船用多缸柴油机双冗余控制系统技术方案

一种发动机技术领域的船用多缸柴油机双冗余控制系统，包括主控制器、冗余控制器、冗余切换装置、ECU切换开关，主控制器、冗余控制器的控制电路板均包括模拟信号处理模块、数字信号处理模块、频率信号处理模块、ECU识别电路、低压电源模块、Boost电源模块、存储模块、CAN通讯模块、模拟信号输出模块、H桥驱动电路、低边驱动电路、高边驱动电路、喷油电磁阀驱动电路、中央处理器；切换装置电路板包括ECU切换控制电路、ECU状态识别电路和喷油驱动切换电路。本发明专利技术将ECU系统识别和喷油驱动切换集成于冗余切换装置，这使得主控制器和冗余控制器可作为独立的系统工作，互不影响，可保证系统故障时刻不间断运行，可满足船用多缸柴油机系统实时工作要求。工作要求。工作要求。

【技术实现步骤摘要】
船用多缸柴油机双冗余控制系统


[0001]本专利技术涉及的是一种发动机
的控制系统，特别是一种带有双ECU和冗余切换装置的船用多缸柴油机双冗余控制系统。

技术介绍

[0002]随着自动化技术的发展，对柴油机安全性和可靠性的需求变的越来越高。冗余技术就是通过增加同等功能的冗余部件，使得当系统出现故障时，其冗余部件可以接替工作，减少系统停机时间，保证系统正常工作。现有的柴油机仪表监测控制系统体积大，集成度低，安装繁琐，最重要无法对柴油进行故障诊断，也无法对柴油机的状态进行有效的监测与管理。导致柴油发动机可靠性低，故障率高，加大了柴油机的调试和故障诊断与排除。
[0003]目前市场上柴油机控制器大都不具备冗余控制功能，或切换系统切换后影响喷油驱动性能，亦或是无法满足驱动故障发生时刻正常切换。比如大多场合柴油机发动机只配一套ECU，当发生故障时只能停机检查，等待配套服务站更换或维修，其效率低，成本高，耽误系统工作，且花费成本高昂。
[0004]因此，有必要开发一套时效性高、响应快且满足实时监测故障便于切换的柴油机双ECU冗余控制系统。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种船用多缸柴油机双冗余控制系统，创新地使用主控制器、冗余控制器和冗余切换装置组合的方案，形成船用多缸柴油机双冗余控制单元，可在发生故障或者性能偏差时实时切换电路，保证发动机的不间断运行。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现的，本专利技术包括主控制器、冗余控制器、冗余切换装置、ECU切换开关，主控制器、冗余控制器均包括控制器上盖板、控制器下盖板、控制器控制电路板，控制器控制电路板布置在控制器上盖板、控制器下盖板所构成的空腔内；冗余切换装置包括切换装置上盖板、切换装置下盖板、切换装置控制电路板，切换装置控制电路板布置在切换装置上盖板、切换装置下盖板所构成的空腔内；主控制器、冗余控制器的控制器控制电路板均包括模拟信号处理模块、数字信号处理模块、频率信号处理模块、ECU识别电路、低压电源模块、Boost电源模块、存储模块、CAN通讯模块、模拟信号输出模块、H桥驱动电路、低边驱动电路、高边驱动电路、喷油电磁阀驱动电路、中央处理器；切换装置控制电路板包括ECU切换控制电路、ECU状态识别电路和喷油驱动切换电路；冗余切换装置把接入的水温信号、电子油门信号、燃油温度信号同时输入给主控制器、冗余控制器；主控制器的输入信号还包括第一凸轮轴信号、第一曲轴转速信号、第一增压压力信号、第一机油压力信号和第一机油温度信号，以及冗余切换装置中ECU切换控制电路、ECU状态识别电路输出的主控制器ECU控制信号；冗余控制器的输入信号还包括第二凸轮轴信号、第二曲轴转速信号、第二增压压力信号、第二机油压力信号，以及冗余切换装置中ECU切换控制电路、ECU状态识别电路输出的冗余控制器ECU控制信号；冗余切换装置中喷油驱动切换电路的输入信号为
主控制器输出的第一喷油驱动信号和冗余控制器输出的第二喷油驱动信号，喷油驱动切换电路的输出连接到喷油器上，驱动喷油器工作；
[0007]控制器、冗余控制器之间通过CAN0通讯信号相通讯；ECU切换开关通过线束与冗余切换装置中的ECU切换控制电路相连接。
[0008]进一步地，在本专利技术中，模拟信号处理模块、数字信号处理模块、频率信号处理模块的输出信号为中央处理器的输入信号，模拟信号输出模块、H桥驱动电路、低边驱动电路、高边驱动电路为中央处理器的部分输出信号，喷油电磁阀驱动电路的输入信号为中央处理器的部分输出信号以及Boost电源模块的输出信号，存储模块、CAN通讯模块与中央处理器之间相互通讯。
[0009]更进一步地，在本专利技术中，模拟信号处理模块的输入信号包括但不限于电子油门、进气歧管压力、冷却水温信号，数字信号处理模块的输入信号包括但不限于点火开关、诊断请求开关、怠速开关信号，频率信号处理模块的输入信号包括但不限于曲轴转速、凸轮轴转速信号；H桥驱动电路的输出信号为电机执行器信号，低端输出模块的输出信号包括但不限于故障指示灯，喷油电磁阀驱动电路的输出信号为喷油器驱动信号；与CAN通讯模块相互通讯的信号包括但不限于发动机传感器信号、监测信号、标定故障诊断信号。
[0010]更进一步地，在本专利技术中，喷油电磁阀驱动电路可实现改变喷油器电流和驱动阶段，可实现对不同驱动特性和电流要求的喷油器的匹配。
[0011]更进一步地，在本专利技术中，频率信号处理模块可同时兼容正弦波和方波信号；数字输入信号模块具有多路数字输入通道，除上电开关为高有效识别，其余数字输入均兼容高有效与低有效电压；H桥驱动电路具有多路驱动，单路驱动可支持4A的驱动电流。
[0012]更进一步地，在本专利技术中，主控制器的CAN通讯模块与冗余控制器的CAN通讯模块通过CAN通讯线束连接至监测仪表。
[0013]更进一步地，在本专利技术中，冗余切换装置的ECU切换电路输出控制信号给ECU状态识别电路和喷油驱动切换电路，于切换控制器工作，实现第一喷油驱动信号和第二喷油驱动信号的更换。
[0014]更进一步地，在本专利技术中，ECU状态识别电路和ECU切换控制电路均具有一定的安全识别阈值与保护电路。
[0015]更进一步地，在本专利技术中，冗余切换装置通过主控制器和冗余控制器的CAN总线通讯，以及ECU状态识别电路实时监控主控制器和冗余控制器状态，并设有一定的误差阈值决定是否由冗余控制器接替主控制器。
[0016]在本专利技术中，频率信号处理模块能够处理正弦波信号、方波信号，其中正弦波信号通过比较器电路转化为方波信号进入到中央处理器采集。数字输入信号模块的比较器输入端具有动态可调节的参考电压。频率信号处理模块可同时兼容正弦波和方波信号，通过软件匹配实现，而不用修改硬件参数。喷油电磁阀驱动电路可驱动多种不同参数的电磁阀，可输出多达三种驱动电流波形，驱动电流大小均可实现软件调节。数字输入信号模块具有多路数字输入通道，除上电开关为高有效识别，其余数字输入均兼容高有效与低有效电压；其中高电压阈值为3.5V，低电压阈值为1.5V，数字信号通过接插件进入到控制器后，依次通过EMI电容，电源上下拉，在通过RC滤波限流后进入到单片机进行识别处理。H桥驱动电路是具有多路驱动，单路驱动可支持多达4A的驱动电流；H桥驱动电路均具有过流保护、过压保护、
短路保护等破坏性故障保护功能以及开路诊断等非破坏性驱动的诊断功能。
[0017]在本专利技术中，基于曲轴或凸轮轴相位或传感器输出的正弦信号在不同转速时，其输出电压也不相同的特性，动态调节信号参考电压的大小，实现对曲轴或凸轮轴信号相位的良好信号调理。
[0018]在本专利技术中，主控制器的模拟信号处理电路、数字信号处理电路、频率信号处理电路处理主控制器输入信号和ECU切换开关信号；所述冗余控制器的模拟信号处理电路、数字信号处理电路、频率信号处理电路处冗余控制器输入信号和ECU切换开关信号。主控制器的喷油电磁阀驱动电路用于输出第一喷油驱动信号，冗余控制器的喷油电磁阀驱动电路用于输出第二喷油驱动信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船用多缸柴油机双冗余控制系统，包括主控制器、冗余控制器、冗余切换装置、ECU切换开关，其特征在于，所述主控制器、冗余控制器均包括控制器上盖板、控制器下盖板、控制器控制电路板，控制器控制电路板布置在控制器上盖板、控制器下盖板所构成的空腔内；所述冗余切换装置包括切换装置上盖板、切换装置下盖板、切换装置控制电路板，切换装置控制电路板布置在切换装置上盖板、切换装置下盖板所构成的空腔内；所述主控制器、冗余控制器的控制器控制电路板均包括模拟信号处理模块、数字信号处理模块、频率信号处理模块、ECU识别电路、低压电源模块、Boost电源模块、存储模块、CAN通讯模块、模拟信号输出模块、H桥驱动电路、低边驱动电路、高边驱动电路、喷油电磁阀驱动电路、中央处理器；所述切换装置控制电路板包括ECU切换控制电路、ECU状态识别电路和喷油驱动切换电路；所述冗余切换装置把接入的水温信号、电子油门信号、燃油温度信号同时输入给主控制器、冗余控制器；所述主控制器的输入信号还包括第一凸轮轴信号、第一曲轴转速信号、第一增压压力信号、第一机油压力信号和第一机油温度信号，以及冗余切换装置中ECU切换控制电路、ECU状态识别电路输出的主控制器ECU控制信号；所述冗余控制器的输入信号还包括第二凸轮轴信号、第二曲轴转速信号、第二增压压力信号、第二机油压力信号，以及冗余切换装置中ECU切换控制电路、ECU状态识别电路输出的冗余控制器ECU控制信号；所述冗余切换装置中喷油驱动切换电路的输入信号为主控制器输出的第一喷油驱动信号和冗余控制器输出的第二喷油驱动信号，喷油驱动切换电路的输出连接到喷油器上，驱动喷油器工作；所述主控制器、冗余控制器之间通过CAN0通讯信号相通讯；所述ECU切换开关通过线束与冗余切换装置中的ECU切换控制电路相连接。2.根据权利要求1所述的船用多缸柴油机双冗余控制系统，其特征在于所述模拟信号处理模块、数字信号处理模块、频率信号处理模块的输出信号为中央处理器的输入信号，模拟信号输出模块、H桥驱动电路、低边驱动电路、高边驱动电路为中央处理器的部分输出信号，喷油电磁阀驱动电路的输入信号为中央处理器的部...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝轲卿，徐权奎，韦雄，张斌，白小劲，
申请(专利权)人：上海海能汽车电子有限公司，
类型：发明
国别省市：