一種電熱塞預熱控制裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種電熱塞預熱控制裝置，其特征在于：它包括電源、發(fā)電機、GPCU、CAN總線、ECU和電熱塞；所述電源負極接地，正極分別連接所述發(fā)電機和GPCU，所述GPCU通過所述CAN總線與所述ECU進行通信，用于接收所述ECU發(fā)出的加熱控制信號；所述GPCU還連接有各缸所述電熱塞；其中，所述GPCU為電熱塞控制單元。本實用新型采用的GPCU獨立于ECU，能夠實現(xiàn)自主計算和加熱溫度和功率的閉環(huán)控制控制，滿足電熱塞動態(tài)加熱、能量消耗優(yōu)化、低電量補償和故障診斷等需求。
【專利說明】
一種電熱塞預熱控制裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種預熱控制裝置，特別是關于一種在發(fā)動機電子控制領域中應用的電熱塞預熱控制裝置。
【背景技術】
[0002]電熱塞常用于柴油發(fā)動機，利用電阻的焦耳效應在發(fā)動機冷啟動時對進氣進行預熱，提高進氣溫度，保證發(fā)動機正常啟動以及提高啟動速度。同時，在節(jié)能減排的大背景下，電熱塞也被用來優(yōu)化啟動暖機時缸內(nèi)的燃燒過程，以降低發(fā)動機排放和降低燃燒噪聲。不僅如此，電熱塞預熱功能也能夠降低燃油的消耗，提升發(fā)動機的經(jīng)濟性。上述功能的實現(xiàn)，離不開電熱塞控制單元的控制。
[0003]傳統(tǒng)的基于集成電路式的電熱塞控制單元(Glow Plug Control Unit，簡稱GPCU)，需要接收發(fā)動機電控單元(Engine Control Unit，簡稱ECU)發(fā)送的通斷指令，不能進行獨立自主的控制。由于結構形式的局限，故障診斷功能受限，同時不能進行故障診斷信息的存儲。當利用電熱塞進行燃燒優(yōu)化時，需要對加熱過程進行復雜的控制，以實現(xiàn)動態(tài)加熱，溫度控制等功能，而傳統(tǒng)的電熱塞控制單元是不能夠實現(xiàn)的。
[0004]綜上所述，隨著電熱塞控制單元功能需求的多樣化和復雜化，傳統(tǒng)的集成電路式控制單元已經(jīng)不能夠滿足發(fā)動機正常使用的需要。因此，具有獨立自主的運算功能、能夠實現(xiàn)復雜加熱過程控制的新型電熱塞控制器的出現(xiàn)就很有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種電熱塞預熱控制裝置，該裝置能夠獨立于發(fā)動機ECU，實現(xiàn)自主的計算和控制，滿足諸如動態(tài)加熱、提升加熱響應速度、能量消耗優(yōu)化和低電量補償?shù)刃碌墓δ苄孕枨蟆?br>[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術方案:一種電熱塞預熱控制裝置，其特征在于:它包括電源、發(fā)電機、GPCU、CAN總線、ECU和電熱塞;所述電源負極接地，正極分別連接所述發(fā)電機和GPCU，所述GPCU通過所述CAN總線與所述ECU進行通信，用于接收所述ECU發(fā)出的加熱控制信號；所述GPCU還連接有各缸所述電熱塞；其中，所述GPCU為電熱塞控制單
J L ο
[0007 ]優(yōu)選地，所述GP⑶包括數(shù)字核心模塊、電源模塊、通信模塊、采集模塊和電熱塞驅動模塊;所述數(shù)字核心模塊由所述電源模塊供電，所述數(shù)字核心模塊經(jīng)所述通信模塊與所述ECU通信，所述數(shù)字核心模塊還與所述采集模塊進行信息交互;所述電熱塞驅動模塊由所述數(shù)字核心模塊驅動工作。
[0008]進一步，所述數(shù)字核心模塊內(nèi)設置有微型控制器MCU、P麗和存儲器;所述M⑶根據(jù)電熱塞的工作電壓信號、電流信號以及故障診斷信號得到控制所述電熱塞通斷的PWM控制信號的占空比，利用脈沖寬度調(diào)制器產(chǎn)生相應占空比的PWM波，將PffM波提供給所述電熱塞驅動模塊中的智能驅動芯片來控制所述電熱塞的通斷;所述數(shù)字核心模塊中的所述存儲器用于記錄GP⑶的錯誤信息。
[0009]進一步，所述通訊模塊通過CAN的收發(fā)器、CAN控制器接口與所述E⑶進行通信。 [〇〇1〇]進一步，所述采集模塊中設置有各缸電熱塞電壓采集電路、電流采集芯片、故障診斷單元以及多個模數(shù)轉換器，所述模數(shù)轉換器將采集到的所述電熱塞的工作電壓和電流信號和故障診斷信號進行模數(shù)轉換，將得到的數(shù)字信號反饋給所述MCU。
[0011]進一步，所述電熱塞電壓采集電路包括第一電阻、第二電阻和電壓檢測輸出端;所述電熱塞一端接地，另一端連接所述第一電阻的一端，所述第一電阻另一端分別連接所述第二電阻和電壓檢測輸出端，所述第二電阻另一端接地，所述電壓檢測輸出端將檢測到得電壓信號經(jīng)所述模數(shù)轉換器傳輸至所述MCU。
[0012]本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點:1、本實用新型采用的電熱塞控制通過獨立自主的微控制器實現(xiàn)，更加靈活方便;ECU不需要增加額外代碼，便于靈活地進行功能拓展;能夠實時進行故障診斷，同時具有錯誤診斷信息存儲功能。2、本實用新型通過GPCU能夠滿足電熱塞復雜的加熱需求，以此來解決發(fā)動機冷啟動問題以及進行發(fā)動機經(jīng)濟性、排放、噪聲和震動的優(yōu)化。3、本實用新型采用的GP⑶能夠通過采集模塊中的故障診斷單元將故障信號輸入到數(shù)字核心中的微處理器實現(xiàn)對電熱塞以及控制系統(tǒng)的全面監(jiān)控， 實現(xiàn)過溫、過載、短路保護和開路檢測功能。4、本實用新型通過電熱塞加熱電流和電壓的精確采集能夠進行電熱塞加熱溫度，加熱功率的精確閉環(huán)控制。MCU通過脈沖寬度調(diào)制器對 PWM波的占空比進行靈活調(diào)節(jié)，改變電熱塞端的有效電壓，對發(fā)動機電熱塞的預熱功能進行精確控制，滿足發(fā)動機對于不同預熱溫度的需求，解決發(fā)動機冷啟動問題。5、本實用新型通過對電熱塞工作電流和電壓的精確采集能夠實現(xiàn)低電量的補償。在電源模塊輸出電壓衰減的情況下，數(shù)字核心模塊中的MCU能夠實時采集電熱塞的工作電壓，并通過脈沖寬度調(diào)制器增加PWM控制信號的占空比，使得電熱塞的加熱量維持恒定，實現(xiàn)加熱量的閉環(huán)控制?！靖綀D說明】
[0013]圖1是本實用新型的整體結構示意圖；
[0014]圖2是本實用新型的電熱塞控制單元結構示意圖；
[0015]圖3是本實用新型的電熱塞工作電壓采集電路；
[0016]圖4是本實用新型的電熱塞驅動電壓信號時序圖；
[0017]圖5是本實用新型的低電池電量下電熱塞驅動功率補償示意圖?！揪唧w實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0019]如圖1所示，本實用新型提供一種電熱塞預熱控制裝置，其包括電源1、發(fā)電機2、電熱塞控制單元(GPCU) 3、CAN總線4、發(fā)電機電控單元(E⑶)5和電熱塞6。電源1負極接地 (GND)，正極分別連接發(fā)電機2和GP⑶3，GPCU 3由電源1供電，電源1通過發(fā)電機2實現(xiàn)補充損耗的電量。GPCU 3通過CAN總線4與ECU5進行通信，用于接收ECU5發(fā)出的加熱控制信號。 GPCU 3還連接有各缸電熱塞6，以控制對各缸電熱塞6的加熱過程。
[0020]如圖2所示，GP⑶3包括數(shù)字核心模塊7、電源模塊8、通信模塊9、采集模塊10和電熱塞驅動模塊11。數(shù)字核心模塊7由電源模塊8供電，數(shù)字核心模塊7經(jīng)通信模塊9與ECU5通信，數(shù)字核心模塊7還與采集模塊10進行信息交互。電熱塞驅動模塊11由數(shù)字核心模塊7驅動工作。
[0021 ]數(shù)字核心模塊7內(nèi)設置有微型控制器MCUl 2、PffM和存儲器13; MCUl 2根據(jù)電熱塞的工作電壓信號、電流信號以及故障診斷信號得到控制電熱塞6通斷的PWM控制信號的占空比，利用脈沖寬度調(diào)制器產(chǎn)生相應占空比的PWM波，將PffM波提供給電熱塞驅動模塊11中的智能驅動芯片14來控制電熱塞6的通斷。這樣，數(shù)字核心模塊7中的M⑶12就可以通過控制智能驅動芯片14實現(xiàn)電熱塞6的加熱和停止加熱。數(shù)字核心模塊7中的存儲器13用于記錄GP⑶3的錯誤信息。電源模塊8通過一個穩(wěn)壓器向數(shù)字核心模塊7提供穩(wěn)定的供電電壓。通訊模塊9通過CAN的收發(fā)器、CAN控制器接口與發(fā)動機的ECU5進行通信，接收ECU5發(fā)出的加熱控制信號。采集模塊10中設置有各缸電熱塞電壓采集電路、電流采集芯片、故障診斷單元以及多個模數(shù)轉換器15，模數(shù)轉換器15將精確采集到的電熱塞6的工作電壓和電流信號進行模數(shù)轉換，將得到的數(shù)字診斷信號反饋給MCU12，由MCU12根據(jù)診斷信號實現(xiàn)電熱塞控制系統(tǒng)的全面診斷。
[0022 ]上述實施例中，如圖3所示，采集模塊1中設置有電熱塞工作電壓采集電路該電路包括第一電阻16、第二電阻17和電壓檢測輸出端18。電熱塞6—端接地(GND)，另一端連接第一電阻16的一端，第一電阻16另一端分別連接第二電阻17和電壓檢測輸出端18，第二電阻17另一端接地，電壓檢測輸出端18將檢測到得電壓信號經(jīng)模數(shù)轉換器15傳輸至MCU12。使用時，由于兩個已知阻值的第一電阻16、第二電阻17與電熱塞6并聯(lián)。通過采集其中一個已知電阻兩端的電壓信號，即可以計算出電熱塞的工作電壓。需要注意的是，已知第一電阻16、第二電阻17的總阻值應遠遠大于電熱塞6的電阻，以降低并聯(lián)電路的分流作用引起的能量消耗。被直接進行電壓信號采集的第一電阻16與第二電阻17的阻值比應考慮到采集電壓信號的ADC的耐受電壓和測量精度。
[0023]如圖4所示，當發(fā)動機對于電熱塞6的預熱需求分別為低加熱溫度需求19、高加熱溫度需求20和中等加熱溫度需求21(溫度需求可以是任意的，不局限于特定的溫度需求)時，在電源模塊供電電壓22保持恒定的條件下，數(shù)字核心將會分別輸出低占空比23、高占空比24和中等占空比25的PffM控制信號，控制電熱塞加熱電路的通斷，其中，“I”表示加熱電路接通，電熱塞開始加熱，“O”表示加熱電路斷開。在供電電壓不變的條件下，PWM控制信號的占空比通過數(shù)字核心中的MCU12根據(jù)加熱的溫度需求計算得到，脈沖寬度調(diào)制器輸出相應占空比的PWM波。電熱塞接通時，在26、27、28電熱塞的實際工作電壓與電池電壓保持一致，通電時間比例分別與PWM控制信號23、24、25的占空比保持一致。
[0024]如圖5所示，當發(fā)動機對于電熱塞的預熱需求29保持恒定，電源模塊的供電電壓出現(xiàn)衰減現(xiàn)象時，從30到31。數(shù)字核心對采集模塊輸出的工作電壓信號進行計算和分析，檢測到工作電壓的衰減，為了保證電熱塞的加熱量不會隨著供電電壓的衰減產(chǎn)生明顯變化，根據(jù)加熱量的閉環(huán)控制算法，輸出具有更大的占空比的HVM控制信號，從32到33，增大電熱塞加熱電路的接通時間比例，對實際加熱量進行低電量補償。占空比的具體數(shù)值由數(shù)字核心中的MCU12計算得到，脈沖寬度調(diào)制器輸出相應占空比的P麗波。電熱塞接通時的工作電壓與電池電壓保持一致，如34處電壓與30處一致，35處與31處一致;通電時間比例與PWM控制信號的占空比保持一致，34處電壓占空比與32處信號占空比一致，35處信號占空比與33處信號占空比一致。可以看到，在電源模塊的輸出電壓衰減后，電熱塞通過增大加熱電路的接通時間比例以保證恒定的加熱量。
[0025]上述各實施例僅用于說明本實用新型，各部件的結構、尺寸、設置位置及形狀都是可以有所變化的，在本實用新型技術方案的基礎上，凡根據(jù)本實用新型原理對個別部件進行的改進和等同變換，均不應排除在本實用新型的保護范圍之外。
【主權項】
1.一種電熱塞預熱控制裝置，其特征在于:它包括電源、發(fā)電機、GPCU、CAN總線、E⑶和 電熱塞;所述電源負極接地，正極分別連接所述發(fā)電機和GPCU，所述GP⑶通過所述CAN總線 與所述ECU進行通信，用于接收所述ECU發(fā)出的加熱控制信號;所述GPCU還連接有各缸所述 電熱塞;其中，所述GP⑶為電熱塞控制單元。2.如權利要求1所述的一種電熱塞預熱控制裝置，其特征在于:所述GPCU包括數(shù)字核心 模塊、電源模塊、通信模塊、采集模塊和電熱塞驅動模塊;所述數(shù)字核心模塊由所述電源模 塊供電，所述數(shù)字核心模塊經(jīng)所述通信模塊與所述ECU通信，所述數(shù)字核心模塊還與所述采 集模塊進行信息交互;所述電熱塞驅動模塊由所述數(shù)字核心模塊驅動工作。3.如權利要求2所述的一種電熱塞預熱控制裝置，其特征在于:所述數(shù)字核心模塊內(nèi)設 置有微型控制器MCU、和存儲器;所述MCU根據(jù)電熱塞的工作電壓信號、電流信號以及故 障診斷信號得到控制所述電熱塞通斷的HVM控制信號的占空比，利用脈沖寬度調(diào)制器產(chǎn)生 相應占空比的PWM波，將PWM波提供給所述電熱塞驅動模塊中的智能驅動芯片來控制所述電 熱塞的通斷;所述數(shù)字核心模塊中的所述存儲器用于記錄GPCU的錯誤信息。4.如權利要求2或3所述的一種電熱塞預熱控制裝置，其特征在于:所述通信模塊通過 CAN的收發(fā)器、CAN控制器接口與所述ECU進行通信。5.如權利要求3所述的一種電熱塞預熱控制裝置，其特征在于:所述采集模塊中設置有 各缸電熱塞電壓采集電路、電流采集芯片、故障診斷單元以及多個模數(shù)轉換器，所述模數(shù)轉 換器將采集到的所述電熱塞的工作電壓和電流信號和故障診斷信號進行模數(shù)轉換，將得到 的數(shù)字信號反饋給所述MCU。6.如權利要求5所述的一種電熱塞預熱控制裝置，其特征在于:所述電熱塞電壓采集電 路包括第一電阻、第二電阻和電壓檢測輸出端;所述電熱塞一端接地，另一端連接所述第一 電阻的一端，所述第一電阻另一端分別連接所述第二電阻和電壓檢測輸出端，所述第二電 阻另一端接地，所述電壓檢測輸出端將檢測到得電壓信號經(jīng)所述模數(shù)轉換器傳輸至所述 MCU〇
【文檔編號】F02N19/06GK205592057SQ201620232273
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】周天元, 楊福源, 胡耀東, 姚昌晟, 余平
【申請人】清華大學