CN201250709Y - 天然气cng发动机控制系统 - Google Patents

Abstract

天然气CNG发动机控制系统，属于汽车发动机控制领域。包括微处理器U1和小脑关节控制器CMAC及其外围电路。还包括铁电存储器、信号输入调理缓冲电路、CNG控制信号、电瓶电源检测及稳压电路、CAN、LIN通讯电路、大功率驱动电路、进气系统驱动、进气谐振控制、喷气驱动、喷气阀、点火模块驱动、CNG燃气点火、步进电机驱动、开关量驱动电路，铁电存储器通过小脑关节控制器CMAC与微处理器相联，CNG控制信号通过信号输入调理缓冲电路与微处理器相连，电瓶电源检测及稳压电路与微处理器连接。具有根据使用环境、使用条件、操作条件等实时对发动机进行控制等优点。

Description

天然气CNG发动机控制系统

技术领域

天然气CNG发动机控制系统，属于汽车发动机控制领域。

背景技术

天然气CNG发动机与汽油发动机相比有如下不同点，一是天然气CNG是气体燃料，将占据空气进气量的一部分容积而造成发动机动力下降；二是天然气CNG燃料在供气过程中产生压力波动引发空燃比不稳；三是天然气CNG发动机工作在近稀燃状态，每一个混合比下都有最佳的点火提前角，由此造成点火正时因混合比的改变而改变。

对于天然气CNG发动机点火控制有2个基本要求，即(1)具有足够的能量产生足以击穿火花塞电极间隙的电压；(2)要有合理的点火正时(即点火提前角和点火闭合角)。其中，点火正时与发动机燃油经济性(热效率转化)、动力性(最大转矩)、排放(碳氢HC与氮氧化合物NO_X)密切相关，在控制时综合考虑这三方面的因素进行开环控制和闭环控制。开环控制是以预存最佳点火提前角对发动机进行控制，即预存三维点火脉谱MAP参数；发动机中央控制器ECU在查表确认脉谱MAP参数时有三个基本信号输入，即进气流量信号和节气门信号确定的发动机负荷信号、发动机转速信号和曲轴位置信号。控制时，控制系统根据转速与负荷信号查脉谱MAP表，再根据水温、进气温度、爆震、燃料特性、大气压力等进行修正，确定点火提前角的输出；闭环控制是利用爆震传感器的信号反馈对点火系统进行控制与调节，即通过提前或推迟点火正时控制发动机在爆燃界限的附近区域内工作。

上述控制方法虽然得到了较好的利用，但也看出，点火脉谱MAP参数对发动机的控制精度有着极大的影响；如果燃料的成份改变无法予先知道，混合比发生改变时，开环控制的精度会降低；脉谱MAP参数一经台架试验确定将控制发动机终身，虽然控制系统根据周围环境因素的变化作脉谱MAP进行了修正，但对于发动机本身因素改变和燃料成份改变未做任何修正。还存在下列问题：

(1)不同的发动机都有各自不同的点火脉谱MAP参数，同一型号发动机也不尽相同；按工况要求写入的点火脉谱MAP参数预存不变，仅按规定模型和环境改变进行修正无法满足特定发动机的控制精度。

(2)当发动机状态和燃料成份、混合比发生改变时，现有的闭环控制系统并没有采取措施给予修正；没有使系统适应条件变化并始终保持最优的性能指标；发动机未能达到合理、经济性地使用。

(3)闭环控制的时空度有限，在发动机运行过程中大部分时间都在开环控制中；而且开环控制的精度直接依赖于所设定的脉谱MAP参数和一些基准数据，当发动机长期运行引起性能改变时，闭环控制的目标将改变。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：针对现有控制方式存在的问题，提供一种可以根据使用环境、使用条件、操作条件等实时对发动机进行控制的天然气CNG发动机控制系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该天然气CNG发动机控制系统，其特征在于：包括微处理器、小脑关节控制器CMAC、铁电存储器、信号输入调理缓冲电路、CNG控制信号、电瓶电源检测及稳压电路、CAN、LIN通讯电路、大功率驱动电路、进气系统驱动、进气谐振控制、喷气驱动、喷气阀、点火模块驱动、CNG燃气点火、步进电机驱动、开关量驱动电路、控制各开关及阀、OBD系统状态指示，铁电存储器与小脑关节控制器CMAC互连，小脑关节控制器CMAC与微处理器互连，CNG控制信号通过信号输入调理缓冲电路与微处理器相连，电瓶电源检测及稳压电路与微处理器连接，CAN、LIN通讯电路与微处理器互连，微处理器通过大功率驱动电路分别与进气系统驱动、喷气驱动、点火模块驱动相连，进气系统驱动与进气谐振控制相连，喷气驱动与喷气阀相连，点火模块驱动与CNG燃气点火相连，微处理器与步进电机驱动相连，微处理器通过开关量驱动电路分别与控制各开关及阀、OBD系统状态指示相连。

CNG控制信号包括CNG模拟信号和CNG数字信号，其中CNG模拟信号主要包括进气压力/进气流量、大气压力信号、进气温度信号、冷却水温度信号、氧传感器信号、环境温度信号、爆震信号，CNG温度信号、CNG压力信号。

CNG数字信号主要包括曲轴位置信号、喷油脉宽信号、车速信号、空调请求信号、方向助力请求信号、空挡信号、大灯开关信号。

在天然气CNG燃料模式下，按控制策略，点火提前角相对于汽油时提前；CNG温度信号和CNG压力信号反映天然气CNG的供气情况，微处理器将根据该信号对进气密度和进气量进行调整；CNG液位信号反映气罐的天然气CNG量，微处理器根据其信号判定发动机工况。

小脑关节控制器CMAC包括微处理器和动态闪存存储器/预备扩展闪存器和模拟信号、数字信号采集调理电路。

大功率驱动电路包括进气系统驱动、喷气驱动、点火模块驱动。其中进气系统驱动包括进气谐振控制、喷气驱动包括喷气阀、点火模块驱动包括CNG燃气点火。

步进电机驱动包括燃料进气蝶阀比例调整、混合器辅助调整(机外预混式控制使用)。

开关量驱动电路包括控制开关及阀和OBD系统状态指示。其中控制开关及阀包括高低速风扇开关、空调功率开关、怠速阀、主攻率开关、故障指示报警开关、进气谐振引射器开关、电调混合器开关、CNG供气关断阀。

微处理器U1和小脑关节控制器CMAC是系统的竞争性双核处理核心，在控制过程中既有分工不同，又有在开环和闭环控制时的主从易位。

小脑关节控制器CMAC在控制系统工作过程中通过自适应学习生成一系列按不同工况类聚的、对应于不同控制目标的动态脉谱MAP参数。

小脑关节控制器CMAC对控制过程进行自适应学习，并将学习参数分工况、分条件进行类聚暂存；微处理器U1在控制中不断按控制策略对同工况、同条件下的基本固态脉谱MAP参数和暂存的自适应学习参数进行比判，暂存的数据符合规定的条件时，形成该工况该条件下的动态脉谱MAP参数进行存储，并且在以后的控制中不断学习，反复进行以上过程并不断刷新。

当微处理器U1判定该工况该条件下的动态脉谱MAP参数更适合于发动机的控制时，该工况该条件下的动态脉谱MAP参数取代该工况该条件下的基本固态MAP参数对发动机进行控制。

在同一工况下，按控制策略符合闭环控制条件时，系统中小脑关节控制器CMAC依据对各种条件变化情况的自适应参数与微处理器U1的标定控制目标进行数据比判，选择该工况下不同条件时的闭环控制目标进行控制；同时对该闭环控制目标进行自适应学习，当符合动态脉谱MAP参数刷新条件时，对该闭环目标数据刷新；当符合代换条件时，对基本固态脉谱MAP参数中的该闭环区屏蔽而使用动态脉谱MAP参数；当判定该动态脉谱MAP参数不适合对该目标控制时，启封原基本固态脉谱MAP参数。

小脑关节控制器CMAC在控制系统对发动机开环控制时成为控制系统处理核心，按控制策略对开环目标逐点控制。

在n次工作循环中，将控制目标y定义在(y-△y，y+△y)区间内；此时表现出的发动机负荷参数、转速被视为最佳条件，该条件下的目标值被优化选出成为新的控制目标，控制系统将符合生成动态脉谱MAP参数的该控制目标作为逐点控制目标在工作过程中对目标逐点控制。

工作原理：

以上控制由本实用新型的控制系统完成；控制系统由微处理器和小脑关节控制器CMAC及其外围电路构成；微处理器和小脑关节控制器CMAC是系统的竞争性双核处理核心，在控制过程中既有分工不同，又有在开、闭环控制时的主从易位。即在系统工作中，当微处理器为主控制核心时，小脑关节控制器CMAC对控制过程进行自适应学习，并将学习参数分工况、分条件进行类聚暂存；微处理器在控制中不断按控制策略对同工况、同条件下的基本固态脉谱MAP参数和暂存的自适应学习参数进行比判，暂存的数据符合规定的条件时，形成该工况该条件下的动态脉谱MAP参数进行存储，并且在以后的控制中不断学习，反复进行以上过程并不断刷新。当微处理器判定该工况该条件下的动态脉谱MAP参数更适合于发动机的控制时，该工况该条件下的动态脉谱MAP参数取代该工况该条件下的基本固态MAP参数对发动机进行控制。在同一工况下，按控制策略符合闭环控制条件时，系统中小脑关节控制器CMAC依据对各种条件变化情况的自适应参数与微处理器的标定控制目标进行数据比判，选择该工况下不同条件时的闭环控制目标进行控制；同时对该闭环控制目标进行自适应学习，当符合动态脉谱MAP参数刷新条件时，对该闭环目标数据刷新；当符合代换条件时，对基本固态脉谱MAP参数中的该闭环区屏蔽而使用动态脉谱MAP参数；当判定该动态脉谱MAP参数不适合对该目标控制时，启封原基本固态脉谱MAP参数，小脑关节控制器CMAC继续自适应学习。开环控制时，采用PID与小脑关节控制器CMAC的前馈复合控制，该控制中以小脑关节控制器CMAC为主控，即微处理器和小脑关节控制器CMAC主从易位，按控制策略对开环目标逐点控制。

与现有技术相比，本实用新型天然气CNG发动机控制系统所具有的有益效果是：利用发动机自身参数的反馈，用自适应学习控制的策略，生成按条件变化、按工况变化、按操纵意图的自适应动态MAP，其与通过台架标定的固态MAP结合形成组合控制的组合MAP；该组合MAP能很好地适应气体成份变化、燃料调节器件的老化、发动机使用条件的变化等，使得发动机面对变化的条件能平稳工作，提高了控制精度，改善了动力性、经济性和排放性。

控制系统由微处理器和小脑关节控制器CMAC及其外围电路构成；微处理器和小脑关节控制器CMAC是系统的竞争性双核处理核心，在控制过程中既有分工不同，又有在开、闭环控制时的主从易位。使发动机可以根据使用环境、使用条件、操作条件等得以实时控制。而且天然气CNG发动机控制充分利用按工况的分区域脉谱MAP参数和固定写入的基本固态脉谱MAP参数与经过自适应学习类聚而成的可刷新动态脉谱MAP参数在微处理器和小脑关节控制器CMAC的双核控制下，或单独应用，或组合应用，或交替代换，不断地在小区域范围内开环和闭环控制；增强了发动机控制的灵活性，减小了控制过程的时滞性，提高了对控制目标的跟踪度；从而使发动机的动力性和经济性得以改善，控制更加合理。真正从根本上解决了发动机的控制问题，实现节油。

附图说明

图1本实用新型控制系统实施例的电路原理框图；

图2是图1电路中微处理器电路原理图；

图3进气、大气压力及CNG压力信号处理电路原理图；

图4氧传感器信号处理电路原理图；

图5爆震信号处理电路原理图；

图6进气温度、冷却水温度、环境温度及CNG温度信号处理电路原理图；

图7曲轴位置信号处理电路原理图；

图8喷气脉宽信号处理电路原理图；

图9转速信号处理电路原理图；

图10开关信号处理电路原理图；

图11电源检测及稳压处理电路原理图；

图12预备扩展闪存器电路原理图；

图13小脑关节控制器CMAC电路原理图；

图14CAN通讯电路原理图；

图15进气系统驱动电路原理图；

图16点火模块驱动电路原理图；

图17喷气模块驱动电路原理图；

图18、19控制开关电路原理图；

图20外部诊断电路原理图；

图21节气门位置执行器驱动电路；

图22油门位置信号处理电路原理图；

图23步进电机驱动电路原理图。

具体实施方式

图1-23是本实用新型的最佳实施例，图2-23中：U1微处理器、U2缓存器，U3锁相环、U4运算放大器、U5对数放大器、U6运算放大器、U7 F/V转换器、U8比较器、U9磁变换器、U10反相器、U11门电路、U12时基电路，U13斯密特触发器、U14锁相环、U15扩展口、U16存储器、U17微处理器、U18锁存器、U19动态储存器、U20 CAN通信接收器，U21-U26为开关量驱动器、U27大功率驱动管、U28-U29为开关量驱动器、U30异步串行通讯处理器，U31电子开关、U32寄存器、U33反相器、U34、U35运放器、U36分配器、U37达林顿管、U380功率放大器、U39、U40为开关量驱动器；DS8段数码管；DB9通讯口；DJ1电磁阀；MG1、MG2步进电机；M1-M4、喷气电磁阀；OP1-OP22光电耦合器；T1-T4升压器；R1-R120、RX1、RN1、RN2电阻；C1-C60电容、CN1-CN4电容；CX1、EN1、EN2电解电容；BT1-BT11为功率驱动管；D1-D5稳压二极管；DE1-DE6、DX1-DX3稳压管；Q1-Q8、QX1晶体管；QE1-QE5功率驱动器；LED指示灯；VR1-VR4可调电阻；S1开关；Y1-Y2晶振；QK LM7805。

下面结合附图1-23对本实用新型天然气CNG发动机控制系统做进一步的详细说明：

图1中：

本天然气CNG发动机控制系统，包括微处理器、小脑关节控制器CMAC、铁电存储器、信号输入调理缓冲电路、CNG控制信号、电瓶电源检测及稳压电路、CAN、LIN通讯电路、大功率驱动电路、进气系统驱动、进气谐振控制、喷气驱动、喷气阀、点火模块驱动、CNG燃气点火、步进电机驱动、开关量驱动电路、控制各开关及阀、OBID系统状态指示，铁电存储器与小脑关节控制器CMAC互连，小脑关节控制器CMAC与微处理器互连，CNG控制信号通过信号输入调理缓冲电路与微处理器相连，电瓶电源检测及稳压电路与微处理器连接，CAN、LIN通讯电路与微处理器互连，微处理器通过大功率驱动电路分别与进气系统驱动、喷气驱动、点火模块驱动相连，进气系统驱动与进气谐振控制相连，喷气驱动与喷气阀相连，点火模块驱动与CNG燃气点火相连，微处理器与步进电机驱动相连，微处理器通过开关量驱动电路分别与控制各开关及阀、OBD系统状态指示相连。

CNG控制信号包括CNG模拟信号和CNG数字信号；CNG模拟信号及CNG数字信号通过信号输入调理缓冲电路将一部分信号输入到微处理器；同时将且另一部分信号经信号输入调理缓冲电路输入微处理内部的A/D端口。

CNG模拟信号主要包括进气压力/进气流量、大气压力信号、进气温度信号、冷却水温度信号、氧传感器信号、环境温度信号、爆震信号，CNG温度信号、CNG压力信号。

CNG数字信号主要包括曲轴位置信号、喷油脉宽信号、车速信号、空调请求信号、方向助力请求信号、空挡信号、大灯开关信号。

在天然气CNG燃料模式下，按控制策略，点火提前角相对于汽油时提前；CNG温度信号和CNG压力信号反映天然气CNG的供气情况，微处理器将根据该信号对进气密度和进气量进行调整；CNG液位信号反映气罐的天然气CNG量，微处理器根据其信号判定发动机工况。

电源通过电源检测及稳压电路处理后接入微处理器。电源检测及稳压电路的主要功能是：给系统各芯片提供稳压电源、给外部传感器提供工作电源和给RAM提供电源保持。电源检测及稳压电路由DC/DC转换器、过流过压保护器、电压变化信号变送器及抗干扰电路组成。

通信接口电路包括故障诊断接口和车载网络接口，车载网络接口包括通讯总线CAN-BUS和通讯总线LIN-BUS，通用故障诊断标准OBD-II/iso-9141，以及通讯总线SCI和通讯总线SPI；这些总线分别连接汽车防抱死装置ABS、电子动力转向、仪表及车身控制系统等。这些系统的信号分别通过网络总线及其总线驱动器与微处理器片内的网络控制器保持信息的交流。

微处理器由32位的CPU内核，内置控制策略和算法、各类脉谱MAP参数表及相关控制目标数据。

小脑关节控制器CMAC由32位微处理器为内核，与外部电路构成；其内置自适应学习算法及控制策略，与主微处理器共同组成控制系统核心，接受外部信号变化，根据策略及时作出决策，进行自适应学习类聚刷新动态脉谱MAP参数，发出指令控制外部执行机构动作和运行。

在分工况开环控制时微处理器与小脑关节控制器CMAC置换主次控制，闭环控制时以微处理器为主；开环控制时以小脑关节控制器CMAC为主。

预备扩展闪存器对系统基本固态脉谱MAP参数进行备份，经自适应学习后参与工况控制后被判定为使系统按要求稳定工作的那部分动态脉谱MAP参数也会作为经验数据存入其中。微处理器判定系统失控时会自动将基本固态脉谱MAP参数从预备扩展闪存器写入微处理器中。

大功率驱动电路包括进气系统驱动、喷气驱动、点火模块驱动。其中进气系统驱动包括进气谐振控制、喷气驱动包括喷气阀、点火模块驱动包括CNG燃气点火。

步进电机驱动包括燃料进气蝶阀比例调整、混合器辅助调整(机外预混式控制使用)。

开关量驱动电路包括控制开关及阀和OBD系统状态指示。其中控制开关及阀包括高低速风扇开关、空调功率开关、怠速阀、主攻率开关、故障指示报警开关、进气谐振引射器开关、电调混合器开关、CNG供气关断阀。

图2中：微处理器U1的40脚通过电阻R1接VCC高电平，通过电容C1接地，通过开关S1接地；微处理器U1的73、74脚之间接有晶振Y1，并且通过电容C2、C3接地；微处理器U1的37、72、131、144脚接地，143脚接VCC高电平。

图3中：进气压力、大气压力及CNG压力信号经过缓存器U2进入锁相环U3进行V/F转换处理，输入到微处理器U1的A/D口P40、P41、P42脚，供微处理器U1采集。

锁相环U3的4脚连接光电耦合器OP1的第1脚；锁相环U3的5脚接地，6脚和7脚之间连接有电容C5；锁相环U3的9脚通过缓存器U2和电阻R2连接进气压力、大气压力、CNG压力传感器信号，9脚还通过电容C4接地；11脚通过电阻R3接地。光电耦合器OP1的2、4脚接地；光电耦合器OP1的第3脚连接微处理器U1的A/D口P40、P41、P42脚，并且通过电阻R4连接VDD高电平。

图4中：氧传感器信号经运算放大器U4对电流信号进行10倍放大后输入对数放大器U5，经对数放大器U5的10脚输出后，经运算放大器U6进行I-V变换为5-0V电压信号输入到微处理器U1的A/D口P43脚，对空燃比进行判定。

运算放大器U4的2脚连接氧传感器信号，通过电阻R5与6脚相连；运算放大器U4的3脚与对数放大器U5的2脚相连，通过电阻R6与运算放大器U4的6脚相连，并通过电阻R7连接VDD高电平。对数放大器U5的2脚通过电容C7与对数放大器U5的7脚相连；对数放大器U5的6脚通过电阻R8、电容C6接地；对数放大器U5的15脚通过电阻R9、可调电阻VR2接地；对数放大器U5的16脚通过电阻R10、可调电阻VR1接VCC高电平；对数放大器U5的11脚接VCC高电平。对数放大器U5的10脚通过电阻R11与运算放大器U6的2脚相连，且通过电阻R12接地；运算放大器U6的2脚通过电阻R13与6脚相连；运算放大器U6的6脚连接微处理器U1的A/D口P43脚；运算放大器U6的3脚接地。

图5中：爆震的信号经过降压整形后，输入F/V转换器U7中进行转换处理，输入到微处理器U1的A/D口P44脚，供微处理器U1采集。

爆震信号通过电阻R14与电容C9降压处理后输入到F/V转换器U7的第1脚，VCC高电平输入通过电容C8接地；F/V转换器U7的第2脚通过电容C10接地，3脚通过电容C11、电阻R15接地，4脚与7脚相连并通过电阻R16接地；F/V转换器U7的第6脚接VCC高电平，并通过电容C12接地；F/V转换器U7的8脚接地；F/V转换器U7的5脚连接微处理器U1的A/D口P44脚。

图6中：将冷却水温度信号、进气温度信号、环境温度信号及CNG温度信号通过串接分压电阻转换为模拟电压信号供比较器U8比判，比较器U8依次输出数字信号输入到微处理器U1的A/D口P50、P51、P52、P53脚，给微处理器U1来判断发动机工况。

比较器U8的2脚依次连接冷却水温度信号、进气温度信号、环境温度信号、CNG温度信号，2脚还通过电阻R17连接VDD高电平；比较器U8的1脚依次连接微处理器U1的A/D口P50、P51、P52、P53脚；比较器U8的3脚通过电阻R19接地，通过电阻R18连接VDD高电平；8脚连接VDD高电平且通过电容C13接地。

图7中：曲轴位置信号输入到磁变换器U9进行转换处理后，输入到微处理器U1的A/D口P45脚，供微处理器U1采集。

曲轴位置信号输入到磁变换器U9的2脚；磁变换器U9的3脚通过电阻R20接VCC高电平，通过电阻R21接地；磁变换器U9的1、4脚接地，8脚接VCC高电平；VCC高电平输入经电容C14接地；磁变换器U9的7脚通过电阻R22上拉输出一电压信号，输入到微处理器U1的A/D口P45脚。

图8中：反相器U10和门电路U11组成喷气信号脉冲鉴宽电路。

反相器U10的1脚通过电阻R24连接VDD高电平，通过电容C15连接喷气信号，电容C16和电阻R23串联接在电容C15的一端和地之间；反相器U10的2脚连接门电路U11的1脚。门电路U11的2脚通过电阻R23接地，3脚连接光电耦合器OP2的第1脚；光电耦合器OP2的2、4脚接地，光电耦合器OP2的第3脚依次连接微处理器U1的P01脚。

图9中：转速信号经过时基电路U12调理后提供给微处理器U1采集所用。

时基电路U12的1脚接地，2脚连接转速信号，3脚通过电阻R26连接光电耦合器OP3的第1脚；时基电路U12的4脚、8脚连接VDD高电平，5脚通过电容C17接地；时基电路U12的6脚7脚通过电阻R25连接VDD高电平，并通过电容C18接地。光电耦合器OP3的第3脚连接微处理器U1的P20脚，并且通过电阻R27连接VDD高电平；光电耦合器OP3的2、4脚接地。

图10中：大灯开关信号、空档位置信号、方向助力信号、空调请求信号、CNG液位信号通过串接分压电阻转换为模拟电压信号供斯密特触发器U13整形后，依次输出数字信号给微处理器U1来判断发动机工况。

斯密特触发器U13的3脚通过电阻R30依次连接大灯开关信号、空档位置信号、方向助力信号、空调请求信号、CNG液位信号；3脚还通过电容C20接地；电阻R30与信号连接端通过电阻R28接VCC高电平，还通过电阻R29接地；VCC高电平输入端通过电容C19接地。斯密特触发器U13的4脚通过电阻R31依次连接微处理器U1的P21、P22、P23、P24、P25脚。

图11中：电源通过电源检测及稳压电路的整形、滤波、抗干扰及稳压处理后，为系统提供可靠性稳压直流电源。

电源检测：锁相环U14的4脚连接光电耦合器OP4的第4脚；锁相环U14的6脚和7脚之间连接有电容C21；锁相环U14的9脚通过电阻R32连接电瓶电压，9脚还通过电阻R33接地；锁相环U14的11脚通过电阻R34接地。光电耦合器OP4的1、3脚接地，光电耦合器OP4的第2脚连接微处理器U1的P16脚。

稳压电路：高电平输入VBAT通过稳压二极管DX1和电阻RX1与晶体管QX1的1脚相连；稳压二极管DX1和电阻RX1的串联节点处通过稳压管DX2和电解电容CX1接地；且与晶体管QX1的2脚相连接。电阻RX1与晶体管QX1的1脚串联节点处通过稳压管DX3接地；晶体管QX1的3脚输出VCC高电平。

高电平输入30A通过电阻RN1与LM7805QK的1脚相连，并通过电容CN1接地；电阻RN1与LM7805QK的1脚串联节点处通过电解电容EN1接地；LM7805QK的2脚接地；LM7805QK的3脚输出VDD高电平，并通过电解电容EN2、电容CN2、电容CN2、电容CN2及电阻RN2串接指示灯LED接地。

图12中：由扩展口U15和存储器U16构成预备扩展闪存器，存储系统脉谱MAP数据。

扩展口U15的2-9脚与微处理器U1的P70-P77顺序对应连接，并且还与存储器U16的13-21脚顺序对应连接；扩展口U15的12-19脚与的5-12脚顺序对应连接；扩展口U15的20脚接VCC高电平，且通过电容C22接地。存储器U16的3、28、4、25、23、26、27脚与微处理器U1的P90-P96顺序对应连接；存储器U16的1、30、2、31脚与微处理器U1的P60-P63顺序对应连接。

扩展口U15的1脚和存储器U16的22脚相连，并与微处理器U1的/CS脚相连。存储器U16的24脚与微处理器U1的P26脚、动态储存器U17的P10脚相连；存储器U16的29脚与微处理器U1的P27脚、动态储存器U17的P11脚相连；存储器U16的32脚接VCC高电平，且通过电容C23接地；存储器U16的16脚接地。

图13中：微处理器U17、锁存器U18、动态储存器U19构成小脑关节控制器CMAC，在微处理器U1的控制下，依据内置控制策略自适应学习，并对受空燃比目标值进行调节逼近；动态储存器U19是闪存存储器，其对类聚凋节参数进行刷新存储，在微处理器U17的控制下参与新工况下的控制器控制。

微处理器U17的1脚、2脚分别连接动态储存器U19的22脚、29脚；微处理器U17的3脚、4脚分别连接动态储存器U19的30脚、2脚；微处理器U17的5脚连接微处理器U1的P15脚；微处理器U17的8脚连接微处理器U1的P17脚；微处理器U17的38脚连接三极管Q7的2脚，并通过电容C30接地；三极管Q7的3脚接VCC并通过电容C29接地，三极管Q7的1脚通过电阻R35与微处理器U1的P03脚相连；微处理器U17的37脚连接存储器U16的24脚；微处理器U17的36脚连接存储器U16的29脚；微处理器U17的34脚连接微处理器U1的TXD0口P14脚；微处理器U17的33脚连接微处理器U1的RXD0口P13脚；微处理器U17的9脚和10脚之间连接晶振Y2，且9脚、10脚分别通过电容C24、电容C25接地。微处理器U17的11脚接地，13脚连接VCC高电平且通过电容C26接地；微处理器U17的14脚-18脚分别连接动态储存器U19的27脚、26脚、23脚、25脚、31脚；微处理器U17的19脚-26脚分别连接锁存器U18的9脚-2脚；微处理器U17的28脚、29脚、48脚、49脚分别连接动态储存器U19的28脚、4脚、1脚、24脚；微处理器U17的52脚连接锁存器U18的11脚。

动态储存器U19的5脚-12脚，分别连接锁存器U18的12脚-19脚。锁存器U18的2脚-9脚分别连接动态储存器U19的13脚-15脚、17脚-20脚，锁存器U18的20脚接VCC且通过电容C27接地；动态储存器U19的32脚接VCC且通过电容C28接地；微处理器U17的13脚接VCC且通过电容C28接地。

图14中：由CAN通信接收器U21组成CAN通讯模块的接收节点单元。

CAN通信接收器U20的1脚接微处理器U1的CANRX1口P115脚，CAN通信接收器U20的4脚接微处理器U1的CANTX1口P114脚；CAN通信接收器U20的2脚VCC并通过电容C31接地，3、8脚接地；CAN通信接收器U20的6、7脚之间连接有电阻R36与CAN通信接口的1、3脚相连，CAN通信接口的2脚接地。

图15中：微处理器U1输出的步进电机及电磁阀的驱动信号，经过光电耦合器OP5、OP6组成的抗干扰电路隔离后，分别驱动三极管和H桥电路及功率驱动器QE1电路，驱动步进电机MG1动作和电磁阀DJ1动作，进行进气流量控制。

微处理器U1的P111脚通过电阻R37连接光电耦合器OP5第1脚，第2脚接地；光电耦合器OP5的第3脚通过电阻R39连接VDD高电平，第4脚连接三极管Q1的1脚。三极管Q1的1脚和2脚之间连接有电阻R38；三极管Q1的3脚通过电阻R40连接VDD高电平，还通过电阻R41连接三极管Q2的1脚，还通过电阻R42连接三极管Q6的1脚。三极管Q2的2脚接地，三极管Q2的3脚连接步进电机MG1的负极。三极管Q5的1脚通过电阻R46连接VDD高电平；三极管Q5的1脚还连接三极管Q6的3脚；三极管Q5的2脚接地，3脚连接步进电机MG1的正极；三极管Q5的3脚还通过电阻R45连接三极管Q4的1脚；三极管Q4的3脚连接步进电机MG1的负极；三极管Q4的2脚连接VDD高电平。三极管Q3的3脚连接步进电机MG1的正极；三极管Q3的2脚连接VDD高电平，三极管Q3的1脚通过电阻R43连接步进电机MG1的负极。

步进电机MG1的正极和负极之间连接有依次串联的电阻R44和稳压管DE2、DE1。

微处理器U1的P110脚通过电阻R51连接光电耦合器OP6第1脚，第2脚接地；光电耦合器OP6第3脚接12V高电平；光电耦合器OP6第4脚通过电阻R48与功率驱动管QE1的1脚相连，通过电阻R49接地。功率驱动管QE1的2脚接地；功率驱动管QE1的3脚接电磁阀DJ1的1脚，并通过稳压二极管D1串联连接由电容C32和电阻R50组成的并联电路与电磁阀DJ1的2脚。12V高电平输入经过电阻R47降压及电容C33整形滤波后输入到电磁阀DJ1的2脚。

图16中：微处理器U1通过对输入信号与反馈信号的判比，通过功率驱动管进行发动机的点火控制。

开关量驱动器U21的2、4、6、8脚接地，10、12、14、16脚通过电阻R52接5V高电平。1、3、5、7脚分别与功率驱动管BT1-BT4的第4脚相连。

开关量驱动器U22的2、4、6、8脚接地，10、12、14、16脚接+5V电压，且通过电容C35接地。9、11、13、15脚分别与功率驱动管BT1-BT4的第2脚相连。

开关量驱动器U21的9、11、13、15脚和U22的1、3、5、7脚接入微处理器U1的P30-P37脚。

功率驱动管BT1-BT4的1脚接地，功率驱动管BT1-BT4的第3脚接12V高电平，并通过电容C34接地；功率驱动管BT1-BT4的第5脚分别与升压器T1-T4的1脚、稳压管DE3-DE6的一段相接，升压器T1-T4的1、4脚、稳压管DE3-DE6的另一段接地。

升压器T1-T4的3脚分别连接火花塞1-4。

图17中：微处理器U1通过对输入信号与反馈信号的判比，通过功率驱动器QE2-QE5进行发动机的喷油控制。

开关量驱动器U24的2、4、6、8脚接地，10、12、14、16脚接5V高电平并通过电容C37接地。9、11、13、15脚分别与功率驱动器QE2-QE5的第1脚相连。

开关量驱动器U23的2、4、6、8脚接地，10、12、14、16脚通过电阻R53接5V高电平。9、11、13、15脚接入微处理器U1。1、3、5、7脚分别与功率驱动器QE2-QE5的第2脚相连。

开关量驱动器U24的1、3、5、7脚和开关量驱动器U23的9、11、13、15脚接入微处理器U1的P170-P177脚。

功率驱动器QE5-QE2的第3脚顺序与喷油器M1-M4的一端、二极管D5-D2一端相连，喷油器M1-M4的另一端、二极管D5-D2二极管另一端接地。

功率驱动器QE2-QE5的第2脚分别通过电阻R54-R57接12V高电平，并通过电容C36接地。

图18、19中：微处理器U1输出控制信号经过光电耦合器OP7-OP22组成的抗干扰电路隔离后，通过功率驱动管、大功率驱动管U29组成的驱动电路，进行开关量的控制。

开关量驱动器U25的2、4、6、8脚接地；10、12、14、16脚接VCC，并通过电容C40接地；9、11、13、15脚接入光电耦合器OP11-OP14的第1脚，光电耦合器OP11-OP14第2脚接地；第3脚接VCC高电平，并通过电容C38接地；。开关量驱动器U25的1、3、5、脚通过电阻R70-R72、顺序连接功率驱动管BT5、BT6、BT7的4脚；7脚通过电阻R73连接大功率驱动管U29的3、5脚。

开关量驱动器U26的2、4、6、8脚接地；10、12、14、16脚接VCC，并通过电容C41接地；1、3、5、7脚接入光电耦合器OP7-OP10的第3脚；光电耦合器OP7-OP10的第4脚接VCC，并通过电容C39接地；第2脚接地。开关量驱动器U26的9、11、15脚通过电阻R666、R67、R68依次顺序连接功率驱动管BT5、BT6、BT7的2脚，并通过电阻R72、R73、R74接地；15脚通过电阻R69连接大功率驱动管U27的2、6脚，并通过电阻R75接地。

光电耦合器OP11-OP14的第4脚和光电耦合器OP7-OP10的第1脚分别通过电阻R62-R65和电阻R58-R61接入微处理器U1的P100-P107脚。

大功率驱动管U27的1、7、8、11、14脚接VCC，并通过电容C43接地；4脚接地。

功率驱动管BT5、BT6、BT7的1脚接地；3脚接VCC，并通过电容C42接地，5脚依次顺序驱动电动风扇开关、空调功率开关、怠速阀；大功率驱动管U27的12、13脚驱动主功率开关。

开关量驱动器U28的2、4、6、8脚接地；10、12、14、16脚接VCC高电平，并通过电容C46接地；9、11、13、15脚接入光电耦合器OP19-OP22的第1脚，光电耦合器OP19-OP22的第2脚接地；第3脚接VCC高电平，并通过电容C44接地；开关量驱动器U28的1、3、5、7脚通过电阻R88-R91依次顺序连接功率驱动管BT8-BT11的4脚。

开关量驱动器U29的2、4、6、8脚接地；10、12、14、16脚接VCC，并通过电容C47接地；1、3、5、7脚接入光电耦合器OP15-OP18的第4脚；第3脚接VCC，并通过电容C45接地；第2脚接地，开关量驱动器U31的9、11、15、脚通过电阻R84-R87依次顺序连接功率驱动管BT8-BT11的2脚，并通过电阻R92-R95接地。

光电耦合器OP19-OP22的第4脚和光电耦合器OP15-OP18的第1脚分别通过电阻R80-R83和电阻R76-R79接入微处理器U1的P120-P127脚。

功率驱动管BT8-BT11的1脚接地；3脚接VCC，并通过电容C48接地，5脚依次顺序驱动故障指示报警开关、进气谐振引射器开关、电调混合器开关、CNG供气关断阀。

图20中：：由异步串行通讯处理器U30、通讯口DB9和电子开关U31等组成系统写入程序通讯电路。由寄存器U32和8段数码管DS组成系统故障代码显示电路，以判比系统故障信息。

异步串行通讯处理器U30的1脚和3脚之间连接有电容C49，2脚通过电容C52接VCC高电平，VCC高电平输入端通过电容C53接地。异步串行通讯处理器U30的4脚和5脚之间连接有电容C50；异步串行通讯处理器U30的6脚通过电容C51接地；异步串行通讯处理器U30的7脚和8脚分别连接通讯口DB9的2脚和3脚，异步串行通讯处理器U30的9脚和10脚分别连接电子开关U31的2脚和10脚；异步串行通讯处理器U30的15脚接地，16脚接VCC高电平且通过电容C54接地。

电子开关U31的12脚和13脚连接微处理器U1的P07脚；电子开关U31的1脚和11脚分别连接微处理器U1的P112脚和P113脚。

寄存器U32的1脚和2脚连接微处理器U1的P112脚；寄存器U32的8脚连接微处理器U1的P113脚。寄存器32的3-6脚、10-13脚顺序连接8段数码管DS的1-8脚

图21中：微处理器U1的控制信号经反相器U33和光电耦合器OP23处理后，经运放器U34A、运放器U34B及其旁电路组成的滤波与自动巡航控制电路处理所产生的信号和由可调电阻VR4组成的模拟油门信号经运放器U34D及其旁电路滤波、运算放大处理后输入到运放器U34C中，产生一控制信号驱动相应的开关量。

微处理器U1的P130脚经过反相器U33后输入到光电耦合器OP231的第一脚，光电耦合器OP23的2、4脚接地。3脚通过电阻R96与运放器U34的3脚相连，并且通过电容C55接地；运放器U34的2脚与电阻R97和可调电阻VR3组成信号滤波电路，经运放器U34的1脚输出，经运放器U34的1脚通过电阻R98连接运放器U34的5脚，并且通过电容C56接地；运放器U34的6脚、7脚通过电阻R99连接，组成信号自动巡航控制电路，经运放器U34的7脚输出，经过电阻R100与运放器U34的10脚相连，运放器U34的10脚、8脚通过电阻R101相连。

由可调电阻VR4组成的模拟油门信号通过电阻R102与运放器U34的12脚连接，运放器U34的13脚、14脚通过电阻R104相连；运放器U34的12脚通过电阻R103接地；模拟油门信号经运放器U34的14脚通过电阻R105连接运放器U34的9脚，并通过电阻R106接地。

运放器U34把其信号经运算放大处理后，产生一控制信号由运放器U34的8脚输出驱动开关量。

图22中：油门位置信号经运放器U35及其旁电路滤波、运算放大处理后输入到微处理器U1的P56脚，对其开度进行判比。

油门位置信号通过电阻R107与运放器U35的2脚连接，运放器U35的2脚、1脚通过电阻R109相连；运放器U35的3脚通过电阻R108接地；油门位置信号经运放器U35的1脚通过电阻R110连接微处理器U1的P56脚，并通过电阻R111接地。

图23中：由分配器U36、达林顿管U37、功率放大器U38及其外围电路所组成的四相步进电机驱动电路，具有抗干扰强、性能稳定、特性好、效率高等特点，通过微处理器U1实现燃料进气蝶阀比例调整和混合器辅助调整的自动控制。

分配器U36的第3、4、9脚与微处理器U1的P131、P132、P133脚相连，通过微处理器U1的信号输出进行步进电机的启动与速度的自动控制。

分配器U36的16脚接VDD；高电平VDD通过电容C58接地。分配器U36的5、6、7脚通过电阻R112接VDD；分配器U36的8脚接地。

分配器U36的10、11、12、13脚与达林顿管U39的1、2、3、4脚依次相连；达林顿管U37的13、14、15、16脚与功率放大器U38的12、6、10、4脚依次相连，并分别通过电阻R113-R116连接VDD；功率放大器U38的2脚通过电阻R118与晶体管Q8的3脚相连；晶体管Q8的1脚通过电阻R117接VDD，其直接接VDD并通过电容C60接地，以提高功率放大器U38的输出电流。

功率放大器U38的18、16脚接地，3、13脚分别通过电阻R119、电阻R120接地；功率放大器U38的14脚接VCC；8脚通过稳压管DE6接VCC；高电平VCC通过电容C59接地。功率放大器U38的11、9、17、7、5、15脚分别与步进电机MG2依次对应连接，控制驱动步进电机MG2。

Claims (9)

1、天然气CNG发动机控制系统，其特征在于：包括微处理器、小脑关节控制器CMAC、铁电存储器、信号输入调理缓冲电路、CNG控制信号、电瓶电源检测及稳压电路、CAN、LIN通讯电路、大功率驱动电路、进气系统驱动、进气谐振控制、喷气驱动、喷气阀、点火模块驱动、CNG燃气点火、步进电机驱动、开关量驱动电路、控制各开关及阀、OBD系统状态指示，铁电存储器与小脑关节控制器CMAC互连，小脑关节控制器CMAC与微处理器互连，CNG控制信号通过信号输入调理缓冲电路与微处理器相连，电瓶电源检测及稳压电路与微处理器连接，CAN、LIN通讯电路与微处理器互连，微处理器通过大功率驱动电路分别与进气系统驱动、喷气驱动、点火模块驱动相连，进气系统驱动与进气谐振控制相连，喷气驱动与喷气阀相连，点火模块驱动与CNG燃气点火相连，微处理器与步进电机驱动相连，微处理器通过开关量驱动电路分别与控制各开关及阀、OBD系统状态指示相连。

2、根据权利要求1所述的天然气CNG发动机控制系统，其特征在于：CNG控制信号包括CNG模拟信号和CNG数字信号。

3、根据权利要求2所述的天然气CNG发动机控制系统，其特征在于：CNG模拟信号主要包括进气压力/进气流量、大气压力信号、进气温度信号、冷却水温度信号、氧传感器信号、环境温度信号、爆震信号，CNG温度信号、CNG压力信号。

4、根据权利要求2所述的天然气CNG发动机控制系统，其特征在于：CNG数字信号主要包括曲轴位置信号、喷油脉宽信号、车速信号、空调请求信号、方向助力请求信号、空挡信号、大灯开关信号。

5、根据权利要求1所述的天然气CNG发动机控制系统，其特征在于：小脑关节控制器CMAC包括微处理器和动态闪存存储器/预备扩展闪存器和模拟信号、数字信号采集调理电路。

6、根据权利要求1所述的天然气CNG发动机控制系统，其特征在于：微处理器U1控制电路是微处理器U1的40脚通过电阻R1接VCC高电平，通过电容C1接地，通过开关S1接地，微处理器U1的73、74脚之间接有晶振Y1，并且通过电容C2、C3接地；微处理器U1的37、72、131、144脚接地，143脚接VCC高电平。

7、根据权利要求5所述的天然气CNG发动机控制系统，其特征在于：小脑关节控制器CMAC控制电路包括微处理器U17、锁存器U18、动态储存器U19，微处理器U17的1脚、2脚分别连接动态储存器U19的22脚、29脚；微处理器U17的3脚、4脚分别连接动态储存器U19的30脚、2脚；微处理器U17的5脚连接微处理器U1的P15脚；微处理器U17的8脚连接微处理器U1的P17脚；微处理器U17的38脚连接三极管Q7的2脚，并通过电容C30接地；三极管Q7的3脚接VCC并通过电容C29接地，三极管Q7的1脚通过电阻R35与微处理器U1的P03脚相连；微处理器U17的37脚连接存储器U16的24脚；微处理器U17的36脚连接存储器U16的29脚；微处理器U17的34脚连接微处理器U1的TXD0口P14脚；微处理器U17的33脚连接微处理器U1的RXD0口P13脚；微处理器U17的9脚和10脚之间连接晶振Y2，且9脚、10脚分别通过电容C24、电容C25接地，微处理器U17的11脚接地，13脚连接VCC高电平且通过电容C26接地；微处理器U17的14脚-18脚分别连接动态储存器U19的27脚、26脚、23脚、25脚、31脚；微处理器U17的19脚-26脚分别连接锁存器U18的9脚-2脚；微处理器U17的28脚、29脚、48脚、49脚分别连接动态储存器U19的28脚、4脚、1脚、24脚；微处理器U17的52脚连接锁存器U18的11脚；动态储存器U19的5脚-12脚，分别连接锁存器U18的12脚-19脚。锁存器U18的2脚-9脚分别连接动态储存器U19的13脚-15脚、17脚-20脚，锁存器U18的20脚接VCC且通过电容C27接地；动态储存器U19的32脚接VCC且通过电容C28接地；微处理器U17的13脚接VCC且通过电容C26接地。

8、根据权利要求1所述的天然气CNG发动机控制系统，其特征在于：大功率驱动电路包括进气系统驱动、喷气驱动、点火模块驱动，其中进气系统驱动包括进气谐振控制、喷气驱动包括喷气阀、点火模块驱动包括燃气点火。

9、根据权利要求1所述的天然气CNG发动机控制系统，其特征在于：开关量驱动电路包括控制开关及阀和OBD系统状态指示，其中控制开关及阀包括高低速风扇开关、空调功率开关、怠速阀、主攻率开关、故障指示报警开关、进气谐振引射器开关、电调混合器开关、CNG供气关断阀。

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