CN114962045B - 一种船用低速机多缸同步控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种发动机电子控制技术领域的船用低速机多缸同步控制方法，包括以下步骤：主控制单元MCU计算发动机转速、各缸喷油起始角度和喷油脉宽；MCU计算CAN通信数据帧传输所导致的曲轴角度延迟；MCU根据各缸喷油角度和CAN通讯引起的延迟曲轴角度计算得到触发CAN通信传输的实际曲轴转角；MCU监测曲轴转角达到指定角度后，触发中断，CAN通信开始传输完整数据帧；各缸控制单元CCU接收CAN通信传输的完整数据帧；各缸控制单元CCU判断CAN数据帧中的下一工作气缸序号与本缸序号相同时，根据喷油脉宽执行本缸的喷油动作。本发明实现了各控制单元的协调同步工作，从而实现了降低各控制单元之间信号连接的复杂度，提高系统的可靠性，并降低了气缸控制单元对主控芯片性能的要求。

Description

一种船用低速机多缸同步控制方法
技术领域
本发明涉及的是一种发动机电子控制技术领域的控制方法，特别是一种带有一个主控制单元MCU和若干个气缸控制单元CCU1—CCUn的船用低速机多缸同步控制方法。
背景技术
船用低速多缸柴油机由于其在运行成本方面所具备的优势，是目前大型船舶的主要动力之一。
船用大功率低速机由于其体积庞大，为了保证控制系统的可靠性，其电控系统通常由一个主控制单元(MCU)和若干个气缸控制单元(CCU)组成。主控制单元和各气缸控制单元之间，通常是由各控制单元分别接收曲轴同步信号和曲轴编码信号，通过对同步信号和编码信号时行分析计算后，各气缸控制单元分别得到当前的曲轴位置，从而实现各缸喷油动作的协调同步。
各气缸控制单元直接利用同步信号和编码信号实现各缸协调同步的方式，一方面，由于各气缸控制单元必须对同步信号和编码信号进行分频和计数分析，这对气缸控制单元的主控芯片提出了较高的要求和增加了气缸控制单元软件的复杂度；另一方面，由于大功率低速机体积较大，同步信号和编码信号长距离的布线方式，有可能会引入信号干扰，降低系统的可靠性。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种船用低速机多缸同步控制方法，不但可以提高控制系统的可靠性，还可以降低对气缸控制单元芯片性能的需求。
本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括以下步骤：S1、主控制单元MCU根据所接收到的曲轴同步信号和编码信号，计算得到发动机转速、各缸喷油起始角度和各缸喷油脉宽；S2、主控制单元MCU根据当前发动机转速、CAN通信波特率和CAN数据帧长度计算CAN通信完整数据帧传输所导致的曲轴角度延迟；S3、主控制单元MCU根据各缸喷油起始角度和CAN通讯引起的延迟曲轴角度计算得到触发CAN通信传输的实际曲轴转角；S4、主控制单元MCU监测曲轴转角达到指定角度后，MCU控制单元进入中断，在中断服务程序中，CAN通信开始传输完整数据帧；S5、各气缸控制单元CCU通过CAN总线触发CCU控制单元进入中断，在中断服务程序中，接收CAN通信传输的完整数据帧；S6、各缸控制单元CCU判断CAN数据帧中的下一工作气缸序号与本缸序号相同时，根据喷油脉宽执行本缸的喷油动作。
进一步地，在上述步骤S1中曲轴同步信号和编码信号由安装在曲轴飞轮端的编码信号传感器获取，喷油起始角度是主控制单元计算得到的发动机工作气缸在压缩行程末端喷油器执行喷油操作时的曲轴转角，喷油脉宽则是主控制单元根据循环喷油量计算得到喷油器持续开启时间长度。
更进一步地，在上述步骤S2中CAN通信完整数据帧包括下一工作气缸的序号和与循环喷油量对应的喷油脉宽。
更进一步地，在上述步骤S3中各缸喷油起始角度所对应的时刻为Ti，CAN通讯引起的延迟曲轴角度所对应的时间为Td，触发CAN通信传输的实际曲轴转角所对应的时刻为Tc，三者之间的关系为Tc＝Ti-Td。
更进一步地，在上述步骤S4中所述MCU控制单元进入中断是通过定时器计数，由定时器触发中断。
更进一步地，在上述步骤S5中各气缸控制单元CCU接收CAN通信传输的完整数据帧时，是同一时刻接收到CAN通信传输的数据。
本发明适用于由一个主控制单元MCU和若干个气缸控制单元CCU1—CCUn组成的多缸低速柴油机控制系统。在本发明中，主控制单元通过和各气缸控制单元连接的CAN通信总线，将包括下一工作气缸的序号和喷油脉宽参数传输给各气缸控制单元。主控单元根据发动机转速、喷油时刻、CAN通信波特率及传输喷油参数数据帧的长度，确定触发CAN通信的开始时刻。主控制单元根据CAN通信触发时刻，通过定时器计数，由定时器中断触发的方式开始CAN通信数据传输。各气缸控制单元通过中断触发的方式，触发CAN通信数据接收。各气缸控制单元同时对CAN通信传输的数据进行接收，各气缸控制单元分别将自身的气缸序号与CAN通信传输数据中的下一工作气缸序号进行对比，若对比一致，则触发本气缸控制单元执行喷油动作。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果为：本发明通过一路CAN通信总线连接船用低速机主控制单元和各气缸控制单元，主控制单元根据CAN通信数据帧传输时长和喷油时刻，计算得到CAN通信开始数据传输的触发时刻，主控制单元通过中断触发CAN通信数据传输，各气缸控制单元则通过中断接收的方式接收CAN通信数据，实现了各控制单元的协调同步工作，从而实现了降低各控制单元之间信号连接的复杂度，提高系统的可靠性，并降低了气缸控制单元对主控芯片性能的要求。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种船用低速机多缸同步控制方法的信号连接图；
图2是本发明实施例中的一种船用低速机多缸同步控制方法的流程图；
图3是本发明实施例中的CAN通信数据传输时序图；
其中，11、主控制单元，12、CAN通信总线，13、气缸控制单元，14、船用低速柴油机，141、柴油机各个气缸。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解，此处所描述的具体实施例仅是用于解释本发明，而非对本发明的限定。此外，还需说明的是，为了便于描述，附图中所示仅表达出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例所适用的船用低速机电控系统信号连接图如图1所示，包括一个主控制单元11和若干个气缸控制单元13，主控制单元11和各气缸控制单元13之间通过CAN通信总线12连接；主控制单元11通过CAN通信总线12将下一工作气缸和喷油脉宽参数传输给各气缸控制单元；主控单元11接收曲轴同步信号和曲轴编码信号，计算得到发动机的转速、喷油脉宽和喷油时刻；主控制单元11根据发动机转速、喷油时刻、CAN通信波特率及传输喷油参数数据帧的长度，确定触发CAN通信的开始时刻；主控制单元11根据CAN通信触发时刻，通过定时器计数，由定时器触发MCU控制单元进入中断服务程序的方式开始CAN通信数据传输；各气缸控制单元13通过CAN总线触发CCU控制单元进入中断服务程序的方式接收CAN总线12所传输的喷油参数；各气缸控制单元13根据接收到的喷油参数驱动气缸执行喷油动作。
本发明实施一种船用低速机多缸同步控制方法的流程图如图2所示，该方法通过图1所示的电控系统来执行，具体包括如下步骤：
步骤S1、主控制单元MCU根据所接收到的曲轴同步信号和编码信号，计算得到发动机转速、各缸喷油起始角度和各缸喷油脉宽。
其中，曲轴同步信号和编码信号是主控制器实现发动机同步正时控制的主要输入信号，是不可缺少的输入信号，通常由安装在曲轴飞轮端的编码信号传感器获取，其信号型式通常为脉冲信号；喷油起始角度是主控制单元计算得到的发动机工作气缸在压缩行程末端喷油器执行喷油操作时的曲轴转角，喷油脉宽则是主控制单元根据循环喷油量计算得到喷油器持续开启时间长度；主控制单元相关的计算方法为主控制单元预置的计算程序。
步骤S2、主控制单元MCU根据当前发动机转速、CAN通信波特率和CAN数据帧长度计算CAN通信完整数据帧传输所导致的曲轴角度延迟。
其中，CAN通信数据帧传输的数据包括下一工作气缸的序号和与循环喷油量对应的喷油脉宽；CAN通信完整数据帧传输所导致的曲轴角度延迟由所述的主控制单元根据当前发动机转速、CAN通信波特率和CAN数据帧长度计算得到。
步骤S3、主控制单元MCU根据各缸喷油起始角度和CAN通讯引起的延迟曲轴角度计算得到触发CAN通信传输的实际曲轴转角。
其中，主控制单元触发CAN通信数据传输的开始时刻与喷油时刻的差值为CAN通信数据帧传输的时长。如图3所示，各缸喷油起始角度所对应的时刻为Ti，CAN通讯引起的延迟曲轴角度所对应的时间为Td，触发CAN通信传输的实际曲轴转角所对应的时刻为Tc，三者之间的关系为Tc＝Ti-Td，Ti、Td、Tc的单位为毫秒。
步骤S4、主控制单元MCU监测曲轴转角达到指定角度后，触发MCU控制单元进入中断服务程序，CAN通信开始传输完整数据帧。
主控制单元根据CAN通信触发时刻，通过定时器计数，由定时器中断触发MCU控制单元进入中断服务程序的方式开始CAN通信数据传输。其中，主控制单元用触发MCU控制单元进入中断服务程序开始CAN通信数据传输的方式，将喷油正时的同步控制转化成由CAN通信数据传输的触发正时来实现。如图3所示，每一个工作气缸的喷油正时Tin，通过通信数据传输时长Tdn进行修正后，得到触发CAN通信数据传输的正时时刻Tcn，主控制单元根据CAN通信数据传输正时Tcn，中断触发数据传输，将包含下一工作缸的气缸序号和喷油脉宽的数据包Dn发送给各气缸控制单元。每个气缸单元分别控制发动机的一个气缸，每个气缸都有唯一的预先设定的工作序号。
步骤S5、各气缸控制单元CCU通过CAN总线触发CCU控制单元进入中断服务程序的方式，接收CAN通信传输的完整数据帧。
其中，各缸控制单元是同一时刻接收到CAN通信传输的数据。各气缸控制单元接收到的喷油控制参数，包括下一工作气缸序号和喷油脉宽。
步骤S6、各缸控制单元CCU判断CAN数据帧中的下一工作气缸序号与本缸序号相同时，根据喷油脉宽执行本缸的喷油动作。
其中，气缸控制单元接收到CAN通信传输的数据后，将数据中所包含的下一工作气缸序号与本缸预先设定的工作序号进行对比，若序号一致，该气缸控制单元即按照所接收数据中的喷油脉宽执行对应气缸的喷油操作。
本实施例提供的一种船用低速机多缸同步控制方法，通过定时触发CAN通信数据传输的方式，实现船用低速机多缸协调同步的控制。由于各控制单元之间除了CAN总线连接，没有采用其他信号线进行连接，从而实现了降低各控制单元之间信号连接的复杂度，提高系统的可靠性，并降低了气缸控制单元对主控芯片性能的要求。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于以上所述的特定实施例，对本领域技术人员而言能够进行各种明显的重新调整、变化和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多的其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种船用低速机多缸同步控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、主控制单元MCU根据所接收到的曲轴同步信号和编码信号，计算得到发动机转速、各缸喷油起始角度和各缸喷油脉宽；
S2、主控制单元MCU根据当前发动机转速、CAN通信波特率和CAN数据帧长度计算CAN通信完整数据帧传输所导致的曲轴角度延迟；
S3、主控制单元MCU根据各缸喷油起始角度和CAN通讯引起的延迟曲轴角度计算得到触发CAN通信传输的实际曲轴转角；
S4、主控制单元MCU监测曲轴转角达到指定角度后，MCU控制单元进入中断，在中断服务程序中，CAN通信开始传输完整数据帧；
S5、各气缸控制单元CCU通过CAN总线触发CCU控制单元进入中断，在中断服务程序中，接收CAN通信传输的完整数据帧；
S6、各缸控制单元CCU判断CAN数据帧中的下一工作气缸序号与本缸序号相同时，根据喷油脉宽执行本缸的喷油动作。
2.根据权利要求1所述的船用低速机多缸同步控制方法，其特征在于在步骤S1中所述曲轴同步信号和编码信号由安装在曲轴飞轮端的编码信号传感器获取，喷油起始角度是主控制单元计算得到的发动机工作气缸在压缩行程末端喷油器执行喷油操作时的曲轴转角，喷油脉宽则是主控制单元根据循环喷油量计算得到喷油器持续开启时间长度。
3.根据权利要求1所述的船用低速机多缸同步控制方法，其特征在于在步骤S2中所述CAN通信完整数据帧包括下一工作气缸的序号和与循环喷油量对应的喷油脉宽。
4.根据权利要求1所述的船用低速机多缸同步控制方法，其特征在于在步骤S3中各缸喷油起始角度所对应的时刻为Ti，CAN通讯引起的延迟曲轴角度所对应的时间为Td，触发CAN通信传输的实际曲轴转角所对应的时刻为Tc，三者之间的关系为Tc＝Ti-Td。
5.根据权利要求1所述的船用低速机多缸同步控制方法，其特征在于在步骤S4中所述MCU控制单元进入中断是通过定时器计数，由定时器触发中断。
6.根据权利要求1所述的船用低速机多缸同步控制方法，其特征在于在步骤S5中各气缸控制单元CCU接收CAN通信传输的完整数据帧时，是同一时刻接收到CAN通信传输的数据。
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