專利名稱：全數(shù)字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴油器數(shù)字驅(qū)動(dòng)和故障診斷電路。特別是涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)噴油 器'的高、低壓分時(shí)控制，數(shù)字化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗小，控制精確，易于實(shí)施的全數(shù) 字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路。
背景技術(shù)：
為了實(shí)現(xiàn)高壓共軌系統(tǒng)多脈沖燃油噴射模式的靈活控制技術(shù)，要求高壓共軌噴油器 要具有更高的開啟和關(guān)閉響應(yīng)速度，這不僅對(duì)共軌噴油器的性能提出了更高的要求，而 且要求有高性能的驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)還要確保共軌噴油在惡劣的環(huán)境下可靠、安全地工作， 這就對(duì)共軌噴油器的驅(qū)動(dòng)電路和故障診斷電路設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。根據(jù)噴油器電磁閥的工 作特性，其理想驅(qū)動(dòng)方式為在銜鐵吸合時(shí)，應(yīng)先對(duì)電磁閥線圈以盡可能快的速率注入 峰值電流，使其迅速吸合。吸合后，磁路氣隙減小，磁阻降低，電磁閥僅需較小的維持 電流即可以可靠地維持吸合。在釋放時(shí)，為了減少電磁閥的釋放延時(shí)，應(yīng)盡可能快地切 斷驅(qū)動(dòng)電流，釋放電磁閥的電勢(shì)能。在維持吸合階段采用較小的維持電流， 一方面可以 加快電磁閥的釋放速度，另一方面還可以減小蓄電池的能量消耗，并減少電磁閥線圈以 及功率驅(qū)動(dòng)單元的熱負(fù)荷。
為了實(shí)現(xiàn)這種理想的驅(qū)動(dòng)方式，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)開發(fā)了多種各具特色的驅(qū)動(dòng)電路， 其實(shí)質(zhì)都是對(duì)電磁閥在開啟階段和吸合階段施加不同的電壓或電流。驅(qū)動(dòng)方式采用如圖4
所示的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這種驅(qū)動(dòng)信號(hào)由主脈沖a、零脈沖b和PWM保持波c三部分合成。主脈 沖使電磁閥線圈電流迅速達(dá)到足夠大的吸合電流而使電磁閥能快速開啟，PWM保持波使電 磁闊線圈工作于足以維持電磁閥開啟的理想電流，零脈沖使驅(qū)動(dòng)電流迅速?gòu)姆逯惦娏骰?落到保持電流。這種驅(qū)動(dòng)信號(hào)是符合電磁閥驅(qū)動(dòng)的最優(yōu)控制信號(hào)，這里我們簡(jiǎn)稱他為優(yōu) 化波，如圖4中的d所示。
雖然，現(xiàn)存的驅(qū)動(dòng)電路大都可以比較理想的控制電磁閥不同工作階段的電流，但驅(qū) 動(dòng)電路現(xiàn)實(shí)的方式確各不一樣?？偨Y(jié)起來傳統(tǒng)的方法有下面一些情況，就驅(qū)動(dòng)信號(hào)的合 成而言，有兩種方式， 一種是由集成芯片的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器利用中斷服務(wù)程序觸發(fā)得到驅(qū) 動(dòng)信號(hào)中的各脈沖，再由邏輯運(yùn)算單元合成實(shí)現(xiàn)，這種方法不僅要占用大量的硬件中斷 資源，而且中斷服務(wù)程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜，參數(shù)調(diào)用頻繁，占用了寶貴的CPU資源，而邏輯合 成后的信號(hào)由于中斷延時(shí)存在滯后效應(yīng)，即便使用帶有強(qiáng)大定時(shí)處理功能的eTPU單元的 32位發(fā)動(dòng)機(jī)專用微處理器，驅(qū)動(dòng)信號(hào)的精度也難以保證。另一種方式由混合電路設(shè)計(jì)實(shí) 現(xiàn)，其中利用電流采樣反饋電路產(chǎn)生保持波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而控制電磁閥回路中的保持電 流；采用延時(shí)觸發(fā)器產(chǎn)生主脈沖信號(hào)，從而控制電磁閥回路中峰值電流的大??；同時(shí)電
路中要涉及大量的采樣電阻、運(yùn)放、比較器、觸發(fā)器和邏輯運(yùn)算單元等。這種方法雖然 減少了對(duì)CPU資源的利用，但是外部電路器件較多，涉及高頻的數(shù)字電路和敏感的模擬 電路混合設(shè)計(jì)，給電路設(shè)計(jì)工作帶來較大的困難，不符合電路設(shè)計(jì)數(shù)字化和集成化的趨 勢(shì)。就電磁閥驅(qū)動(dòng)電壓而言，也有兩種方式， 一種是單一高壓驅(qū)動(dòng)，這種方式使電磁閥 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)潔，易于實(shí)現(xiàn)，但他對(duì)升壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的功率密度提出了很高的要 求，有時(shí)需要多路升壓轉(zhuǎn)換器才能滿足電磁閥對(duì)功率的需求，很難實(shí)現(xiàn)升壓模塊的小型 化，也不適宜在ECU中安裝。另一種方式是高、低壓(24V)分時(shí)驅(qū)動(dòng)，這種方式使電磁 閥驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)略有復(fù)雜，但對(duì)升壓轉(zhuǎn)換器的要求大大降低，通常一路升壓就能滿足 多路電磁閥的功率的需求，也可以降低升壓電路的熱負(fù)荷，但高、低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)的合成 是設(shè)計(jì)中難點(diǎn)，需要尋找合理的簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)方案。
可編程邏輯器件是大部分?jǐn)?shù)字電路設(shè)計(jì)工程師實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)目標(biāo)的重要手段，不管邏 輯是簡(jiǎn)單的I/O還是復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)，大部分可編程邏輯是使用硬件描述語(yǔ)言編寫的，并 且在可編程的邏輯元件上執(zhí)行。可編程邏輯元件(PLD)是應(yīng)用最廣泛的用戶定制的數(shù)字 IC，用戶可以根據(jù)自己的需要來編寫邏輯運(yùn)算程序，并且將邏輯運(yùn)算程序?qū)懭氲娇删幊?邏輯元件就可以實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)目標(biāo)。在20世紀(jì)90年代，出現(xiàn)了更為復(fù)雜的PLD，即 CPLD。 CPLD具有更為豐富的邏輯資源和門，是基于電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)的芯片， 其具有靜態(tài)可重復(fù)編程和動(dòng)態(tài)在系統(tǒng)重構(gòu)的特性，使得硬件的功能可以靈活修改，大大 提高電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通用性。而基于CPLD可以很方便地對(duì)電磁閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行邏輯合成， 同時(shí)合理的設(shè)計(jì)也可以最大限度的簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)噴油器的高、低壓分時(shí)控制， 數(shù)字化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗小，控制精確，易于實(shí)施的全數(shù)字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢 測(cè)電路。.
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種全數(shù)字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路，包括有 依次連接的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、可編程邏輯單元、驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)單元以及由多個(gè)噴油器構(gòu)成 的噴油器組。
所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元包括有為可編程邏輯單元提供時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào)、輸出 給可編程邏輯單元的噴油器組控制信號(hào)以及用于對(duì)噴油器的檢測(cè)信號(hào)做出分析和診斷的 定時(shí)模塊。
所述的可編程邏輯單元包括有接收可編程邏輯單元的噴油器組控制信號(hào)，分離出 驅(qū)動(dòng)電路的高邊控制信號(hào)的高壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器；接收可編程邏輯單元的噴油器組控制 信號(hào)優(yōu)化出驅(qū)動(dòng)電路的低邊控制信號(hào)的優(yōu)化波合成器；為高壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器和優(yōu)化波 合成器提供低頻時(shí)鐘基準(zhǔn)的時(shí)鐘分頻器；以及對(duì)可編程邏輯單元的信號(hào)進(jìn)行邏輯或運(yùn)算
并輸出到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的邏輯運(yùn)算器。
所述的噴油器組是由六個(gè)噴油器構(gòu)成的噴油器組。
所述的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)單元包括有與可編程邏輯單元的高壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器和優(yōu)化波 合成器相連的且與多個(gè)噴油器相對(duì)應(yīng)的多個(gè)高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊；與高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊相 連并向噴油器組輸出信號(hào)的多個(gè)功率驅(qū)動(dòng)模塊；以及與噴油器組相連接收其信號(hào)并向可 編程邏輯單元的邏輯運(yùn)算器輸出檢測(cè)信號(hào)的多個(gè)檢測(cè)模塊。
所述的每一個(gè)高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊包括有高、低邊功率管驅(qū)動(dòng)芯片U20，其中，U20中 1腳接12V電源，還通過電容C148、 C149的并聯(lián)接地；4腳接地；2腳接可編程邏輯單元 的高壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器的輸出HIN-DRIBVER端;3腳接可編程邏輯單元的優(yōu)化波合成器的 輸出LIN-DRIBVER端；5、 7腳為信號(hào)輸出端接功率驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端，6、 8腳為信號(hào)輸 入端接功率模塊的輸出端。
所述的每一個(gè)功率驅(qū)動(dòng)模塊包括有高邊功率管Q9和低邊功率管Q12，其中，由高、 低邊驅(qū)動(dòng)模塊的7腳輸出的信號(hào)通過電阻R158連接高邊功率管Q9的柵極，高邊功率管 Q9的柵極還通過穩(wěn)壓二極管D61與其源極以及與24V電源相連的整流管D88 —起至輸出 端INJECTOR—H端口，而高邊功率管Q9的漏極接110V電源；從高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊的5腳 輸出的信號(hào)，通過電阻R161連接低邊功率管Q12的柵極，低邊功率管Q12的源極連接檢 測(cè)模塊，低邊功率管Q12的漏極至INJECTOR一L端口 ，還通過整流二極管D64至24V電源； 高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊的8腳還通過二極管D58與電阻R153的串聯(lián)接高邊功率管Q9的漏極， 還通過二極管D58與電阻R154的串聯(lián)接地；高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊的8腳還通過電容C142、 C143的并聯(lián)和6腳一起至功率驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端INJECTOR—H端口；所述的INJECTOR—H 端口和INJECTOR—L端口分別對(duì)應(yīng)連接噴油器電磁閥的兩個(gè)接線柱上。
所述的每一個(gè)檢測(cè)模塊包括有比較器U16B和運(yùn)算放大器U17B，其中，從功率驅(qū)動(dòng)模 塊的低邊功率管Q12的源極過來的信號(hào)，通過電阻R173、 R174采樣后分別經(jīng)電阻R164 至運(yùn)算放大器U17B的同相輸入端5腳，以及至運(yùn)算放大器U17B的反相輸入端6腳；運(yùn) 算放大器U17B的同相輸入端5腳還通過電容C155接地；運(yùn)算放大器U17B的4腳接地、 6腳通過電阻R179接輸出端7腳、8腳接3.3V電源；運(yùn)算放大器U17B的輸出端7腳通 過電阻R165接比較器U16B的反相輸入端6腳，還通過電阻R165與電容C156的串聯(lián)接 地；比較器U16B的同相輸入端腳5接3. 3V電源，還通過電容C154接地，比較器U16B 的4腳接地，8腳接3.3V電源，比較器U16B的輸出端7腳通過電阻R166接3.3V電源， 輸出端7腳還至輸出端CHECK端，輸出端C服CK端與可編程邏輯單元的邏輯運(yùn)算器相連。 本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是 一種全數(shù)字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路，包括 有依次連接的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、簡(jiǎn)單可編程邏輯器件或現(xiàn)場(chǎng)可編程門列陣、驅(qū)動(dòng)和檢 測(cè)單元以及由多個(gè)噴油器構(gòu)成的噴油器組。
本發(fā)明的全數(shù)字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)噴油器的高、低壓分時(shí)控 制，數(shù)字化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗小，控制精確，易于實(shí)施；設(shè)計(jì)緊湊，集成度高，診 斷方便、快捷；同時(shí)采用了放電電路，提高了噴油器開啟和關(guān)閉的響應(yīng)，驅(qū)動(dòng)電路不需
要額外的輔助元件，大大降低了設(shè)計(jì)成本。本發(fā)明適用于所有電磁式執(zhí)行器，也可以對(duì) 其驅(qū)動(dòng)通道進(jìn)行擴(kuò)展，使其適用于更多缸數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)。


圖l是本發(fā)明的整體框圖2是本發(fā)明的可編程邏輯單元的電路原理圖； 圖3是本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)單元的電路原理圖； 圖4是噴油器電磁閥的最優(yōu)控制信號(hào)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的全數(shù)字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路做出詳細(xì)說明。
如圖1所示，本發(fā)明的全數(shù)字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路，包括有依次連接的
發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU、可編程邏輯單元CPLD、驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)單元DR-CH以及由多個(gè)噴油器 構(gòu)成的噴油器組INJe所述的噴油器組INJ是由六個(gè)噴油器構(gòu)成的噴油器組。
本發(fā)明的全數(shù)字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路，還可以是包括有依次連接的發(fā)動(dòng) 機(jī)控制單元ECU、簡(jiǎn)單可編程邏輯器件PLD或現(xiàn)場(chǎng)可編程門列陣FPGA、驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)單元 DR-CH以及由多個(gè)噴油器構(gòu)成的噴油器組INJ。 gp，用簡(jiǎn)單可編程邏輯器件PLD或現(xiàn)場(chǎng) 可編程門列陣FPGA代替可編程邏輯單元CPLD。
所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU包括有為可編程邏輯單元CPLD提供時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘信 號(hào)El、輸出給可編程邏輯單元CPLD的噴袖器組控制信號(hào)E2以及用于對(duì)噴油器的檢測(cè)信 號(hào)做出分析和診斷的定時(shí)模塊E3。
所述的可編程邏輯單元CPLD包括有接收可編程邏輯單元CPLD的噴油器組控制信 號(hào)E2，分離出驅(qū)動(dòng)電路的高邊控制信號(hào)的高壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器C2;接收可編程邏輯單元 CPLD的噴油器組控制信號(hào)E2優(yōu)化出驅(qū)動(dòng)電路的低邊控制信號(hào)的優(yōu)化波合成器C3;為高 壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器C2和優(yōu)化波合成器C3提供低頻時(shí)鐘基準(zhǔn)的時(shí)鐘分頻器Cl;以及對(duì)可 編程邏輯單元CPLD的信號(hào)進(jìn)行邏輯或運(yùn)算并輸出到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU的邏輯運(yùn)算器 C4。本發(fā)明中的可編程邏輯單元CPLD采用如圖2所示的型號(hào)為MAX3064A的模塊。
所述的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)單元DR-CH包括有與可編程邏輯單元CPLD的高壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離 器C2和優(yōu)化波合成器C3相連的且與多個(gè)噴油器相對(duì)應(yīng)的多個(gè)高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊P1;與 高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊Pl相連并向噴油器組INJ輸出信號(hào)的多個(gè)功率驅(qū)動(dòng)模塊P2;以及與噴 油器組INJ相連接收其信號(hào)并向可編程邏輯單元CPLD的邏輯運(yùn)算器C4輸出檢測(cè)信號(hào)的 多個(gè)檢測(cè)模塊P3。
如圖3所示，所述的每一個(gè)高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊Pl包括有高、低邊功率管驅(qū)動(dòng)芯片U20， 其中，U20中1腳接12V電源，還通過電容C148、 C149的并聯(lián)接地；4腳接地；2腳接
可編程邏輯單元CPLD的高壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器C2的輸出HIN-DRIBVER端；3腳接可編程邏 輯單元CPLD的優(yōu)化波合成器C3的輸出LIN-DRIBVER端；5、 7腳為信號(hào)輸出端接功率驅(qū) 動(dòng)模塊P2的輸入端，6、 8腳為信號(hào)輸入端接功率模塊P2的輸出端。
所述的每一個(gè)功率驅(qū)動(dòng)模塊P2包括有.高邊功率管Q9和低邊功率管Q12，其中，由高、 低邊驅(qū)動(dòng)模塊Pl的7腳輸出的信號(hào)通過電阻R158連接高邊功率管Q9的柵極，高邊功率 管Q9的柵極還通過穩(wěn)壓二極管D61與其源極以及與24V電源相連的整流管D88 —起至輸 出端INJECTOR—H端口，而高邊功率管Q9的漏極接110V電源；從高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊Pl 的5腳輸出的信號(hào)，通過電阻R161連接低邊功率管Q12的柵極，低邊功率管Q12的源極 連接檢測(cè)模塊P3，低邊功率管Q12的漏極至INJECTOR—L端口，還通過整流二極管D64 至24V電源；高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊Pl的8腳還通過二極管D58與電阻R153的串聯(lián)接高邊 功率管Q9的漏極，還通過二極管D58與電阻R154的串聯(lián)接地；高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊Pl的 8腳還通過電容C142、 C143的并聯(lián)和6腳一起至功率驅(qū)動(dòng)模塊P2的輸出端INJECTOR—H 端口；所述的頂JECT0RJ1端口和INJECTOR—L端口分別對(duì)應(yīng)連接噴油器電磁閥的兩個(gè)接 線柱上。
所述的每一個(gè)檢測(cè)模塊P3包括有比較器U16B和運(yùn)算放大器U17B，其中，從功率驅(qū) 動(dòng)模塊P2的低邊功率管Q12的源極過來的信號(hào)，通過電阻R173、 R174采樣后分別經(jīng)電 阻R164至運(yùn)算放大器U17B的同相輸入端5腳，以及至運(yùn)算放大器U17B的反相輸入端6 腳；運(yùn)算放大器U17B的同相輸入端5腳還通過電容C155接地；運(yùn)算放大器U17B的4腳 接地、6腳通過電阻R179接輸出端7腳、8腳接3. 3V電源；運(yùn)算放大器U17B的輸出端7 腳通過電阻R165接比較器U16B的反相輸入端6腳，還通過電阻R165與電容C156的串 聯(lián)接地；比較器U16B的同相輸入端腳5接3. 3V電源，還通過電容C154接地，比較器U16B 的4腳接地，8腳接3.3V電源，比較器U16B的輸出端7腳通過電阻R166接3.3V電源， 輸出端7腳還至輸出端CHECK端，輸出端CHECK端與可編程邏輯單元CPLD的邏輯運(yùn)算器 C4相連。
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的工作原理。
本發(fā)明主要應(yīng)用于六缸發(fā)動(dòng)機(jī)，所以噴油器組控制信號(hào)E2中有六個(gè)噴油器控制通 道，高壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器C2和優(yōu)化波合成器C3也分別有六輸出端口，高、低邊驅(qū)動(dòng)模 塊Pl、功率驅(qū)動(dòng)模塊P2和檢測(cè)模塊P3也分別有六個(gè)功能和結(jié)構(gòu)相同的電路，INJECTOR 單元是六個(gè)噴油器構(gòu)成的噴油器組。圖3中僅繪出了第一缸噴油器的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)電路圖， 以及其他五缸的連接端口，端口名稱中的字母名稱代表電路圖中的連接位置，端口名稱 中的數(shù)字代表第幾缸的連接端口。在圖2和圖3中端口名稱一致的兩個(gè)端口表示有電器 連接屬性。
發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU主要采用FREESCALE公司的32位汽車發(fā)動(dòng)機(jī)專用芯片MCF5235 為微處理，其主要提供三個(gè)功能模塊，分別為時(shí)鐘信號(hào)E1、噴油器組控制信號(hào)E2和定 時(shí)器模塊E3。時(shí)鐘信號(hào)El主要為可編程邏輯單元CPLD提供時(shí)鐘信號(hào)，通過發(fā)動(dòng)機(jī)控
制單元ECU中的時(shí)鐘電路輸出到可編程邏輯單元CPLD (MAX3064A)的CLOCK端口 (如 圖2)。噴油器組控制信號(hào)E2為噴油器提供噴射控制信號(hào)，輸出控制噴油器的噴油時(shí) 亥ij、噴油脈寬和噴油模式，噴油器組控制信號(hào)E2中共有六個(gè)控制通道，分別輸出六路 噴油器控制信號(hào)到可編程邏輯單元CPLD (MAX3064A)的TPU8 — 13端口。定時(shí)器模塊E3 為發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU (MCF5235)的定時(shí)器模塊，用于對(duì)噴油器的檢測(cè)信號(hào)做出分析 和診斷。
可編程邏輯單元CPLD單元主要有四部分功能模塊，分別為時(shí)鐘分頻器C1、高壓驅(qū) 動(dòng)信號(hào)分離器C2、優(yōu)化波合成器C3和邏輯運(yùn)算器C4，這些功能模塊是基于可編程邏輯 單元CPLD (MAX3064A)利用VHDL (超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言)軟件編程來實(shí)現(xiàn)，其 中時(shí)鐘分頻器C1、高壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器C2和優(yōu)化波合成器C3由三個(gè)平行進(jìn)程實(shí)現(xiàn)。時(shí) 鐘分頻器Cl的功能主要是為高壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器C2和優(yōu)化波合成器C3模塊提供低頻的 時(shí)鐘基準(zhǔn)，這里使用一個(gè)8位的計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)，來自時(shí)鐘信號(hào)E1的時(shí)鐘頻率為25MHZ， 連接在可編程邏輯單元CPLD (MAX3064A)的CLOCK端口 (圖2)，程序中計(jì)數(shù)器每數(shù)25 次，輸出一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，則實(shí)現(xiàn)25倍的分頻，就可以得到1MHZ的時(shí)鐘信號(hào)，高壓驅(qū)動(dòng) 信號(hào)分離器C2和優(yōu)化波合成器C3模塊就在時(shí)鐘分頻器Cl設(shè)定的時(shí)鐘頻率下工作；高壓 驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器C2的功能是利用來自噴油器組控制信號(hào)E2的控制信號(hào)分離出驅(qū)動(dòng)電路 的高邊控制信號(hào)，這里使用一個(gè)100位的二進(jìn)制移位寄存器來實(shí)現(xiàn)，移位寄存器中存儲(chǔ) 有100個(gè)連續(xù)的'1'，時(shí)鐘頻率為1MHZ時(shí)，高壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器C2則分離出高電平為 100us的脈沖，來自噴油器組控制信號(hào)E2六個(gè)通道的控制信號(hào)在時(shí)間上依次發(fā)生的，其 上升沿依次觸發(fā)高壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器C2，其中TPU8 — 13端口上的控制信號(hào)依次觸發(fā)高壓 驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器C2，而依次分離出的高邊控制信號(hào)分別由HIN-DRIBVER1—6端口 (圖2) 對(duì)應(yīng)輸出；優(yōu)化波合成器C3的功能是利用來自噴油器組控制信號(hào)E2的控制信號(hào)優(yōu)化出 驅(qū)動(dòng)電路的低邊控制信號(hào)，這里使用兩個(gè)位移寄存器來實(shí)現(xiàn)， 一個(gè)位移寄存器有150位， 用來產(chǎn)生低邊控制信號(hào)的主脈沖和零脈沖，其中寄存器的前100位寫入，后50位 寫入'0'，當(dāng)時(shí)鐘頻率為1MHZ時(shí)，則優(yōu)化波合成器C3先后產(chǎn)生出100us的主脈沖和50us 的零脈沖，隨后再利用一個(gè)100位的位移寄存器循環(huán)產(chǎn)生出PWM，即保持波，當(dāng)時(shí)鐘頻率 為1MHZ，寄存器的前40位寫入'1，，后60位寫入'0，，則保持波的占寬比為40%， 從而優(yōu)化波合成器C3優(yōu)化出了驅(qū)動(dòng)電路的低邊控制信號(hào)，由TPU8—13端口上的控制信 號(hào)依次觸發(fā)優(yōu)化波合成器C3，而依次優(yōu)化出的低邊控制信號(hào)分別由LIN-DRIBVER1—6端 口 (圖2)對(duì)應(yīng)輸出。邏輯運(yùn)算器C4是噴油器故障診斷功能的一部分，主要對(duì)可編程邏 輯單元CPLD (MAX3064A)的CHECK1-6端口上的信號(hào)進(jìn)行邏輯或運(yùn)算，經(jīng)過邏輯合成的信 號(hào)再輸出到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU (MCF5235)的1/0 (輸入/輸出)引腳，由定時(shí)器模塊E3 進(jìn)行故障分析和診斷。
如圖l、圖3所示，驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)單元DR-CH主要有三部分功能，分別為高、低邊驅(qū)動(dòng) 模塊Pl、功率驅(qū)動(dòng)模塊P2和檢測(cè)模塊P3組成。高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊Pl的HIN-DRIBVER1
端口連接的是3. 3V高邊控制信號(hào)，而LIN-DRIBVER1端口連接的是3. 3V低邊控制信號(hào)， 這兩路TTL電平信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力很有限，必須使用專門的功率管驅(qū)動(dòng)芯片，這里采用高、 低邊功率管驅(qū)動(dòng)芯片U20(型號(hào)IR2101S)來產(chǎn)生12V的高邊控制信號(hào)和12V的低邊控制 信號(hào)，分別驅(qū)動(dòng)高邊功率管Q9 (型號(hào)IRF3415S)和低邊功率管Q12 (型號(hào)2SK3225)。 12V的高邊控制信號(hào)由高、低邊功率管驅(qū)動(dòng)芯片U20的第7引腳通過電阻R158連接在高 邊功率管Q9的柵極，12V的低邊控制信號(hào)由高、低邊功率管驅(qū)動(dòng)芯片U20的第5引腳通 過電阻R161連接在低邊功率管Q12的柵極，同時(shí)功率驅(qū)動(dòng)模塊P2中的INJECT0R1一H和 INJECT0R1—L端口連接在第一缸噴油器電磁閥線圈的兩個(gè)接線柱上(其他五缸噴油器連接 相同)。當(dāng)高邊控制信號(hào)和低邊控制信號(hào)到來時(shí)，高邊功率管Q9 (IRF3415S)和低邊功 率管Q12 (2SK3225)同時(shí)打開，110V和24V被整流管D88 (MURB1620CT)隔離，這時(shí)僅 高壓110V對(duì)噴油器驅(qū)動(dòng)，噴油器回路中的電流迅速上升到峰值。隨著高壓控制信號(hào)的結(jié) 束，IIOV電源關(guān)斷，這時(shí)24V通過整流管D88開始為噴油器提供驅(qū)動(dòng)電源，通過底邊控 制信號(hào)中的零脈沖使電流回落，再由保持波使電流穩(wěn)定在一定范圍，從而最終實(shí)現(xiàn)對(duì)噴 油器驅(qū)動(dòng)電流的最優(yōu)控制。同時(shí)噴油器回路中利用整流二極管D64(SK34)設(shè)計(jì)了放電電 路，在低邊控制信號(hào)結(jié)束時(shí)，使噴油器電磁線圈的電能通過D64(SK34)快速放回低壓電源 (24V)，從而提高了噴油器的關(guān)斷速率。在功率驅(qū)動(dòng)模塊P2中，電阻R153、 R154為分 壓電路，和整流管D88 (MURB1620CT)組合起來為高、低邊功率管驅(qū)動(dòng)芯片U20的第8 引腳提供36V的電源支持，而穩(wěn)壓二極管D61 (IN5349B)這里主要是保持高邊功率管Q9 的柵極和源極電壓差不超過12V，提供對(duì)高邊功率管Q9柵極端的過壓保護(hù)。檢測(cè)模塊P3 是噴油器檢測(cè)電路，其功能是完成對(duì)噴油器回路中電流的檢測(cè)，同時(shí)結(jié)合邏輯運(yùn)算器C4 和定時(shí)器模塊E3 (圖1)共同實(shí)現(xiàn)噴油器故障檢測(cè)和診斷的功能。故障診斷原理是根據(jù) 電感單元在上電后，其回路中電流的建立時(shí)間和電感單元自身的L/R時(shí)間常數(shù)成正比關(guān) 系，所以在電感單元上電后，其回路中采樣電阻端電壓總是延遲一定時(shí)間后才建立起來。 噴油器是電感元件，如果噴油器短路，則采樣電阻兩端電壓在時(shí)間T1后即刻建立起來， Tl的時(shí)間很短；如果噴油器正常，則采樣電阻兩端電壓在時(shí)間T2后才建立起來，T2的 時(shí)間較長(zhǎng)；如果噴油器開路，則采樣電阻兩端的電壓在時(shí)間T3后還為0電平，T3的時(shí)間 更長(zhǎng)，這里T1〉T2〉T3。噴油器的故障檢測(cè)和診斷的整個(gè)過程要從電流檢測(cè)模塊開始，如 圖3中P3所示，電阻R173和電阻R174為噴油器回路中的精密采樣電阻，對(duì)噴油器回路 中的電流信號(hào)進(jìn)行采樣，然后采樣信號(hào)由運(yùn)算放大器U17B (AD8052)放大，電阻R172 和電阻R179用于設(shè)定運(yùn)算放大器U17B的放大系數(shù)，放大后的信號(hào)輸入到比較器U16B (LM2903)的反相輸入端，和3. 3V參考電壓比較輸出檢測(cè)信號(hào)，同時(shí)將檢測(cè)模塊P3中 六路噴油器的電流檢測(cè)信號(hào)分別連接在檢測(cè)模塊P3的CHECK1-6端口上，然后輸出到邏 輯運(yùn)算器C4中進(jìn)行邏輯或運(yùn)算，邏輯合成后的信號(hào)又被輸出到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU的I/0 通道，由定時(shí)器模塊E3模塊負(fù)責(zé)短路定時(shí)診斷，在噴油器中斷服務(wù)程序被調(diào)用時(shí)，同時(shí) 開啟定時(shí)器模塊E3中斷，在時(shí)間Tl后定時(shí)器模塊E3中斷服務(wù)程序査詢發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元
ECU的I/0通道的狀態(tài)，如果是高電平說明相對(duì)應(yīng)的噴油器回路短路，則馬上關(guān)斷噴油器 組控制信號(hào)E2對(duì)應(yīng)噴油器通道的控制信號(hào)，進(jìn)行保護(hù)，如果為低電平則正常。同理，可 以用定時(shí)器模塊E3和發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU的I/O通道來沴斷噴油器回路的開路情況，此 時(shí)定時(shí)器模塊E3的中斷響應(yīng)時(shí)為間T3。
權(quán)利要求
1.一種全數(shù)字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路，其特征在于，包括有依次連接的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)、可編程邏輯單元(CPLD)、驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)單元(DR-CH)以及由多個(gè)噴油器構(gòu)成的噴油器組(INJ)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的全數(shù)字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路，其特征在于，所述 的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)包括有為可編程邏輯單元(CPLD)提供時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào)(El)、輸出給可編程邏輯單元(CPLD)的噴油器組控制信號(hào)(E2)以及用于對(duì)噴油器 的檢測(cè)信號(hào)做出分析和診斷的定時(shí)模塊(E3)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的全數(shù)字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路，其特征在于，所述 的可編程邏輯單元(CPLD)包括有接收可編程邏輯單元(CPLD)的噴油器組控制信號(hào)(E2)，分離出驅(qū)動(dòng)電路的高邊控制信號(hào)的髙壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器(C2);接收可編程邏 輯單元(CPLD)的噴油器組控制信號(hào)(E2)優(yōu)化出驅(qū)動(dòng)電路的低邊控制信號(hào)的優(yōu)化波合 成器(C3);為高壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器(C2)和優(yōu)化波合成器(C3)提供低頻時(shí)鐘基準(zhǔn)的 時(shí)鐘分頻器(Cl);以及對(duì)可編程邏輯單元(CPLD)的信號(hào)進(jìn)行邏輯或運(yùn)算并輸出到發(fā) 動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)的邏輯運(yùn)算器(C4)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的全數(shù)字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路，其特征在于，所述 的噴油器組(INJ)是由六個(gè)噴油器構(gòu)成的噴油器組。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的全數(shù)字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路，其特征在于，所述 的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)單元(DR-CH)包括有與可編程邏輯單元(CPLD)的高壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器(C2)和優(yōu)化波合成器(C3)相連的且與多個(gè)噴油器相對(duì)應(yīng)的多個(gè)高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊(P1); 與高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊(P1)相連并向噴油器組(INJ)輸出信號(hào)的多個(gè)功率驅(qū)動(dòng)模塊(P2); 以及與噴油器組(INJ)相連接收其信號(hào)并向可編程邏輯單元(CPLD)的邏輯運(yùn)算器(C4) 輸出檢測(cè)信號(hào)的多個(gè)檢測(cè)模塊(P3)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的全數(shù)字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路，其特征在于，所述 的每一個(gè)高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊(Pl)包括有高、低邊功率管驅(qū)動(dòng)芯片U20，其中，U20中 1腳接12V電源，還通過電容C148、 C149的并聯(lián)接地；4腳接地；2腳接可編程邏輯單元(CPLD)的高壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器(C2)的輸出HIN-DRIBVER端；3腳接可編程邏輯單元 (CPLD)的優(yōu)化波合成器(C3)的輸出LIN-DRIBVER端；5、 7腳為信號(hào)輸出端接功率驅(qū) 動(dòng)模塊(P2)的輸入端，6、 8腳為信號(hào)輸入端接功率模塊(P2)的輸出端。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的全數(shù)字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路，其特征在于，所述 的每一個(gè)功率驅(qū)動(dòng)模塊(P2)包括有高邊功率管Q9和低邊功率管Q12，其中，由高、低 邊驅(qū)動(dòng)模塊(Pl)的7腳輸出的信號(hào)通過電阻R158連接高邊功率管Q9的柵極，高邊功 率管Q9的柵極還通過穩(wěn)壓二極管D61與其源極以及與24V電源相連的整流管D88 —起至 輸出端INJECT0RJ1端口，而高邊功率管Q9的漏極接110V電源；從高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊(P1) 的5腳輸出的信號(hào)，通過電阻R161連接低邊功率管Q12的柵極，低邊功率管Q12的源極連接檢測(cè)模塊(P3)，低邊功率管Q12的漏極至INJECT0R_L端口，還通過整流二極管D64 至24V電源；高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊(Pl)的8腳還通過二極管D58與電阻R153的串聯(lián)接高 邊功率管Q9的漏極，還通過二極管D58與電阻R154的串聯(lián)接地；高、低邊驅(qū)動(dòng)模塊(Pl) 的8腳還通過電容C142、 C143的并聯(lián)和6腳一起至功率驅(qū)動(dòng)模塊(P2)的輸出端 INJECT0R_H端口 ；所述的INJECTOR—H端口和INJECTOR一L端口分別對(duì)應(yīng)連接噴油器電磁 閥的兩個(gè)接線柱上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的全數(shù)字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路，其特征在于，所述 的每一個(gè)檢測(cè)模塊(P3)包括有比較器U16B和運(yùn)算放大器U17B，其中，從功率驅(qū)動(dòng)模塊(P2)的低邊功率管Q12的源極過來的信號(hào)，通過電阻R173、R174采樣后分別經(jīng)電阻R164 至運(yùn)算放大器U17B的同相輸入端5腳，以及至運(yùn)算放大器U17B的反相輸入端6腳；運(yùn) 算放大器U17B的同相輸入端5腳還通過電容C155接地；運(yùn)算放大器U17B的4腳接地、 6腳通過電阻R179接輸出端7腳、8腳接3. 3V電源；運(yùn)算放大器U17B的輸出端7腳通 過電阻R165接比較器U16B的反相輸入端6腳，還通過電阻R165與電容C156的串聯(lián)接 地；比較器U16B的同相輸入端腳5接3. 3V電源，還通過電容C154接地，比較器U16B 的4腳接地，8腳接3. 3V電源，比較器U16B的輸出端7腳通過電阻R166接3. 3V電源， 輸出端7腳還至輸出端C服CK端，輸出端CHECK端與可編程邏輯單元(CPLD)的邏輯運(yùn) 算器(C4)相連。
9. 一種全數(shù)字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路，其特征在于，包括有依次連接的發(fā) 動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)、簡(jiǎn)單可編程邏輯器件(PLD)或現(xiàn)場(chǎng)可編程門列陣(FPGA)、驅(qū) 動(dòng)和檢測(cè)單元(DR-CH)以及由多個(gè)噴油器構(gòu)成的噴油器組(INJ)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種全數(shù)字化噴油器驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路，有依次連接的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、可編程邏輯單元、驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)單元以及由多個(gè)噴油器構(gòu)成的噴油器組。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元有時(shí)鐘信號(hào)、噴油器組控制信號(hào)以及定時(shí)模塊。可編程邏輯單元有噴油器組控制信號(hào)、高壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離器、優(yōu)化波合成器、時(shí)鐘分頻器以及邏輯運(yùn)算器。驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)單元有多個(gè)高低邊驅(qū)動(dòng)模塊、多個(gè)功率驅(qū)動(dòng)模塊以及多個(gè)檢測(cè)模塊。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)噴油器的高、低壓分時(shí)控制，數(shù)字化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成度高，功耗小，控制精確、診斷方便，提高了噴油器開啟和關(guān)閉的響應(yīng)，大大降低了設(shè)計(jì)成本。本發(fā)明適用于所有電磁式執(zhí)行器，也可以對(duì)其驅(qū)動(dòng)通道進(jìn)行擴(kuò)展，使其適用于更多缸數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)F02D41/22GK101368520SQ20081015227
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日
發(fā)明者克 李, 蘇萬(wàn)華, 郭樹滿 申請(qǐng)人:天津大學(xué)