一种多缸汽油机柴油机燃油系统通用驱动器

摘要

本发明涉及一种多缸汽油机柴油机燃油系统通用驱动器，其特征在于，该驱动器包括MCU以及分别与MCU连接的LCD串口屏、喷油电磁阀驱动芯片、CAN通讯芯片和霍尔式凸轮/曲轴传感器信号采集芯片，所述的喷油电磁阀驱动芯片与多个喷油电磁阀连接，所述的霍尔式凸轮/曲轴传感器信号采集芯片通过霍尔式凸轮/曲轴传感器与发动机连接，所述的CAN通讯芯片与上位机进行通信。与现有技术相比，本发明具有两种电流驱动形式、功耗低、适用于汽油机和柴油机多缸多点喷射、驱动电流灵活可调等优点。

权利要求

1.一种多缸汽油机柴油机燃油系统通用驱动器，其特征在于，该驱动器包括MCU以及分别与MCU连接的LCD串口屏、喷油电磁阀驱动芯片、CAN通讯芯片和霍尔式凸轮/曲轴传感器信号采集芯片，所述的喷油电磁阀驱动芯片与多个喷油电磁阀连接，所述的霍尔式凸轮/曲轴传感器信号采集芯片通过霍尔式凸轮/曲轴传感器与发动机连接，所述的CAN通讯芯片与上位机进行通信；

该驱动器的Peak1&Peak2&Hold型三阶式电流驱动具体步骤为：

1)设置增益系数，并判断STARTx触发引脚是否为高电平，若是，则进行步骤2)，若否，则进行步骤11)；

2)提升电压端高边MOS开启，低边MOS开启，判断驱动电流是否达到提升电流IBoost，若是，则进行步骤3)，则返回步骤2)；

3)peak1阶段：该阶段具体包括以下步骤：

31)提升电压端高边MOS关闭，低边MOS开启；

32)判断驱动电流是否达到peak1阶段峰值电流Ipeak1，若是，则计数器开始计时Tpeak1_off，并进行步骤33)，若否，则返回步骤31)；

33)判断计数器计时Tpeak1_off是否结束，若是，则提升电压端高边MOS开启，低边MOS开启，并进行步骤4)，若否，则返回步骤32)；

4)判断驱动电流持续时间是否达到peak1阶段峰值电流持续时间Tpeak1_tot，若是，则进行步骤5)，若否，则返回步骤3)；

5)提升电压端高边MOS关闭，低边MOS关闭，并判断是否达到peak1阶段向peak2阶段的过度时间Tbypass1，若是，则进行步骤6)，若否，则返回步骤5)；

6)peak2阶段：该阶段具体包括以下步骤：

61)提升电压端高边MOS开启，低边MOS开启，并判断驱动电流是否达到peak2阶段的峰值电流Ipeak2，若是，则进行步骤62)，若否，则返回步骤61)；

62)提升电压端高边MOS关闭，低边MOS开启，并判断计数器计时Tpeak2_off是否结束，若是，则返回步骤61)，若否，则返回步骤62)；

7)判断是否达到peak2阶段峰值电流持续时间Tpeak2_tot，若是，则进行步骤8)，若否，则返回步骤6)；

8)升电压端高边MOS关闭，低边MOS关闭，判断是否达到peak2阶段向hold阶段的过度时间Tbypass2，若是，则进行步骤9)，若否，则返回步骤8)；

9)hold阶段：该阶段具体包括以下步骤：

91)维持电压端高边MOS开启，低边MOS开启，并判断驱动电流是否达到hold阶段的峰值电流Ihold，若是，则进行步骤92)，若否，则返回步骤91)；

92)维持电压端高边MOS关闭，低边MOS开启，并判断计数器计时Thold_off是否结束，若是，则返回步骤91)，若否，则返回步骤92)；

10)判断是否达到hold阶段保持电流持续时间Thold_tot，若是，则进行步骤11)，若否，则返回步骤9)；

11)提升、维持电压端高边MOS关闭，低边MOS关闭。

2.根据权利要求1所述的一种多缸汽油机柴油机燃油系统通用驱动器，其特征在于，所述的MCU的类型为Infineon XC2785。

3.根据权利要求2所述的一种多缸汽油机柴油机燃油系统通用驱动器，其特征在于，所述的喷油电磁阀驱动芯片类型为Freescale MC33816。

4.根据权利要求3所述的一种多缸汽油机柴油机燃油系统通用驱动器，其特征在于，所述的喷油电磁阀驱动芯片的STARTx触发引脚接收MCU发送调制的PWM信号，使能引脚DRVEN‑EN接收MCU发送使能信号，OA1和OA2引脚用以将采集到的喷油电磁阀驱动电流反馈到MCU中。

5.根据权利要求1所述的一种多缸汽油机柴油机燃油系统通用驱动器，其特征在于，所述的喷油电磁阀驱动芯片采用Peak1&Peak2&Hold型三阶式电流驱动和Peak1&Hold型二阶式电流驱动。

6.根据权利要求1所述的一种多缸汽油机柴油机燃油系统通用驱动器，其特征在于，所述的MCU通过SPI加载MC33816的16位寄存器配置和运行代码。

7.根据权利要求1所述的一种多缸汽油机柴油机燃油系统通用驱动器，其特征在于，所述的喷油电磁阀驱动芯片内集成有电流反馈模块，所述的电流反馈模块通过S型走线方式保证采样电阻两端的走线长度相同，用以平衡采样电阻两端的电压及采样引脚的时序。

8.根据权利要求1所述的一种多缸汽油机柴油机燃油系统通用驱动器，其特征在于，所述的喷油电磁阀驱动芯片内集成有故障诊断模块，在检测到电源过压、欠压、NMOS漏源极欠压或对地断路故障后，关闭高低边输出，进入自我保护状态，并将相应的寄存器置位，MCU可通过读取相应寄存器故障码，确定故障点。

9.根据权利要求1所述的一种多缸汽油机柴油机燃油系统通用驱动器，其特征在于，所述的MCU通过霍尔式凸轮/曲轴传感器获取发动机转速，或者通过CCU模拟产生转速，用以降低喷油阀驱动试验的实物要求。

说明书

一种多缸汽油机柴油机燃油系统通用驱动器

技术领域

[0001] 本发明涉及发动机燃油喷射控制领域，尤其是涉及一种多缸汽油机柴油机燃油系统通用驱动器。

背景技术

[0002] 目前，喷油器驱动信号的产生主要有两种方法，其一是由集成电路的定时器、计数器模块利用中断触发得到驱动信号的脉冲波，再经由逻辑运算电路合成产生。这种方法占
用MCU资源多、程序复杂且精度较低。另一种是通过设计复杂的外围电路产生，利用电流反
馈电路产生保持阶段的驱动信号，控制电磁阀回路中的保持电流。这种方式使得电路集成
度低，可靠性差，且电路参数标定麻烦，在出现问题时难以快速查找问题所在，且在电路复
杂时会不可避免的增加生产成本。

[0003] 当前市场缺乏功能完善、高度集成的燃油喷射驱动装置，实现燃油喷射驱动功能的技术蛮多，但考虑到人机交互便利性及实用性的技术发明很少。

发明内容

[0004] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多缸汽油机柴油机燃油系统通用驱动器。

[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

[0006] 一种多缸汽油机柴油机燃油系统通用驱动器，该驱动器包括MCU以及分别与MCU连接的LCD串口屏、喷油电磁阀驱动芯片、CAN通讯芯片和霍尔式凸轮/曲轴传感器信号采集芯
片，所述的喷油电磁阀驱动芯片与多个喷油电磁阀连接，所述的霍尔式凸轮/曲轴传感器信
号采集芯片通过霍尔式凸轮/曲轴传感器与发动机连接，所述的CAN通讯芯片与上位机进行
通信。

[0007] 所述的MCU的类型为Infineon XC2785。

[0008] 所述的喷油电磁阀驱动芯片类型为Freescale MC33816。

[0009] 所述的喷油电磁阀驱动芯片的STARTx触发引脚接收MCU发送调制的PWM信号，使能引脚DRVEN‑EN接收MCU发送使能信号，OA1和OA2引脚用以将采集到的喷油电磁阀驱动电流
反馈到MCU中。

[0010] 所述的喷油电磁阀驱动芯片采用Peak1&Peak2&Hold型三阶式电流驱动和Peak1&Hold型二阶式电流驱动。

[0011] 所述的MCU通过SPI加载MC33816的16位寄存器配置和运行代码。

[0012] 所述的喷油电磁阀驱动芯片内集成有电流反馈模块，所述的电流反馈模块通过S型走线方式保证采样电阻两端的走线长度相同，用以平衡采样电阻两端的电压及采样引脚
的时序。

[0013] 所述的喷油电磁阀驱动芯片内集成有故障诊断模块，在检测到电源过压、欠压、NMOS漏源极欠压或对地断路故障后，关闭高低边输出，进入自我保护状态，并将相应的寄存
器置位，MCU可通过读取相应寄存器故障码，确定故障点。

[0014] 所述的MCU通过霍尔式凸轮/曲轴传感器获取发动机转速，或者通过CCU模拟产生转速，用以降低喷油阀驱动试验的实物要求。

[0015] 该驱动器的Peak1&Peak2&Hold型三阶式电流驱动具体步骤为：

[0016] 1)设置增益系数，并判断STARTx触发引脚是否为高电平，若是，则进行步骤2)，若否，则进行步骤11)；

[0017] 2)提升电压端高边MOS开启，低边MOS开启，判断驱动电流是否达到提升电流IBoost，若是，则进行步骤3)，则返回步骤2)；

[0018] 3)peak1阶段：该阶段具体包括以下步骤：

[0019] 31)提升电压端高边MOS关闭，低边MOS开启；

[0020] 32)判断驱动电流是否达到peak1阶段峰值电流Ipeak1，若是，则计数器开始计时Tpeak1_off，并进行步骤33)，若否，则返回步骤31)；

[0021] 33)判断计数器计时Tpeak1_off(peak1阶段峰值电流衰减时间)是否结束，若是，则提升电压端高边MOS开启，低边MOS开启，并进行步骤4)，若否，则返回步骤32)；

[0022] 4)判断驱动电流持续时间是否达到peak1阶段峰值电流持续时间Tpeak1_tot，若是，则进行步骤5)，若否，则返回步骤3)；

[0023] 5)提升电压端高边MOS关闭，低边MOS关闭，并判断是否达到peak1阶段向peak2阶段的过度时间Tbypass1，若是，则进行步骤6)，若否，则返回步骤5)；

[0024] 6)peak2阶段：该阶段具体包括以下步骤：

[0025] 61)提升电压端高边MOS开启，低边MOS开启，并判断驱动电流是否达到peak2阶段的峰值电流Ipeak2，若是，则进行步骤62)，若否，则返回步骤61)；

[0026] 62)提升电压端高边MOS关闭，低边MOS开启，并判断计数器计时Tpeak2_off(peak2阶段峰值电流衰减时间)是否结束，若是，则返回步骤61)，若否，则返回步骤62)；

[0027] 7)判断是否达到peak2阶段峰值电流持续时间Tpeak2_tot，若是，则进行步骤8)，若否，则返回步骤6)；

[0028] 8)升电压端高边MOS关闭，低边MOS关闭，判断是否达到peak2阶段向hold阶段的过度时间Tbypass2，若是，则进行步骤9)，若否，则返回步骤8)；

[0029] 9)hold阶段：该阶段具体包括以下步骤：

[0030] 91)维持电压端高边MOS开启，低边MOS开启，并判断驱动电流是否达到hold阶段的峰值电流Ihold，若是，则进行步骤92)，若否，则返回步骤91)；

[0031] 92)维持电压端高边MOS关闭，低边MOS开启，并判断计数器计时Thold_off(hold阶段峰值电流衰减时间)是否结束，若是，则返回步骤91)，若否，则返回步骤92)；

[0032] 10)判断是否达到hold阶段保持电流持续时间Thold_tot，若是，则进行步骤11)，若否，则返回步骤9)；

[0033] 11)提升、维持电压端高边MOS关闭，低边MOS关闭。

[0034] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0035] 本发明的驱动器具有两种不同的形式，包括Peak&Hold型两阶式电流驱动及Peak1&Peak2&Hold型三阶式电流驱动，最大驱动电流可达38A，升压电压最大可达72V，通过
SPI与MCU通信，占用MCU资源较少；并且在三阶式电流驱动下，功耗较低，系统发热少，工作
稳定；驱动电流灵活可调，可实现电流从0A至38A自由调整；可同时驱动6个电磁阀，既可适
用于单点喷射也可适用于多缸多点喷射；系统集成度高，外围电路较为简单，集成故障诊
断，可快速定位故障点，带有自我保护功能，过流、过压自动关闭输出，安全性好，既适用于
汽油机也适用于柴油机的多缸燃油喷射驱动，可应用于不同规格型号的电磁喷嘴阀开闭特
性测试，可移植性强，可将此驱动控制器应用于整车驱动系统，且可独立于MCU执行操作指
令，减少MCU运行负担；集成基于ASC的LCD串口屏，可实时修改驱动参数，人机交互界面良
好。

附图说明

[0036] 图1为本发明的系统架构图。

[0037] 图2为二阶式驱动电流波形示意。

[0038] 图3为三阶式驱动电流波形示意。

[0039] 图4为本发明的整体流程构架图。

[0040] 图5为本发明软件设计流程图。

[0041] 图6为Peak1&Peak2&Hold驱动电流编程逻辑流程图。

具体实施方式

[0042] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

[0043] 本发明提供一种多缸汽油机柴油机燃油系统通用驱动器，该驱动器采用Infineon XC2785作为MCU，Freescale MC33816作为喷油电磁阀核心驱动芯片。MC33816作为高度集成
的智能MOS驱动芯片，具有独立的4个微核，在MCU通过SPI加载16bit寄存器配置及运行代码
后，只需由MCU向其发送驱动触发信号，微核便可独立执行程序，产生相应的驱动电流波形，
无需占用MCU大量资源，大大减轻了MCU运行负担。且MC33816本身集成了电流反馈模块，在
进行PCB布局时，为平衡采样电阻两端的电压及采样引脚的时序，采用了S型走线，即保证采
样电阻两端的走线长度相同，通过此种方法，电流值采样准确，MOS开启、关闭及时，产生的
驱动电流精度较高，最大误差不超过1A。

[0044] MC33816集成了故障诊断模块，对于电源过压、欠压，NMOS漏源极欠压或对地断路具有实时监测功能，在检测到相应故障后，将关闭高低边输出，进入自我保护状态，并将相
应的寄存器置位。MCU可通过读取相应寄存器故障码，快速确定故障点。

[0045] 本发明的架构由微处理器XC2785、集成芯片MC33816、CAN通讯芯片ISO1050DUG、霍尔式凸轮/曲轴传感器、LCD串口屏组成。其架构示意如图1所示。

[0046] 转速有两种不同的模式选择，其一是转速捕获模式，可由凸轮/曲轴传感器采集信号传递至MCU，MCU再根据采集的传感器信号进行判缸和转速计算。其二是转速由模拟产生，
利用MCU的CCU及CC2模块可模拟转速的产生。这样做的目的在于，降低喷油阀驱动试验的实
物要求。

[0047] 根据计算或模拟所得的发动机相位及转速，MCU使能MC33816输出，DRVEN‑EN置1，并根据发动机的相位向MC33816触发引脚STARTx发送指定脉宽的脉冲调制波(PWM)。若
MC33816供电正常且所有寄存器配置正确，在检测到MCU喷油信号时，MC33816将会独立控制
MOSFET的通断以产生驱动电流。

[0048] 喷油驱动有两种不同的模式选择，其一是两阶式电流驱动，即Peak&Hold型驱动，其驱动电流波形示意如图2所示。其二是三阶式电流驱动，其驱动电流波形示意如图3所示，
此种方法将常见的Peak阶段分为两个阶段，Peak1及Peak2阶段，这样目的在于降低系统功
耗，减少喷油阀的发热，实验证明三阶式电流驱动的功耗更低，驱动效果更加良好。

[0049] OA1/2引脚可将驱动电磁阀的电流经放大处理后反馈至MCU，告知MCU实时的驱动电流值以便于MCU监测及处理。当MC33816检测到故障时，可通过IRQB引脚向MCU请求中断，
停止电磁阀的执行，以免发生故障时，对整个系统造成难以修复性的损坏。

[0050] LCD串口屏采用ASC通讯方式，通过串口屏可实现与MCU之间的信息交互，用于调整MCU运行参数，并从而控制喷油驱动的执行动作。主要包括喷油驱动参数的调整以及喷油模
式的选择。而喷油模式的选择又包括定频定次模式、自由喷射模式、单缸喷射模式、多缸喷
射模式等。其中，定频定次模式用于实现喷油电磁阀执行次数的限制，单缸/多缸切换模式
用于单独测试某一喷油电磁阀。

[0051] 集成了CAN通讯模块，必要时，可将CAN模块作为上位机与MCU通讯的载体，基于CCP协议，可在MCU运行过程中对参数进行在线标定。

[0052] 实施例

[0053] 本发明的软、硬件设计如下：

[0054] 硬件的设计包括系统硬件主要由电源电路、MCU最小系统电路、喷油驱动电路、CAN通讯电路及凸轮/曲轴信号采集电路、RS232电平转换电路，本发明硬件所需的BOM表见表1。

[0055] 表1硬件所需BOM表

[0056]

[0057]

[0058]

[0059]

[0060] 系统软件的设计主要围绕MC33816展开，设计流程如图5所示。MC33816寄存器由MCU通过SPI发送16位的指令代码进行配置，寄存器的配置将决定MC33816的功能执行。在设
计程序时，除了考虑到利用MC33816的IRQB引脚及Flag引脚向MCU发送故障标志位，程序中
也添加了通过SPI读取其内部寄存器的相关代码。

[0061] 喷油模块驱动电流的产生除了需要将MC33816相应寄存器配置正确外，还需在其Code RAM区及Data RAM添加特定的代码。恩智浦公司推出的ASA‑33816‑STD开发工具可指
定喷油模块的命令和反馈，仿真固件运行。在ASA‑33816‑STD开发环境下，提供了93条汇编
指令。基于此环境，三阶段式电流驱动程序编程逻辑如图6所示。