CN104696064B - 由测量通过废气门电致动器电流调节电致动器控制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是一种方法，用于调节借助于H桥控制的废气门电致动器的控制，以便据电流是否一个方向上还是在相对的方向上通过所述电致动器而允许废气门在其关闭方向上和在其打开方向上的移位，包括以下步骤：·确定废气门已到达的设定位置(Pc)以及所述电致动器的启动时间，·在监测时间(tp)期间将阀移位到设定位置(Pc)，·获得马达扭矩(Cm)，·通过对马达扭矩(Cm)积分而获得废气门的移位的速度[w(t)]，·通过对速度[w(t)]积分而获得由废气门在监测时间(tp)的结尾处到达的位置(Ptp)，·比较到达的位置(Ptp)与设定位置(Pc)，·重复该方法，直到到达设定位置(Pc)为止。

Description

由测量通过废气门电致动器电流调节电致动器控制的方法
技术领域
本发明涉及用于调节阀的电致动器的控制的方法，该阀允许内燃发动机的排气从涡轮增压器的涡轮的流体供应回路转向，该涡轮增压器设计成压缩引入所述内燃发动机的空气进入回路的新气体。
背景技术
用于将涡轮增压器涡轮的排气转向的阀或封闭器通常也被本领域的技术人员称为“废气门”，这两个术语在本文的剩余部分中等价地使用。当电动马达式电致动器控制这样的阀时，在回路中存在用于控制电动马达的旋转的H桥，以允许所述电动马达在向前方向或向后方向这两个旋转方向上旋转，以打开或关闭阀。
“阀”在这里理解为安装在排气管或通道中的任何移动封闭器，并且其允许调节流体在所述管或所述通道中的循环，例如标准阀式、瓣阀式、蝶阀式等。
为了确定通过涡轮的排气的量，有必要通过校准查明指示被转向的气体或通过涡轮的气体的量的废气门的位置。因此，对于给定发动机来说，为废气门的每个位置确定用于监测通过废气门的流率的法则，该流率是所述发动机的速度和大气压的函数，这产生增压空气压力的表，其为发动机速度、废气门的外部压力和打开位置的函数。该压力的表由发动机的ECU(发动机控制单元)使用以调节涡轮增压器。
现有技术教导了一种方法，其用于通过借助于废气门的位置传感器由模拟输入获得/监测所述废气门的位置，提供在阀的完全关闭和打开之间的废气门的位置范围内的位置，从而允许获得关于转向的气体的量和因此由涡轮增压器输送的功率/流率的信息。这样的位置传感器通常根据复制位置的广泛使用的原理操作，其借助于通过作为阀的位置的函数的可变电阻的电阻测量提供关于阀的位置的信息。这种复制位置的方法用来提供在增压压力的调节阶段期间对阀的位置的监测。位置的复制也用来确保一种在机械停止时保护用于控制阀的电动马达的手段，其中马达中的恒定电流可接着导致马达的损坏。
如上文所述，发动机的发动机控制单元需要查明废气门的位置以调节涡轮增压器，这种调节包括将用于由所述废气门从已知位置到达该位置的指令传输至该废气门的电致动器的步骤。
称为PUT (节气门上游压力)传感器的增压压力传感器以已知方式布置在用于调节由气缸中的负压引入的空气的蝶阀上游的进入回路中，并且将在该位置处的关于引入到发动机的空气的压力值的信息输送至发动机的电子控制单元，所述压力等于增压压力。
以上公开的用于监测废气门的位置的系统的缺点在于，它需要使用在ECU上的三个连接销，而目前的趋势是使这样的连接的数量最小化。此外，位置传感器意味着相当多的成本和特别地由于磨损或缺陷的电触点导致的潜在的故障源。
发明内容
本发明提出一种对使用废气门的位置传感器的备选解决方案，其省略了这样的传感器。更具体而言，本发明包括一种用于调节阀的电致动器的控制的方法，该阀允许内燃发动机的排气从涡轮增压器的涡轮的流体供应回路转向，该涡轮增压器设计成压缩引入所述内燃发动机的空气进入回路的新气体，所述电致动器借助于H桥控制，以便根据电流是在一个方向上还是在相对的方向上通过电致动器而允许阀在其关闭的方向上和在其打开的方向上的移位，其特征在于，该方法包括以下步骤：
· 步骤1：确定所述阀必须从其已知位置到达的设定位置以及限定监测时间的该阀的所述电致动器的启动时间，
· 步骤2：在所述监测时间期间将控制信号经由所述H桥施加到所述阀的电致动器，以将该阀移位到所述设定位置中，
· 步骤3：测量在监测时间期间通过H桥的电流，并且将修正因子施加到所述测量电流，以便获得在所述监测时间期间由电致动器输送的马达扭矩，
· 步骤4：通过将所述马达扭矩在所述监测时间内积分而获得阀在所述监测时间期间的移位的速度，
· 步骤5：通过将速度在所述监测时间内积分而获得由阀在监测时间结尾处到达的位置，
· 步骤6：比较已到达的所述位置与所述设定位置，
· 步骤7：从步骤2开始重复该方法，直到到达所述设定位置为止。
本发明允许废气门的现有技术的位置传感器由一种方法来代替，该方法在确定所述电流代表由致动器输送的扭矩之后使用通过废气门的电致动器的控制回路的H桥的电流的测量值或读数。
在涡轮增压器的控制的上下文中，在步骤1中的设定位置由发动机控制单元提供。监测时间也例如由发动机控制单元提供并且调适为用于控制涡轮增压器的电致动器的启动时间的函数，使得该监测启动时间相对于致动器从给定位置到达设定位置的总启动时间较短。
在步骤2中，控制信号由发动机控制单元以已知方式传输以通过H桥启动致动器。
在步骤3中由电致动器输送的扭矩例如以如下方式针对电动马达式致动器从通过H桥的电流确定：
公式(1)：
其中：
Jm = 电动马达的惯性矩；
w = 电动马达的旋转速度；
Cm = 电动马达扭矩；
Cr = 抵抗扭矩，其可能由摩擦力和弹簧的压缩力构成；出于简单目的，为了进行描述，在第一逼近中，将假设所述抵抗扭矩相对于马达扭矩Cm可忽略不计；
Km = 马达扭矩常数；
i(t) = 在马达的控制信号的施加时间t期间通过H桥(和因此电动马达)的电流。
公式(1)因此变成：
在步骤4中，在电致动器的启动时间期间阀的移位速度通过以如下方式在所述启动时间内对所述马达扭矩积分来获得：
其中：
tp = 电动马达的启动时间，在这里等于监测时间tp。
由阀在启动时间结尾处到达的位置在步骤5中以如下方式通过在所述启动时间内对速度积分来获得：
其中：
Ptp = 在监测启动时间tp的结尾处由阀到达的位置。
根据本发明的方法可借助于软件容易地执行，该软件例如在发动机控制单元中实现，并且电流的测量或读出以所有已知的方式执行，例如由以常规方式设置在具体的H桥中的电子部件供应或者通过分流的电流的读出，或者甚至直接通过连接到废气门的电致动器的常规控制回路的用于测量电流的已知的工具。优选地，根据本发明的方法将利用在致动器的控制回路上已存在的用于测量电流的工具起作用，例如，以便保护H桥，以便降低实现本发明的成本。关于电流的信息的双重整合使得可以估计废气门的位置，并且因此允许调节所述阀的位置，例如如下文根据反馈回路的示例所述，而不使用阀的位置传感器。
根据一个有利的特征，所述阀在极端的打开和关闭位置的移位停止借助于分别针对电致动器的一个移位方向和相对的移位方向的通过H桥的电流阈值的检测器查明，以便查明该阀的至少一个初始参考位置，以建立该阀的所述已知位置。
该特征使其可能例如在发动机启动后立即提供阀的初始参考位置，并且除了电致动器从阀的一个极端位置到另一个的移位时间之外也查明阀的移位的极限。查明阀的移位停止使得可以获得阀的位置的初始指示，从该位置可到达具体的设定位置。
根据一个有利的特征，阀在不包括极端打开位置的所述极端的关闭和打开位置之间的不期望堵塞借助于通过H桥的电流阈值的所述检测器检测。
此特点为该方法提供了一种在阀在其操作极限位置之间堵塞的情况下电致动器的安全特征，例如通过在这种情况下切断至致动器的电源。
根据一个有利的特征，根据本发明的方法还包括由下列组成的步骤：使用关于由布置在用于控制引入所述发动机的空气的流率的蝶阀上游的空气压力传感器提供的内燃发动机的空气进入管道中存在的空气压力的值的信息，以便确认所述设定位置是否对应于由所述发动机的电子控制单元要求的增压压力。
附图说明
通过结合以非限制性示例的方式给出的附图阅读根据本发明的调节方法的以下实施例，另外的特征和优点将显而易见。
图1示出了反馈示意图，该图示出根据本发明的用于调节以已知方式布置在车辆例如机动车辆(未示出)的内燃发动机的排气回路中的废气门的电致动器的控制的方法的示例的实施。
具体实施方式
图1的示意图限定了用于调节阀(未示出)的电致动器7的控制的系统的操作，该阀允许内燃发动机(未示出)的排气从涡轮增压器的涡轮的流体供应回路转向，该涡轮增压器设计成压缩引入内燃发动机的空气进入回路的新气体。电致动器7借助于H桥(未示出)以已知的方式被控制，以便根据电流在一个方向上或在相对的方向上通过电致动器7而允许阀在其关闭方向上和在其打开方向上的移位。所示系统包括如下文所公开的两个反馈回路1、2。
设定的增压压力Psuralimc存在于系统的入口4处，所述设定的增压压力由发动机的电子控制单元(未示出，下文称为ECU)以已知方式要求，其为在驾驶员部分上的发动机扭矩的控制和特别地热力发动机的另外的参数(例如，速度等)的函数。
由涡轮增压器和热力发动机或内燃发动机组成的组件存在于系统的出口5处，涡轮增压器作用于热力发动机的增压压力。
热力发动机的测量增压压力的信号由PUT压力传感器以已知方式提供，所述传感器布置在用于控制引入热力发动机的空气的流率的蝶阀的上游。热力发动机的测量增压压力的信号有利地在所示方法中使用，并且以已知方式允许形成第一反馈回路1，该回路链接该压力信息与系统的入口4，以便监测由PUT传感器提供的增压压力的值在由阀到达的位置(例如，下文解释的设定位置Pc)对应于作为由车辆的驾驶员借助于例如加速器踏板提出的对给定扭矩的要求的结果而由ECU要求的设定增压压力Psuralimc。为此，调节器12，例如如图所示的PID调节器被插入回路1中以调节增压压力。
以已知的方式，涡轮增压器和废气门的模型8通过估计允许废气门的打开位置对应于给定的增压压力，例如，废气门的设定打开位置Pc用于由用于给定发动机的ECU要求的设定增压压力Psuralimc，特别地考虑发动机的速度。
第二反馈回路2是基本上实现根据本发明的方法的示例并且下文将借助于图1描述的回路。如图所示，阀或废气门的设定位置Pc位于回路2的入口处，其在该示例中从调节器12的出口发出，回路2的出口连接到反馈回路1的出口5。
按照根据本发明的方法，第一步骤(步骤1)因此包括确定设定位置Pc，例如借助于以上引用的模型8估计的阀从其已知位置Pref到达的位置。阀的当前已知位置Pref有利地例如通过查明如下文将解释的阀的移位的极限而从ECU的已知参考位置建立。该设定位置Pc构成反馈回路2的入口13，如图所示。此外，阀的电致动器7的启动时间被限定为对应于将阀移位到设定位置Pc一个移位增量所需的其监测时间tp。监测启动时间tp限定回路2的监测时期并且从系统的特征确定。
按照根据本发明的方法，第二步骤(步骤2)包括关于阀已到达的位置Pc的信息经由H桥(未示出)传输到阀的电致动器7的电子控制单元6，在该示例中为电动马达，该H桥启动电动马达，以使得阀到达设定位置Pc，为此，将控制信号施加到致动器7上，直到在启动时间(例如监测时间tp的倍数)期间到达设定位置Pc为止。电子控制单元6以已知方式输送PWM类(脉冲宽度调制)控制信号。阀或废气门为例如横跨排气管(未示出)放置的回转阀(未示出)，其旋转轮轴由电动马达7致动。
按照根据本发明的方法，第三步骤(步骤3)包括通过H桥的电流i(t)在监测时间tp期间被测量以及修正因子Km 9被施加到测量电流i(t)以获得在监测时间tp期间由电致动器输送的马达扭矩Cm，根据图中所示回路2的示意图。修正因子Km可通过校准获得并且分配到给定的电致动器7。该第三测量步骤3优选地借助于以常规方式设置在具有的H桥上且由ECU控制的电子部件实现。
按照根据本发明的方法，第四步骤(步骤4)包括通过将马达扭矩Cm在监测时间tp内积分10(即，通过将电流i(t)在监测时间tp内积分)而获得在监测时间tp期间的阀的移位速度w(t)，如上文所解释的和图中的回路2上所示。该第四步骤4可借助于放置在例如ECU中的积分器根据各种不同的积分方法(例如梯形法)获得，以调适成致动器的控制信号和特别地PWM信号的采样周期的函数。
按照根据本发明的方法，第五步骤(步骤5)包括通过在监测时间tp内对阀的移位速度(t)积分11来获得在监测时间tp结尾处由阀到达的位置Ptp，如在图中的回路2上所示。以与第四步骤相同的步骤，该第五步骤5可借助于定位在例如ECU中的积分器使用例如梯形法获得。
一旦知道在监测时间tp的结尾处由阀到达的位置Ptp，该方法的第六部制(步骤6)包括比较该到达的位置Ptp与设定位置Pc。该第六步骤6例如借助于集成在ECU中的比较器实现。
随后，该方法包括第七步骤(步骤7)，其根据反馈回路2重复上文所公开的该方法的步骤2至6，直到阀到达设定位置Pc。
有利地，在极端打开和关闭位置处阀的移位停止借助于分别针对电致动器7的一个移位方向和相对的移位方向的通过H桥的电流阈值的检测器查明，以便查明该阀的至少一个初始参考位置，以建立该阀的已知位置Pref，例如，其中该阀在ECU传输要到达的设定位置Pc时所处的位置。阀的打开或关闭停止位置可通过读出电流中的增加或由获得的关于达到的电流极限的信息来确定。关于达到的电流极限的信息通常始终集成在已知类型的H桥的电子部件中。这些停止位置可有利地用来复位电流/速度/位置的双积分的参数。
在所施加的增压压力操作区中，即在阀的中间位置，即在用于调节涡轮增压器的增压的启动区中，基于借助于PUT传感器的增压压力的测量的压力调节回路1将允许将阀的位置复位，以便建立设定增压压力Psuralimc。
优选地，阀在不包括极端打开位置的其极端的关闭和打开位置之间的不期望堵塞将借助于通过H桥的电流阈值的检测器检测，其用于查明所述极端关闭和打开位置的位置。该安全步骤将有利地按顺序集成在所公开的方法中，例如以在废气门的极端位置之间的操作范围内堵塞的情况下传输废气门的故障的信号。

Claims (4)

1.一种用于调节对阀的电致动器的控制的方法，所述阀允许内燃发动机的排气从涡轮增压器的涡轮的流体供应回路转向，所述涡轮增压器设计成压缩引入所述内燃发动机的空气进入回路的新气体，所述电致动器借助于H桥控制，以便根据电流是在一个方向上还是在相对的方向上通过所述电致动器来允许所述阀在其关闭的方向上和在其打开的方向上的移位，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
· 步骤1：确定所述阀所必须从其已知位置(Pref)到达的设定位置(Pc)以及限定监测时间(tp)的所述阀的所述电致动器的启动时间，
· 步骤2：在所述监测时间(tp)期间将控制信号经由所述H桥施加到所述阀的所述电致动器，以将所述阀移位到所述设定位置中，
· 步骤3：测量在所述监测时间(tp)期间通过所述H桥的电流[i(t)]，并且将修正因子(Km)施加到所述测量电流[i(t)]，以便获得在所述监测时间(tp)期间由所述电致动器输送的马达扭矩(Cm)，
· 步骤4：通过将所述马达扭矩(Cm)在所述监测时间(tp)内积分而获得所述阀在所述监测时间(tp)期间的移位的速度[w(t)]，
· 步骤5：通过将所述速度[w(t)]在所述监测时间(tp)内积分而获得由所述阀在所述监测时间(tp)的结尾处到达的位置(Ptp)，
· 步骤6：将已到达的所述位置(Ptp)与所述设定位置(Pc)比较，
· 步骤7：重复所述步骤2至所述步骤6，直到到达所述设定位置(Pc)为止。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阀在极端的打开和关闭位置上的移位停止借助于分别用于所述电致动器的一个移位方向和相对的移位方向的通过所述H桥的电流阈值的检测器查明，以便查明所述阀的至少一个初始参考位置，以建立所述阀的所述已知位置(Pref)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述阀在不包括极端打开位置的所述极端的关闭和打开位置之间的不期望堵塞借助于通过所述H桥的所述电流阈值的所述检测器来检测。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，还包括由下列组成的步骤：使用关于由空气压力传感器(PUT)提供的在所述内燃发动机的空气进入管道中存在的空气压力的值的信息，以确认所述设定位置 (Pc)是否对应于由所述发动机的发动机控制单元所要求的增压压力(Psuralimc)，空气压力传感器(PUT)布置在用于控制引入到所述发动机中的空气的流率的蝶阀上游。
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