1.本实用新型涉及发动机技术领域，尤其涉及一种船用气体发动机电子控制单元热切换系统。
背景技术：
2.随着国家对船用发动机环保要求越来越严格，柴油机发动机的喷油装置由机械泵喷油装置逐渐转变为了电控喷油装置；同时替代柴油作为新型燃料的天然气，也成为一种呼声很高的环保型燃料，逐步在市场上开始推广应用。
3.使用天然气作为燃料的船用发动机，所配套的喷射系统为电控多点喷射系统，每个缸的进气歧管或者缸内需要一个天然气的喷嘴，作为燃料的喷射装置。
4.现有技术中通常只有一台推进发动机的单机单桨天然气动力船舶，需要进行主备电子控制单元的热备份，当主控电路出现故障无法控制发动机正常运行时，备用控制电路及时接管发动机的控制，并保证发动机在不停机的情况下继续运行。但是现有技术中，通常需要停机切换。
技术实现要素：
5.针对上述不足，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种船用气体发动机电子控制单元热切换系统，该系统在不停机的状态下，能够切换主控电路和备用控制电路，保证发动机正常运行，提高性能。
6.为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：
7.一种船用气体发动机电子控制单元热切换系统，包括:主控电路，还包括备用控制电路和辅助装置，所述备用控制电路与所述主控电路电连接,所述辅助装置包括投切电路，所述投切电路包括多个继电器，每个所述继电器均包括主输入端、备用输入端、电磁线圈和执行输出端，所述主输入端与所述主控电路电连接，所述备用输入端与所述备用控制电路电连接，所述电磁线圈与所述备用控制电路电连接，所述执行输出端与所述发动机的燃气喷射阀电连接。
8.优选方式为，所述辅助装置还包括电流检测电路，所述电流检测电路与燃气喷射阀电连接，所述电流检测电路用于检测燃气喷射阀的电流。
9.优选方式为，所述电流检测电路包括电连接的电流采样电阻和电流转换电路，所述电流采样电阻与燃气喷射阀电连接；所述电流采样电阻用于采集燃气喷射阀的电流；所述电流转换电路用于将所述电流采样电阻采样的电流转换成电压信号。
10.优选方式为，所述辅助装置还包括接口电路，所述接口电路与所述投切电路电连接，所述接口电路还分别与所述主控电路、所述备用控制电路及燃气喷射阀电连接。
11.优选方式为，所述辅助装置还包括放大电路，所述放大电路的输入端与所述备用控制电路电连接，所述放大电路的输出端与所述电磁线圈电连接。
12.优选方式为，所述辅助装置还包括电连接的辅助控制电路和can通信电路，所述辅
助控制电路分别与所述电流检测电路、所述投切电路、所述主控电路和所述备用控制电路电连接。
13.优选方式为，所述继电器为双刀双掷继电器，所述双刀双掷继电器包括第一双掷刀和第二双掷刀，所述第一双掷刀的输出端作为执行输出端，所述第二双掷刀的输出端与所述辅助控制电路电连接。
14.优选方式为，所述系统还包括凸轮轴传感器和曲轴传感器，所述凸轮轴传感器和所述曲轴传感器分别与所述主控电路电连接，所述凸轮轴传感器和所述曲轴传感器分别与所述备用控制电路电连接。
15.优选方式为，所述系统还包括报警装置，所述报警装置通过can总线与所述主控电路电连接，所述报警装置通过can总线与所述备用控制电路电连接。
16.采用上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：
17.由于本实用新型的船用气体发动机电子控制单元热切换系统，包括主控电路，还包括备用控制电路和辅助装置，备用控制电路与主控电路电连接,辅助装置包括投切电路，投切电路包括多个继电器，每个继电器均包括主输入端、备用输入端、电磁线圈和执行输出端，主输入端与主控电路电连接，备用输入端与备用控制电路电连接，电磁线圈与备用控制电路电连接，执行输出端与发动机的燃气喷射阀电连接。可见，本实用新型具有一主一备控制电路，可通过辅助装置在不停机的情况下实现热切换，从而保证主控电路出现故障时，备用控制电路投入使用，以保证燃气喷射阀的正常运行，使发动机可靠稳定的运行。
18.由于辅助装置还包括电流检测电路，电流检测电路与燃气喷射阀电连接，电流检测电路用于检测燃气喷射阀的电流，通过电流来监测燃气喷射阀，提高运行的可靠性。
19.由于电流检测电路包括电连接的电流采样电阻和电流转换电路，电流采样电阻与燃气喷射阀电连接；电流采样电阻用于采集燃气喷射阀的电流；电流转换电路用于将电流采样电阻采样的电流转换成电压信号，采用简单的电路结构，实现燃气喷射阀的监测。
20.由于辅助装置还包括接口电路，接口电路与投切电路电连接，接口电路还分别与主控电路、备用控制电路及各燃气喷射阀电连接，优化电路结构，减少接线。
21.由于继电器为双刀双掷继电器，双刀双掷继电器包括第一双掷刀和第二双掷刀，第一双掷刀的输出端作为执行输出端，第二双掷刀的输出端与辅助控制电路电连接，两组双掷刀同时动作，辅助控制电路通过检测其中一组状态，即可得知燃气喷射阀与主控电路或备用控制电路导通。
22.综上所述，本实用新型的船用气体发动机电子控制单元热切换系统，解决了现有技术中需要停机切换的技术问题；本实用新型在主控电路、备用控制电路和燃气喷射阀之间设置辅助装置，由备用控制电路来触发继电器切换，从而实现不停机热切换，辅助装置还能够实时监测各燃气喷射阀的电流、继电器的状态，以保证发动机的可靠运行。
附图说明
23.图1是船用气体发动机电子控制单元热切换系统的原理框图；
24.图2是实施例中辅助装置的电路示意图；
25.图3是实施例中辅助控制电路的电路图；
26.图4是实施例中投切电路图。
具体实施方式
27.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
28.如图1至图4共同所示，一种船用气体发动机电子控制单元热切换系统，包括主控电路，还包括备用控制电路和辅助装置，备用控制电路与主控电路电连接,辅助装置包括投切电路，投切电路包括多个继电器，每个继电器均包括主输入端、备用输入端、电磁线圈和执行输出端，主输入端与主控电路电连接，备用输入端与备用控制电路电连接，电磁线圈与备用控制电路电连接，执行输出端与发动机的燃气喷射阀电连接。
29.本实施例中燃气喷射阀总共为五个，分别为燃气喷射阀1、燃气喷射阀2、燃气喷射阀3、燃气喷射阀4和燃气喷射阀5。对应的投切电路包括五个继电器，继电器k1与燃气喷射阀1电连接，继电器k2与燃气喷射阀2电连接，继电器k3与燃气喷射阀3电连接，继电器k4与燃气喷射阀,4电连接，继电器k5与燃气喷射阀5电连接。
30.本热切换系统还包括凸轮轴传感器和曲轴传感器，凸轮轴传感器和曲轴传感器分别与主控电路电连接，凸轮轴传感器和曲轴传感器还分别与备用控制电路电连接。其中主控电路和备用控制电路均可为但不限于stm32系列单片机。
31.主控电路和备用控制电路实时采集曲轴传感器信号和凸轮轴传感器信号，并查询标定好的燃气喷射提前角map，实时计算喷油提前角，主控电路和备用控制电路同时根据当前发动机转速和上次的燃气喷射量计算出本次燃气喷射量，具体的燃气喷射执行，由当前接管发动机运行的控制电路控制。此为现有技术，不再详细描述。
32.如图2所示，辅助装置还包括放大电路，放大电路的输入端与备用控制电路电连接，放大电路的输出端与继电器的电磁线圈电连接。放大电路包括uln2803芯片，uln2803芯片的输入端与备用控制电路电连接，uln2803芯片的输出端与继电器的电磁线圈电连接。
33.如图2和图4所示，辅助装置还包括辅助控制电路和电流检测电路，辅助控制电路与投切电路电连接，电流检测电路与燃气喷射阀电连接，电流检测电路用于检测燃气喷射阀的电流。其中，辅助控制电路可为但不限于stm8s207c8t6单片机，stm8s207c8t6单片机为图3中芯片u8。
34.如图3和图4所示，继电器均为双刀双继电器，双刀双掷继电器选用hfd3/5型号，双刀双继电器包括第一双掷刀和第二双掷刀，第一双掷刀的输出端作为执行输出端，第二双掷刀的输出端与辅助控制电路电连接。因双刀双继电器的第一双掷刀和第二双掷刀同时动作，辅助控制电路通过检测第二双掷刀输出端的电压，即可得知燃气喷射阀与主控电路导通，还是燃气喷射阀与备用控制电路导通。当然，投切电路不限上面所列举的电路结构，还可使用开关电路。
35.如图4所示，投切电路的具体电路连接关系如下：
36.继电器k1的电磁线圈一端接5v，另一端ctrl1与放大电路的输出端电连接，令备用控制电路通过放大电路传输触发信号至电磁线圈的ctrl1端，以触发继电器k1动作投切。继电器k1第一双掷刀的主输入端mdrv1与主控电路电连接，第一双掷刀的备用输入端bdrv1与备用控制电路电连接，执行输出端vdrv通过接口电路与燃气喷射阀1电连接，继电器k1第二双掷刀的输出端check1与芯片u8的端口pa3电连接，继电器k1的接地端接地gnd。
37.继电器k2的电磁线圈一端接5v，另一端ctrl2与放大电路的输出端电连接，令备用控制电路通过放大电路传输触发信号至电磁线圈的ctrl2端，以触发继电器k2动作投切。继电器k2第一双掷刀的主输入端mdrv2与主控电路电连接，第一双掷刀的备用输入端bdrv2与备用控制电路电连接，执行输出端vdrv通过接口电路与燃气喷射阀2电连接，继电器k2第二双掷刀的输出端check2与芯片u8的端口pa4电连接，继电器k2的接地端接地gnd。
38.继电器k3的电磁线圈一端接5v，另一端ctrl3与放大电路的输出端电连接，令备用控制电路通过放大电路传输触发信号至电磁线圈的ctrl3端，以触发继电器k3动作投切。继电器k3第一双掷刀的主输入端mdrv3与主控电路电连接，第一双掷刀的备用输入端bdrv3与备用控制电路电连接，执行输出端vdrv通过接口电路与燃气喷射阀3电连接，继电器k3第二双掷刀的输出端check3与芯片u8的端口pa5电连接，继电器k3的接地端接地gnd。
39.继电器k4的电磁线圈一端接5v，另一端ctrl4与放大电路的输出端电连接，令备用控制电路通过放大电路传输触发信号至电磁线圈的ctrl4端，以触发继电器k4动作投切。继电器k4第一双掷刀的主输入端mdrv4与主控电路电连接，第一双掷刀的备用输入端bdrv4与备用控制电路电连接，执行输出端vdrv通过接口电路与燃气喷射阀4电连接，继电器k4第二双掷刀的输出端check4与芯片u8的端口pa6电连接，继电器k4的接地端接地gnd。
40.继电器k5的电磁线圈一端接5v，另一端ctrl5与放大电路的输出端电连接，令备用控制电路通过放大电路传输触发信号至电磁线圈的ctrl5端，以触发继电器k5动作投切。继电器k5第一双掷刀的主输入端mdrv5与主控电路电连接，第一双掷刀的备用输入端bdrv5与备用控制电路电连接，执行输出端vdrv通过接口电路与燃气喷射阀5电连接，继电器k5第二双掷刀的输出端check5与芯片u8的端口pb7电连接，继电器k5的接地端接地gnd。
41.如图4所示，电流检测电路包括电连接的电流采样电阻和电流转换电路，电流采样电阻与燃气喷射阀电连接，电流采样电阻用于采集燃气喷射阀的电流，电流转换电路用于将电流采样电阻采集的电流转换成电压信号。本例中电流转换电路与辅助控制电路电连接，即电流转换电路将电压信号传输至辅助控制电路，令辅助控制电路监测燃气喷射阀。其中电流转换电路包括ina193aidbvr芯片。
42.本实施例中电流检测电路包括五个电流采样电阻和五路电流转换电路，具体连接为：
43.一，电流检测电路包括ina193aidbvr芯片u1和电流采样电阻r2，电流采样电阻r2的一端与继电器k1的执行输出端vdrv电连接，电流采样电阻r2的另一端与燃气喷射阀1电连接，流过电流采样电阻r2的电流即为燃气喷射阀1的电流。芯片u1的输入端vin-和输入端vin+并接在电流采样电阻r2的两端，芯片u1的电源端v+接5v，接地端接地gnd，芯片u1的输出端out经电阻r1与该电流检测电路的输出端ain0电连接，输出端ain0与芯片u8的端口pe6电连接，以传输燃气喷射阀1电流对应的电压信号至辅助控制电路，实现燃气喷射阀1的监测。
44.二：电流检测电路包括ina193aidbvr芯片u2和电流采样电阻r4，电流采样电阻r4的一端与继电器k2的执行输出端vdrv电连接，电流采样电阻r4的另一端与燃气喷射阀2电连接，流过电流采样电阻r4的电流即为燃气喷射阀2的电流。芯片u2的输入端vin-和输入端vin+并接在电流采样电阻r4的两端，芯片u2的电源端v+接5v，接地端接地gnd，芯片u2的输出端out经电阻r3与该电流检测电路的输出端ain1电连接，输出端ain1与芯片u8的端口pe7
电连接，以传输燃气喷射阀2电流对应的电压信号至辅助控制电路，实现燃气喷射阀2的监测。
45.三：电流检测电路包括ina193aidbvr芯片u3和电流采样电阻r6，电流采样电阻r6的一端与继电器k3的执行输出端vdrv电连接，电流采样电阻r6的另一端与燃气喷射阀3电连接，流过电流采样电阻r6的电流即为燃气喷射阀3的电流。芯片u3的输入端vin-和输入端vin+并接在电流采样电阻r6的两端，芯片u3的电源端v+接5v，接地端接地gnd，芯片u3的输出端out经电阻r5与该电流检测电路的输出端ain2电连接，输出端ain2与芯片u8的端口pb0电连接，以传输燃气喷射阀3电流对应的电压信号至辅助控制电路，实现燃气喷射阀3的监测。
46.四：电流检测电路包括ina193aidbvr芯片u4和电流采样电阻r8，电流采样电阻r8的一端与继电器k4的执行输出端vdrv电连接，电流采样电阻r8的另一端与燃气喷射阀4电连接，流过电流采样电阻r8的电流即为燃气喷射阀4的电流。芯片u4的输入端vin-和输入端vin+并接在电流采样电阻r8的两端，芯片u4的电源端v+接5v，接地端接地gnd，芯片u4的输出端out经电阻r7与该电流检测电路的输出端ain3电连接，输出端ain3与芯片u8的端口pb1电连接，以传输燃气喷射阀4电流对应的电压信号至辅助控制电路，实现燃气喷射阀4的监测。
47.五：电流检测电路包括ina193aidbvr芯片u5和电流采样电阻r10，电流采样电阻r10的一端与继电器k5的执行输出端vdrv电连接，电流采样电阻r10的另一端与燃气喷射阀5电连接，流过电流采样电阻r10的电流即为燃气喷射阀5的电流。芯片u5的输入端vin-和输入端vin+并接在电流采样电阻r2的两端，芯片u1的电源端v+接5v，接地端接地gnd，芯片u5的输出端out经电阻r9与该电流检测电路的输出端ain4电连接，输出端ain4与芯片u8的端口pb2电连接，以传输燃气喷射阀5电流对应的电压信号至辅助控制电路，实现燃气喷射阀5的监测。
48.如图2和图3所示，辅助装置还包括can通信电路和接口电路，can通信电路与辅助控制电路电连接，接口电路分别与辅助控制电路和投切电路电连接，接口电路还分别与主控电路、备用控制电路和各燃气喷射阀电连接。
49.can通信电路包括tja1051t/3芯片，为图3中芯片u9，芯片u9的txd端与芯片u8的端口can_tx连接，rxd端与芯片u8的端口can_rx连接，实现通信，芯片u9的canh端和canl端与can通信接口u10与外部设置通信连接。
50.接口电路包括多个接线插排，接线插排连接主控电路和投切电路，连接备用控制电路和投切电路，主控电路和辅助控制电路、备用控制电路和辅助控制电路、投切电路和各燃气喷射阀。
51.如图1所示，系统还包括报警装置，报警装置通过can总线与主控电路电连接，警装置通过can总线与备用控制电路电连接。当主控电路备用控制电路，出现故障时，或，当备用控制电路，出现故障时，可通过can总线传输至报警装置，以发出警示。另外，报警装置可为整机的报警装置，也可单独设置，报警装置可但不限于声光报警装置。
52.另外，辅助装置采用24v供电，内部通过dc-dc芯片lmr14206和附加电路将24vdc转换为5vdc；每路电磁阀驱动接口采用ina193a芯片和采样电阻对驱动电流进行采样。
53.本实用新型的船用气体发动机电子控制单元热切换系统，工作过程为：
54.系统上电还未启动发动机时，主控电路、备用控制电路和辅助装置进行上电自检，确保每一部分都工作正常，上电后主控电路控制发动机运行，备用控制电路作为备选。
55.主控电路自检异常后，主控电路通过can总线传输报警信号至报警装置以及其他设备，同时传输对应的电信号至备用控制电路，此时主控电路异常，需要备用控制电路控制发动机运行；备用控制电路接收到该信号后，其输出触发信号至放大电路，放大电路将触发信号放大后，传输至继电器k1电磁线圈的ctrl1端，以触发继电器k1动作投切，令备用输入端bdrv1与执行输出端vdrv导通，即令备用控制电路与燃气喷射阀1导通，使备用控制电路控制燃气喷射阀1。同理，继电器2投切，导通备用控制电路和燃气喷射阀2；继电器3投切，导通备用控制电路和燃气喷射阀3；继电器4投切，导通备用控制电路和燃气喷射阀4；继电器5投切，导通备用控制电路和燃气喷射阀5。经过上述动作后，控制辅助装置将驱动通道转换为备用控制电路。
56.继电器1投切后，其通过输出端check1传输对应的电信号至辅助控制电路，令辅助控制电路得知继电器k1的状态；同理，继电器k2通过输出端check2，通知辅助控制电路；继电器k3通过输出端check3，通知辅助控制电路；继电器k4通过输出端check4，通知辅助控制电路；继电器k5通过输出端check5，通知辅助控制电路。使辅助控制电路可实时监测投切电路的通道状态，并传输给主控电路和备用控制电路。
57.电流检测电路的输出端ain0传输燃气喷射阀1电流对应的电压信号至辅助控制电路；输出端ain2传输燃气喷射阀2电流对应的电压信号至辅助控制电路；输出端ain3传输燃气喷射阀3电流对应的电压信号至辅助控制电路；输出端ain4传输燃气喷射阀4电流对应的电压信号至辅助控制电路；输出端ain5传输燃气喷射阀5电流对应的电压信号至辅助控制电路。辅助控制电路根据接收的电压信号，可判断燃气喷射阀是否短路、断路等，一旦出现异常通过can通信电路传输至报警装置或其他设备，进一步保证发动机运行的可靠性。
58.如果备用控制电路自检异常，则通过can总线告知报警装置以及其他设备，同时传输对应的电信号至主控电路，由主控电路控制发动机运行。
59.如果辅助装置异常，则通过can总线告知报警装置以及其他设备，此时燃气喷射阀的驱动通道默认选择为主控电路控制。
60.发动机起动正常运行后，各部分实时监测工作是否正常，主控电路正常工作，则传输1khz，占空比为50%的pwm信号给备用控制电路。主控电路工作异常，则传输500hz，占空比为30%的pwm信号给备用控制电路。主控电路出现死机的异常情况时，则没有pwm信号发出给备用控制电路，则备用控制电路接管燃气喷射阀。
61.发动机起动正常运行后，备用控制电路自检工作正常，则传输1khz，占空比为50%的pwm信号给主控电路。备用控制电路自检工作异常时，则传输500hz，占空比为30%的pwm信号给主控电路。备用控制电路出现死机的异常情况时，则没有pwm信号发出给主控电路；主控电路继续保持发动机的运行控制。
62.另外，不论是主控电路还是备用控制电路出现故障，发动机正常停机后，再次进行开机操作，都需要人工将故障消除后，方可再次进行正常开机操作。
63.以上所述本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同一种船用气体发动机电子控制单元热切换系统的改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。