CN102297732B - 一种汽车电液控制线圈温度的测量方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车电液控制线圈温度的测量方法，属于温度测量方法。该温度测量方法为：根据能量守恒定律建立控制线圈的温升数学模型；利用控制线圈温度的实验测量值来同定该模型中的相关参数；通过电液控制单元的机上仿真和实际线圈控制信号来验证由温升数学模型计算出的线圈温度。本发明方法首先根据能量守恒定律建立控制线圈的温升数学模型，然后利用控制线圈温度的实验测量值来同定该模型中的相关参数，其相关参数一般为放热系数c和比热系数h，最后通过电液控制单元的机上仿真和实际线圈控制信号来验证控制线圈的耐温性和控制阀的控制性能；有效地测量出控制线圈的温升。优点：该温度测量方法不仅简化电液控制单元的硬件结构而且确保控制线圈的耐温性和控制阀的控制性能。

Description

一种汽车电液控制线圈温度的测量方法

技术领域

本发明涉及一种温度测量方法，特别是一种汽车电液控制线圈温度的测量方法。

背景技术

随着刹车防抱死系统(ABS)、汽车动态控制系统(VDC)等汽车制动控制系统的逐步普及，对汽车制动控制系统提出两个要求：一方面要求高度的制动控制性能、另一方面要求系统工作时的静肃性。为了满足上述要求，在汽车制动控制系统的核心部件，即电液控制单元的控制阀中引入了线性控制(PWM)，以期达到降低和提高系统工作时的脉压和静肃性的目的。虽然控制阀的线性控制实现了控制阀内线圈电流的连续性，但是同时也增大了控制阀工作时的线圈电流的导电时间。因控制阀内线圈电流的导电时间增大导致了控制阀内线圈温度的上升，其结果降低了控制阀内线圈的耐温性和控制阀的控制性能，最终影响汽车制动控制性能，因此引入控制阀的线性控制同时正确把握控制阀内线圈温度的上升对确保控制阀内线圈的耐温性和控制阀的控制性能起着非常重要的作用。

为了确保控制线圈的耐温性和控制阀的控制性能，现有技术检测控制阀内线圈温度的常用方法是：将热电偶法或热电阻测出的电压信号转换成对应的温度。虽然具有较高的检测精度，但是存在着以下缺点。

1、需要较多的外部硬件支持，故障率高。

2、汽车电液控制单元的结构复杂、制造工艺成本高。

3、受成品汽车结构限制，无法进行温度测量提升汽车控制性能。

发明内容

本发明的目的是要提供一种汽车电液控制线圈温度的测量方法，解决采用硬件检测成本高、无法满足成品汽车提升控制性能的技术问题。

本发明的目的是这样实现的：根据能量守恒定律建立控制线圈的温升数学模型；利用控制线圈温度的实验测量值来同定该模型中的相关参数；通过电液控制单元的机上仿真和实际线圈控制信号来验证由温升数学模型计算出的线圈温度；

该测量方法的具体步骤是：

步骤一，线圈温升数学模型的电液控制单元的控制阀，包括活塞、线圈和缠线管；计算出控制线圈工作时的温升ΔT；

步骤二，采用如下方程的算法：

$\frac{\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{\Δt}}=c\·(E_{\mathrm{in}}-E_{\mathrm{out}})$

获得控制线圈工作时的温升ΔT；

步骤三，根据焦耳定律，计算出控制线圈的发热能量E_in；

步骤四，根据微型计算机或者单片机所发出的线性控制指令控制线圈的控制电流；

(1)、线性控制指令是基于脉宽调制(PWM)中的占空比D计算出控制线圈工作时的控制电流I；

(2)、线性控制指令是根据设定的占空比D与控制电流I的对应关系表中来获取控制线圈工作时各占空比D所对应的控制电流I；

步骤五，计算出控制线圈的当前工作温度T所对应的电阻值R；

$R=\frac{T+234.5}{T_0+234.5}\·R_0$

步骤六，根据牛顿冷却定律，计算出控制线圈的放热能量E_out；控制线圈的放热能量E_out用如下方程的算法来确定：

E_out＝h·(T-T_em)

步骤七，利用温度传感器检测出电磁阀及控制线圈所处的环境温度T_em；

步骤八，线圈温升数学模型的参数同定，利用最小二乘法和控制线圈温度的实验测量值来确定线圈的放热系数c和比热系数h；

步骤九，根据线圈温升的实验值y_i和线圈温升的理论值f(T，h，c)，计算出线圈温升之差的平方和E；线圈温升之差的平方和E的计算用下列方程的算法来确定：

$E=\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{[y_i-f(T,h,c)]}^2$

步骤十，根据线圈温度的实验测量值和一定采样周期为单位时间，计算出单位时间内变化的线圈温升的实验值y_i；

步骤十一，利用对放热系数c和比热系数h这两个同定参数的初始化设定和线圈温升的理论值计算函数来确定线圈温升的理论值f(T，h，c)；

步骤十二，利用控制线圈工作前的温度T_z1和控制线圈工作时的温升ΔT，计算出控制线圈工作时的当前温度T，并将其温度T再次赋给T_z1准备下一次控制线圈的温度计算。

有益效果，由于采用了上述方案，本发明方法首先根据能量守恒定律建立控制线圈的温升数学模型，然后利用控制线圈温度的实验测量值来同定该模型中的相关参数，其相关参数一般为放热系数c和比热系数h，最后通过电液控制单元的机上仿真和实际线圈控制信号来验证控制线圈的耐温性和控制阀的控制性能；有效地测量出控制线圈的温升。

优点：该温度测量方法不仅简化电液控制单元的硬件结构而且确保控制线圈的耐温性和控制阀的控制性能，解决了采用硬件检测成本高、无法满足成品汽车提升控制性能的技术问题。

附图说明

图1为本发明第一实施例的控制阀内能量转换示意图。

图2为本发明第一实施例的控制阀内线圈温升的算法流程图。

图3为本发明第一实施例的线圈温升数学模型参数的同定流程图。

图4为本发明第一实施例的线圈温升数学模型参数的同定结果。

图5为本发明的线圈温升和保持压仿真结果。

图6为本发明的单轮液压系统的轮缸增减压仿真结果。

图7为本发明的单轮液压系统的NO、NC控制阀内线圈温升仿真结果。

图中，1、线圈；2、缠线管；3、活塞；4、发热量；5、放热量；6、环境温度。

具体实施方法

为了本发明上述目的，下面结合附图及公式和具体实施方法对本发明进一步说明，但不作为对本发明的限制。

实施例1：该线圈温度的测量方法，根据能量守恒定律建立控制线圈的温升数学模型；利用控制线圈温度的实验测量值来同定该模型中的相关参数；通过电液控制单元的机上仿真和实际控制信号来验证由温升数学模型计算出的线圈温度。

该测量方法的具体步骤是：

步骤一，线圈温升数学模型的电液控制单元的控制阀，包括活塞、线圈和缠线管；获得控制线圈工作时的温升ΔT的方法，是基于接收线圈的发热能量E_in和线圈的放热能量E_out以及事先设定的控制线圈的放热系数c，计算出控制线圈工作时的温升ΔT；

步骤二，获得控制线圈工作时的温升ΔT的方法，还基于利用至少如下方程的算法：

$\frac{\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{\Δt}}=c\·(E_{\mathrm{in}}-E_{\mathrm{out}})$

其中：

c＝控制线圈的放热系数；

E_in＝单位时间内焦耳定律的发热能量；

E_out＝单位时间内牛顿冷却定律的放热能量；

步骤三，控制线圈的发热能量是基于应用焦耳定律，通过对控制线圈的控制电流I和线圈电阻的电阻值R，计算出控制线圈的发热能量E_in；

(1)、控制线圈的发热能量E_in还基于线圈的控制电流I和电压V的乘积来进行；

(2)、控制线圈的发热能量E_in还基于控制电流I的平方和线圈电阻R的乘积来进行；

步骤四，控制线圈的控制电流是基于微型计算机或者单片机所发出的线性控制指令；

(1)、线性控制指令是基于脉宽调制(PWM)中的占空比D计算出控制线圈工作时的控制电流I；

(2)、线性控制指令是基于主要由事先设定的占空比D与控制电流I的对应关系表中来获取控制线圈工作时各占空比D所对应的控制电流I；

步骤五，线圈的电阻值是基于接收控制线圈的当前工作温度T和常温下的电阻值以及线圈材质的物理特性，计算出控制线圈工作时的电阻值R；

(1)、线圈的电阻值还基于线圈的材质为铜材；

(2)、线圈的电阻值还基于利用与至少如下方程的算法：

$R=\frac{T+234.5}{T_0+234.5}\·R_0$

其中：

R₀＝常温T₀下的线圈电阻；

234.5＝铜线圈的物理特性；

T＝控制线圈的当前工作温度；

(3)、线圈的电阻值还基于控制线圈工作前的温度，等于控制阀以及控制线圈所处的环境温度T_em；

步骤六，控制线圈的放热能量E_out是基于牛顿冷却定律，对来自控制阀以及控制线圈所处的环境温度T_em和控制线圈的当前工作温度T，以及事先设定的控制线圈的比热系数h进行计算，获得控制线圈的放热能量；

(1)、控制线圈的放热能量E_out还基于如下方程的算法来确定：

E_out＝h·(T-T_em)

其中：

h＝控制线圈的比热系数；

T＝控制线圈的当前工作温度；

T_em＝控制线圈的环境温度；

步骤七，检测控制线圈的环境温度是利用温度传感器检测出电磁阀以及控制线圈所处的环境温度T_em；

(1)、温度传感器检测的控制线圈环境温度，是电磁阀室内的空气温度；

步骤八，线圈温升数学模型的参数同定，基于利用最小二乘法和控制线圈的温度实验测量值来确定控制线圈的放热系数c和比热系数h；放热系数c和比热系数h其同定步骤如下：

利用最小二乘法计算出线圈温升的实验值与理论值之差的平方和E；

用计算结果E来判断两个参数的收敛性；

若两个参数变化量的绝对值(增量值或减少值)小于收敛值ε，则结束计算并确定放热系数c和比热系数h；

若两个参数变化量的绝对值(增量值或减少值)大于收敛值ε，则利用两个参数的增量(或减少)值来重新计算两个参数，并反复运行一直到小于收敛值ε为止；

步骤九，线圈温升之差的平方和E的计算，是基于线圈温升的实验值y_i和线圈温升的理论值f(T，h，c)来进行。线圈温升之差的平方和E的计算用如下方程的算法来确定：

$E=\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{[y_i-f(T,h,c)]}^2$

步骤十，线圈温升的实验值y_i，是基于通过线圈温度的实验测量值和一定采样周期为单位时间，计算出的单位时间内变化的线圈温升；

(1)、线圈温度的实验测量值，还基于在控制线圈周围粘贴热电偶温度传感器，并测量不同的电源电压及线性控制(占空比D)下的线圈温度。

步骤十一，线圈温升的理论值，是基于为了同定放热系数c和比热系数h，对两个参数进行初始化设定；

(1)、放热系数c和比热系数h设定值应接近于实际值，以免收敛时间变长。

(2)、线圈温升的理论值，利用下列方程的算法来确定：

f(T，h，c)＝c·[I·V-h·(T-T_em)]

或

f(T，h，c)＝c·[I²·R-h·(T-T_em)]

步骤十二，控制线圈工作温度测定，是基于利用控制线圈工作前的温度T_z1和控制线圈工作时的温升ΔT计算出控制线圈工作时的当前温度T，并将其温度T再次赋给T_z1准备下一次控制线圈的温度计算。

实施例2，电液控制单元的汽车单轮液压系统进行MATLAB/SIMULINK仿真，以此验证控制线圈的耐温性和控制阀的控制性能，各控制阀的主要仿真步骤如下：

由线性控制的占空比、电源电压和线圈温度计算线圈的控制电流；

由线圈的控制电流计算控制阀内活塞的开口面积；

由控制阀内活塞的开口面积和压力之差计算控制阀的流体流量；

根据前述的线圈温升算法和控制电流计算线圈的温度；

此外由NO(常开)控制阀的输出流体量和NC(常闭)控制阀的输出流体量之差的积分来计算轮缸的制动压力。结合上述步骤和前述的线圈温升数学模型的汽车单轮液压系统仿真。

便于与实车测量值的比较，上述仿真模型的主要参数均与实车同样设定，如表1所示

表1.各控制阀的主要参数

汽车单轮液压系统的NO、NC控制阀内线圈温升仿真结果：

在图5中，表示可预测随线圈温升而变化的保持压，即预测最低保持压；

在图5和图7中，表示可诊断不同控制电流下的控制线圈的耐温性；

在图6中，表示利用线圈温升数学模型可弥补温升的影响进而提高控制阀的控制性能。其他与实施例1相同。

Claims (1)

1.一种汽车电液控制线圈温度的测量方法，其特征是：根据能量守恒定律建立控制线圈的温升数学模型；利用控制线圈温度的实验测量值来同定该模型中的相关参数；通过电液控制单元的机上仿真和实际线圈控制信号来验证由温升数学模型计算出的线圈温度；

该测量方法的具体步骤是：

步骤一，线圈温升数学模型的电液控制单元的控制阀，包括活塞、线圈和缠线管；计算出控制线圈工作时的温升ΔT；

步骤二，采用如下方程的算法：

$\frac{\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{\Δt}}=c\·(E_{\mathrm{in}}-E_{\mathrm{out}})$

获得控制线圈工作时的温升ΔT；

步骤三，根据焦耳定律，计算出控制线圈的发热能量E_in；

步骤四，根据微型计算机或者单片机所发出的线性控制指令控制线圈的控制电流；

(1)、线性控制指令是基于脉宽调制(PWM)中的占空比D计算出控制线圈工作时的控制电流I；

(2)、线性控制指令是根据设定的占空比D与控制电流I的对应关系表中获取控制线圈工作时各占空比D所对应的控制电流I；

步骤五，计算出控制线圈的当前工作温度T所对应的电阻值R；

$R=\frac{T+234.5}{T_0+234.5}\·R_0$

其中：

R₀＝常温T₀下的线圈电阻；

234.5＝铜线圈的物理特性；

T＝控制线圈的当前工作温度；

步骤六，根据牛顿冷却定律，计算出控制线圈的放热能量E_out；控制线圈的放热能量E_out用如下方程的算法来确定：

E_out＝h·(T-T_em)

其中：

h＝控制线圈的比热系数；

T＝控制线圈的当前工作温度；

T_em＝控制线圈的环境温度；

步骤七，利用温度传感器检测出电磁阀及控制线圈所处的环境温度T_em；

步骤八，线圈温升数学模型中的相关参数同定，利用最小二乘法和控制线圈温度的实验测量值来确定线圈的放热系数c和比热系数h；

步骤九，根据线圈温升的实验值y_i和线圈温升的理论值f(T，h，c)，计算出线圈温升之差的平方和E；线圈温升之差的平方和E的计算用下列方程的算法来确定：

$E=\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{[y_i-f(T,h,c)]}^2$

步骤十，根据线圈温度的实验测量值和一定采样周期为单位时间，计算出单位时间内变化的线圈温升的实验值y_i；

步骤十一，利用对放热系数c和比热系数h这两个同定参数的初始化设定和线圈温升的理论值计算函数来确定线圈温升的理论值f(T，h，c)；

步骤十二，利用控制线圈工作前的温度T_z1和控制线圈工作时的温升ΔT，计算出控制线圈工作时的当前温度T，并将其温度T再次赋给T_z1准备下一次控制线圈的温度计算。

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