CN104265476B - 具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器及其工作方法，包括脉冲变压器、整流电路、DC/DC升压电路、电感回馈电路以及控制器；脉冲变压器原边串联在柴油ECU的喷嘴驱动回路中，脉冲变压器副边连接至整流电路的输入端；整流电路的输出端通过DC/DC升压电路后连接至电感回馈电路的输入端，所述电感回馈电路的输出端与电池相连；所述升压电路与控制器连接，通过控制器控制升压电路的工作状态；整流电路输出端、升压电路输出端以及电池正极分别通过信号采样电路与控制器连接，通过控制器测量电压值。本发明柴油喷嘴仿真器将其接受的柴油ECU驱动电能回馈至电池上，既减少双燃料发动机电控系统电能消耗，节约宝贵的汽车电池电能。

Description

具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器及其工作方法

技术领域

本发明涉及发动机电子控制领域，特别涉及一种具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器及其工作方法。

背景技术

柴油喷嘴是高压共轨柴油机中控制柴油喷射的关键部件，柴油喷嘴本质是一种特殊的电磁阀，柴油喷嘴的等效电路可简化为一个电感与电阻串联的电路，电感值约为几毫亨，电阻约为零点几欧姆。在高压共轨柴油机电子控制系统中，柴油喷嘴由柴油ECU(电子控制单元)驱动控制。为达到快速响应性，柴油喷嘴采用两段电压作用的峰值-恒流控制。在峰值阶段，柴油ECU给喷嘴施加高于电池电压V_Battery数倍的高电压V_Boost，使喷嘴电磁线圈中的电流急剧上升到预先设定的峰值电流，使喷嘴以最快速度开启；当喷嘴开启后，柴油ECU给喷嘴施加电池电压V_Battery，并采用脉宽调制(PWM)方法把喷嘴电磁线圈中的电流维持在一个较小的保持电流上，直至喷嘴关闭。

在不对高压共轨柴油机的发动机内部做任何改动的前提下，在柴油机上添加一套天然气喷射装置，把天然气喷入柴油发动机的进气道，就实现了柴油/天然气双燃料发动机。在柴油机的气缸内，柴油喷嘴喷入的柴油被压燃，并连带点燃气缸内的天然气，这种燃烧方式被称为掺烧。把柴油发动机变为柴油/天然气双燃料发动机能同时取得经济性与环保性的好处。

为了双燃料掺烧燃烧过程最优，需要开发并行式主动掺烧电子控制系统，掺烧电控系统的核心是掺烧ECU。一方面，掺烧ECU控制天然气喷射；另一方面掺烧ECU夺取柴油喷嘴的控制权，根据掺烧的特殊需求，主动控制柴油喷射。与此同时，原柴油机的柴油ECU则失去了柴油喷嘴的控制权。所以主动掺烧电控系统内必须有一个切换控制器，切换柴油喷嘴控制权。纯柴油模式时，柴油喷嘴由柴油ECU控制，掺烧模式时，柴油喷嘴由掺烧ECU控制。当掺烧时，虽然柴油ECU失去了与柴油喷嘴的连接，但需要一个物理存在的柴油喷嘴仿真器替代实际柴油喷嘴并与柴油ECU的喷嘴驱动电路相连，使柴油ECU仍像纯柴油模式那样如常工作，即在丧失柴油喷嘴控制权、不与真实柴油喷嘴连接后， 不产生与柴油喷嘴有关的不必要的故障报警。显然，用一个与柴油喷嘴驱动线圈电感值近似的电感就可以替代并仿真柴油喷嘴，但这在实践中并不可行，因为柴油ECU的输出驱动电流很大，用简单的电感代替喷嘴，则柴油ECU输出的电能都白白消耗在这个电感上，导致电感发热严重，最终烧毁仿真器。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器，该柴油喷嘴仿真器将接受的柴油ECU驱动电能进行重新变换，以回馈至电池上，既保证仿真器不过热，又节约宝贵的汽车电池电能。

本发明的第二目的在于提供上述柴油喷嘴仿真器的工作方法。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器，包括脉冲变压器、整流电路、DC/DC升压电路、电感回馈电路以及控制器；

所述脉冲变压器的原边串联在柴油ECU的喷嘴驱动回来中，分别与柴油ECU驱动的高边与低边相连，所述脉冲变压器的副边连接至整流电路的输入端；

所述整流电路的输出端通过DC/DC升压电路后连接至电感回馈电路的输入端，所述电感回馈电路的输出端与电池相连；所述DC/DC升压电路与控制器连接，通过控制器控制DC/DC升压电路的工作状态；

其中整流电路输出端、DC/DC升压电路输出端以及电池正极分别通过信号采样电路与控制器连接，通过控制器测量电压值。

优选的，所述整流电路包括二极管DR1、二极管DR2和滤波电容C1，所述二极管DR1和二极管DR2的阴极均与滤波电容C1正极连接，所述滤波电容C1负极接地，所述滤波电容C1正极作为整流电路的输出端；所述二极管DR1的阳极和二极管DR2的阳极分别作为整流电路的输入端。

更进一步的，所述脉冲变压器由无中心抽头的原边绕组和带中心抽头的副边绕组构成，所述脉冲变压器的副边两端分别与整流电路中二极管DR1和二极管DR2的阳极连接，所述脉冲变压器的副边中心抽头连接整流电路的滤波电容C1负极并且接地。

优选的，所述DC/DC升压电路包括第一电感L1、功率场效应管Q、二极管Db以及稳压电容C2，所述第一电感L1的一端作为DC/DC升压电路的输入端连接整流电路的输出端，另一端与功率场效应管Q的漏极连接后连接至二极管Db的 阳极，二极管Db的阴极连接至稳压电容C2的正极，并且作为DC/DC升压电路的输出端F，稳压电容C2的负极接地；功率场效应管Q的栅极通过驱动芯片连接至控制器，通过控制器控制功率场效应管Q的工作状态，源极接地。

更进一步的，所示控制器包括A/D转换模块、PID控制模块和PWM脉宽调制模块，所述DC/DC升压电路的输出端F串联电阻R3和电阻R4后接地，所述DC/DC升压电路的输出端F通过电阻R3与控制器输入端口连接，将所述电阻R4上的分压反馈至控制器的A/D转换模块中，作为控制器中PID控制模块的测量值；所述电池的正极串联电阻R1和电阻R2后接地，电池的正极通过电阻R1与控制器输入端口连接，将所述电阻R2上的分压反馈至A/D转换模块，A/D转换模块处理后的信号叠加一个电压后作为PID控制模块的给定值，所述PID控制模块的输出信号传送到PWM脉宽调制模块中，PWM脉宽调制模块的输出信号通过控制器的输出端口传送到驱动芯片中，通过驱动芯片传送到功率场效应管Q。

更进一步的，所述DC/DC升压电路的输出端F串联的电阻R3和电阻R4以及所述电池的正极串联的电阻R1和电阻R2满足以下关系：R4/(R4+R3)≤R2/(R1+R2)。

优选的，所述电感回馈电路包括串联的第二电感L2和隔离二极管Df；DC/DC升压电路的输出端通过第二电感L2和隔离二极管Df与电池相连。

优选的，所述控制器为单片机、ARM模块或者FPGA模块。

本发明的第二目的通过以下技术方案实现：具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器的工作方法，包括以下步骤：

S1、切换开关将柴油ECU的输出切换至连接柴油喷嘴仿真器，柴油ECU的输出端输出驱动脉冲信号到脉冲变压器的原边，同时脉冲变压器的副边感应输出电压信号；脉冲变压器的副边感应输出的电压信号输入到整流电路中进行整流，通过正流电路输出正极性的整流电压V_E；

S2、控制器分别测量出柴油喷嘴仿真器的整流电路输出端、DC/DC升压电路输出端以及电池正极的电压；

S3、通过控制器判断整流电路输出端的整流电压V_E是否大于电池电压V_Battery；

若是，则控制器控制DC/DC升压电路无需工作，此时整流电路输出的整流电压V_E通过电感回馈电路对电池自然充电；

若否，则控制器控制DC/DC升压电路进入工作状态，对整流电压V_E进行升压，通过控制器输出PWM脉冲至DC/DC升压电路，通过DC/DC升压电路对 整流电路输出的整流电压进行升压，使得DC/DC升压电路输出端的电压V_F升高至大于电池电压V_Battery，DC/DC升压电路的输出端电压V_F经过电感回馈电路对电池进行充电。

优选的，所述步骤S3中DC/DC升压电路为基于电压闭环反馈的DC/DC升压控制方式，当步骤S3中控制器判断出整流电压V_E小于等于电池电压V_Battery时，则DC/DC升压电路进入工作状态，进行以下操作：

S3-1、DC/DC升压电路的输出端电压V_F经电阻R₃和R₄分压后的电压V_{F_1}输入至控制器的A/D转换模块处理后得到电压V_{F_A}，作为控制器中PID调节模块的测量值；

S3-2、电池电压V_Battery经分压电阻R₁和R₂分压后的电压V_{Battery_1}输入至控制器的A/D转换模块得到电压V_{Battery_A}，控制模块在电压V_{Battery_A}的基础上叠加了电压V_M，得到V_set＝V_{Battery_A}+V_M作为控制器中PID调节模块的给定值；

S3-3、将测量值V_{F_A}与给定值V_{Battery_A}的差值输入到控制器中PID调节模块的输入端；控制器中PID调节模块将其输出传送到PWM脉宽调制模块中，PWM脉宽调制模块输出的PWM脉冲信号通过控制器的输出端口传送至驱动芯片，通过驱动芯片输出的脉冲信号控制功率场效应管Q的导通与截止，通过功率场效应管Q的导通与截止控制DC/DC升压电路中的第一电感L1的充电与放电，以对DC/DC升压电路的输出电压进行升压；

S3-4、根据步骤S3-2，PID调节模块控制测量值V_{F_A}和给定值V_set满足：V_{F_A}≈V_set，使得V_{F_A}>V_{Battery_A}；从而使得DC/DC升压电路升压后的电压V_F大于电池电压V_Battery，完成升压。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明柴油喷嘴仿真器通过脉冲变压器原边的等效电感模仿柴油喷嘴驱动线圈电感，使柴油ECU输出驱动连接在仿真器上与连接在实际柴油喷嘴的驱动电流波形一致。并且在该柴油喷嘴仿真器中设置有电感回馈电路，将其接受的柴油ECU驱动电能进行变化后回馈至电池上，将柴油ECU驱动的电能回收到电池中，既减少双燃料发动机电控系统电能消耗，节约宝贵的汽车电池电能，又避免仿真器发热，使仿真器能安装在实际发动机上应用。

(2)本发明柴油喷嘴仿真器通过控制器获取柴油ECU输出驱动工作信息和仿真器内的电压变化信息，根据仿真器内的电压信息控制DC/DC升压电路的工作，在仿真器内整流后的电压大于电池电压时，控制器不需要启动DC/DC升压电路就可以直接对电池进行充电，将电能反馈回电池中，在仿真器内整流后 的电压小于电池电压时，控制器启动DC/DC升压电路进行升压，使得升压后的电压大于电池电压，使柴油喷嘴仿真器能自动适应不同峰值工作电压的各种型号柴油喷嘴，提高掺烧电控系统的通用性。

(3)本发明柴油喷嘴仿真器的控制器将电池电压处理后的电压叠加上小电压后作为控制器内部PID调节模块的给定值，将升压电路输出端的电压处理后作为PID调节模块的测量值，通过PID调节模块的控制作用确保DC/DC升压电路的输出电压大于电池电压，即使脉冲变压器整流电压较低时，仍能保持对电池回馈充电。

(4)本发明柴油喷嘴仿真器的电感回馈电路中在第二电感L2与电池间设置二极管Df，通过二极管Df保证电流只从第二电感L2流入电池，电池不会给仿真器反向充电。另外DC/DC升压电路中的二极管Db保证电流只从第一电感L1流向电容C2，不会反向从电容C2流回第一电感L1。

附图说明

图1是柴油/天然气双燃料发动机的并行式主动掺烧电子控制系统结构示意图；

图2是燃烧模式切换控制板原理示意图；

图3是本发明柴油喷嘴仿真器电路结构组成原理图；

图4是本发明DC/DC升压闭环控制示意图；

图5是本发明DC/DC升压闭环控制中加入比例换算环节的示意图；

图6是本发明柴油喷嘴仿真器的工作流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示为柴油/天然气双燃料发动机的并行式主动掺烧电子控制系统，当工作在纯柴油模式时，由原厂柴油的ECU控制柴油喷油嘴；当工作在双燃料掺烧燃烧模式时，由掺烧ECU控制柴油喷嘴。为实现燃烧模式选择，减少对掺烧ECU的电磁骚扰，掺烧电控系统中有一个独立于柴油ECU和掺烧ECU的燃烧模式切换控制板。如图2所示，柴油喷嘴仿真器安装在燃烧模式切换控制板上，切换板上的切换开关，负责切换柴油ECU的输出是与柴油喷嘴连接还是与 仿真器连接。当掺烧燃烧模式时，柴油ECU实际驱动的是柴油喷嘴仿真器。

如图3所示，本实施例公开了一种具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器，包括脉冲变压器TR、整流电路、DC/DC升压电路、电感回馈电路以及控制器；脉冲变压器TR的原边串联在柴油ECU的喷嘴驱动回来中，分别与柴油ECU驱动的高边与低边相连，所述脉冲变压器的副边连接至整流电路的输入端；整流电路的输出端通过DC/DC升压电路后连接至电感回馈电路的输入端，所述电感回馈电路的输出端与电池相连；DC/DC升压电路与控制器连接，通过控制器控制DC/DC升压电路的工作状态。其中脉冲变压器TR原边与柴油ECU驱动的低边相连的一端、整流电路输出端、DC/DC升压电路输出端以及电池的正极分别通过信号采样电路与控制器连接，通过控制器测量电压值。

如图3中所示，本实施例中脉冲变压器TR由无中心抽头的原边绕组和带中心抽头的副边绕组构成，当柴油/天然气双燃料发动机工作在双燃料掺烧模式时，脉冲变压器TR的原边串联接入柴油ECU的喷嘴驱动回路中，分别与柴油ECU驱动的高边和低边相连。当柴油ECU的高边与低边同时开通输出驱动脉冲时，电流流入脉冲变压器TR的原边，同时脉冲变压器TR的副边感应输出电压。在本实施例中将脉冲变压器TR原边与柴油ECU的低边连接的一端标记为A端。将脉冲变压器TR副边的两端分别标记为B和D端，中心抽头端标记为C端。其中本实施例通过脉冲变压器TR原边的等效电感模仿柴油喷嘴驱动线圈电感，使柴油ECU输出驱动连接在仿真器上与连接实际柴油喷嘴的驱动电流波形一致。

本实施例整流电路包括二极管DR1、二极管DR2和滤波电容C1，二极管DR1和二极管DR2的阴极均与滤波电容C1正极连接，所述滤波电容C1负极接地，所述滤波电容C1正极作为整流电路的输出端；所述肖特基二极管DR1的阳极和肖特基二极管DR2的阳极分别作为整流电路的输入端。其中脉冲变压器的副边B端和D端分别与整流电路中二极管DR1和二极管DR2的阳极连接，脉冲变压器的副边中心抽头C端连接整流电路的滤波电容C1负极并且接地。在本实施例中，当柴油ECU的高边与低边同时开通输出驱动脉冲时，电流流入脉冲变压器TR的原边，同时脉冲变压器TR的副边感应输出电压，此时脉冲变压器TR副边B、C、D三端的电压关系为V_B>V_C>V_D，电压V_BC经二极管DR1输出；当柴油ECU的高边驱动关闭，流经脉冲变压器TR原边的电流下降，此时B、C、D三端的电压关系为V_B<V_C<V_D，电压V_DC经二极管DR2输出，即不管原边电流是增大或减小，副边都有电压输出。因此本实施例可以通过DR1、DR2、C1构 成整流电路，把柴油ECU在进行输出电流PWM控制时，在脉冲变压器TR副边上所产生的极性交替变化的电压变为正极性电压施加到滤波电容C1上。不同厂家柴油ECU所采用的峰值电压、电流标准不同，从而在滤波电容C1上产生的整流电压V_E也差异很大。

本实施例的DC/DC升压电路包括第一电感L1、功率场效应管Q、二极管Db以及稳压电容C2，第一电感L1的一端作为DC/DC升压电路的输入端连接整流电路的输出端，另一端与功率场效应管Q的漏极连接后连接至二极管Db的阳极，二极管Db的阴极连接至稳压电容C2的正极，并且作为DC/DC升压电路的输出端F，稳压电容C2的负极接地；功率场效应管Q的栅极通过驱动芯片连接至控制器，通过控制器控制功率场效应管Q的工作状态，源极接地。

如图4所示，本实施例控制器包括A/D转换模块、PID控制模块和PWM脉宽调制模块，DC/DC升压电路的输出端F串联电阻R3和电阻R4后接地，DC/DC升压电路的输出端F通过电阻R3与控制器输入端口连接，将所述电阻R4上的分压V_{F_1}反馈至A/D转换模块中，A/D转换模块处理后的信号作为控制器PID控制模块的测量值V_{F_A}；电池的正极串联电阻R1和电阻R2后接地，电池正极通过电阻R1与控制器输入端口连接，将所述电阻R2上的分压V_{Battery_1}反馈至A/D转换模块，并且叠加一个小电压V_M后作为PID控制模块的给定值V_set，其中V_set＝V_{Battery_A}+V_M，PID控制模块的输出信号传送到PWM脉宽调制模块中，控制器通过驱动芯片连接DC/DC升压电路中的功率场效应管Q的栅极，PWM脉宽调制模块的输出信号通过控制器的输出端口传送到驱动芯片中，通过驱动芯片传送到功率场效应管Q的栅极，通过驱动芯片输出的脉冲信号控制功率场效应管Q的工作状态。

本实施例中电感回馈电路包括串联的第二电感L2和隔离二极管Df；DC/DC升压电路的输出端G端通过第二电感L2和隔离二极管Df与电池相连。

本实施例中所采用的控制器为单片机Mega 8，当然也可以采用ARM模块、FPGA模块等具有控制处理功能的器件。本实施例所采用的用于驱动功率场效应管Q的驱动芯片为IR2103S，当然也可以采用内部带电压升压自举功能的其他驱动芯片。

在本实施例中脉冲变压器原边A端、整流电路输出端E端、DC/DC升压电路输出端F端以及电池的正极G端分别通过信号采样电路与单片机连接，通过单片机测量脉冲变压器原边A端、整流电路输出端E端、DC/DC升压电路输出端F端以及电池正极上的电压V_A、V_E、V_F和V_Battery。由测量A端电压V_A，单片机能判断柴油ECU是否输出驱动脉冲，从而知道柴油ECU是否在工作。并且本 实施例单片机通过比较V_E、V_F和V_Battery电压大小，知道脉冲变压器TR副边的整流电压是否高于电池电压V_Battery。当单片机检测到V_E>V_Battery，则升压电路无需工作，功率场效应管Q处于断开状态，此时整流电压经过电感L1、L2对电池自然充电。当单片机检测到V_E<V_Battery，则由单片机控制输出PWM脉冲信号至DC/DC升压电路中的功率场效应管Q，以控制功率场效应管Q的导通与截止，从而通过功率场效应管Q的导通与截止控制第一电感L1的充电与放电，通过第一电感L1充放电实现升压目的，从而确保DC/DC升压电路输出的电压V_F能够满足：V_F>V_Battery。使得电压V_F经过电感L2对电池充电。

在本实施例中当DC/DC升压电路采用基于电压闭环反馈的DC/DC升压控制方式，DC/DC升压电路的输出端电压V_F经电阻R₃和R₄分压后的电压V_{F_1}输入至控制器的A/D转换模块处理后得到电压V_{F_A}，作为控制器中PID调节模块的测量值；电池电压V_Battery经分压电阻R₁和R₂分压后的电压V_{Battery_1}输入至控制器的A/D转换模块得到电池电压测量值V_{Battery_A}，控制模块在电池电压测量值V_{Battery_A}的基础上叠加了电压V_M，得到V_set＝V_{Battery_A}+V_M作为控制器中PID调节模块的给定值；其中V_{F_A}和V_{Battery_A}的量程范围一致。在本实施例中单片机中的PID调节模块的控制测量值V_{F_A}和给定值V_set满足：V_{F_A}≈V_set，从而使得V_{F_A}>V_{Battery_A}成立；保证DC/DC升压电路升压后的电压V_F大于电池电压V_Battery，完成升压的目的。其中本实施例中电阻R₁、R₂、R₃和R₄满足以下关系R4/(R4+R3)＝R2/(R1+R2)，以使得V_F至V_{F_A}的电压值变换关系和V_Battery至V_{Battery_A}的电压值变换关系保持一致，从而在V_{F_A}>V_{Battery_A}成立时，保证V_F>V_Battery能够成立。当然本实施例中电阻R₁、R₂、R₃和R4满足R4/(R4+R3)<R2/(R1+R2)也可使得在V_{F_A}>V_{Battery_A}成立时，保证V_F>V_Battery能够成立，因为在这种情况下V_F至V_{F_A}的电压值变化比例关系相对于V_Battery至V_{Battery_A}的电压值变化比例关系来说更大，在V_{F_A}>V_{Battery_A}满足的情况下，V_F>V_Battery肯定能成立。本实施例中电阻R₁、R₂、R₃和R₄也可以均不满足上述两种情况，如图5所示，此时可以通过单片机内部软件编程对A/D转换后的电压做进一步比例换算，在V_{F_A}>V_{Battery_A}成立时，保证V_F>V_Battery也成立，例如通过比例换算后使得V_F至V_{F_A}的电压值变换关系和V_Battery至V_{Battery_A}的电压值变换关系一致，或者使得V_F至V_{F_A}的电压值变化比例关系大于V_Battery至V_{Battery_A}的电压值变换比例关系。

在本实施例中串联在第一电感L1与电容C2间的二极管Db保证电流只从第一电感L1流向C2，不会反向从电容C2流回L1。串联在第二电感L2与电池间的二极管Df保证电流只从L2流入电池，电池不会给柴油喷嘴仿真器反向充 电。

如图6所示，本实施例还公开了上述具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器的工作方法，包括以下步骤：

S1、单片机上电初始化，切换开关将柴油ECU的输出切换至连接柴油喷嘴仿真器，柴油ECU的输出端输出驱动脉冲信号到脉冲变压器的原边，同时脉冲变压器的副边感应输出电压信号；脉冲变压器的副边感应输出的电压信号输入到整流电路中进行整流，通过正流电路输出正极性的整流电压V_E；

S2、单片机检测脉冲变压器原边与柴油ECU驱动的低边相连的一端A、整流电路输出端E、DC/DC升压电路输出端F以及电池的正极G的电压；

S3、通过单片机判断整流电路输出端输出的整流电压V_E是否大于电池电压V_Battery；

若是，则单片机控制DC/DC升压电路无需工作，即控制DC/DC升压电路中功率场效应管Q处于截止状态，此时整流电路输出的整流电压V_E通过DC/DC升压电路中的第一电感L1以及电感回馈电路中的第二电感L2对电池自然充电；

若否，则单片机控制DC/DC升压电路进入工作状态，对整流电压V_E进行升压控制，通过单片机输出PWM脉冲至DC/DC升压电路，通过DC/DC升压电路对整流电路输出的整流电压进行升压，使得DC/DC升压电路输出端的电压V_F升高至大于电池电压V_Battery，DC/DC升压电路的输出端电压V_F经过电感回馈电路对电池进行充电。

在本实施例步骤S3中DC/DC升压电路为基于电压闭环反馈的DC/DC升压控制方式，在步骤S3中控制器判断出整流电压V_E小于等于电池电压V_Battery时，进行以下操作：

S3-1、DC/DC升压电路的输出端电压V_F经电阻R₃和R₄分压后的电压V_{F_1}输入至单片机的A/D转换模块处理后得到电压V_{F_A}，作为单片机中PID调节模块的测量值；

S3-2、电池电压V_Battery经分压电阻R₁和R₂分压后的电压V_{Battery_1}输入至单片机的A/D转换模块得到电压V_{Battery_A}，控制模块在电压V_{Battery_A}的基础上叠加了电压V_M，得到V_set＝V_{Battery_A}+V_M作为单片机中PID调节模块的给定值；

S3-3、将测量值V_{F_A}与给定值V_{Battery_A}的差值输入到单片机中PID调节模块的输入端；单片机中PID调节模块将其输出传送到PWM脉宽调制模块中，PWM脉宽调制模块输出的PWM脉冲信号通过单片机的输出端口传送至驱动芯片，通 过驱动芯片IR2103S产生较大电流的高电压脉冲控制功率场效应管Q的导通与截止，通过功率场效应管Q的导通与截止控制DC/DC升压电路中的第一电感L1的充电与放电，通过第一电感L1的充放电将DC/DC升压电路的输出端电压V_F升高至大于电池电压V_Battery，DC/DC升压电路的输出端电压V_F经过电感回馈电路中的第二电感L2对电池进行充电。其中当功率场效应管Q导通时，通过第一电感L1电磁场储能，当功率场效应管Q的截止时，通过第一电感L1放电；其中第二电感L2的作用是缓冲，当DC/DC升压过高时也不至于直接对电池充电，避免过大的充电电流。

S3-4、根据步骤S3-2，不管电池电压如何变化，PID调节模块都能控制测量值V_{F_A}和给定值V_set满足：V_{F_A}≈V_set，使得V_{F_A}>V_{Battery_A}；从而使得DC/DC升压电路升压后的电压V_F大于电池电压V_Battery，实现将电能回馈到电池中。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器，其特征在于，包括脉冲变压器、整流电路、DC/DC升压电路、电感回馈电路以及控制器；

所述脉冲变压器的原边串联在柴油ECU的喷嘴驱动回路中，分别与柴油ECU驱动的高边与低边相连，所述脉冲变压器的副边连接至整流电路的输入端；

所述整流电路的输出端通过DC/DC升压电路后连接至电感回馈电路的输入端，所述电感回馈电路的输出端与电池相连；所述DC/DC升压电路与控制器连接，通过控制器控制DC/DC升压电路的工作状态；

其中整流电路输出端、DC/DC升压电路输出端以及电池正极分别通过信号采样电路与控制器连接，通过控制器测量电压值。

2.根据权利要求1所述的具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器，其特征在于，所述整流电路包括二极管DR1、二极管DR2和滤波电容C1，所述二极管DR1和二极管DR2的阴极均与滤波电容C1正极连接，所述滤波电容C1负极接地，所述滤波电容C1正极作为整流电路的输出端；所述二极管DR1的阳极和二极管DR2的阳极分别作为整流电路的输入端。

3.根据权利要求2所述的具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器，其特征在于，所述脉冲变压器由无中心抽头的原边绕组和带中心抽头的副边绕组构成，所述脉冲变压器的副边两端分别与整流电路中二极管DR1和二极管DR2的阳极连接，所述脉冲变压器的副边中心抽头连接整流电路的滤波电容C1负极并且接地。

4.根据权利要求1所述的具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器，其特征在于，所述DC/DC升压电路包括第一电感L1、功率场效应管Q、二极管Db以及稳压电容C2，所述第一电感L1的一端作为DC/DC升压电路的输入端连接整流电路的输出端，另一端与功率场效应管Q的漏极连接后连接至二极管Db的阳极，二极管Db的阴极连接至稳压电容C2的正极，并且作为DC/DC升压电路的输出端F，稳压电容C2的负极接地；功率场效应管Q的栅极通过驱动芯片连接至控制器，通过控制器控制功率场效应管Q的工作状态，源极接地。

5.根据权利要求4所述的具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器，其特征在于，所示控制器包括A/D转换模块、PID控制模块和PWM脉宽调制模块，所述DC/DC升压电路的输出端F串联电阻R3和电阻R4后接地，所述DC/DC升压电路的输出端F通过电阻R3与控制器输入端口连接，将所述电阻R4上的分压反馈至控制器的A/D转换模块中，作为控制器中PID控制模块的测量值；所述电池的正极串联电阻R1和电阻R2后接地，电池的正极通过电阻R1与控制器输入端口连接，将所述电阻R2上的分压反馈至A/D转换模块，A/D转换模块处理后的信号叠加一个电压后作为PID控制模块的给定值，所述PID控制模块的输出信号传送到PWM脉宽调制模块中，PWM脉宽调制模块的输出信号通过控制器的输出端口传送到驱动芯片中，通过驱动芯片传送到功率场效应管Q。

6.根据权利要求4所述的具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器，其特征在于，所述DC/DC升压电路的输出端F串联的电阻R3和电阻R4以及所述电池的正极串联的电阻R1和电阻R2满足以下关系：R4/(R4+R3)≤R2/(R1+R2)。

7.根据权利要求1所述的具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器，其特征在于，所述电感回馈电路包括串联的第二电感L2和隔离二极管Df；DC/DC升压电路的输出端通过第二电感L2和隔离二极管Df与电池相连。

8.根据权利要求1至7任一项所述的具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器，其特征在于，所述控制器为单片机、ARM模块或者FPGA模块。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、切换开关将柴油ECU的输出切换至连接柴油喷嘴仿真器，柴油ECU的输出端输出驱动脉冲信号到脉冲变压器的原边，同时脉冲变压器的副边感应输出电压信号；脉冲变压器的副边感应输出的电压信号输入到整流电路中进行整流，通过正流电路输出正极性的整流电压V_E；

S2、控制器分别测量出柴油喷嘴仿真器的整流电路输出端、DC/DC升压电路输出端以及电池正极的电压；

S3、通过控制器判断整流电路输出端的整流电压V_E是否大于电池电压V_Battery；

若是，则控制器控制DC/DC升压电路无需工作，此时整流电路输出的整流电压V_E通过电感回馈电路对电池自然充电；

若否，则控制器控制DC/DC升压电路进入工作状态，对整流电压V_E进行升压，通过控制器输出PWM脉冲至DC/DC升压电路，通过DC/DC升压电路对整流电路输出的整流电压进行升压，使得DC/DC升压电路输出端的电压V_F升高至大于电池电压V_Battery，DC/DC升压电路的输出端电压V_F经过电感回馈电路对电池进行充电。

10.根据权利要求9所述的具有电能回馈功能的柴油喷嘴仿真器的工作方法，其特征在于，所述步骤S3中DC/DC升压电路为基于电压闭环反馈的DC/DC升压控制方式，当步骤S3中控制器判断出整流电压V_E小于等于电池电压V_Battery时，则DC/DC升压电路进入工作状态，进行以下操作：

S3-1、DC/DC升压电路的输出端电压V_F经电阻R₃和R₄分压后的电压V_{F_1}输入至控制器的A/D转换模块得到电压V_{F_A}，作为控制器中PID调节模块的测量值；

S3-2、电池电压V_Battery经分压电阻R₁和R₂分压后的电压V_{Battery_1}输入至控制器的A/D转换模块得到电压V_{Battery_A}，控制模块在电压V_{Battery_A}的基础上叠加了电压V_M，得到V_set＝V_{Battery_A}+V_M作为控制器中PID调节模块的给定值；

S3-3、将测量值V_{F_A}与给定值V_{Battery_A}的差值输入到控制器中PID调节模块的输入端；控制器中PID调节模块将其输出传送到PWM脉宽调制模块中，PWM脉宽调制模块输出的PWM脉冲信号通过控制器的输出端口传送至驱动芯片，通过驱动芯片输出的脉冲信号控制功率场效应管Q的导通与截止，通过功率场效应管Q的导通与截止控制DC/DC升压电路中的第一电感L1的充电与放电，以对DC/DC升压电路的输出电压进行升压；

S3-4、根据步骤S3-2，PID调节模块控制测量值V_{F_A}和给定值V_set满足：V_{F_A}≈V_set，使得V_{F_A}>V_{Battery_A}；从而使得DC/DC升压电路升压后的电压V_F大于电池电压V_Battery，完成升压。