一种柴油机电喷系统的相位冗余容错控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种柴油机电喷系统的相位冗余容错控制方法，涉及动力控制领域，包括随发动机运转的一个曲轴信号盘和一个凸轮信号盘，并分别配置2路霍尔转速传感器，4路传感器信号经霍尔转速信号处理模块处理后接入微处理器，处理器软件将4路信号分别组合为4组转速信号组，计算柴油机相位及驱动时刻，并实时监控判断当前用于相位计算的转速信号组是否异常，如果出现异常，切换到其他转速信号组重新计算柴油机相位及驱动时刻，实现迅速、平稳的冗余切换。本发明专利技术适用于船用动力控制领域，包括电控单体泵柴油机、电控共轨柴油机、气体机以及多点喷射的双燃料机，用于精确、可靠的控制燃油、燃气喷射或火花塞点火。

【技术实现步骤摘要】
一种柴油机电喷系统的相位冗余容错控制系统及方法
本专利技术专利属于动力控制领域，具体涉及柴油机控制系统。可应用于电控单体泵柴油机、电控共轨柴油机、气体机以及多点喷射的双燃料机，实现精确、可靠的控制燃油、燃气喷射或火花塞点火。
技术介绍
为降低船用柴油机的排放，改善大气污染状况，国际海事组织(IMO)已于2016年开始实施TierⅢ排放法规。从目前有关燃油经济性和排放的有关规定，机械化发展路线已经远远的不能满足发展要求，为达到法律法规对经济性与排放性能要求，电控单体泵柴油机、电控共轨柴油机、气体机以及多点喷射的双燃料机等技术已成为实现排放目标的重要手段。另外，中国船级社入级规范第3篇第9章中关于电控柴油机的要求指出：电控系统中因功能故障可能影响主推进柴油机正常运转的设备，应具有双套系统，当其中之一出现故障，另一套系统能自动替换前一套继续工作，以维持柴油机的正常运转，并同时发出相关报警。目前柴油机电喷系统冗余采用的一般方案是配置两套独立的控制器，每个控制器接入一组独立的相位信号。专利技术名称为“一种基于ETPU四缸柴油机冗余燃油喷射方法”（公布号CN106593671A）的中国专利技术专利，公开了一种基于ETPU四缸柴油机冗余燃油喷射方法,通过双发动机控制器协作控制发动机，由主发动机控制器和辅发动机控制器分别进行航空发动机冗余控制，由主发动机控制器进行四缸燃油喷射的控制，如果主发动机控制器发生故障,立即切换到辅发动机控制器进行四缸燃油喷射的控制。该方法分别安装两套曲轴传感器和凸轮轴传感器用于产生信号分别提供给主发动机控制器和辅发动机控制器,分别作为控制器主发动机控制器和辅发动机控制器的输入。主发动机控制器对应的曲轴传感器和辅发动机控制器对应的曲轴传感器位置相差180度，每个ECU对应凸轮轴位置传感器根据曲轴传感器位置相应安排安装位置。将发动机气缸的缸号分为物理缸号和软件缸号，物理缸号对应实际缸号，软件缸号对应软件中使用的缸号，根据具体得到的缸号和对应的ECU来安排喷油器的喷射。但该方案的缺点是造成传感器资源浪费，如果一个ECU失效，其对应的传感器也将失去作用，传感器资源没有得到充分利用，ECU的可靠性有待增强，单组柴油机转速信号可靠性不高。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的上述问题，通过硬件信号的隔离技术，在保证ECU冗余结构的基础上，允许2组相位信号均可同时接入ECU，并允许2组相位信号之间进行交叉计算，实现4组相位冗余，充分利用传感器资源，增强单个ECU的可靠性。本专利技术提出了一种船用柴油机电喷系统的相位冗余容错控制系统，该系统包括，2路曲轴霍尔转速传感器信号处理模块、2路凸轮霍尔转速传感器信号处理模块、冗余电源模块、喷射/点火驱动模块、微控制器系统模块，曲轴霍尔转速信号处理模块和凸轮霍尔转速信号处理模块分别通过传感器采集曲轴信号齿盘和凸轮信号齿盘随发动机运转产生的脉冲信号，并送入微控制器系统模块，由一路凸轮霍尔转速传感器信号处理模块和一路曲轴霍尔转速传感器信号处理模块组成一组转速信号组，由此，可组成4组转速信号组，各个转速信号组根据其对应的传感器采集的曲轴信号齿盘和凸轮信号齿盘随发动机运转产生的脉冲信号计算柴油机相位及驱动时刻，控制喷射/点火驱动模块驱动点火线圈、电控单体泵、电控喷油器、电控燃气阀实现精确、可靠的控制燃油、燃气喷射或火花塞点火。微处理器系统模块实时监控凸轮霍尔转速传感器和曲轴霍尔转速传感器的转速信号，判断当前用于相位及驱动时刻计算的转速信号组是否有异常，并确定出现故障的是凸轮转速信号或曲轴转速信号，如果出现异常，切换到另一路转速信号组计算柴油机相位及驱动时刻，实现平稳切换，保证柴油机稳定工作。冗余电源模块包括直流DC24V模块和交流AC220V模块两路电源输入，输出DC24V分别为系统各模块供电，当1路电源输入出现故障时，自动切换到另一路电源输入。通过MAP标定完成信号齿盘的适应性配置确定信号特征齿，曲轴信号齿盘种类包括均齿、缺1齿、缺2齿、多1齿，凸轮信号齿盘种类包括单齿、缺1齿、缺2齿、多1齿，特征齿控制单元识别信号特征齿确定发动机相位，并计算发动机转速。本专利技术进一步包括，判断当前转速信号组是否异常具体包括：计算当前用于相位计算的转速信号组特征齿的位置关系，并与实际安装位置进行比较，如果不一致，则判定该转速信号组出现异常。判断当前转速信号组是否异常具体包括：当某一路转速信号组中曲轴/凸轮转速传感器信号发生连续n次及以上中断，而另一路转速信号组中曲轴/凸轮转速传感器信号没有产生中断，则判定未产生曲轴/凸轮转速传感器信号中断的转速信号组为异常，其中，n为信号齿盘齿数。本专利技术还提供一种柴油机电喷系统相位冗余容错控制方法，具体包括，容错控制系统包括2路曲轴霍尔转速传感器信号处理模块和2路凸轮霍尔转速传感器信号处理模块，其中，任一路凸轮霍尔转速传感器信号处理模块与任一路曲轴霍尔转速传感器信号处理模块组成一组转速信号组，共组成4组转速信号组，各转速信号组分别通过传感器采集曲轴信号齿盘和凸轮信号齿盘随发动机运转产生的脉冲信号，计算发电机相位及驱动时刻，控制喷射/点火驱动模块驱动点火线圈、电控单体泵、电控喷油器、电控燃气阀，同时，微处理器系统模块实时监控凸轮霍尔转速信号处理模块和曲轴霍尔转速信号处理模块的转速信号，如果当前转速信号组出现异常，则切换到另一路转速信号组。本专利技术采用多路凸轮霍尔转速传感器和多路曲轴霍尔转速传感器，构成4组相位计算信号，适应多种信号齿盘发动机，当其中有1组信号出现故障时，系统可快速切换到其他传感器组进行燃料喷射控制，保证发动机控制精度，提高控制系统的可靠性。具备较强的故障隔离能力，一个模块损坏后不会影响其他模块工作；故障模块可进行在线更换，不需要停机；更换后，微处理器系统模块实时监控报警消除，不影响发动机正常运行，显著提高控制系统的可维护性和保障性。附图说明图1为本专利技术柴油机电喷系统的相位冗余容错控制系统框图；图2为冗余相位信号系统框图；图3为传感器信号与驱动关系图。具体实施方式下面结合附图和具体实例对本专利技术作进一步说明。本实施例以两路曲轴霍尔转速传感器信号和两路凸轮霍尔转速传感器信号为例进行说明，多路转速信号的情况类推。图1所示为本专利技术柴油机电喷系统的相位冗余容错控制系统框图，包括,2路曲轴霍尔转速传感器信号处理模块、2路凸轮霍尔转速传感器信号处理模块、冗余电源模块、喷射/点火驱动模块、微控制器系统模块，曲轴霍尔转速信号处理模块和凸轮霍尔转速信号处理模块通过传感器分别连接曲轴信号齿盘和凸轮信号齿盘，采集曲轴信号齿盘和凸轮信号齿盘随发动机运转产生的脉冲信号,并送入微控制器系统模块，控制喷射/点火驱动模块驱动点火线圈、电控单体泵、电控喷油器、电控燃气阀。冗余电源模块（8）配置直流和交流（如DC24V和AC220V）两路电源输入，输出直流信号，当1路电源输入出现断路、低压等影响系统正常工作时，自动切换到另一路电源输入工作，保证系统的可靠工作。冗余电源模块为系统各模块提供供电。冗余电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柴油机电喷系统相位冗余容错控制系统，其特征在于，包括，2路曲轴霍尔转速传感器信号处理模块、2路凸轮霍尔转速传感器信号处理模块、冗余电源模块、喷射/点火驱动模块、微控制器系统模块，任一路凸轮霍尔转速传感器信号处理模块与任一路曲轴霍尔转速传感器信号处理模块组成一组转速信号组，共组成4组转速信号组，曲轴霍尔转速信号处理模块和凸轮霍尔转速信号处理模块分别通过传感器采集曲轴信号齿盘和凸轮信号齿盘随发动机运转产生的脉冲信号，并送入微控制器系统模块，根据当前转速信号组采集的脉冲信号计算发动机相位及驱动时刻，控制喷射/点火驱动模块驱动点火线圈、电控单体泵、电控喷油器、电控燃气阀实现燃油、燃气喷射或火花塞点火，同时，微处理器系统模块实时监控凸轮霍尔转速信号处理模块和曲轴霍尔转速信号处理模块的转速信号，如果当前转速信号组出现异常，则切换到另一路转速信号组。/n

【技术特征摘要】
1.一种柴油机电喷系统相位冗余容错控制系统，其特征在于，包括，2路曲轴霍尔转速传感器信号处理模块、2路凸轮霍尔转速传感器信号处理模块、冗余电源模块、喷射/点火驱动模块、微控制器系统模块，任一路凸轮霍尔转速传感器信号处理模块与任一路曲轴霍尔转速传感器信号处理模块组成一组转速信号组，共组成4组转速信号组，曲轴霍尔转速信号处理模块和凸轮霍尔转速信号处理模块分别通过传感器采集曲轴信号齿盘和凸轮信号齿盘随发动机运转产生的脉冲信号，并送入微控制器系统模块，根据当前转速信号组采集的脉冲信号计算发动机相位及驱动时刻，控制喷射/点火驱动模块驱动点火线圈、电控单体泵、电控喷油器、电控燃气阀实现燃油、燃气喷射或火花塞点火，同时，微处理器系统模块实时监控凸轮霍尔转速信号处理模块和曲轴霍尔转速信号处理模块的转速信号，如果当前转速信号组出现异常，则切换到另一路转速信号组。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，冗余电源模块包括直流DC24V模块和交流AC220V模块两路电源输入，输出DC24V分别为系统各模块供电，当1路电源输入出现故障时，自动切换到另一路电源输入。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，通过MAP标定完成信号齿盘的适应性配置确定信号特征齿，曲轴信号齿盘种类包括均齿、缺1齿、缺2齿、多1齿，凸轮信号齿盘种类包括单齿、缺1齿、缺2齿、多1齿，特征齿控制单元识别信号特征齿确定发动机相位，并计算发动机转速。


4.根据权利要求1-3其中之一所述的系统，其特征在于，判断当前转速信号组是否异常具体包括：计算当前用于相位计算的转速信号组特征齿的位置关系，并与实际安装位置进行比较，如果不一致，则判定该转速信号组出现异常。


5.根据权利要求1-3其中之一所述的系统，其特征在于，判断当前转速信号组是否异常具体包括：当某一路转速信号组中曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏豪，王文成，惠小亮，吴庆林，桑印，张朦朦，陈兴华，贾波凯，
申请(专利权)人：重庆红江机械有限责任公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50