柴油机电喷控制器PWM通道扩展模块制造技术

本实用新型专利技术的柴油机电喷控制器PWM通道扩展模块，包括：CPU、FPGA、信号采集接口、驱动电路、PWM输出接口，CPU的外部总线连接到FPGA，信号采集接口连接到CPU和FPGA的对应输入端口，FPGA的各PWM信号输出端口与对应的PWM驱动电路相连，各PWM驱动电路将电磁阀驱动信号输出致对应PWM输出接口。可以在FPGA容量允许范围内，实现任意数量PWM通道扩展，同时极大减轻了CPU负荷，提高了系统实时性。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及发动机控制技术，尤其涉及一种柴油机电喷控制器PWM通道扩展 模块。
技术介绍
随着国内外对于环境保护重视程度不断提高，以及动力性、经济性要求的不断提 高，柴油机电喷控制器已经成为柴油机的重要部件。电喷控制器的核心是微控制器(CPU)， 其PWM通道将控制信号传递到执行机构，对柴油机喷油进行柔性精确控制。目前，(汽)车用柴油机是柴油机电喷控制器应用最广泛的领域。通常车用柴油机 气缸数量较少(一般为4、6缸)，常用CPU提供的PWM通道可以满足其对于控制气缸数量、 实时性等方面的需求，可以直接使用。然而，对于机车、船用大缸径、多缸柴油机而言，常用CPU提供的PWM通道数量有 限，PWM通道数量限制了其能控制柴油机气缸数量，同时对电喷控制阀控制的实时性受到 CPU代码的顺序执行特性与中断优先级限制，很难提高。因此，必须实现电喷控制器PWM通 道数量的扩展，才能完成多缸柴油机电喷控制任务。传统的电喷控制器设计方法是选用PWM通道数量、速度、资源特别强大，足以满足 电喷控制需求的CPU，这给电喷控制器的设计带来了一定的困难。其主要原因就是满足需求 的高性能CPU难以选择，且成本较高。随着嵌入式技术的不断发展，已经出现了一些技术可以解决上述问题。例如采用 模拟PWM通道技术、PWM通道复用技术、多CPU同步技术，他们各有特点，又有各自的不足。采用模拟PWM通道技术，通过CPU的通用I/O、配合定时器模拟出PWM通道。该方 法需要使用的通用I/O和定时器，可以降低PWM通道数量的限制，但需要CPU的高性能、高 速度支持，另一方面，由于CPU本身特性，该方法实时性较差，精确性不足，难以满足电喷控 制器对于时钟精确性的要求。PWM通道复用技术，在电路设计上采用控制信号复用形式，使用CPU通用I/O控 制同一时刻的通道选择，通过通道选择将PWM信号输出到指定的通道上。采用该方法可以 在一定程度上满足电喷控制器的需求，但是在硬件、软件的设计上比较复杂，同时对于多缸 (例如16缸)柴油机电喷控制器，仍然难以满足PWM通道数量和实时性的需求。多CPU同步技术，采用多CPU并行设计方法或多控制单元并行工作方法，通过增加 CPU的数量扩展PWM通道的数量。该技术需要用软件协调多CPU同步工作，硬件上也增加了 复杂程度，提高了成本，同样该方法对于多缸柴油机仍有一定的局限性。
技术实现思路
本技术的目的就是克服上述现有技术之不足，提供一种简便、可靠、高效率、 低成本、实现PWM通道扩展、满足实时性需求的柴油机电喷控制器PWM通道扩展模块。本技术的目的是这样现的一种柴油机电喷控制器PWM通道扩展模块，包括3CPU、FPGA、信号采集接口、驱动电路、PWM输出接口；所述CPU的外部总线包括地址总线、控制总线、数据总线连接到FPGA ；所述信号采 集接口连接到CPU和FPGA的对应输入端口 ；所述FPGA的各PWM信号输出端口与对应的PWM驱动电路相连；所述各PWM驱动电路将电磁阀驱动信号输出至对应PWM输出接口。采用本技术的方案，可以在FPGA容量允许范围内，实现任意数量PWM通道扩 展，同时极大减轻了 CPU负荷，提高了系统实时性。附图说明图1为本技术实施例的原理框图；图2为本实施例中柴油机转速信号、凸轮轴信号采集电路示意图；图3为本实施例中CPU与FPGA连接方法示意图；图4为本实施例中PWM信号驱动及输出示意图。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实 施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的 实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本 领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用 新型保护的范围。参看图1。本实施例的柴油机电喷控制器PWM通道扩展模块包括CPU、FPGA、信号 采集接口、驱动电路、PWM输出接口。选择具有外部总线的CPU，作为电喷控制器核心。CPU 的外部总线包括地址总线、控制总线、数据总线，连接到FPGA。信号采集接口连接到CPU和 FPGA的对应输入端口。FPGA的各P丽信号输出端口与对应的P丽驱动电路相连。各P丽 驱动电路将电磁阀驱动信号输出至对应PWM输出接口。参看图2。Jl为信号采集接口，柴油机转速信号为本系统关键参数，为提高系统可 靠性，采用2组柴油机转速传感器采集信号，互为备用。1通道为柴油机转速传感器1信号 输入，2通道为柴油机转速传感器2信号输入，3通道为凸轮轴信号输入。分别通过各自信 号处理电路，输出到CPU和FPGA的转速、凸轮轴信号输入端口 FI1、FI2、FI3。参看图3，CPU通过地址总线(A00 A25)、控制总线(N*)、数据总线(D00 D15) 连接FPGA对应通道。参看图4。FPGA的的PWM信号输出通道(PWM_0 PWM_N)连接P丽驱动电路对应 端口。各PWM驱动电路输出端口(Pout_0 Pout_N)与PWM通道输出接口对应通道相连。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解: 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等 同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术 方案的精神和范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种柴油机电喷控制器ＰＷＭ通道扩展模块，包括：ＣＰＵ、ＦＰＧＡ、信号采集接口、驱动电路、ＰＷＭ输出接口；所述ＣＰＵ的外部总线包括地址总线、控制总线、数据总线连接到ＦＰＧＡ；所述信号采集接口连接到ＣＰＵ和ＦＰＧＡ的对应输入端口；所述ＦＰＧＡ的各ＰＷＭ信号输出端口与对应的ＰＷＭ驱动电路相连；所述各ＰＷＭ驱动电路将电磁阀驱动信号输出致对应ＰＷＭ输出接口。

【技术特征摘要】
1. 一种柴油机电喷控制器PWM通道扩展模块，包括CPU、FPGA、信号采集接口、驱动电 路、PWM输出接口 ；所述CPU的外部总线包括地址总线、控制总线、数据总线连接到FPGA ；...

【专利技术属性】
技术研发人员：管明华，蔡志伟，
申请(专利权)人：中国北车集团大连机车车辆有限公司，
类型：实用新型
国别省市：91