专利名称：机动车点火控制的数字化方法及其电路的利记博彩app
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本发明属机动车发动机点火控制的数字化方法及电路当前，较先进的摩托车或汽车发动机点火系统，都采用CDI方式。而CDI方式需要一套辅助电子线路来进行点火进角的控制，摩托车点火控制原理可简释为
图1。
发动机每周通过电磁感应的方式反馈一正一负两个脉冲PP和PN，这两个脉冲间相差的圆周角是固定的，记为β。发出点火脉冲的位置在θ处。θ即进角，也称提前角。车辆正常行使时，发动机转速约每分钟几百转到一万转，点火位置并非象早期非CDI系统那样一成不变，而是通过大量测试数据总结出一组对应不同转速的最佳点火点。这也就是“可变进角”一名的由来。汽车点火几乎是类似的，只不过仅有一PI输入脉冲，PI的上升沿对应于摩托车的PP，而PI的下降沿则对应于摩托车点火的PN。典型的提前角与转速的关系曲线见图2。
它的规律是，在转速高于Vhigh时，提前角θ就是正脉冲PP的角度，即提前量不小于PP；在Vhigh到Vlow的中间转速段，θ随转速提高而提高，一般取线性关系；转速低于Vlow时，θ总是等于PN的度数，即提前量不超过PN。最早的电路是由纯分立元件构成的，体积大，可靠性也差。稍后推出的模拟集成电路，需十几个外围阻容元件方可构成CDI系统，该电路存在着明显的不足之处。首先，其中间转速段的曲线由阻容定时得到，要取得较高的精度，就得使用高精度的元器件，这无疑抬高了成本；而且，这样的电路需要大量的人工来完成测试工作，据报道，测一块电路板需1个工人超过1分钟的时间。所以，以数字电路可以是专用集成电路或者微处理器来完成这项工作，有着明显的优势。
本发明的目的是设计机动车发动机点火控制数字化的方法及其电路，从而提供体积小、精度高、效率高、成本低的机动车发动机点火系统。
本发明将这一问题数学化，把提前角θ与转速的关系映射成提前时间与转动周期T的关系，这样需考虑的只有电路能处理和实现的时间量了。又因为提前角不可能小于PP，亦即提前点火点总是在PP到来后才出现，故把提前时间转化为点火点相对PP的延迟时间td更加方便。容易发现图3所示的td-T关系。
在中间周期段，td是线性上升的。到此为止，数字电路需实现的功能已经清楚了，可概述为由输入脉冲PP或PN测量出转动周期T，若T小于Tmin，则延迟时间td为0；T大于Tmin后，按一固定的斜率K来累积td，直至T超过Tmax。这里，K定义为K=Tmax-Tmintdmax---(1)]]>算得的td便可投入使用，当td倒计数至0时，就到了输出点火脉冲的时间了。实际上，对于每一周，都同时存在测周期和td倒计数两个过程，本周所用的td在上一周算出。图4分别描绘了摩托车和汽车的三种情况。摩托车输出的是单脉冲；而汽车输出的是类似于输入的宽脉冲。
0到Tmin这段，因td不计数，故只需一简单的倒计数计数器来检查Tmin是否已到达。初始时，该预计数计数器PreCounter置入代表Tmin的预置值。在随后的倒计数过程中，不断考察PreCounter的计数值QPreCounter是否有QPreCounter=0(2)若满足，则进入Tmin～Tmax段。在这一段中，如图3所示，需随着时间的推进，不断累积td。这实际上是一个除法过程，要求用电路拟合出图3中Tmin至Tmax间的斜线，亦即解决T每增加多少个单位、td累积1个单位这样一个问题，如(3)式K=ΔTΔtd---(3)]]>而多数情况下，k并非整数。故本发明将使用小数除法。设x是正比于ΔT的量，y是正比于Δtd的量，则问题归结为式(4)、(5)y=xΙ+FB---(4)]]>K=Ι+FB---(5)]]>
其中，x＞y，即k＞1。可以进一步设定x、y是整数，而k可以含小数。I、F、B都是整数，I表示除数K的整数部分；F/B则组成小数部分，F＜B。不妨令B取2的幂以便数字电路实现。初始时整数计数器ICounter(减计数)置入I，小数计数器FCounter(减计数)置入F。整数计数器ICounter每次溢出都将使自己重置，重置若不作延迟，ICounter计数周期是I，延迟一拍则是I+1。当基数计数器BCounter(正向计数)溢出时，总共做了B次以I或I+1为周期的计数。这B次中，前F次因FCounter未计到零而选择ICounter的计数周期为I+1；FCounter计至零后，ICounter余下的B-F次计数都将以I为周期进行。因此，共计(I+1)F+I(B-F)个x单位；这段时间内y正好对应增加了B个单位。即，xy=(Ι+1)F+Ι(B-F)B=IB+FB---(6)]]>y=xIB+FB=xΙ+FB---(7)]]>如果将基数计数器的进位端再反馈回初始端，那本电路就能重复工作，从而实现y=xK]]>的计算。每当y产生增量时，假若此时x在累积上存在偏差，就会导致这个y有一误差Δy。由(6)式可知，只需考察y从0增加到B这一个区间内y每一步的误差
显然，y=0时的Δy是0，而|Δy|将先随y增大而增大，直到达到最大误差|Δy|max=|F-F(Ι+1)K|---(9)]]>后，才开始逐渐减小。最大误差出现在y=F处。若ICounter先以I+1为周期进行计数，则Δy为负；反之若先以I为周期进行计数，则Δy为正。图5是先以I+1作周期来计数的。参照图5，并进一步考察式(8)，易得
这表明y由0增长时，误差的绝对值先是线性增加，到达(9)式的极值后，再线性减小。从中还能归纳出，Δy的绝对值及其极值是随I的增大而减小的。
摩托车点火电路结构见系统框6。正脉冲PP(1)整形后用于周期计量。先是一段预计数(2)，对应于周期低端，在图3中就是td等于0的水平段；随后按一斜率k对延迟时间进行计数(3)，即T平均每增加k,td增加1。与此同时，PP又是每一次td倒计数的触发信号。PP一来，便开始对上一周期内算得的td倒计数(4)，一旦计到0，便输出点火脉冲PO。显然，若td等于0，即上一周的周期小于Tmin，则立即输出PO(6)，如图4(a)的上图。假如td尚未倒计至0,PN脉冲(5)却先到了，这说明T大于了Tmax，于是PN触发输出点火脉冲，这与图4(a)中的下图相吻合。
系统的主要功能模块有(一)脉冲整形电路。
起去除输入干扰的作用。它以系统时钟频率连续采样输入PP和PN，只有当PP连续m个输入采样值都为“1”时，输出PPm才为“1”；否则输出总是“0”。也只有当PN连续m个输入采样值都为“0”时，输出PNm才为“1”；否则输出总是“0”。(二)预计数电路。
作用是扣除0到Tmin这段，由一个带预置的减计数器PreCounter来实现。PP输入脉冲使PreCounter置入初值。PreCounter计数至零，表明Tmin已到，对td累积计数器Delayorg(加计数)清零后便开始进行td的计算；否则td计算电路处于停止状态。(三)td计算电路。算法分析中的小数除法由图7所示的电路结构来完成。初始态时，整数计数器(15)ICounter(减计数)置入I，小数计数器(16)FCounter(减计数)置入F。ICounter的计数周期可以是I或I+1，这将由2选1开关(17)Mux来选择。(18)BCounter是基数计数器(加计数)。FCounter还未计至零之前，通过Mux选择经(19)Delay延迟的ICounter进位Carry返回ICounter置数端Load；一旦FCounter计至零，则通过Mux使ICounter的Carry直接返回其Load。基数计数器的Carry使该电路回到初始态，使本电路能周而复始地工作下去，从而实现y=xK]]>的计算。每个输出的y脉冲使Delayorg加1。
如前所述，td的计算和倒计数是同时进行的。每当PP来临，立即把刚算好的td、即Delayorg中的值置入延迟时间倒计数计数器Delaynow(减计数)，以便让Delayorg迎接新的一次td计算。(四)点火脉冲输出控制电路。
见图8，这是一个简单的MOORE型状态机，在阴影状态时输出点火脉冲。输入的正负脉冲PP和PN已被预先整形为正向单脉冲PPm和PNm。上电后，总是先进入“点火脉冲清零”(20)状态。以后每次有PPm，马上转入“倒计数允许”(21)状态，开始由Delaynow对上一轮由td计算电路算出的td值倒计数。此时，系统对两个条件作判断，一是td倒计数是否到零，一是是否有PNm。只要两个条件有一个发生，就输出“点火脉冲计数允许”(22)状态。在“点火脉冲计数允许”状态中，输出符合一定脉宽要求的脉冲，结束后回复到“点火脉冲清零”的初始状态。(四)常数ROM。
为适应几种型号发动机的曲线，预置常数存放在片内ROM中，每组数据包括预计数常数、I和F，这3个常数各自占有一定的bit宽度，如PreCounter常数 ICounter常数IFCounter常数F16bit 4bit4bit由管脚指定ROM地址以决定采用哪种发动机的数据。可以从N根管脚选择2N种数据中的一种。例如有2根ROM地址管脚，则数据选择可表示为
ROM地址 选择的数据组号00 001 110 211 3汽车点火电路结构见系统框9，除少数模块外基本同摩托车点火电路一致，故只阐述不同部分。(一)脉冲分配(7)、整形电路(8)。
脉冲分配电路检出输入宽脉冲PI的边沿，上升沿对应产生PP，下降沿对应产生PN(13)。(二)预计数电路(9)。(三)td计算电路(10)。每当PP来临，立即把刚算好的td、即Delayorg中的值置入延迟时间倒计数计数器(12)Delaynow(减计数)和td暂存寄存器(11)Delaystore，后者即图9中“延迟寄存”的含义。接下去，Delaynow先计针对PI上升沿的延迟，等PN(13)出现时，该脉冲经过脉冲整形电路的整形，控制暂存在Delaystore中的td值再次置入Delaynow计数器，于是延迟时间倒计数计数器开始计针对PI下降沿的延迟。PP、PN经整形后的脉冲同时送点火脉冲输出电路(14)，控制其状态的改变，点火脉冲输出电路在PP后等待延迟时间倒计数计数器计至零时，输出点火脉冲的高电平；在PN后等待延迟时间倒计数计数器计至零时，输出点火脉冲的低电平。(四)点火脉冲输出(14)控制电路。
见图10。输入的正负脉冲PP和PN已被预先整形为正向单脉冲PPm和PNm。上电后，总是先进入“PO=0”(23)状态，输出PO取低电平。以后每次有PPm，马上转入“等待1”(24)状态，监视Delaynow的值。一旦Delaynow计至0，则转入“PO=1”(25)状态，输出PO转为高电平。随后，若PNm为“1”，进入“等待2”(26)状态，再次监视Delaynow的值。一旦Delaynow计至0，则转回“PO=0”状态，输出PO回到低电平。(四)常数ROM。
整个电路中所用到的电路元件已列于图11中。其中，各种门列在图11(a)，电路图中门元件头2个字母表征了门的类型，中间2个数字表示输入端数目，后跟1个字母D，最后1个数字表征驱动能力，从1开始，数字越大驱动能力越强。cc开头的是计数器，列于图11(b),cc后的数字及符号表征了该计数器的功能。f开头的是触发器，列于图11(c)。
图12给出了整个电路系统的层次结构，其中所用到的各种器件上面已经描述清楚。
图1是点火进角示意图。
图2是提前角与转速关系。
图3是延迟时间-周期关系。
图4(a)是摩托车点火典型波形图。
图4(b)是汽车点火典型波形图。
图5是小数除法原理图。
图6是摩托车点火系统框图。
图7是摩托车td计算的小数除法电路。
图8是摩托车点火脉冲输出控制状态图。
图9是汽车点火系统框图。
图10是汽车点火脉冲输出控制状态图。
图11(a)是本发明所用门元件。
图11(b)是本发明所用计数器元件。
图11(c)是本发明所用触发器元件。
图12(a)是摩托车电路系统的层次结构。
图12(b)是汽车电路系统的层次结构。
图13是摩托车点火控制系统顶层结构。
图14是摩托车点火控制系统次顶层结构。
图15是摩托车点火控制系统核心结构。
图16是输入脉冲整形电路。
图17是当前延迟时间倒计数计数电路。
图18是延迟时间累积电路。
图19是摩托车点火控制系统脉冲输出电路。
图20是周期预计数电路。
图21是ROM。
图22是ROM单元结构。
图23是汽车点火控制系统顶层结构。
图24是汽车点火控制系统次顶层结构。
图25是汽车点火控制系统核心结构。
图26是汽车点火控制系统脉冲输出电路。
图27是汽车点火控制系统延迟时间暂存电路。
图28是汽车点火控制系统延迟时间暂存电路16位寄存器电路。
图29是汽车点火控制系统延迟时间暂存电路8位寄存器电路。
图30是汽车点火控制系统16位2选1开关。
图31是汽车点火控制系统16位2选1开关内8位2选1开关。
本发明由图13至图31的电路图实施。
本发明以数字电路完成机动车发动机点火系统，使现有的模拟电路大为逊色。数字化电路可以在使用极少量外围元件的前提下获得很高的精度，从而大大削减了测试时间。由于本发明可用专用集成电路或微处理器实现，因此减小了系统体积，降低了生产成本。由于不需人工完成元器件的测试工作，使系统可靠性、稳定性得到提高，从而提高了生产效率。因此本发明是目前先进的机动车发动机点火系统。
权利要求
1．一种机动车点火控制的数字化方法，其特征在于把点火提前角θ映射成提前时间与转动周期T的关系，由于点火提前点是在正脉冲PP到来后出现，所以提前时间转化为点火点相对PP的延迟时间td，则延迟时间td与转动周期T的关系是T小于Tmin,td为零；T大于Tmin，按斜率K累积td，直至T大于Tmax，则K=Tmax-Tmintdmax]]>在Tmin～Tmax段，累积td，是一除法过程，即用电路拟合Tmin～Tmax间的斜线，则K=ΔTΔtd]]>即T增加量，与td累积量的关系。
2．根据权利要求1所述的机动车点火控制的数字化方法，其特征在于K是非整数时，用小数除法，设x是正比于ΔT的量，y是正比于Δtd的量，则y=xΙ+FB]]>K=Ι+FB]]>
3．根据权利要求2所述的机动车点火控制的数字化方法，其特征在于初始时整数计数器置入I，小数计数器置入F，基数计数器置入B，整数计数器计数周期是I，则xy=(Ι+1)F+Ι(B-F)B=IB+FB]]>y=xIB+FB=xΙ+FB]]>其中I延迟一拍是I+1,B正向计数溢出时是B次以I或I+1为周期的计数，当F未计到零时计数周期是I+1，计到零后，以I为周期。
4．一种摩托车点火控制数字化电路结构，其特征在于正脉冲PP整形(1)后即进入周期预计数(2)，然后按斜率K对延迟量计算(3)，正脉冲PP同时启动每一次td倒计数(4),td等于零，则点火脉冲PO(6)输出，td未倒计至零，负脉冲PN(5)先到，则点火脉冲PO输出。
5．一种汽车点火控制数字化电路结构，其特征在于脉冲PI先行脉冲分配(7)，正脉冲PP进入脉冲整形(8)，负脉冲PN进入脉冲整形(13)；经整形的PP和PN控制点火脉冲输出(14)的状态；正脉冲后进行周期预计数(9)，延迟量计算(10)，将计算好的td置入延迟时间倒计数计数器(12)和暂存寄存器(11)，延迟时间倒计数计数器先计PI上升沿的延迟，等PN出现，暂存寄存器的值再次置入延迟时间倒计数计数器，计PI下降沿的延迟，点火脉冲输出电路在PP后等待延迟时间倒计数计数器计至零时，输出点火脉冲的高电平；在PN后等待延迟时间倒计数计数器计至零时，输出点火脉冲的低电平。
6．根据权利要求4所述的摩托车点火控制数字化电路，其特征在于系统的主要功能模块是脉冲整形电路、预计数电路、td计算电路、点火脉冲输出控制电路和常数ROM；其中预计数电路是一个带预置的减计数器，常数ROM中存预置常数，每组数据包括预计数常数、I和F，并占有宽度，由管脚指定ROM地址决定所采用的发动机数据。
7．根据权利要求5所述的汽车点火控制数字化电路，其特征在于系统的主要功能模块是脉冲分配、整形电路、预计数电路、td计算电路、点火脉冲输出控制电路和常数ROM。
全文摘要
本发明是机动车发动机点火控制数字方法及其电路系统。现有技术的模拟电路,外围元器件多、成本高,且需人工测试。本发明将点火提前角与转速映射成提前时间于转动周期的关系,将两者关系数字化,呈:
文档编号F02P5/15GK1211684SQ9811086
公开日1999年3月24日 申请日期1998年5月18日 优先权日1998年5月18日
发明者莫凡, 俞军, 汪根荣 申请人:复旦大学