CN110080898A - 微引燃双燃料发动机分布式控制系统正时同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供微引燃双燃料发动机分布式控制系统正时同步方法，将调理后的转速信号转换为差分信号在控制器间传输，满足多控制器对正时信号的同时使用要求。差分信号在接收端依靠差分放大器检测，而差分放大器只对两路输入信号之间的差值起放大作用。由于外部干扰同时作用于两路信号上，差分传输的信号能够对外部干扰起到很强的抗干扰能力，满足控制器对正时信号稳定性及敏感性的要求。本发明使用将经过调理的转速信号以差分信号的方式在多控制器间传输，设计正时信号处理电路以及差分信号转换电路满足技术要求，既减少了分布式控制系统对转速传感器数量的要求又提高了共享信号的抗干扰性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种双燃料发动机控制方法，具体地说是微引燃双燃料发动机控制系统正时同步方法。
背景技术
发动机电控系统根据曲轴、凸轮轴信号得到发动机相位信息，触发喷射提前角、喷射量等控制参数的计算，从而控制喷油器或喷气阀驱动电路执行喷射控制。相比于传统柴油机控制系统，天然气/柴油微引燃双燃料发动机的控制器所需功能增多。对于天然气/柴油微引燃双燃料发动机控制系统，设计使用两控制器协同工作，天然气喷射控制和柴油喷射控制均需要准确的正时信号。
目前可行的双燃料发动机控制系统正时控制方案中，可以使用主控制器进行喷射所需参数计算并在特定时间向从控制器发送阶跃信号作为燃气喷射的正时点，从控制器通过捕捉阶跃信号接受触发并使用定时器开始精确延时。这种方法的问题在于触发后延时时间不易精确确定，同时加大了程序的复杂程度。发动机正时同步对正时信号的稳定性有很高的要求，为防止信号丢失，不会将传感器采集到的信号同时供多块控制器使用，安装多只曲轴及凸轮轴传感器则会增加成本投入。
发明内容
本发明的目的在于提供将正时信号以差分信号的方式在控制器间传输，以实现两控制器对正时信号同步处理的微引燃双燃料发动机分布式控制系统正时同步方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明微引燃双燃料发动机分布式控制系统正时同步方法，其特征是：主控制器正时信号处理电路的输入端与发动机曲轴传感器或凸轮轴传感器相连；主控制器正时信号处理电路的输出端与主控制器差分信号转换电路连接；主控制器差分信号转换电路的第一输出端与主控制器单片机连接；主控制器差分信号转换电路第二输出端、从控制器差分信号转换电路第二输出端互联，从控制器差分信号转换电路的第一输出端与从控制器单片机相连；主控制器差分信号转换电路的第一输出端输出方波信号进入主控制器单片机做正时同步处理，从控制器差分信号转换电路的第一输出端输出方波信号进入从控制器单片机做正时同步处理；主控制器与从控制器同时使用CAN收发器信号输出端信号，以抵消两控制器间信号传输产生的相位延迟。
本发明还可以包括：
1、曲轴传感器信号自PI0端口输入，信号输入三极管基极，经三极管放大后由集电极输出，信号经三极管放大处理后由U1的2引脚输入施密特反相器U1，输入信号经施密特反相器处理后变为与原信号相位偏差180度的反向方波，并由施密特反相器U1的4端口输出，将施密特反相器U1处理后信号再次输入施密特反相器U2及U3，将信号反向得到目标方波，施密特反相器U1、施密特反相器U2的4端口输出信号是完全相同的，双控制器协同工作时，信号经U4-1端口输入差分信号转换电路。
2、信号调理电路处理后的曲轴信号为5V方波信号，该信号由U4的输入端口输入CAN收发器，经U4处理后的信号一方面由U4的输出端口输出到单片机做信号处理用，一方面转换为差分信号经U4的6、7端口与从控制器进行信号传输，上述差分信号继而输入共模滤波器U5以及由电阻电容组成的RC滤波电路进行滤波处理，瞬态电压抑制二极管D2、D3加在信号线上，最终，滤波后的差分信号经PI1_H及PI1_L端口向外传输，将主控制器的PI1_H及PI1_L端口与从控制器的PI1_H及PI1_L端口对应连接，在从控制器中，差分信号经U5滤波后经6、7端口输入U4，U4将接收到的差分信号处理成单片机所需的方波信号。
本发明的优势在于：
1、差分传输的正时信号抗干扰能力强。干扰噪声会等值同时的被加载到两根信号线上，噪声对信号的逻辑意义不产生影响。
2、差分传输的正时信号能有效抑制电磁干扰。两根信号线靠得很近且信号幅值相等，信号极性相反，其电磁场将相互抵消。
3、差分传输的正时信号时序定位准确。差分信号的接受端是两根线上的信号幅值之差发生正负跳变的点，作为判断逻辑0/1跳变的点的。而普通单端信号以阈值电压作为信号逻辑0/1的跳变点，受阈值电压与信号幅值电压之比的影响较大，不适合低幅度的信号。
4、主控制器与从控制器同时使用CAN收发器信号输出端信号，基本抵消两控制器间信号传输产生的相位延迟。
5、正时信号处理电路兼容使用磁电式转速传感器及霍尔式转速传感器，处理后信号相位正常，幅值稳定。
6、在保证正时信号稳定性和可靠性的前提下，拓展了多控制器对单一曲轴凸轮轴传感器的使用。
附图说明
图1为本发明方案总体示意图；
图2为本发明方法流程图；
图3为正时同步方案正时信号调理电路结构图；
图4为正时同步方案差分信号转换电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-4，本发明一种微引燃双燃料发动机分布式控制系统正时同步技术方法，将正时信号转换为差分信号在控制器间传输。差分信号抗干扰能力强，能有效抑制电磁干扰，同时时序定位准确，满足发动机控制器对正时信号稳定性及敏感性的要求。
主控制器正时信号处理电路的输入端与发动机曲轴传感器或凸轮轴传感器相连；主控制器正时信号处理电路的输出端与主控制器差分信号转换电路连接；主控制器差分信号转换电路的第一输出端与主控制器单片机连接；主、从控制器差分信号转换电路第二输出端互联，从控制器差分信号转换电路的第一输出端与从控制器单片机相连。主控制器差分信号转换电路的第一输出端输出方波信号进入主控制器单片机做正时同步处理，从控制器差分信号转换电路的第一输出端输出方波信号进入从控制器单片机做正时同步处理。主控制器与从控制器同时使用CAN收发器信号输出端信号，以抵消两控制器间信号传输产生的相位延迟。
正时信号处理电路包括三极管Q1以及U1、U2、U3三个反相器，将接收的传感器信号转换成0～5V的方波信号并发送至单片机。所述设计差分信号转换电路，其特征在于，包括高速CAN收发器U4以及共模滤波器U5，进行方波信号与差分信号间的信号转换。输入端信号可为正弦信号或方波信号，信号经两反相器处理后相位返回原相。
差分信号转换电路，高速CAN收发器进行方波信号与差分信号间的信号转换，保证信号传输的高速性与实时性。共模滤波器U5、瞬态电压抑制器D2、D3以及RC滤波电路保证信号传输稳定，进一步提高信号准确性。
本发明使用差分信号对处理后的正时信号进行传输，基于以下方面：
差分信号使用两根信号线传输一路信号，依靠信号间电压差判决高低电平。发动机特殊的工作环境使得正时信号传输过程中会遇到外部干扰信号，由于差分信号两根传输线始终在一起，干扰信号同时作用在两根信号线上，形成叠加在两根信号线上大小相等相位也相同的共模信号。接收端的差分放大器只对差分信号敏感，而对共模信号形成抑制。差分传输的信号具备了很强的抗干扰能力，非常适用于正时信号的高速传输。
双燃料发动机曲轴传感器信号及凸轮轴传感器信号由主控制器采集，传感器信号经信号处理后整合为5V方波信号。一方面，处理后的5V方波信号输入主控制器的单片机，通过正时同步相关程序为发动机进行判缸及转速计算以精确控制柴油喷射正时。另一方面，处理后的5V方波信号进入主控制器的差分信号转换电路，转换为差分信号后对外输出。双燃料发动机燃气喷射及模式管理由从控制器单独控制，上述由主控制器输出的正时信号的差分信号输入从控制器的差分信号转换电路，由差分信号转换为5V方波信号后输入从控制器的单片机，通过正时同步相关程序为发动机进行判缸及转速计算以精确控制天然气喷射正时。
正时信号调理电路包括施密特反相器U1、U2、U3，NPN型三极管Q1，二极管D1，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，电容C1、C2、C3，以及功能选择电阻R9、R10，控制器拥有四个信号调理电路模块；所述差分信号转换电路包括高速CAN收发器TJA1040、共模滤波器U5，电阻R12、R13、R14，电容C4、C6、C7，瞬态电压抑制器D2、D3，功能选择电阻R11，每一个控制器至少拥有两个差分信号转换模块。
正时信号调理电路中，电阻R2上端接5V电压，下端接三极管基极作为三极管的偏置电阻，传感器信号自电阻R1左端引入。电阻R1与电容C1构成RC滤波电路对输入信号进行滤波，正弦信号在输入三极管Q1时上限被限制为0.7V。图2示电路中，信号自三极管的集电极输出，经三极管放大后，此时信号成为5V方波信号。施密特反相器的2引脚与三极管集电极相连，因此三极管放大后的信号经施密特反相器处理后变为5V方波。此时方波相位与原始相位反向，因此将反相器U1的第4引脚与反相器U2及U3的第2引脚相连，使方波相位再次反向。此后，处理后5V方波信号经由PT0或PIOUT0端口输入单片机或经U4-1输入差分信号转换电路。
正时信号调理电路中，使用电阻R7和电容C2组成阻容滤波电路对反相器U2第4端口的输出信号进行进一步的滤波处理。使用电阻R8和电容C3组成阻容滤波电路对反相器U3第4端口的输出信号进行进一步的滤波处理。
差分信号转换电路中，经信号调理电路调理后的方波信号经高速CAN收发器U4的第1端口输入，经其第6、7端口输出差分信号。差分信号接入共模滤波器U5的第1、2端口进行滤波处理，经其第3、4端口输出。进一步的，电阻R13、R14与电容C5构成RC滤波电路以消除信号反射，电容C6、C7对输出信号进一步滤波，瞬态电压抑制器D2、D3可防止芯片因瞬间的脉冲所导致的失灵。
差分信号转换电路中，PI1_H和PI1_L端口既是发送端口也是接收端口。接收差分信号时，信号经滤波电路和共模滤波器U5滤波后进入高速CAN收发器U4，并被转换成5V方波信号经U4的第4端口输出至从处理器做信号处理。
参考附图1及附图2，主控制器正时信号处理电路的输入端与发动机曲轴传感器或凸轮轴传感器相连；主控制器正时信号处理电路的第二输出端与主控制器差分信号转换电路连接；主控制器差分信号转换电路的第一输出端与主控制器单片机连接；主、从控制器差分信号转换电路第二输出端互联，从控制器差分信号转换电路的第一输出端与从控制器单片机相连。主控制器差分信号转换电路的第一输出端输出方波信号进入主控制器单片机做正时同步处理；从控制器差分信号转换电路的第一输出端输出方波信号进入从控制器单片机做正时同步处理。
参考附图3、4，主控制器正时信号处理电路的第一输出端为PT0；所述主控制器正时信号处理电路的第二输出端为U4-1；主控制器差分信号转换电路的第一输出端为PT4；主控制器差分信号转换电路的第二输出端为PI1_H及PI1_L端口。从控制器与主控制器电路结构相同。
正时信号处理电路及差分信号转换电路位于控制器上，其中图3、图4所示电路在控制器上应制有两路，其结构相同，所用元器件相同，输入输出端口不同以分别处理曲轴及凸轮轴信号，以磁电式曲轴传感器信号为例对电路功能进行详细介绍。曲轴传感器信号自PI0端口输入，信号输入三极管基极，经三极管放大后由集电极输出。信号经三极管放大处理后由U1的2引脚输入施密特反相器，输入信号经施密特反相器处理后变为与原信号相位偏差180度的反向方波，并由施密特反相器U1的4端口输出。由于此时调理信号与目标信号相位反向，因此将U1处理后信号再次输入施密特反相器U2及U3将信号反向得到目标方波。如图3所示，反相器U1、U2的4端口输出信号是完全相同的，双控制器协同工作时，电阻R10不予焊接，信号经U4-1端口输入差分信号转换电路。信号调理电路处理后的曲轴信号为5V方波信号，该信号由U4的输入端口(TX)输入高速CAN收发器。经U4处理后的信号一方面可由U4的输出端口(RX)输出到单片机做信号处理用，一方面转换为差分信号经U4的6、7端口与从控制器进行信号传输。为保证信号的稳定性和准确性，上述差分信号继而输入共模滤波器U5以及由电阻电容组成的RC滤波电路进行滤波处理。瞬态电压抑制二极管D2、D3加在信号线上，可有效防止单片机因瞬间的脉冲，如静电放电效应、浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵，能避免数据传输受到不必要的噪声影响。最终，滤波后的差分信号经PI1_H及PI1_L端口向外传输。将主控制器的PI1_H及PI1_L端口与从控制器的PI1_H及PI1_L端口对应连接。在从控制器中，差分信号经U5等滤波后经6、7端口输入U4，U4将接收到的差分信号处理成单片机所需的方波信号。
参考图1各阶段信号输出示意图，从控制器将接收到的差分信号经U4转换而成的方波信号与主控制器CAN收发器输出信号相同。其中，图1中所示差分信号可在PI1_H及PI1_L端口测得，图1中所示差分信号转换电路输出的方波信号可在图4所示R11处测得，R11处信号即为U4处理后的输出信号。由于TJA1040波特率高达1Mbps,满足发动机高转速实时性要求。
Claims (3)
1.微引燃双燃料发动机分布式控制系统正时同步方法，其特征是：主控制器正时信号处理电路的输入端与发动机曲轴传感器或凸轮轴传感器相连；主控制器正时信号处理电路的输出端与主控制器差分信号转换电路连接；主控制器差分信号转换电路的第一输出端与主控制器单片机连接；主控制器差分信号转换电路第二输出端、从控制器差分信号转换电路第二输出端互联，从控制器差分信号转换电路的第一输出端与从控制器单片机相连；主控制器差分信号转换电路的第一输出端输出方波信号进入主控制器单片机做正时同步处理，从控制器差分信号转换电路的第一输出端输出方波信号进入从控制器单片机做正时同步处理；主控制器与从控制器同时使用CAN收发器信号输出端信号，以抵消两控制器间信号传输产生的相位延迟。
2.根据权利要求1所述的微引燃双燃料发动机分布式控制系统正时同步方法，其特征是：曲轴传感器信号自PI0端口输入，信号输入三极管基极，经三极管放大后由集电极输出，信号经三极管放大处理后由U1的2引脚输入施密特反相器U1，输入信号经施密特反相器处理后变为与原信号相位偏差180度的反向方波，并由施密特反相器U1的4端口输出，将施密特反相器U1处理后信号再次输入施密特反相器U2及U3，将信号反向得到目标方波，施密特反相器U1、施密特反相器U2的4端口输出信号是完全相同的，双控制器协同工作时，信号经U4-1端口输入差分信号转换电路。
3.根据权利要求1或2所述的微引燃双燃料发动机分布式控制系统正时同步方法，其特征是：信号调理电路处理后的曲轴信号为5V方波信号，该信号由U4的输入端口输入CAN收发器，经U4处理后的信号一方面由U4的输出端口输出到单片机做信号处理用，一方面转换为差分信号经U4的6、7端口与从控制器进行信号传输，上述差分信号继而输入共模滤波器U5以及由电阻电容组成的RC滤波电路进行滤波处理，瞬态电压抑制二极管D2、D3加在信号线上，最终，滤波后的差分信号经PI1_H及PI1_L端口向外传输，将主控制器的PI1_H及PI1_L端口与从控制器的PI1_H及PI1_L端口对应连接，在从控制器中，差分信号经U5滤波后经6、7端口输入U4，U4将接收到的差分信号处理成单片机所需的方波信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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