本申請要求提交于2014年11月18日的美國臨時申請62/081,221的利益并且要求提交于2014年5月1日的美國臨時申請No.61/987,350的權(quán)利，通過引用將它們整體并入本文。

背景技術(shù)：

本發(fā)明通常涉及電子調(diào)速器領(lǐng)域，尤其涉及用于小型發(fā)動機的電子調(diào)速器。典型電子調(diào)速器通過利用步進電動機控制節(jié)流板位置來控制發(fā)動機速度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個實施方式涉及一種電子調(diào)速器系統(tǒng)，其包括電動機；變速器，其聯(lián)接至電動機；節(jié)流板，其聯(lián)接至變速器；節(jié)流板能夠移動至關(guān)閉位置和大開位置之間的多個位置，其中，給電動機供電以將節(jié)流板移動至期望位置，并且其中，不給電動機供電以將節(jié)流板維持在期望位置。

本發(fā)明的另一實施方式涉及一種電子調(diào)速器系統(tǒng)，其包括電動機；變速器，其聯(lián)接至電動機；節(jié)流板，其聯(lián)接至變速器；節(jié)流板能夠移動至關(guān)閉位置和大開位置之間的多個位置；發(fā)動機速度傳感器；以及控制器，其包括反饋控制模塊和自適應(yīng)控制模塊。反饋控制模塊構(gòu)造為基于來自發(fā)動機速度傳感器的當前發(fā)動機速度輸入信號與期望發(fā)動機速度的比較來確定發(fā)動機速度誤差，并將發(fā)動機速度輸出信號提供至電動機以控制節(jié)流板的位置以校正發(fā)動機速度誤差，其中，通過使用發(fā)動機速度誤差作為輸入的控制算法來確定發(fā)動機速度輸出信號。自適應(yīng)控制模塊構(gòu)造為基于通過反饋控制模塊提供的發(fā)動機速度輸出信號來確定預期的發(fā)動機速度誤差校正，基于來自發(fā)動機速度傳感器的當前發(fā)動機速度輸入信號以及來自發(fā)動機速度傳感器的先前發(fā)動機速度輸入信號來確定實際發(fā)動機速度誤差校正，基于預期發(fā)動機速度誤差校正和實際發(fā)動機速度校正來確定校正誤差，以及當校正誤差在預定范圍內(nèi)或者超出預定范圍時調(diào)節(jié)反饋控制模塊的控制算法的參數(shù)。

本發(fā)明的另一實施方式涉及一種四沖程小型內(nèi)燃機，其包括：發(fā)動機速度傳感器，其構(gòu)造為檢測發(fā)動機速度；電子調(diào)速器系統(tǒng)，其構(gòu)造為響應(yīng)于負荷輸入來改變發(fā)動機操作速度；以及負荷感測系統(tǒng)，其構(gòu)造為基于檢測的發(fā)動機速度中的改變來確定發(fā)動機負荷以及基于確定的發(fā)動機負荷將負荷輸入提供至電子調(diào)速器系統(tǒng)。

正如在權(quán)利要求中總體所述的，可替換示例性實施方式涉及其他特征以及特征的組合。

附圖說明

結(jié)合附圖，從以下具體描述中將更充分地理解本發(fā)明，其中：

圖1是包括根據(jù)示例性實施方式的電子調(diào)速器系統(tǒng)的內(nèi)燃機的一部分的立體圖；

圖2是根據(jù)示例性實施方式的電子調(diào)速器系統(tǒng)的示意圖；

圖3是根據(jù)示例性實施方式的電子調(diào)速器系統(tǒng)的控制器的方框圖；以及

圖4是包括電子調(diào)速器系統(tǒng)的圖1的內(nèi)燃機的一部分的立體圖。

圖5是包括電子調(diào)速器系統(tǒng)的圖1的內(nèi)燃機的立體圖。

圖6是當橢圓形齒輪組處于第一操作位置時根據(jù)示例性實施方式的電子調(diào)速器系統(tǒng)的一部分的示意圖。

圖7是當橢圓形齒輪組處于第二操作位置時圖6的電子調(diào)速器系統(tǒng)的一部分的示意圖。

具體實施方式

在看詳細圖示了示例性實施方式的附圖之前，應(yīng)該理解的是，本申請并不限于說明書中陳述的或者附圖中圖示的細節(jié)或者方法。還應(yīng)該理解的是，術(shù)語僅是為了描述目的并且不應(yīng)被視為限制。

參考圖1-圖2以及圖4-圖5，圖示了根據(jù)示例性實施方式的電子調(diào)速器系統(tǒng)。電子調(diào)速器系統(tǒng)100示出為用在小型發(fā)動機105中。電子調(diào)速器系統(tǒng)100包括汽化器110、電動機115(例如，直流電(“DC”)電動機)、變速器120、節(jié)流板125、節(jié)流操作桿130以及將節(jié)流操作桿連接至變速器的聯(lián)動裝置135。在汽化器110中，燃料與空氣混合以產(chǎn)生用于在發(fā)動機105的一個或多個氣缸中燃燒的空氣/燃料混合物。節(jié)流板125控制空氣/燃料混合物流出汽化器110并且這樣做時控制發(fā)動機105的速度。正如圖示的，聯(lián)動裝置135包括連桿140和曲柄臂145。在一些實施方式中電子調(diào)速器系統(tǒng)100還包括編碼器150，其聯(lián)接至電動機115和變速器120。

電動機組件(即，電動機115和變速器120)用于控制節(jié)流板125的位置，從而控制發(fā)動機速度。節(jié)流板125能夠在關(guān)閉位置和大開位置之間移動。調(diào)節(jié)節(jié)流板125的位置，使得發(fā)動機速度維持在期望發(fā)動機速度。期望發(fā)動機速度能夠是恒定的或者能夠響應(yīng)于來自發(fā)動機的輸入(例如，涉及發(fā)動機負荷的輸入、期望輸出、或者其他發(fā)動機操作條件或者目的)通過用戶或者控制器而改變。

電動機115成本較低，尤其相對于典型地使用在其他電子調(diào)速器系統(tǒng)中的步進電動機。電動機115不像步進電動機那樣追蹤電動機的旋轉(zhuǎn)的級數(shù)。在一些實施方式中，電動機115是有刷電動機。變速器120提供了很大減速比(即，輸入速度/輸出速度)。例如，電動機115可以具有每分鐘(rpm)4,000轉(zhuǎn)的最高速度。變速器120可以提供降速，使得來自變速器的輸出以100rpm轉(zhuǎn)動(即，40：1減速比)。這將得到變速器輸出速度，其相比于調(diào)節(jié)節(jié)流板位置所需的旋轉(zhuǎn)量(例如，75至100rpm)來說相當快，同時節(jié)流板的運動范圍(即，關(guān)閉位置和大開位置之間)小于充分旋轉(zhuǎn)，并且產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩量。以該相當快變速器輸出速度，節(jié)流板125能夠以大約40毫秒從關(guān)閉移動至大開。作為另一示例，電動機115可以具有大約10,000rpm的輸出速度，變速器可以提供減速，使得變速器的輸出大約為60rpm(即減速比大約為167：1)。在一些實施方式中，變速器120是一系列齒輪，它們提供了從電動機的輸入至變速器的輸出的降低。提供較大減速比的變速器120產(chǎn)生來自變速器120的具有較大轉(zhuǎn)矩量的輸出。變速器120的輸出軸僅需要旋轉(zhuǎn)較小量以在節(jié)流板的運動范圍內(nèi)調(diào)節(jié)節(jié)流板位置，并在這樣做時能夠生產(chǎn)很多轉(zhuǎn)矩。該較大減速比的另一優(yōu)勢是，當將變速器120的輸出軸移動至期望位置時僅需要給電動機115供電。該位置與節(jié)流板125的期望位置對應(yīng)。在變速器120的輸出軸并由此節(jié)流板125已經(jīng)達到期望位置之后，不再給電動機115供電(即，電動機115關(guān)閉)。以此方式，不需要供電以維持變速器120的輸出軸以及節(jié)流板125的位置。通過變速器120提供的相當大減速比能夠?qū)⒐?jié)流板125維持或者保持在適當位置，而不供給能量至電動機115以維持節(jié)流板125的期望位置。在一些實施方式中，電子調(diào)速器系統(tǒng)100的若干部件包括在內(nèi)單個殼體。例如，電動機115和變速器120能夠形成單個單元。該單元可以與控制器155以及其關(guān)聯(lián)的電路板結(jié)合。

如圖1所示，聯(lián)動裝置135將變速器120的輸出軸連接至節(jié)流操作桿130。節(jié)流操作桿130連接至節(jié)流板125，使得電動機115驅(qū)動移動聯(lián)動裝置135的變速器120，聯(lián)動裝置135移動節(jié)流操作桿130，節(jié)流操作桿130移動節(jié)流板125。以該方式，給電動機115供電引起節(jié)流板125改變位置。雖然聯(lián)動裝置135示出為兩件式聯(lián)動裝置，但是可以利用用于將變速器120的輸出軸連接至節(jié)流板125的其他適當?shù)臋C構(gòu)。例如，變速器120的輸出軸能夠直接連接至節(jié)流板125，或者一個或多個部件能夠用來將變速器120的輸出軸連接至節(jié)流板125。在一些實施方式中，一個或多個齒輪用來將變速器120的輸出軸連接至節(jié)流板125。

在一些實施方式中，編碼器150連接至電動機115和變速器120以確定變速器120的輸出軸的位置。在一些實施方式中，編碼器150是絕對編碼器并且能夠用以保持追蹤變速器120的輸出軸的位置，因此保持追蹤節(jié)流板125的位置。

如圖2所示，電子調(diào)速器系統(tǒng)100包括控制器155，其控制電動機115的操作。在一些實施方式中，控制器155還控制下文將更詳細地描述的電子調(diào)速器系統(tǒng)100的其他部件的操作。這些部件可以包括發(fā)動機速度傳感器160、用戶界面165、溫度傳感器170、電流傳感器175、點火系統(tǒng)180以及轉(zhuǎn)速限制器185。電子調(diào)速器系統(tǒng)100的不同實施方式可以包括這些額外部件中的一些、不包括或者包括所有。

如圖3所示，控制器155包括處理電路190、輸入界面195以及輸出界面200。處理電路190包括處理器205和內(nèi)存210。處理電路190和處理器205構(gòu)造為從輸入界面195接收輸入(例如，經(jīng)由有線或者無線通信鏈接利用發(fā)動機和/或電子調(diào)速器系統(tǒng)的其他部件)并且經(jīng)由輸出界面200(例如，經(jīng)由有線或者無線通信鏈接至電動機115、發(fā)動機的其他部件和/或電子調(diào)速器系統(tǒng)的其他部件)提供輸出(例如，控制信號、致動器輸出等)。處理電路190可以是包含一個或多個處理部件(例如，處理器205)或者一組分布的處理部件的電路。處理器205可以是通用或者專用處理器，其構(gòu)造為執(zhí)行存儲在內(nèi)存中或者從其他計算機可讀介質(zhì)(例如，CD-ROM、網(wǎng)絡(luò)存儲、遠程服務(wù)器等)接收的計算機代碼或者指令。示出的處理電路190還包括內(nèi)存210。內(nèi)存210可以是RAM、硬驅(qū)動存儲器、臨時存儲器、非易失內(nèi)存、閃存、光學內(nèi)存或者用于存儲軟件對象和/或計算機指令的任何其他合適的內(nèi)存。當處理器205為了完成此處描述的各種活動而執(zhí)行存儲在內(nèi)存210中的指令時，處理器205總體配置計算機系統(tǒng)以及更尤其配置處理電路190來完成這些動作。內(nèi)存210可以包括數(shù)據(jù)庫部件、目標代碼部件、較本部件和/或用于支持本公開中描述的各種動作的任何其他類型信息結(jié)構(gòu)。例如，內(nèi)存210可以存儲關(guān)于控制器的操作的數(shù)據(jù)(例如，先前設(shè)定點、關(guān)于使用的能量的先前行為模式以將當前值調(diào)節(jié)為設(shè)定點等)。根據(jù)示例性實施方式，內(nèi)存210可通信地連接至處理器205并且包括用于執(zhí)行此處描述的一個或多個處理的計算機代碼，處理器205構(gòu)造為執(zhí)行計算機代碼。

示出的內(nèi)存210包括反饋控制模塊215和自適應(yīng)控制模塊220。內(nèi)存可以包括節(jié)流板位置模塊225和發(fā)動機關(guān)機模塊230。反饋控制模塊215是主要邏輯模塊，其構(gòu)造為提供控制器155的基于反饋的控制活動。在一些實施方式中，反饋控制模塊215是比例積分微分(PID)控制模塊。在其他實施方式中，反饋控制模塊215是模糊邏輯控制模塊。反饋控制模塊215使用來自輸入界面195的信息(例如，檢測發(fā)動機速度)來計算或者以其他方式獲得被控制的變量(例如，節(jié)流板位置)。反饋控制模塊215還可以使用在計算或者獲得被控制的變量中存儲在內(nèi)存210中的信息(例如，先前檢測的發(fā)動機速度、期望的發(fā)動機速度等)。自適應(yīng)控制模塊220構(gòu)造為確定控制參數(shù)的適當值(例如，比例增益、積分增益、微分增益等)。自適應(yīng)控制模塊220可以基于模型識別自適應(yīng)控制(MIAC)途經(jīng)或者另一自適應(yīng)調(diào)整途經(jīng)或者算法來調(diào)整控制參數(shù)。

反饋控制模塊215構(gòu)造為基于通過比較從發(fā)動機速度傳感器160輸入的當前發(fā)動機速度與期望發(fā)動機速度確定的發(fā)動機速度誤差來提供發(fā)動機速度控制輸出。將輸出提供給電動機115以調(diào)節(jié)節(jié)流板125位置，從而控制發(fā)動機速度以及校正任何發(fā)動機速度誤差，使得檢測的發(fā)動機速度和期望的發(fā)動機速度相同或者大致相同(例如，在預定范圍內(nèi))。反饋控制模塊能夠使用不同類型的反饋控制，包括PID控制算法或者模糊邏輯控制規(guī)則。自適應(yīng)控制模塊220調(diào)節(jié)反饋控制模塊215的一個或多個參數(shù)(例如，系數(shù)、增益、規(guī)則等)，使得反饋控制模塊獲悉用于具體發(fā)動機以及終端產(chǎn)品(例如，割草機、掃雪機、發(fā)電機、高壓清洗機等)的適當操作參數(shù)。例如，反饋控制模塊215可以確定發(fā)動機速度誤差并提供旨在校正該誤差或者該誤差的一部分(例如，降低誤差的一半)的發(fā)動機速度輸出。自適應(yīng)控制模塊220基于通過反饋控制模塊215提供的輸出來確定什么是預期的發(fā)動機速度誤差校正。自適應(yīng)控制模塊220還基于從發(fā)動機速度傳感器160輸入的當前發(fā)動機速度以及從發(fā)動機速度傳感器160輸入的先前發(fā)動機速度來確定實際發(fā)動機速度校正。然后自適應(yīng)控制模塊220能夠基于預期的發(fā)動機速度誤差和實際發(fā)動機速度校正來確定校正誤差。以此方式，自適應(yīng)控制模塊220能夠確定是否實際發(fā)動機速度校正與預期發(fā)動機速度誤差校正相同或者接近(例如，確定校正誤差)。

如果實際發(fā)動機速度校正與預期發(fā)動機速度校正不相同(或者在預定范圍內(nèi)可接受為相同)，那么自適應(yīng)控制模塊220調(diào)節(jié)反饋控制模塊215的一個或多個參數(shù)。當實際發(fā)動機速度誤差校正小于預期發(fā)動機誤差校正時，參數(shù)改變，使得校正發(fā)動機速度的后續(xù)嘗試將更激進。正如此處使用的，更激進意思是具有被調(diào)節(jié)的參數(shù)組的節(jié)流板的位置改變將大于先前的參數(shù)組，不激進意思是具有被調(diào)節(jié)的參數(shù)組的節(jié)流板的位置改變將小于先前的參數(shù)組。例如，在控制器155中，使用PID控制自適應(yīng)控制模塊220能夠改變一個或多個反饋控制模塊215的比例、積分以及微分參數(shù)(例如，系數(shù)或者增益)以實現(xiàn)發(fā)動機速度的期望改變。反饋控制模塊215的PID控制可以陳述一種控制算法來確定電動機調(diào)節(jié)(Motor Adjustment)—電壓供給至電動機115的時間量(電壓脈沖的“寬度”或者持續(xù)時間)。例如，PID控制算法可以使用以下方程來確定電動機調(diào)節(jié)，其中，誤差(Error)是發(fā)動機速度誤差。

自適應(yīng)控制模塊220可以構(gòu)造為響應(yīng)于比較隨著節(jié)流板位置調(diào)節(jié)(例如，通過發(fā)動機速度傳感器160測量的)發(fā)動機速度的實際改變與隨著節(jié)流板位置調(diào)節(jié)發(fā)動機速度的預期改變(例如，發(fā)動機速度誤差或者發(fā)動機速度誤差的一部分(例如，二分之一、三分之一等))來調(diào)節(jié)一個或多個比例、積分以及微分參數(shù)。如果發(fā)動機速度的實際改變小于發(fā)動機速度的預期改變，則調(diào)節(jié)一個或多個參數(shù)以使電動機調(diào)節(jié)更激進(即，提供更長持續(xù)時間的電壓脈沖)。如果發(fā)動機速度的實際改變大于發(fā)動機速度的預期改變，則調(diào)節(jié)一個或多個參數(shù)以使電動機調(diào)節(jié)不激進(即，提供更短持續(xù)時間的電壓脈沖)。在電動機調(diào)節(jié)脈沖發(fā)送至電動機115之后能夠在特定時間(例如，2-3發(fā)動機周期)執(zhí)行比較發(fā)動機速度的實際改變與發(fā)動機速度的預期改變。在一些實施方式中，電動機調(diào)節(jié)的脈沖具有工作周期，并且當發(fā)動機速度的實際改變不同于比發(fā)動機速度的預期改變時可以調(diào)節(jié)電動機調(diào)節(jié)的脈沖的工作周期。在一些實施方式中，電動機調(diào)節(jié)算法

在使用PID控制算法的一些實施方式中存在多個參數(shù)組。例如，當節(jié)流板125關(guān)閉或者靠近關(guān)閉位置時可以使用第一參數(shù)組，當節(jié)流板125關(guān)閉或者靠近大開位置時可以使用第二參數(shù)組。因為發(fā)動機的操作性能(例如，速度)相對于節(jié)流板位置不是線性的，所以這是有幫助的。當節(jié)流板125靠近大開位置時，發(fā)動機速度不是非常響應(yīng)于節(jié)流板位置的改變，當節(jié)流板125靠近關(guān)閉位置時，發(fā)動機速度更加響應(yīng)于節(jié)流板位置的改變。因此，當節(jié)流板125靠近關(guān)閉位置時與操作關(guān)聯(lián)的參數(shù)組將比當節(jié)流板125靠近大開位置時使用的參數(shù)組不激進。能夠?qū)嵤┗诠?jié)流位置的兩個或更多個參數(shù)組。例如，曲線能夠是合適的，使得使用的參數(shù)組從關(guān)閉位置改變至大開位置。

自適應(yīng)控制模塊220還可以構(gòu)造為執(zhí)行比較來自施加的電壓的特定持續(xù)時間(電壓脈沖)中電動機115的預期輸出(即，轉(zhuǎn)速)與通過該施加電壓的該特定持續(xù)時間實際引起的反電動勢(“反EMF”)。反EMF由電動機旋轉(zhuǎn)引起并且能夠充當用于電動機傳感器的代替物而用于檢測電動機的旋轉(zhuǎn)速度。以該方式自適應(yīng)控制模塊220允許系統(tǒng)獲知或者調(diào)節(jié)至特定發(fā)動機的操作特性。特定發(fā)動機之中的變量(例如，各個DC電動機、終止使用發(fā)動機等)將導致移動節(jié)流板特定量所需的不同持續(xù)時間電壓脈沖。例如，在一個發(fā)動機中，10毫秒的電壓脈沖可以將節(jié)流板移動10度，但是可以僅將第二發(fā)動機的節(jié)流板移動5度。通過自適應(yīng)控制模塊220執(zhí)行的反EMF相關(guān)性允許系統(tǒng)獲知在添加電動機速度傳感器內(nèi)用于特定節(jié)流板位置改變所需的特定電壓脈沖持續(xù)時間，以及允許該相關(guān)性在特定發(fā)動機的整個壽命中隨著發(fā)動機性能改變而改變。反EMF比較還能夠用以確定節(jié)流板125何時位于其運動范圍的終點(即，關(guān)閉位置或者大開位置)，這是因為節(jié)流板125在其運動范圍的任一終點處于強硬停止，并且當電動機不能夠轉(zhuǎn)動時反EMF應(yīng)接近零。反EMF比較還能夠用以識別各個電動機的操作特性與建立反EMF和發(fā)動機速度(例如，RPM)之間的公知或期望關(guān)系的曲線之間的變化，并且確定需要修改的操作特性(例如，電壓脈沖的持續(xù)時間)以使具體電動機適合公知的反EMF以及發(fā)動機速度曲線。

如圖6-圖7所示，在電子調(diào)速器系統(tǒng)100的一些實施方式中，橢圓形齒輪組186包括在變速器120和節(jié)流操作桿130之間以相對于節(jié)流板位置引起非線性發(fā)動機速度。橢圓形齒輪組186包括兩個橢圓形齒輪—驅(qū)動齒輪187和從動齒輪188。驅(qū)動齒輪187具有短半徑189，其小于長半徑191。驅(qū)動齒輪187聯(lián)接至變速器120或者是變速器120的部件。從動齒輪188(例如，通過一個或多個連桿或者齒輪直接或者間接)聯(lián)接至節(jié)流板125。從動齒輪188具有短半徑192，其小于長半徑193。橢圓形齒輪組186布置成，當節(jié)流板125靠近大開位置時(圖6)，使得從動齒輪188響應(yīng)于驅(qū)動齒輪187的具體移動量提供了節(jié)流板125的較大移動量，當節(jié)流板125靠近關(guān)閉位置時(圖7)，使得從動齒輪188響應(yīng)于驅(qū)動齒輪187的相同具體移動量提供了節(jié)流板125的較小移動量。如圖6所示，當節(jié)流板125靠近大開位置時，驅(qū)動齒輪187的長半徑191接合從動齒輪188的短半徑192。如圖7所示，當節(jié)流板125靠近關(guān)閉位置時，驅(qū)動齒輪187的短半徑189接合從動齒輪188的長半徑193。

在反饋控制模塊215使用模糊邏輯控制算法來控制至電動機115的輸出的實施方式中，創(chuàng)建模糊邏輯規(guī)則的列表來控制電動機115的操作。這些規(guī)則允許非線性控制非線性發(fā)動機操作。在一些實施方式中，溫度傳感器170提供了檢測溫度作為模糊邏輯規(guī)則組的一個輸入。

在一些實施方式中，電子調(diào)速器系統(tǒng)100包括溫度傳感器170。溫度傳感器170構(gòu)造為檢測溫度(例如，環(huán)境溫度、發(fā)動機溫度或者其他適當?shù)臏囟?。提供檢測的溫度作為控制器155的一個輸入并且可利用其作為控制器155的各種邏輯模塊的一個輸入。由于發(fā)動機可以在較冷溫度和較熱溫度時不同地操作，因此，當檢測溫度低于或者高于一個或多個閾值(例如熱操作條件閾值和冷操作條件閾值)時，能夠使用不同控制參數(shù)(例如，反饋控制模塊215和/或自適應(yīng)控制模塊220的控制參數(shù))。

內(nèi)存210還可以包括節(jié)流板位置模塊225。節(jié)流板位置模塊225構(gòu)造為基于追蹤節(jié)流板位置從初始節(jié)流板位置的預期改變來確定節(jié)流板125的位置。初始節(jié)流板位置是已知的。例如，大開位置可以認為是90°，關(guān)閉位置可以認為是0°。基于該開始位置(例如，大開位置)，節(jié)流板位置模塊225基于通過電動機115引起的節(jié)流板位置改變計算當前節(jié)流板位置。供給至電動機115的電壓與供給電壓時間量的乘積對應(yīng)于節(jié)流板125的位置的預期改變。通過保持追蹤通過電動機115的操作引起的節(jié)流板125從初始已知位置的所有預期移動，節(jié)流板位置模塊225能夠追蹤節(jié)流板125的位置?？商鎿Q地，編碼器(例如，編碼器150)可以保持追蹤節(jié)流板位置。但是，編碼器增加了按照期望操作電子調(diào)速器系統(tǒng)100可能不必要的成本。

發(fā)動機105包括點火系統(tǒng)180。在一些實施方式中，來自點火系統(tǒng)180的多余能量用于給電動機115和/或控制器155供電。電子調(diào)速器系統(tǒng)100能夠以該方式操作而無需單獨或者專門電源(例如，單獨電池或者用以給發(fā)動機起動系統(tǒng)供電的電池)。在磁發(fā)電機或者火花點火系統(tǒng)中，呈點火火花或者脈沖形式的額外能量能夠被收獲并且存儲在電容器或者其他能量存儲設(shè)備(例如，電池)中而用于給電動機115供電。雖然作為示例討論了基于火花的點火系統(tǒng)，但是其他類型的點火系統(tǒng)也是可行的。點火系統(tǒng)的多余能量還能夠足以給電動機115和/或控制器155供電。在啟動發(fā)動機105之后，存在較豐富量的多余能量，其能夠被收獲以給電子調(diào)速器系統(tǒng)100供電。例如，來自兩個正脈沖或者四沖程磁發(fā)電機點火系統(tǒng)的火花的能量能夠產(chǎn)生大約一安培電流。其他類型的點火系統(tǒng)還提供廢棄能量，其能夠被收獲以給電子調(diào)速器系統(tǒng)供電。在四沖程磁發(fā)電機點火系統(tǒng)中氣缸的排氣行程上存在廢棄火花。在這種系統(tǒng)中，兩個正脈沖或者火花以及廢棄負脈沖或者火花能夠都被收獲。在一些實施方式中，不包括單獨或者專用電源(例如，單獨電池)的其他電源可以用來給電動機115和/或控制器155供電。可替換電源包括由發(fā)動機105驅(qū)動的交流發(fā)電機、利用來自發(fā)動機105的廢棄熱量的熱電發(fā)電機、由發(fā)動機105的振動驅(qū)動的壓電式發(fā)電機和/或由發(fā)動機105驅(qū)動的室外發(fā)電裝備，包括在與被發(fā)動機105的活塞的往復移動同步驅(qū)動的線圈內(nèi)震蕩的磁鐵的法拉第發(fā)電機。在一些實施方式中，提供能量存儲裝置(例如，可充電電池，電容器等)以存儲通過上述電源產(chǎn)生的能量。當發(fā)動機105初始啟動并且沒有可立即獲得的來自操作發(fā)動機105的要收獲的能量供應(yīng)時，以此方式可獲得用于電動機115和/或控制器155的能量。

轉(zhuǎn)速限制器185可以設(shè)置為防止發(fā)動機105實現(xiàn)發(fā)動機速度超過閾值(例如，紅線)的超速條件。轉(zhuǎn)速限制器185檢測發(fā)動機速度以及當發(fā)動機速度超過閾值時，中斷點火以防止發(fā)動機繼續(xù)超過速度閾值。為了使得與中斷點火關(guān)聯(lián)的速度降低更平滑(例如，不太突然和/或?qū)Σ僮鲉T來說噪音不太大)，優(yōu)選中斷點火火花的子集而不是中斷所有發(fā)動機火花。中斷所有點火事件(例如，與燃燒事件的火花關(guān)聯(lián))將具有可聽得見的影響并且發(fā)動機速度將突然降低。中斷少于100％點火事件(例如，二分之一、三分之一、四分之一點火事件)將減慢發(fā)動機速度但是不太突然以及對用于來說聽起來不太明顯。

用戶界面165可以設(shè)置成，使得用戶能夠控制發(fā)動機105的期望速度(例如，預期或者目標速度)。該用戶界面165可以是模擬輸入，諸如分壓器、定值電阻器、可調(diào)電阻器(例如，電位計或者滑動可調(diào)電阻器)。在使用發(fā)動機給車輪驅(qū)動鏈供能的一些實施方式中，(例如，后騎行或者行走割草機或者掃雪機)，可以移動節(jié)流輸入(例如，氣體踏板或者操作桿)以調(diào)節(jié)模擬輸入，因此調(diào)節(jié)發(fā)動機的期望速度。如果發(fā)動機用于給發(fā)電機供能，那么離散的兩個位置的模擬輸入能夠被用來切換在美國和加拿大使用的60Hz電力與在世界上其他地方(例如，歐洲和亞洲)使用的50Hz電力之間的通過發(fā)電機提供的電力的輸出頻率。其他離散控制模式例如可以包括平靜操作模式與強力操作模式。平靜操作模式可以構(gòu)造為，使得發(fā)動機以較低速度(例如，2400rpm)運行，而強力模式以較高轉(zhuǎn)速(例如，3000rpm)運行。在一些實施方式中，用戶界面是無線RF、紅外IR以及LED或者光脈沖界面或者電容感測界面(例如，觸摸屏幕)。在一些實施方式中，用戶界面165包括第二微控制器。例如，觸摸屏幕或者其他界面設(shè)備能夠向第二控制器提供輸入，第二控制器提供可變電壓輸出至操作電子調(diào)速器系統(tǒng)的控制器。在一些實施方式中，用戶界面165提供了數(shù)字輸入。

發(fā)動機調(diào)速器系統(tǒng)100的初始性能特征還可以是變化的(例如，更激進或者不激進的發(fā)動機速度誤差校正)。當組裝系統(tǒng)或者發(fā)動機時(例如，通過設(shè)定具體電阻或者電壓值)能夠預設(shè)這些特性設(shè)定。例如一個設(shè)定可以被由發(fā)動機驅(qū)動的較低慣性裝備(例如，壓力清洗機的泵)使用，第二設(shè)定能夠被由發(fā)動機驅(qū)動的較高慣性裝備(例如，割草機的刀片)使用。在其已經(jīng)具有基于實際使用發(fā)動機而開始調(diào)整控制參數(shù)的機會之前，這提供給控制器155一些初始性能特征(例如，被驅(qū)動的裝備的相對慣性)。例如，通過100-400ohms的輸入電阻和1100-1400ohms的輸入電阻能夠選擇1000-4000rpm，100-400ohms的設(shè)定提供了用于較低慣性應(yīng)用的中等激進性能，而1100-1400ohms提供了用于較高慣性應(yīng)用的更激進性能。此外，還可以有多于兩個性能特征設(shè)定(例如，低慣性、中低慣性、中等慣性、中高慣性、高慣性等)，其能夠基于發(fā)動機類型(例如，尺寸、氣缸數(shù)量、額定馬力、額定轉(zhuǎn)矩)以及由發(fā)動機驅(qū)動的裝備來選擇。可替換地，性能特征設(shè)定可以與通過控制器155讀取的電壓關(guān)聯(lián)。

可以包括電流傳感器175以監(jiān)控在電動機115上牽引的電流。例如，分流電阻器可以用以測量該電動機電流。電流傳感器175用來檢測電子調(diào)速器系統(tǒng)100中的潛在故障并且響應(yīng)于檢測這種故障關(guān)閉發(fā)動機105(例如，停止發(fā)動機)。例如，檢測到的電流高于高電流閾值時將指示堵塞、障礙物、行駛終止、電動機短路、或者電動機115、變速器120、節(jié)流板125、節(jié)流操作桿130、聯(lián)動裝置135或者其他可移動的部件不能夠按照期望移動(例如，旋轉(zhuǎn)、平移等)的一些其他情形。當電流傳感器175檢測低于低電流閾值的電流時，其將指示電子調(diào)速器系統(tǒng)100的部件之間的電通信斷線或者一些其他損失。高于高閾值的高電流和低于低閾值的低電流都可以指示發(fā)動機105應(yīng)該停止或者關(guān)閉以防止對發(fā)動機的可能破壞的情形。發(fā)動機關(guān)機模塊230構(gòu)造為響應(yīng)于適當?shù)妮斎?例如，釋放安全聯(lián)鎖、例如當后行走的割草機的橫木被釋放、將開/閉開關(guān)移動至關(guān)閉位置等)關(guān)機、停止、關(guān)閉或者停用發(fā)動機。如上所述，發(fā)動機關(guān)機模塊230可以接收來自電流傳感器172的輸入并且響應(yīng)于低電流或者高電流關(guān)閉發(fā)動機。

在一些實施方式中，發(fā)動機速度傳感器160使用來自點火系統(tǒng)180的點火信號來檢測發(fā)動機速度。例如，來自點火系統(tǒng)的正火花或者脈沖能夠被計數(shù)并且用以確定發(fā)動機速度。當利用轉(zhuǎn)速限制器185中斷負脈沖或者火花時，確定發(fā)動機速度的該方法提供了額外優(yōu)勢。當利用轉(zhuǎn)速限制器185通過中斷負脈沖或者火花減慢發(fā)動機105時，不會損失由正脈沖確定的發(fā)動機速度檢測。在其他實施方式中，利用其他適當?shù)陌l(fā)動機速度傳感器。

此處描述的電子調(diào)速器系統(tǒng)能夠響應(yīng)于來自負荷感測系統(tǒng)的輸入來調(diào)節(jié)發(fā)動機的操作速度。結(jié)合負荷感測系統(tǒng)與電子調(diào)速器系統(tǒng)允許針對各種負荷條件優(yōu)化發(fā)動機的操作速度。例如，包括此處描述的電子調(diào)速器系統(tǒng)和負荷感測系統(tǒng)的發(fā)動機能夠在兩個模式中的一個模式中操作：無負荷或者低負荷模式(例如，當割草機的刀片不切割任何草時)，在該模式中以空轉(zhuǎn)或者較低速度操作發(fā)動機；以及高負荷模式(例如，當割草機的刀片正在割草時)，在該模式中以高速或者較高速操作發(fā)動機。更復雜系統(tǒng)允許額外操作模式，例如中等負荷模式(例如，當割草機的刀片切割薄于在高負荷模式中切割的草時)，在該模式中以空轉(zhuǎn)速度和高操作速度之間的速度操作發(fā)動機。發(fā)動機速度還能夠被負荷連續(xù)改變或者被負荷大約連續(xù)改變(例如，具有階梯函數(shù)或者其他適當?shù)那€擬合)。例如，能夠控制發(fā)動機速度以始終適合在由高發(fā)動機速度曲線以及低發(fā)動機速度曲線限定的帶或者窗口內(nèi)，并且以類似于連續(xù)可變變速器的方式操作。

負荷感測系統(tǒng)利用旋轉(zhuǎn)運動的原理：用于系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩總和等于零。如以下方程式所示，轉(zhuǎn)矩總和等于慣性乘以角速度變化。轉(zhuǎn)矩_{產(chǎn)生}(Torque _Produced)是因發(fā)動機燃燒產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩_{負荷/損失}(Torque _Load/Losses)是由發(fā)動機上的負荷產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩(例如，割草機刀片、壓力清洗機泵，驅(qū)動系統(tǒng)等)以及發(fā)動機內(nèi)的任何損失(例如，摩擦、氣體壓縮、真空等)。

在用于單個氣缸四沖程發(fā)動機的第一負荷感測系統(tǒng)中，能夠通過比較用于兩個連貫發(fā)動機旋轉(zhuǎn)的發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度來估計負荷。“快速”旋轉(zhuǎn)發(fā)生在發(fā)動機的膨脹以及排氣周期期間。“慢速”旋轉(zhuǎn)發(fā)生在發(fā)動機的進氣和壓縮周期期間。轉(zhuǎn)速的差(例如，每分鐘的旋轉(zhuǎn)(“RPM”))是轉(zhuǎn)矩_{負荷/損失}和慣性的函數(shù)。當已知慣性(例如，發(fā)動機的具體終端使用的慣性，例如用于具體的割草機、壓力清洗機、拖拉機或者室外動力裝備的其他部件)，則快速旋轉(zhuǎn)與慢速旋轉(zhuǎn)的的轉(zhuǎn)速差(例如，快速旋轉(zhuǎn)的RPM減去慢速旋轉(zhuǎn)的RPM)是轉(zhuǎn)矩_{負荷/損失}(Torque _Load/Torque_Losses)的函數(shù)。通過計算該差，負荷感測系統(tǒng)能夠精確地估計發(fā)動機上的負荷。然后負荷能夠用作電子調(diào)速系統(tǒng)的一個輸入來控制發(fā)動機的速度。

在用于單個氣缸四沖程發(fā)動機的第二負荷感測系統(tǒng)中，通過比較用于四沖程中的每個沖程的發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度能夠估計負荷。根據(jù)以下示出的方程式能夠計算用于四沖程(膨脹、壓縮、進氣以及壓縮)中的每個沖程的轉(zhuǎn)矩的總和。

使用該方程的四個版本，每個沖程一個，通過使得慣性對于所有四個方程保持恒定，負荷感測系統(tǒng)能夠基于測量的從一個沖程至下一沖程發(fā)動機速度的改變來確定負荷，因為四個方程中的每個方程都僅有一個未知數(shù)(具有四個未知數(shù)的四個方程是可解的)。對于膨脹沖程，轉(zhuǎn)矩_損失是能夠忽略的并且能夠假設(shè)為零。對于排氣沖程，轉(zhuǎn)矩_{產(chǎn)生}以及轉(zhuǎn)矩_損失是能夠忽略的并且能夠假設(shè)為零。對于進氣沖程，轉(zhuǎn)矩_{產(chǎn)生}以及轉(zhuǎn)矩_損失是能夠忽略的并且能夠假設(shè)為零。對于壓縮周期，轉(zhuǎn)矩_{產(chǎn)生}是能夠忽略的并且能夠假設(shè)為零。

燃燒過程能夠因燃燒沖程而改變。由于許多可能因素，包括燃料質(zhì)量、可用的空氣、燃料空氣比的變化等，燃燒過程有規(guī)律地經(jīng)歷“碰撞”“爆裂”。通過使用發(fā)動機速度測量的運行平均和/或標準偏差，上述兩個負荷感測系統(tǒng)中的任一個能夠降低這些可以導致發(fā)動機速度變化的燃燒過程變化的沖擊，發(fā)動機速度是用以確定用于這兩個系統(tǒng)的負荷的計算的輸入。

能夠使用以下方程計算平均負荷值(Avg.Load Value)?！癆”是用以衡量平均負荷值的因子。可以基于發(fā)動機的期望最終用途(例如，割草機、壓力清洗機、拖拉機或者室外動力裝備的其他部件)和用于該發(fā)動機的期望發(fā)動機性能來選擇A的值。當A的值增加時，平均負荷值變得更平滑，但是其延遲用于負荷的真實改變的響應(yīng)時間，而不是由于燃燒變化瞬間偶然發(fā)生。

平均負荷值能夠用作觸發(fā)器來在電子調(diào)速系統(tǒng)的操作模式之間改變。例如，對于以上討論的兩個操作模式電子調(diào)速系統(tǒng)，當平均負荷值位于預定閾值處或者低于預定閾值時能夠觸發(fā)無負荷操作模式，當平均負荷值位于預定閾值處或者高于預定閾值時能夠觸發(fā)高負荷操作模式。為了避免在兩個模式之間搜尋或者滯后，用于無負荷操作模式和高負荷操作模式的預定閾值能夠不同。例如，無負荷閾值能夠為平均負荷值15，高負荷閾值能夠為20，15和20之間提供了一個避免模式搜尋的窗口?？商鎿Q地，平均負荷值中的百分比改變閾值(例如，20％能夠用作觸發(fā)器以在電子調(diào)速系統(tǒng)的操作模式之間改變。閾值無論是絕對值或者百分比，能夠關(guān)系到具體發(fā)動機尺寸和最終產(chǎn)品。避免模式搜尋的另一方式是包括操作模式改變之間的最小預定時間周期。例如，能夠要求每個操作模式都在能夠基于當前平均負荷值切換之前運行至少5秒。負荷值的標準偏差能夠以類似方式以其自身使用或者與平均負荷值結(jié)合使用以提供觸發(fā)器以在電子調(diào)速系統(tǒng)的操作模式之間改變。測量的發(fā)動機速度的標準偏差還可以用來區(qū)分發(fā)動機速度的實際改變(例如，由于增加或者減小發(fā)動機上的負荷)與發(fā)動機速度由于燃燒不規(guī)則性的間歇變化。測量的發(fā)動機速度包括每個沖程基礎(chǔ)上的預期變化。膨脹(燃燒、做功)沖程具有比進氣、壓縮以及排氣沖程更快的發(fā)動機速度。標準偏差引起每個沖程基礎(chǔ)上的預期變化，使得僅發(fā)動機速度改變超過標準偏差，或者超過通過誤差因子修改的標準偏差(例如，乘以或者添加至標準偏差)，用以觸發(fā)通過發(fā)動機調(diào)速系統(tǒng)進行的節(jié)流板位置的改變。

兩種負荷感測系統(tǒng)都利用適當?shù)目刂破鱽韴?zhí)行以上討論的控制方案，以及利用適當?shù)陌l(fā)動機速度傳感器來檢測用作輸入的發(fā)動機速度，正如以上討論的。可行的發(fā)動機速度傳感器包括與飛輪上的磁體組合的磁場傳感器(例如，霍爾效應(yīng)傳感器或者簧片開關(guān))。飛輪上的磁體能夠同樣用以生成用于點火系統(tǒng)的火花，但是也可以是單獨的第二磁體。這兩個負荷感測系統(tǒng)還能夠包括操作模式輸入以提供核驗，其中，基于發(fā)動機速度計算檢測的負荷改變作為基于用戶期望的操作模式的負荷的期望改變。例如，傾斜傳感器能夠指示后行走割草機的前輪何時被提離地面，從而確定降低的負荷。后行走割草機的橫梁上的開關(guān)能夠指示何時操作員接合驅(qū)動系統(tǒng)。真空傳感器能夠檢測發(fā)動機真空的改變作為負荷改變的冗余核查。

用戶致動開關(guān)還能夠用作負荷感測系統(tǒng)的前饋輸入。例如，由用戶操作的操作桿致動的開關(guān)(例如，后行走割草機的橫梁、壓力沖洗機噴槍的扳機、掃雪機的控制桿、騎行拖拉機上的動力輸出接合開關(guān)等)將指示負荷感測系統(tǒng)的預期發(fā)動機負荷(例如，由發(fā)動機驅(qū)動的工具的操作、由發(fā)動機驅(qū)動的工具上的負荷、驅(qū)動鏈的接合等)。負荷感測系統(tǒng)能夠使用該前饋輸入以覆蓋或者補充通過負荷感測系統(tǒng)提供的負荷輸出。

相同控制器或者單獨控制器能夠用以執(zhí)行由電子調(diào)速器系統(tǒng)以及由負荷感測系統(tǒng)使用的控制方案。例如，如圖2所示，如上所述，控制器155能夠用以經(jīng)由負荷感測模塊235控制如上所述的負荷感測系統(tǒng)和電子調(diào)速器系統(tǒng)100，負荷感測模塊235構(gòu)造為實施如這里所述的負荷感測系統(tǒng)。發(fā)動機速度傳感器160能夠用以向負荷感測模塊235提供必要發(fā)動機速度輸入以實施負荷感測系統(tǒng)。

各種示例性實施方式中示出的裝置、系統(tǒng)和方法的構(gòu)造和布置僅是示意性的。雖然在本公開中僅僅已經(jīng)詳細描述了一些實施方式，但是許多修改是可行的(例如，尺寸、大小、結(jié)構(gòu)、形狀以及各種元件的比例、參數(shù)的值、安裝布置、材料的使用、顏色、方位等的變化)。例如，示出為一體形成的一些元件可以由多個部分或者元件構(gòu)造，元件的位置可以相反或者以其他方式變化，離散元件的性質(zhì)或者數(shù)量或者位置可以更改或者變化。因此，所有這種修改都旨在包括在本公開的范圍內(nèi)。根據(jù)可替換實施方式任何處理或者方法步驟的順序或者序列可以變化或者重新排序。在示例性實施方式的設(shè)計、操作條件和布置中，可以進行其他代替、修改、改變以及省略，而并不超出本公開的范圍。

本公開考慮用于完成各種操作的的方法、系統(tǒng)以及任何機器可讀介質(zhì)上程序產(chǎn)品。本公開的實施方式可以使用現(xiàn)存的計算機處理器，或者通過用于適當系統(tǒng)的專用計算機處理器實施，為了該目的或者另一目的合并，或者通過硬連線系統(tǒng)實施。本公開范圍內(nèi)的實施方式包括程序產(chǎn)品，程序產(chǎn)品包括機器可讀介質(zhì)，其用于承載或者具有機器可執(zhí)行指令或者存儲在其上的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這種機器可讀介質(zhì)能夠是任何可獲得的介質(zhì)，其能夠被通用或者專用計算機或者具有處理器的其他機器存取。舉例來說，這種機器可讀介質(zhì)能夠包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或者其他光盤存儲、磁盤存儲或者其他磁存儲裝置，或者任何其他介質(zhì)，其能夠用以承載或者存儲呈機器可執(zhí)行指令或者數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的期望程序代碼，并且能夠被通用或者專用計算機或者具有處理器的其他機器訪問。當信息在整個網(wǎng)絡(luò)或者另一通信連接(硬線、無線或者硬線與無線的組合)中被傳遞或者提供至機器時，機器適當?shù)貙⑦B接視為機器可讀介質(zhì)。因而，任何這種連接適當?shù)乇环Q為機器可讀介質(zhì)。上述組合也包括在機器可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。例如，機器可執(zhí)行指令包括指令和數(shù)據(jù)，其引起通用計算機、專用計算機或者專用處理機器執(zhí)行特定功能或者功能組。

雖然附圖可以示出或者說明書可以提供方法步驟的具體順序，但是這些步驟的順序可以不同于描繪的順序。也可以同時或者局部同時執(zhí)行兩個或多個步驟。這種變化將取決于各種因素，包括選擇的軟件和硬件系統(tǒng)，并且取決于設(shè)計者選擇。所有這種變化都在本公開的范圍內(nèi)。同樣地，可以利用標準程序化技術(shù)基于規(guī)則的邏輯和其他邏輯來完成軟件實施，以完成各種連接步驟、處理步驟、比較步驟和判斷步驟。