括舵机控制指令和/或发动机工作指令，所述第二CAN报文包括所述运行参数和/或故障信息。

一种电控方法，应用于如上所述的电控系统，可选的，所述电控方法包括步骤：

所述电控系统在上电后进行自检，并把自检结果通过所述CAN总线发送至所述飞控系统；

控制加热器对燃油及发动机缸体进行加热；

控制节气门的舵机进行自学习，并把学习结果通过所述CAN总线发送至所述飞控系统；

根据发动机缸温驱动所述舵机将所述节气门的开度调节至启动开度；

当所述发动机缸体和燃油的温度达到设定温度时控制加热器停止加热，通过所述CAN总线报告飞控系统所述二冲程发动机已经达到可以启动状态；

所述二冲程发动机启动后，根据转速、节气门开度、缸温、气温、大气压力信号识别所述二冲程发动机的工况，并根据所述工况喷油点火；

将所述舵机的控制权限交给所述飞控系统，以使所述飞控系统通过所述CAN总线将节气门开度命令发送至所述电子控制单元。

在无人机飞行时，对所述电控系统进行监控，当发生故障时，控制所述二冲程发动机执行预设的操作规范，并把故障信息存在内存单元，并通过所述CAN总线报告给所述飞控系统，等待所述飞控系统进一步命令操作。

可选的，所述控制节气门的舵机进行自学习，并把自检结果通过所述CAN总线发送至所述飞控系统，包括步骤：

通过舵机控制学习所述节气门的最低点，并对存储在所述内存单元的初始值进行比较，判断否超出合理范围，如果超出所述合理范围通过故障灯报告故障，并且通过所述CAN总线上报给所述飞控系统；

通过舵机控制学习所述节气门的最高点，并对存储在所述内存单元的初始值进行比较，判断否超出合理范围，如果超出所述合理范围通过故障灯报告故障，并且通过所述CAN总线上报给所述飞控系统；

低开度点位置校验，校验不通过，通过故障灯报故障，并且通过所述CAN总线上报给所述飞控系统；

高开度点位置校验，校验不通过，通过故障灯报故障，并且通过所述CAN总线上报给所述飞控系统。

一种二冲程发动机，应用于无人机，设置有如上所述的电控系统。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种无人机的二冲程发动机及其电控系统和电控方法，该电控系统应用于上述二冲程发动机，包括多个传感器和电子控制单元。多个传感器用于采集多个运行参数，并将运行参数输出至电子控制单元；电子控制单元用于对多个运行参数按预先规定的处理逻辑进行处理，根据处理结果生成运行控制指令，将运行控制指令输出至该二冲程发动机的输出执行部件，以控制输出执行部件按运行控制指令运行，电子控制单元还通过CAN总线与无人机的飞控系统信号连接，以使电子控制单元与飞控系统随时保持信息交换。这样一来，该二冲程发动机通过基于多个运行参数对发动机的运行状态进行控制，优化了该发动机的运行状态，从而降低了油耗，相应提高了无人机的航程。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的一种电控系统的框图；

图2为本申请实施例的发动机的示意图；

图3为本申请实施例的电子控制单元的框图；

图4为本申请实施例的一种电控方法的流程图；

图5为本申请实施例的舵机自学习的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图1为本申请实施例的一种电控系统的框图。

如图1所示，本实施例提供的电控系统应用于安装于无人机的二冲程发动机，该二冲程发动机为小型二冲程汽油发动机，该发动机具有具有两个气缸，该电控系统至少包括多个传感器10和一个电子控制单元20，电子控制单元与每个传感器通过数据线实现信号连接。

该发动机除两个气缸以及必不可少的设备、如活塞、气门等外，还包括有多个多输出执行部件，例如油泵、喷油器、点火线圈、舵机和水泵，如图2所示。其中油泵、喷油器、点火线圈和水泵与其他汽油发动机上相对应的部件所起的作用基本相同，这里不再赘述，该舵机为节气门上用于调节节气门开度的设备。

油泵为燃油提供一定燃油压力；喷油器用于燃油喷射，根据流量及喷射角度选型；点火线圈采用点火能量高的电感型点火线圈，而且采用一拖二点火线圈对2个气缸缸进行点火；水泵用于为水冷发动机冷提供冷却液的驱动。

另外，多个输出执行部件还包括加热器，该加热器用于在该发动机上电启动前对气缸的缸体和燃油进行加热，以使缸体和燃油的温度达到发动机正常运行所需要的标准值。

这里的多个传感器即用于对该二冲程发动机的各个设备进行监测，通过监测获取相应设备的运行参数，并将多个运行参数输出至电子控制单元。这里的传感器包括但不限于转速传感器、节气门开度传感器、缸温传感器、进气温度传感器和大气压力传感器。其中的缸温传感器用于监测两个气缸的缸内温度。

转速传感器采用电磁式传感器或霍尔传感器，信号类型为缺齿类型12-1，用于采集转速及识别发动机冲程和上止点。节气门开度传感器用于检测节气门开度位置，以便为节气门上的舵机提供反馈位置。进气温度传感器，用于检测大气进气温度，用于喷油点火修正。大气压力传感器用于检测不同海拔高度，用于海拔修正。

缸温传感器用于采集发动机左右2个气缸的温度，用于喷油点火修正，同时还用于监控气缸工作情况，已确定是否存在工作不平衡，或者一个气缸发生熄火。

电子控制单元用于对多个运行参数按预先规定的处理逻辑进行处理，根据处理结果生成运行控制指令，将运行控制指令输出至输出执行部件，以控制输出执行部件按运行控制指令运行，电子控制单元还通过CAN总线与无人机的飞控系统信号连接，以述电子控制单元与飞控系统随时保持信息交换。

该电子控制单元包括电源处理模块、信号处理模块、单片机、点火模块、CAN通信模块、驱动模块和内存单元，如图3所示。该内存模块可以选用EEPROM元件实现。CAN通信模块与CAN总线连接，用于通过所述CAN总线接收所述飞控系统发送的第一CAN报文，还用于通过所述CAN总线向所述飞控系统发送第二CAN报文。第一CAN报文包括舵机控制指令和/或发动机工作指令，第二CAN报文包括运行参数和/或故障信息。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种电控系统，该电控系统应用于无人机的二冲程发动机，包括多个传感器和电子控制单元。多个传感器用于采集多个运行参数，并将运行参数输出至电子控制单元；电子控制单元用于对多个运行参数按预先规定的处理逻辑进行处理，根据处理结果生成运行控制指令，将运行控制指令输出至该二冲程发动机的输出执行部件，以控制输出执行部件按运行控制指令运行，电子控制单元还通过CAN总线与无人机的飞控系统信号连接，以使电子控制单元与飞控系统随时保持信息交换。这样一来，该二冲程发动机通过基于多个运行参数对发动机的运行状态进行控制，优化了该发动机的运行状态，从而降低了油耗，相应提高了无人机的航程。

实施例二

图4为本申请实施例的一种电控方法的流程图。

如图4所示，本实施例提供的电控方法应用于上述实施例中的电控系统，具体包括如下步骤：

S1、电控系统在上电后进行自检，并把自检结果通过CAN总线发送至飞控系统。

通过自检并将自检结果输出至飞控系统，可以使飞控系统根据自检结果确定整机是否适合起飞，从而为起飞提供了最初的原始参数。

S2、控制加热器对燃油及发动机缸体进行加热。

通过对燃油和发动机缸体的加热，可以在较寒冷的情况下使该二冲程发动机达到正常运行所需条件，以使无人机能够正常起飞和飞行。另外，在高空时的环境温度也会较低，通过加热器可以使发动机在高空寒冷环境下依然能够保持正常运行条件。

S3、控制节气门的舵机进行自学习，并把学习结果通过CAN总线发送至飞控系统；

通过使舵机进行自学习并将学习结果上报至飞控系统，可以使飞控系统获得该节气门的学习结果，并根据学习结果实现对发动机的更好的控制。该步骤包括如下具体内容，如图5所示：

S31、通过舵机控制学习节气门的最低点，并对存储在内存单元的初始值进行比较，判断否超出合理范围，如果超出合理范围通过故障灯报告故障，并且通过CAN总线上报给飞控系统。

S32、通过舵机控制学习节气门的最高点，并对存储在内存单元的初始值进行比较，判断否超出合理范围，如果超出合理范围通过故障灯报告故障，并且通过CAN总线上报给飞控系统。

S33、低开度点位置校验，校验不通过，通过故障灯报故障，并且通过CAN总线上报给飞控系统。

S34、高开度点位置校验，校验不通过，通过故障灯报故障，并且通过CAN总线上报给飞控系统。

本申请通过上述步骤实现舵机的自学习，并把学习结果通过CAN总线发送至飞控系统；

S4、根据发动机缸温驱动舵机将节气门的开度调节至启动开度；

S5、当发动机缸体和燃油的温度达到设定温度时控制加热器停止加热，通过CAN总线报告飞控系统二冲程发动机已经达到可以启动状态；

S6、二冲程发动机启动后，根据转速、节气门开度、缸温、气温、大气压力信号识别二冲程发动机的工况，并根据工况喷油点火；

S7、将舵机的控制权限交给飞控系统。

通过将控制权限交给无人机的飞控系统，可以使飞控系统通过CAN总线将节气门开度命令发送至电子控制单元。

S8、在无人机飞行时，对电控系统进行监控。

当发生故障时，控制二冲程发动机执行预设的操作规范，并把发生的故障的故障信息存在内存单元，并通过CAN总线报告给飞控系统，等待飞控系统进一步命令操作。

实施例三

本实施例提供了一种二冲程发动机，确切地说提供了一种小型二冲程汽油发动机。发动机设置有上述实施例所提供的电控系统，该电控系统包括多个传感器和电子控制单元。多个传感器用于采集多个运行参数，并将运行参数输出至电子控制单元；电子控制单元用于对多个运行参数按预先规定的处理逻辑进行处理，根据处理结果生成运行控制指令，将运行控制指令输出至该二冲程发动机的输出执行部件，以控制输出执行部件按运行控制指令运行，电子控制单元还通过CAN总线与无人机的飞控系统信号连接，以使电子控制单元与飞控系统随时保持信息交换。这样一来，该二冲程发动机通过基于多个运行参数对发动机的运行状态进行控制，优化了该发动机的运行状态，从而降低了油耗，相应提高了无人机的航程。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电控系统，应用于无人机的二冲程发动机，所述二冲程发动机包括多个输出执行部件，其特征在于，所述电控系统包括多个传感器和电子控制单元，其中：

所述多个传感器用于采集多个运行参数，并将所述运行参数输出至所述电子控制单元；

所述电子控制单元用于对所述多个运行参数按预先规定的处理逻辑进行处理，根据处理结果生成运行控制指令，将所述运行控制指令输出至所述输出执行部件，以控制所述输出执行部件按所述运行控制指令运行，所述电子控制单元还通过CAN总线与所述无人机的飞控系统信号连接，以使所述电子控制单元与所述飞控系统随时保持信息交换。

2.如权利要求1所述的电控系统，其特征在于，所述多个传感器包括转速传感器、节气门开度传感器、缸温传感器、进气温度传感器和大气压力传感器中的部分或全部。

3.如权利要求1所述的电控系统，其特征在于，所述多个输出执行部件包括油泵、喷油器、点火线圈、舵机和水泵。

4.如权利要求3所述的电控系统，其特征在于，所述多个输出执行部件还包括加热器，其中：

所述加热器用于所述二冲程发动机在上电启动前对发动机缸体和燃油进行加热，以使所述发动机缸体和所述燃油达到设定温度。

5.如权利要求1所述的电控系统，其特征在于，所述电子控制单元包括电源处理模块、信号处理模块、单片机模块、点火模块、CAN通信模块、驱动模块和内存单元。

6.如权利要求5所述的电控系统，其特征在于，所述CAN通信模块与所述CAN总线连接，用于通过所述CAN总线接收所述飞控系统发送的第一CAN报文，还用于通过所述CAN总线向所述飞控系统发送第二CAN报文。

7.如权利要求6所述的电控系统，其特征在于，所述第一CAN报文包括舵机控制指令和/或发动机工作指令，所述第二CAN报文包括所述运行参数和/或故障信息。

8.一种电控方法，应用于如权利要求1～7任一项所述的电控系统，其特征在于，所述电控方法包括步骤：

所述电控系统在上电后进行自检，并把自检结果通过所述CAN总线发送至所述飞控系统；

控制加热器对燃油及发动机缸体进行加热；

控制节气门的舵机进行自学习，并把学习结果通过所述CAN总线发送至所述飞控系统；

根据发动机缸温驱动所述舵机将所述节气门的开度调节至启动开度；

当所述发动机缸体和燃油的温度达到设定温度时控制加热器停止加热，通过所述CAN总线报告飞控系统所述二冲程发动机已经达到可以启动状态；

所述二冲程发动机启动后，根据转速、节气门开度、缸温、气温、大气压力信号识别所述二冲程发动机的工况，并根据所述工况喷油点火；

将所述舵机的控制权限交给所述飞控系统，以使所述飞控系统通过所述CAN总线将节气门开度命令发送至所述电子控制单元；

在无人机飞行时，对所述电控系统进行监控，当发生故障时，控制所述二冲程发动机执行预设的操作规范，并把故障信息存在内存单元，并通过所述CAN总线报告给所述飞控系统，等待所述飞控系统进一步命令操作。

9.如权利要求8所述电控方法，其特征在于，所述控制节气门的舵机进行自学习，并把自检结果通过所述CAN总线发送至所述飞控系统，包括步骤：

通过舵机控制学习所述节气门的最低点，并对存储在所述内存单元的初始值进行比较，判断否超出合理范围，如果超出所述合理范围通过故障灯报告故障，并且通过所述CAN总线上报给所述飞控系统；

通过舵机控制学习所述节气门的最高点，并对存储在所述内存单元的初始值进行比较，判断否超出合理范围，如果超出所述合理范围通过故障灯报告故障，并且通过所述CAN总线上报给所述飞控系统；

低开度点位置校验，校验不通过，通过故障灯报故障，并且通过所述CAN总线上报给所述飞控系统；

高开度点位置校验，校验不通过，通过故障灯报故障，并且通过所述CAN总线上报给所述飞控系统。

10.一种二冲程发动机，应用于无人机，其特征在于，设置有如权利要求1～7任一项所述的电控系统。

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