CN108612591B - 一种发动机点火器启动互锁控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机点火器启动互锁控制系统及其控制方法，包括相互电连接的蓄电池、逆变器、启动电机，以及用于控制启动的MCU控制器；其中，启动电机为无传感永磁同步电动机；蓄电池与逆变器之间连接有第一电子开关和/或逆变器与启动电机之间连接有第二电子开关；启动电机的电压输出端接入点火器启动互锁装置，点火器启动互锁装置输出启动电机的启动状态信号，根据启动状态信号来控制第一电子开关和/或第二电子开关是否断开；本发明可以准确判断发动机在点火启动时的状态，进而根据发动机的状态可靠实现发动机的点火互锁功能，本发明控制系统简单，控制方法易于实现，而且可以有效保证发动机在启动时点火器控制器的安全性和可靠性。

Description

一种发动机点火器启动互锁控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于发动机控制领域，具体涉及了一种发动机点火器启动互锁控制系统，本发明还涉及了该发动机点火器启动互锁的控制方法。

背景技术

如摩托车、汽车等很多交通工具的发动机点火器的功能是将低压蓄电池提供的直流电经电力电子变换输出交流电驱动启动电机拖动发动机加速到一定转速后实现点火。为防止点火完成后高速旋转的启动电机产生高压反电势窜入耐压较低的点火器控制器而损毁器件，需在点火完成后通过开关将点火控制器与启动电机有效断开，实现点火器启动互锁，以确保安全点火启动。传统的发动机点火技术通常是采用有刷直流电机作为启动电机，并根据检测得到的电机转速信号有效实现点火器启动互锁。无传感永磁电机因其不存在碳刷、火花、位置传感器等问题且功率密度大、效率高，可显著提高系统可靠性与经济性，是目前积极在研究发展的新一代发动机点火启动技术。但由于无传感永磁电机自身的控制原理，在点火启动时难以准确判断发动机状态，容易出现启动互锁失败，进而导致点火器控制器被损毁的情况发生。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种发动机点火器启动互锁控制系统及其控制方法，可以准确判断发动机在点火启动时的状态，进而根据发动机的状态可靠实现发动机的点火互锁功能，本发明控制系统简单，控制方法易于实现，而且可以有效保证发动机在启动时点火器控制器的安全性和可靠性。

本发明采用的技术方案如下：

一种发动机点火器启动互锁控制系统，包括相互电连接的蓄电池、逆变器、启动电机，以及用于控制启动的MCU控制器；其中，

所述启动电机为无传感永磁同步电动机；

所述蓄电池与所述逆变器之间连接有第一电子开关和/或所述逆变器与所述启动电机之间连接有第二电子开关；

所述启动电机的电压输出端接入点火器启动互锁装置，所述点火器启动互锁装置输出所述启动电机的启动状态信号，根据所述启动状态信号来控制所述第一电子开关和/或第二电子开关是否断开。

优选地，所述逆变器包括开关管组件，所述MCU控制器通过开关管驱动器驱动所述开关管组件，所述开关管组件的输入端与所述蓄电池连接，其输出端通过所述第二电子开关与所述启动电机连接。

优选地，所述点火器启动互锁装置包括分压电阻和比较器，其中，所述启动电机的电压输出端的任意两相电压通过所述分压电阻接入所述比较器的输入端，所述比较器的输出端输出所述启动状态信号。

优选地，所述点火器启动互锁装置包括依次电连接的不控整流器、分压电阻和差分放大器，其中，所述启动电机的电压输出端接入所述不控整流器，所述差分放大器的输出端输出所述启动状态信号。

优选地，所述点火器启动互锁装置包括相互电连接的不控整流器和电磁开关，其中，所述启动电机的电压输出端接入所述不控整流器，所述电磁开关是否闭合的状态变化作为所述启动状态信号。

优选地，所述不控整流器采用整流二极管器件。

优选地，所述不控整流器并联有滤波电容。

优选地，一种如上所述的发动机点火器启动互锁控制系统的控制方法，其操作步骤包括：

A10)、MCU控制器预先根据所述启动电机的启动状态信号变化判定发动机转速变化，得出启动状态信号与发动机转速的对应关系；

A20)、基于步骤A10)的启动状态信号与发动机转速的对应关系确定发动机启动要求转速阈值；

A30)、当MCU控制器判定启动状态信号对应的发动机转速达到步骤A20)的发动机启动要求转速阈值时，MCU控制器控制所述第一电子开关和/或第二电子开关的断开。

优选地，一种如上所述的发动机点火器启动互锁控制系统的控制方法，其操作步骤包括：

B10)、MCU控制器预先根据所述启动电机的启动状态信号变化判定发动机转速变化，得出启动状态信号与发动机转速的对应关系；

B20)、基于步骤B10)的启动状态信号与发动机转速的对应关系来确定发动机启动要求转速阈值对应的启动状态信号阈值；

B30)、当启动状态信号达到步骤B20)的启动状态信号阈值时，通过MCU控制器或硬件控制电路控制所述第一电子开关和/或第二电子开关的断开。

优选地，一种如上所述的发动机点火器启动互锁控制系统的控制方法，其操作步骤包括：

C10)、MCU控制器预先根据所述不控整流器输出直流电压变化判定发动机转速变化，得出所述直流电压与发动机转速的对应关系；

C20)、基于步骤C10)的直流电压与发动机转速的对应关系来确定发动机启动要求转速阈值对应的直流电压阈值；

C30)、当所述直流电压达到步骤C20)的直流电压阈值时，所述电磁开关闭合，通过MCU控制器或硬件控制电路控制所述第一电子开关和/或第二电子开关的断开。

本发明的工作原理和优点：当本发明发动机点火器启动点火后，第一电子开关和第二电子开关均为闭合状态，作为启动电机的无传感永磁同步电动机接收到逆变器输入的交流电后带动发动机加速旋转，在加速旋转过程中，启动电机产生反电动势，进而引起启动电机输出电压信号的变化；本发明提出采用点火器启动互锁装置对该启动电机输出电压信号的变化进行识别响应输出启动电机的实时启动状态信号，然后根据该启动状态信号判断发动机转速，根据此原理，本发明可以预先设定的发动机启动要求转速阈值或启动状态信号阈值，并通过对实时的启动状态信号与预先设定的阈值进行比较判断后，决定是否需要将电子开关断开，可以准确判断发动机在点火启动时的状态，进而根据发动机的状态可靠实现发动机的点火互锁功能，本发明的控制系统简单，控制方法易于实现，而且可以有效保证发动机在启动时点火器控制器的安全性和可靠性。

附图说明

附图1是本发明具体实施方式下的发动机点火器启动互锁控制系统的连接结构示意图；

附图2是本发明实施例1中点火器启动互锁装置的结构连接示意图；

附图3是本发明实施例2中点火器启动互锁装置的结构连接示意图；

附图4是本发明实施例3中点火器启动互锁装置的结构连接示意图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种发动机点火器启动互锁控制系统，包括相互电连接的蓄电池、逆变器、启动电机，以及用于控制启动的MCU控制器；其中，启动电机为无传感永磁同步电动机；蓄电池与逆变器之间连接有第一电子开关和/或逆变器与启动电机之间连接有第二电子开关；启动电机的电压输出端接入点火器启动互锁装置，点火器启动互锁装置输出启动电机的启动状态信号，根据启动状态信号来控制第一电子开关和/或第二电子开关是否断开。

当本发明实施例发动机点火器启动点火后，第一电子开关和第二电子开关均为闭合状态，作为启动电机的无传感永磁同步电动机接收到逆变器输入的交流电后带动发动机加速旋转，在加速旋转过程中，启动电机产生反电动势，进而引起启动电机输出电压信号的变化；本发明实施例提出采用点火器启动互锁装置对该启动电机输出电压信号的变化进行识别响应输出启动电机的实时启动状态信号，然后根据该启动状态信号判断发动机转速，根据此原理，本发明实施例可以预先设定的发动机启动要求转速阈值或启动状态信号阈值，并通过对实时的启动状态信号与预先设定的阈值进行比较判断后，决定是否需要将电子开关断开，可以准确判断发动机在点火启动时的状态，进而根据发动机的状态可靠实现发动机的点火互锁功能，本发明实施例的控制系统简单，控制方法易于实现，而且可以有效保证发动机在启动时点火器控制器的安全性和可靠性。

为了更清楚地说明本发明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发明中记载的一些实施例，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。

实施例1：

请参见图1(a)和(b)所示，一种发动机点火器启动互锁控制系统，包括相互电连接的蓄电池、逆变器、与发动机连接的启动电机，以及用于控制启动的MCU控制器；其中，启动电机为无传感永磁同步电动机；蓄电池与逆变器之间连接有第一电子开关K1和逆变器与启动电机之间连接有第二电子开关K2；

请进一步参见图1(d)所示，启动电机的电压输出端接入点火器启动互锁装置，点火器启动互锁装置输出启动电机的启动状态信号，根据启动状态信号来控制第一电子开关K1或第二电子开关K2是否断开。

在本实施方式中，逆变器作为三相PWM变换器，包括开关管组件，优选地，具体包括相互串并联连接的开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，其中，开关管Q1、Q3、Q5的输入端分别与蓄电池连接，通过开关管Q1与Q2的连接输出端、开关管Q3与Q4的连接输出端、开关管Q5与Q6的连接输出端分别作为三相交流电输出端U₀、V₀、W₀通过第二电子开关K2与启动电机连接；请进一步参见图1(c)所示，MCU控制器通过开关管驱动器Driver分别向开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6发出PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5和PWM6驱动开关管组件；在本发明其他实施方式中，也可以采用现有技术中的其他硬件作为本发明的逆变器，逆变器的输出交流相数根据实际应用的无传感永磁同步电动机的需求来确定，也可以为单相交流输出或双相交流输出，典型的一般为三相交流输出，本领域技术人员可以在本发明的基础上进行具体实施方式的替代或替换，这些都属于本发明的保护范围内；

优选地，请参见图2所示，在本实施方式中，点火器启动互锁装置包括分压电阻R1、R2、R3和比较器10，其中，启动电机的三相电压输出端U_i、V_i、W_i的任意两相电压通过分压电阻R1、R2、R3接入比较器10的输入端，比较器10的输出端输出启动状态信号。

本实施例如上发动机点火器启动互锁控制系统的控制方法，其操作步骤包括：

A10)、MCU控制器预先根据启动电机的启动状态信号变化判定发动机转速变化，得出启动状态信号与发动机转速的对应关系；

A20)、基于步骤A10)的启动状态信号与发动机转速的对应关系确定发动机启动要求转速阈值；

A30)、当MCU控制器判定启动状态信号对应的发动机转速达到步骤A20)的发动机启动要求转速阈值时，MCU控制器输出启动开关信号以控制第一电子开关K1或第二电子开关K2的断开；

最终本实施例1实现了发动机点火器启动互锁准确可靠控制。

实施例2：

本实施例2其余与实施例1相同，区别在于:请参见图3所示，在本实施例2中，点火器启动互锁装置包括依次电连接的不控整流器20、分压电阻和差分放大器21，其中，启动电机的三相电压输出端U_i、V_i、W_i接入不控整流器20，具体优选地，在本实施方式中，不控整流器20采用整流二极管器件；不控整流器20并联有滤波电容C2；差分放大器21的输出端输出启动状态信号；

本实施例2如上所述发动机点火器启动互锁控制系统的控制方法，其操作步骤包括：

B10)、MCU控制器预先根据启动电机的启动状态信号变化判定发动机转速变化，得出启动状态信号与发动机转速的对应关系；

B20)、基于步骤B10)的启动状态信号与发动机转速的对应关系来确定发动机启动要求转速阈值对应的启动状态信号阈值；

B30)、当启动状态信号达到步骤B20)的启动状态信号阈值时，通过硬件控制电路控制第一电子开关K1或第二电子开关K2的断开。

本实施例2的硬件控制电路可以采用使得现有技术中的任意一种开关硬件控制电路，优选地采用开关管、二极管等器件组成，由于该硬件控制电路不属于本发明的创新技术内容，本实施例不具体展开说明。

实施例3：

本实施例3其余与实施例1相同，区别在于:请参见图4所示，在本实施例3中，点火器启动互锁装置包括相互电连接的不控整流器30和电磁开关31，其中，启动电机的三相电压输出端U_i、V_i、W_i接入不控整流器30，具体优选地，在本实施方式中，不控整流器30采用整流二极管器件；不控整流器30并联有滤波电容C3；电磁开关31是否闭合的状态变化作为启动状态信号。

本实施例3如上所述发动机点火器启动互锁控制系统的控制方法，其操作步骤包括：

C10)、MCU控制器预先根据不控整流器30输出直流电压变化判定发动机转速变化，得出直流电压与发动机转速的对应关系；

C20)、基于步骤C10)的直流电压与发动机转速的对应关系来确定发动机启动要求转速阈值对应的直流电压阈值；

C30)、当直流电压达到步骤C20)的直流电压阈值时，电磁开关31闭合，通过硬件控制电路控制第一电子开关K1或第二电子开关K2的断开。

本实施例3的硬件控制电路可以采用使得现有技术中的任意一种开关硬件控制电路，优选地采用开关管、二极管等器件组成，由于该硬件控制电路不属于本发明的创新技术内容，本实施例不具体展开说明。

实施例4：

本实施例4其余与实施例1相同，区别在于:在本实施例4中，发动机点火器启动互锁控制系统的控制方法，其操作步骤包括：

A10)、MCU控制器预先根据启动电机的启动状态信号变化判定发动机转速变化，得出启动状态信号与发动机转速的对应关系；

A20)、基于步骤A10)的启动状态信号与发动机转速的对应关系确定发动机启动要求转速阈值；

A30)、当MCU控制器判定启动状态信号对应的发动机转速达到步骤A20)的发动机启动要求转速阈值时，MCU控制器输出启动开关信号以控制第一电子开关K1或第二电子开关K2的断开。

实施例5：

本实施例5其余与实施例2相同，区别在于:在本实施例5中，发动机点火器启动互锁控制系统的控制方法，其操作步骤包括：

B10)、MCU控制器预先根据启动电机的启动状态信号变化判定发动机转速变化，得出启动状态信号与发动机转速的对应关系；

B20)、基于步骤B10)的启动状态信号与发动机转速的对应关系来确定发动机启动要求转速阈值对应的启动状态信号阈值；

B30)、当启动状态信号达到步骤B20)的启动状态信号阈值时，通过硬件控制电路控制第一电子开关K1或第二电子开关K2的断开。

实施例6：

本实施例6其余与实施例3相同，区别在于:在本实施例6中，发动机点火器启动互锁控制系统的控制方法，其操作步骤包括：

C10)、MCU控制器预先根据不控整流器30输出直流电压变化判定发动机转速变化，得出直流电压与发动机转速的对应关系；

C20)、基于步骤C10)的直流电压与发动机转速的对应关系来确定发动机启动要求转速阈值对应的直流电压阈值；

C30’)、当直流电压达到步骤C20)的直流电压阈值时，电磁开关31闭合，MCU控制器输出启动开关信号以控制第一电子开关K1或第二电子开关K2的断开。

实施例7：

本实施例7其余与实施例2或实施例3或实施例5或实施例6相同，区别在于:在本实施例7中，启动电机的三相电压输出端U_i、V_i、W_i的任意一相电压接入不控整流器20或不控整流器30。

本发明在具体实施时，在完成是否达到相关阈值判断后，可以通过MCU控制器输出启动开关信号来断开第一电子开关K1或第二电子开关K2，也可以通过硬件控制电路来断开第一电子开关K1或第二电子开关K2，具体实施时可以根据实际情况来做选择。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种发动机点火器启动互锁控制系统，其特征在于，包括相互电连接的蓄电池、逆变器、启动电机，以及用于控制启动的MCU控制器；其中，

所述启动电机为无传感永磁同步电动机；

所述蓄电池与所述逆变器之间连接有第一电子开关和/或所述逆变器与所述启动电机之间连接有第二电子开关；

所述启动电机的电压输出端接入点火器启动互锁装置，所述点火器启动互锁装置输出所述启动电机的启动状态信号，根据所述启动状态信号来控制所述第一电子开关和/或第二电子开关是否断开；

所述点火器启动互锁装置包括分压电阻和比较器，其中，所述启动电机的电压输出端的任意两相电压通过所述分压电阻接入所述比较器的输入端，所述比较器的输出端输出所述启动状态信号；

或所述点火器启动互锁装置包括依次电连接的不控整流器、分压电阻和差分放大器，其中，所述启动电机的电压输出端接入所述不控整流器，所述差分放大器的输出端输出所述启动状态信号；

或所述点火器启动互锁装置包括相互电连接的不控整流器和电磁开关，其中，所述启动电机的电压输出端接入所述不控整流器，所述电磁开关是否闭合的状态变化作为所述启动状态信号。

2.如权利要求1所述的发动机点火器启动互锁控制系统，其特征在于，所述逆变器包括开关管组件，所述MCU控制器通过开关管驱动器驱动所述开关管组件，所述开关管组件的输入端与所述蓄电池连接，其输出端通过所述第二电子开关与所述启动电机连接。

3.如权利要求1所述的发动机点火器启动互锁控制系统，其特征在于，所述不控整流器采用整流二极管器件。

4.如权利要求1所述的发动机点火器启动互锁控制系统，其特征在于，所述不控整流器并联有滤波电容。

5.一种如权利要求1所述的发动机点火器启动互锁控制系统的控制方法，其特征在于，其操作步骤包括：

A10)、MCU控制器预先根据所述启动电机的启动状态信号变化判定发动机转速变化，得出启动状态信号与发动机转速的对应关系；

A20)、基于步骤A10)的启动状态信号与发动机转速的对应关系确定发动机启动要求转速阈值；

A30)、当MCU控制器判定启动状态信号对应的发动机转速达到步骤A20)的发动机启动要求转速阈值时，MCU控制器控制所述第一电子开关和/或第二电子开关的断开。

6.一种如权利要求1所述的发动机点火器启动互锁控制系统的控制方法，其特征在于，其操作步骤包括：

B10)、MCU控制器预先根据所述启动电机的启动状态信号变化判定发动机转速变化，得出启动状态信号与发动机转速的对应关系；

B20)、基于步骤B10)的启动状态信号与发动机转速的对应关系来确定发动机启动要求转速阈值对应的启动状态信号阈值；

B30)、当启动状态信号达到步骤B20)的启动状态信号阈值时，通过MCU控制器或硬件控制电路控制所述第一电子开关和/或第二电子开关的断开。

7.一种如权利要求1所述的发动机点火器启动互锁控制系统的控制方法，其特征在于，其操作步骤包括：

C10)、MCU控制器预先根据所述不控整流器输出直流电压变化判定发动机转速变化，得出所述直流电压与发动机转速的对应关系；

C20)、基于步骤C10)的直流电压与发动机转速的对应关系来确定发动机启动要求转速阈值对应的直流电压阈值；

C30)、当所述直流电压达到步骤C20)的直流电压阈值时，所述电磁开关闭合，通过MCU控制器或硬件控制电路控制所述第一电子开关和/或第二电子开关的断开。

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