【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于氨氢发动机系统的控制，具体涉及一种氨氢发动机控制器。
技术介绍
1、随着经济社会的不断发展，环境问题日益突出。开发清洁能源技术对于实现可持续社会发展至关重要。氨气和氢气作为无碳清洁可再生能源，能够替代传统化石能源，以满足大规模能源消耗的需求，减少温室气体的排放。氨是世界上第二大合成的工业化学物质，全球年产量约2亿吨，相关基础及产业链完善。氨不但能够作为氢能的载体用于制氢，而且氨的物化特性决定它能够作为发动机的替代燃料。与氢一样，氨也能够从可再生能源的各种资源中生产得到。作为内燃机燃料，与氢相比，氨的体积能量密度为14.9mj/m3，高于氢气的体积能量密度10.7mj/m3。而且氨在常压下，-33℃就变成液体，具有易储存携带，续航里程长等优势；同时氨的自燃温度和最小点火能力高，可燃范围小，使用安全可靠。
2、氨氢发动机系统是一个涉及化学反应动力学、流体动力学、热力学、电工学及自动控制等多学科的复杂系统，该系统在运行过程中，需要调节与控制的物理量和参数非常多，为了使氨氢发动机系统安全可靠运行，必须配置控制器对其进行管理控制。氨氢发动机控制器需要具备较强的运算处理能力和丰富的外设资源接口才能够在系统运转过程中，有效管理和协调各个参数和控制执行部件，保障氨氢发动机能正常工作，不出现异常燃烧现象。
3、氨氢发动机控制器需要连续监测并控制发动机正常运转，并根据各路传感器的输入数据测试和计算所需空燃比及发动机点火提前角度，实现高效率和高功率输出并抑制爆震。氨氢发动机控制器涉及各环节的管理、协调、监控和通信
4、但现有的氨氢发动机控制器还存在以下缺点：
5、(1)支持的传感器信号类型少，无法接收、处理某些传感器信号，通用性较低。
6、(2)部分通道输出功率低、频率低，无负载监控，无法快速进行执行器切换。
7、(3)抗电磁干扰性能差，容易受外界电磁辐射干扰。
8、(4)传感器信号采集精度低、误差大，进而无法精准控制燃料喷射，有出现异常燃烧现象的风险。
9、(5)硬件资源的占用程度较高，部分功能模块通道数较少，仅能满足目前的功能需求，后续的功能扩展较难，满足不了日益复杂系统的控制需求。
10、(6)硬件电路结构复杂，体积大且成本高。
11、(7)部分通道功能单一，无法灵活配置以适配不同应用场景。
12、(8)没有以太网通信模块，无法应对未来整车网络的发展趋势。
13、为此，需要开发更加精准，安全可靠，多功能性的氨氢发动机控制器，以适应日益复杂氨氢发动机系统的控制需求。
技术实现思路
1、针对现有氨氢发动机控制器存在的上述技术问题，本专利技术提供一种氨氢发动机控制器，设计了各种功能模块和实现电路，使控制器能够支持模拟量、数字量、sent信号接收，以及can、lin信号收发，高效快速的传递外部信号，满足各类传感器的信号传输需求。其中，以太网模块提供快速远程、高速信号的传输，对于远程更新提供便捷的接口。控制器具有多路大功率、高频率的高边、低边、h桥功率输出，并对部分功率输出进行电流检测，以便在多负载驱动时也能实时了解负载状态，还能够提供大功率快速启动信号输出，使电磁阀类负载能快速响应，从而保证控制精准无误。各种功能模块集成化设计使系统体积及成本均有所降低，同时提高了系统可靠性。其具体技术方案如下：
2、一种氨氢发动机控制器，控制器包括微处理器模块和电源模块，微处理器模块连接电源模块，且微处理器模块和电源模块分别连接功能模块，功能模块包括can通信模块、lin通信模块、以太网通讯模块、模拟信号检测模块、数字信号检测模块、peak&hold输出模块、高边&h桥输出模块、低边&点火&数字输出模块和传感器信号采集模块；所述电源模块为微处理器模块和每个功能模块供电；所述微处理器模块是控制器的算法和控制策略的载体；所述can通信模块用于控制器与外部控制器进行通信，收发can信号；所述lin通信模块作为lin总线的主节点与从节点进行通讯；所述以太网通讯模块用于扩展通讯方式为以太网通讯；所述模拟信号检测模块用于外部模拟信号和内部供电电压的实时监测；所述数字信号检测模块用于将外部输入的数字信号处理后传送给微处理器模块；所述peak&hold输出模块用于驱动电磁阀，加快电磁阀的开启速度；所述高边&h桥输出模块用于输出驱动信号；所述低边&点火&数字输出模块用于驱动设备；所述传感器信号采集模块用于采集爆震传感器信号、氧传感器信号、凸轮轴传感器信号和曲轴传感器信号。
3、上述技术方案中，所述微处理器模块包括微处理器芯片，所述微处理器芯片连接有时钟信号电路、气压监测电路、jtag接口电路、供电接口电路；所述时钟信号电路的时钟信号源使用20m无源晶振，并联2个电容，形成两路输出信号直接连接于微处理器芯片的时钟引脚上；所述气压监测电路的芯片通过i2c总线连接于微处理器芯片的i2c引脚，用于实时监测气压状态，使外部设备在不同气压值的情况下做出合理的调整，确保氨氢发动机控制器及外部系统能够稳定工作；所述jtag接口电路直接由微处理器芯片的引脚引出到8-pin jtag触点上，且串联10k电阻上拉到5v或下拉接地，用于实现程序的下载及调试功能；供电接口电路是在微处理器芯片的供电引脚连接去耦电容，滤除供电线路的噪声干扰，使微处理器芯片能够稳定工作，供电电压来自于电源模块的5v和3.3v供电，微处理器芯片的每路供电线路均外接去耦电容，在5v和3.3v的源头处额外加设抗振型电容，确保电压稳定以及滤除低频干扰。
4、上述技术方案中，所述电源模块采用汽车专用供电buck1芯片、开关ic1芯片、ldo1芯片、ldo2芯片、ldo3芯片、ldo4芯片和ldo5芯片；buck1芯片的供电范围为4.5v～40v，产生一个7v的电压轨作为开关ic1芯片、ldo1芯片、ldo3芯片、ldo4芯片和ld o5芯片的供电输入，以及作为peak&hold输出模块的供电输入；开关ic1芯片提供24v电压输出为外部供电；采用4个ldo1芯片输出4路5v电压输出作为外部传感器供电使用，每路5v电压输出为外部传感器提供400ma电流；ldo2芯片输出5v电压，2个ldo3芯片均输出5v电压，ldo4芯片输出3.3v电压，ldo5芯片输出5v电压，作为控制器的内部芯片供电，其中，ldo2供电来自于供电滤波电路的输出，ldo3芯片、ldo4芯片和ldo5芯片供电来自于buck1芯片输出的7v电压轨；在buck1芯片的使能引脚连接唤醒信号输入电路的输出端，支持多种唤醒信号输入以及唤醒源检测功能；
5、其中，供电滤波电路的布局为，在连接器端口并联1个tvs保护二级管、3个4.7uf电容、1个100nf电容后，再依次串联1个共模电感和1个二极管，之后并联1个680uf本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氨氢发动机控制器，其特征在于，控制器包括微处理器模块和电源模块，微处理器模块连接电源模块，且微处理器模块和电源模块分别连接功能模块，功能模块包括CAN通信模块、LIN通信模块、以太网通讯模块、模拟信号检测模块、数字信号检测模块、Peak&Hold输出模块、高边&H桥输出模块、低边&点火&数字输出模块和传感器信号采集模块；所述电源模块为微处理器模块和每个功能模块供电；所述微处理器模块是控制器的算法和控制策略的载体；所述CAN通信模块用于控制器与外部控制器进行通信，收发CAN信号；所述LIN通信模块作为LIN总线的主节点与从节点进行通讯；所述以太网通讯模块用于扩展通讯方式为以太网通讯；所述模拟信号检测模块用于外部模拟信号和内部供电电压的实时监测；所述数字信号检测模块用于将外部输入的数字信号处理后传送给微处理器模块；所述Peak&Hold输出模块用于驱动电磁阀，加快电磁阀的开启速度；所述高边&H桥输出模块用于输出驱动信号；所述低边&点火&数字输出模块用于驱动设备；所述传感器信号采集模块用于采集爆震传感器信号、氧传感
2.根据权利要求1所述的一种氨氢发动机控制器，其特征在于，所述微处理器模块包括微处理器芯片，所述微处理器芯片连接有时钟信号电路、气压监测电路、JTAG接口电路、供电接口电路；所述时钟信号电路的时钟信号源使用20M无源晶振，并联2个电容，形成两路输出信号直接连接于微处理器芯片的时钟引脚上；所述气压监测电路的芯片通过I2C总线连接于微处理器芯片的I2C引脚，用于实时监测气压状态，使外部设备在不同气压值的情况下做出合理的调整，确保氨氢发动机控制器及外部系统能够稳定工作；所述JTAG接口电路直接由微处理器芯片的引脚引出到8-Pin JTAG触点上，且串联10K电阻上拉到5V或下拉接地，用于实现程序的下载及调试功能；供电接口电路是在微处理器芯片的供电引脚连接去耦电容，滤除供电线路的噪声干扰，使微处理器芯片能够稳定工作，供电电压来自于电源模块的5V和3.3V供电，微处理器芯片的每路供电线路均外接去耦电容，在5V和3.3V的源头处额外加设抗振型电容，确保电压稳定以及滤除低频干扰。
3.根据权利要求2所述的一种氨氢发动机控制器，其特征在于，所述电源模块采用汽车专用供电BUCK1芯片、开关IC1芯片、LDO1芯片、LDO2芯片、LDO3芯片、LDO4芯片和LDO5芯片；BUCK1芯片的供电范围为4.5V～40V，产生一个7V的电压轨作为开关IC1芯片、LDO1芯片、LDO3芯片、LDO4芯片和LDO5芯片的供电输入，以及作为Peak&Hol d输出模块的供电输入；开关IC1芯片提供24V电压输出为外部供电；采用4个LDO1芯片输出4路5V电压输出作为外部传感器供电使用，每路5V电压输出为外部传感器提供400mA电流；LDO2芯片输出5V电压，2个LDO3芯片均输出5V电压，LDO4芯片输出3.3V电压，LDO5芯片输出5V电压，作为控制器的内部芯片供电，其中，LDO2供电来自于供电滤波电路的输出，LDO3芯片、LDO4芯片和LDO5芯片供电来自于BUCK1芯片输出的7V电压轨；在BUCK1芯片的使能引脚连接唤醒信号输入电路的输出端，支持多种唤醒信号输入以及唤醒源检测功能；
4.根据权利要求2所述的一种氨氢发动机控制器，其特征在于，所述CAN通信模块以6路CAN收发器为核心，其中，前3路CAN收发器均带有使能和禁能控制功能，同时具有唤醒功能，发出的唤醒信号是电源模块的唤醒源之一；每路CAN收发器的一端与微处理器芯片搭载的CAN控制器相连，每路CAN收发器的另一端分别连接有CAN总线接口电路，每路CAN总线接口电路的实现方式相同，都是在输出端的两路差分信号上串接共模扼流圈、旁路电容和平衡电阻；
5.根据权利要求2所述的一种氨氢发动机控制器，其特征在于，所述模拟信号检测模块提供34路外部模拟信号输入检测通道和6路5V电源输出检测通道；其中，有30路外部模拟信号输入检测通道能够根据具体需求变换为电压型检测或电阻型检测，满足不同检测需求，有4路外部模拟信号输入检测通道为电阻型温度采集检测，通过差分电路增益10倍，采集外部传感器实际测量值；每路的外部模拟信号输入检测通道均设置保护电路，当超过5V的电压或高电压脉冲信号干扰时能够保护模拟信号检测模块的安全性，以及保护微处理器芯片不会损坏，提高系统可靠性。
6.根据权利要求2所述的一种氨氢发动机控制器，其特征在于，所述数字信号检测模块包括：20路数字信号检测电路、4路SENT信号检测电路、4路频率信号检测电路；数字信号检...
【技术特征摘要】
1.一种氨氢发动机控制器，其特征在于，控制器包括微处理器模块和电源模块，微处理器模块连接电源模块，且微处理器模块和电源模块分别连接功能模块，功能模块包括can通信模块、lin通信模块、以太网通讯模块、模拟信号检测模块、数字信号检测模块、peak&hold输出模块、高边&h桥输出模块、低边&点火&数字输出模块和传感器信号采集模块；所述电源模块为微处理器模块和每个功能模块供电；所述微处理器模块是控制器的算法和控制策略的载体；所述can通信模块用于控制器与外部控制器进行通信，收发can信号；所述lin通信模块作为lin总线的主节点与从节点进行通讯；所述以太网通讯模块用于扩展通讯方式为以太网通讯；所述模拟信号检测模块用于外部模拟信号和内部供电电压的实时监测；所述数字信号检测模块用于将外部输入的数字信号处理后传送给微处理器模块；所述peak&hold输出模块用于驱动电磁阀，加快电磁阀的开启速度；所述高边&h桥输出模块用于输出驱动信号；所述低边&点火&数字输出模块用于驱动设备；所述传感器信号采集模块用于采集爆震传感器信号、氧传感器信号、凸轮轴传感器信号和曲轴传感器信号。
2.根据权利要求1所述的一种氨氢发动机控制器，其特征在于，所述微处理器模块包括微处理器芯片，所述微处理器芯片连接有时钟信号电路、气压监测电路、jtag接口电路、供电接口电路；所述时钟信号电路的时钟信号源使用20m无源晶振，并联2个电容，形成两路输出信号直接连接于微处理器芯片的时钟引脚上；所述气压监测电路的芯片通过i2c总线连接于微处理器芯片的i2c引脚，用于实时监测气压状态，使外部设备在不同气压值的情况下做出合理的调整，确保氨氢发动机控制器及外部系统能够稳定工作；所述jtag接口电路直接由微处理器芯片的引脚引出到8-pin jtag触点上，且串联10k电阻上拉到5v或下拉接地，用于实现程序的下载及调试功能；供电接口电路是在微处理器芯片的供电引脚连接去耦电容，滤除供电线路的噪声干扰，使微处理器芯片能够稳定工作，供电电压来自于电源模块的5v和3.3v供电，微处理器芯片的每路供电线路均外接去耦电容，在5v和3.3v的源头处额外加设抗振型电容，确保电压稳定以及滤除低频干扰。
3.根据权利要求2所述的一种氨氢发动机控制器，其特征在于，所述电源模块采用汽车专用供电buck1芯片、开关ic1芯片、ldo1芯片、ldo2芯片、ldo3芯片、ldo4芯片和ldo5芯片；buck1芯片的供电范围为4.5v～40v，产生一个7v的电压轨作为开关ic1芯片、ldo1芯片、ldo3芯片、ldo4芯片和ldo5芯片的供电输入，以及作为peak&hol d输出模块的供电输入；开关ic1芯片提供24v电压输出为外部供电；采用4个ldo1芯片输出4路5v电压输出作为外部传感器供电使用，每路5v电压输出为外部传感器提供400ma电流；ldo2芯片输出5v电压，2个ldo3芯片均输出5v电压，ldo4芯片输出3.3v电压，ldo5芯片输出5v电压，作为控制器的内部芯片供电，其中，ldo2供电来自于供电滤波电路的输出，ldo3芯片、ldo4芯片和ldo5芯片供电来自于buck1芯片输出的7v电压轨；在buck1芯片的使能引脚连接唤醒信号输入电路的输出端，支持多种唤醒信号输入以及唤醒源检测功能；
4.根据权利要求2所述的一种氨氢发动机控制器，其特征在于，所述can通信模块以6路can收发器为核心，其中，前3路can收发器均带有使能和禁能控制功能，同时具有唤醒功能，发出的唤醒信号是电源模块的唤醒源之一；每路can收发器的一端与微处理器芯片搭载的can控制器相连，每路can收发器的另一端分别连接有can总线接口电路，每路can总线接口电路的实现方式相同，都是在输出端的两路差分信号上串接共模扼流圈、旁路电容和平衡电阻；
5.根据权利要求2所述的一种氨氢发动机控制器，其特征在于，所述模拟信号检测模块提供34路外部模拟信号输入检测通道和6路5v电源输出检测通道；其中，有30路外部模拟信号输入检测通道能够根据具体需求变换为电压型检测或电阻型检测，满足不同检测需求，有4路外部模拟信号输入检测通道为电阻型温度采集检测，通过差分电路增益10倍，采集外部传感器实际测量值；每路的外部模拟信号输入检测通道均设置保护电路，当超过5v的电压或高电压脉冲信号干扰时能够保护模拟信号检测模块的安全性，以及保护微处理器芯片不会损坏，提高系统可靠性。
6.根据权利要求2所述的一种氨氢发动机控制器，其特征在于，所述数字信号检测模块包括：20路数字信号检测电路、4路sent信号检测电路、4路频率信号检测电路；数字信号检测电路输入的数字信号通过分压电路、滤波电路、保护电路传输给微处...
【专利技术属性】
技术研发人员：周鸿鹏，林靖闳，郑路，
申请(专利权)人：沈阳希科泰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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