CN105525984B - 可变进气流动系统中的电机响应控制方法 - Google Patents

可变进气流动系统中的电机响应控制方法 Download PDF

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Abstract

一种可变进气流动系统中的电机响应控制方法，其中，在当前发动机每分钟旋转转速小于VCM位置获知状态中的特定的发动机每分钟旋转转速时，由控制器通过与进气歧管中的进气的背压无关的PWM占空比，差动控制VCM电机，在当前发动机每分钟旋转转速大于特定的发动机每分钟旋转转速时，基于进气歧管中的进气的背压，通过PWM占空比差动控制VCM电机。

Description

可变进气流动系统中的电机响应控制方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年10月16日提交的韩国专利申请第10-2014-0139593号的优先权的权益，通过引用将其全部内容结合于此。
技术领域
本发明的示例性实施方式涉及可变进气流动系统(variable charge motionsystem)；并且，具体地，涉及以下电机响应控制方法，其中，考虑进气(intake air)的背压来差动控制电机。
背景技术
近年来，加强的环境法规要求应用于车辆的各种燃料效率改善装置或者方法具有改善的性能。具体地，考虑石油成本的增加，进一步增加了对满足环境法规的需要。
通过改善发动机的燃烧特性可实现这样的情况满足。例如，该实现技术包括可变进气流动(在下文中，称为“VCM”)系统，其通过在进气口中产生滚流在气缸中令人满意地将燃料和空气混合。
VCM系统包括VCM电机、设置在进气歧管的进气通道上的VCM阀、将DC电机型VCM电机连接至VCM阀的连杆结构、以及用于控制VCM电机的ECU。在下文中，VCM称为“杆式VCM”。
当杆式VCM运转时，VCM电机的位置受到ECU连通PID控制的反馈控制，通过VCM电机的VCM阀的移动改变进气歧管的进气通道，并且通过改变进气歧管的进气通道的横截面在进气口产生滚流，从而允许在气缸中进一步改善空气和燃料的混合比，使得提高燃烧特性。
具体地，当执行PID控制时，ECU通过与发动机进气量(发动机映射变量)的变化相关的PWM(脉冲宽度调制)占空比来控制VCM电机，从而最迅速地追踪VCM电机的目标位置。
然而，由于在通过具有积分/微分概念的PID的差分控制(D)的PWM占空比到达目标位置之后发生的电机负荷减少，VCM电机具有约为150m/sec的响应速度进而被控制达到目标。因此，可能由于在VCM电机不能迅速到达目标位置时产生的噪音引起信号振动。
具体地，因为VCM电机通过杆连接至VCM阀，所以VCM电机受到在进气歧管的进气通道中流动的进气的背压的影响。为此，当VCM电机在到达目标位置之后不能迅速地达到该目标时，可能引起负载减少信号的噪音振动。
因此，在用于提高响应速度的差分控制PWM占空比被不恰当设置时，VCM电机可能受到干扰或者噪音的严重影响。具体地，在由于过度使用PWM占空比使得VCM电机在超过临界温度(约200℃或者更高)的温度使用时，可能损坏VCM电机的线圈。
发明内容
本发明的实施方式涉及可变进气流动系统中的电机响应控制方法，其中，考虑由于进气歧管中的进气的背压的阻力，将差分控制PWM占空比施加至连接于VCM阀的VCM电机，以便解决PWM占空比信号振动，并且具体地，考虑VCM阀的关闭和打开情况来增加或者减少差分控制PWM占空比，以便在VCM电机到达目标位置时执行快速响应控制。
本发明的其他目标和优点可通过以下描述来理解，并且参考本发明的实施方式将变得显而易见。另外，对于本发明所属领域中的技术人员而言显而易见的是，本发明的目标和优点可以通过要求保护的方法及其组合来实现。
根据本发明的实施方式，一种可变进气流动系统中的电机响应控制方法，包括：(A)由被配置为差动控制VCM电机的控制器将第一PWM(脉冲宽度调制)占空比施加至VCM电机，确定当前发动机每分钟旋转转速是否大于VCM位置获知完成状态中的特定的发动机每分钟旋转转速，(B)根据当前发动机每分钟旋转转速与特定的发动机每分钟旋转转速之间的大小关系确定VCM电机的响应是否受到进气歧管中的进气的背压的影响，(C)在当前发动机每分钟旋转转速小于特定的发动机每分钟旋转转速时，将与进气的背压无关的标准正常PWM占空比施加至VCM电机，以及(D)在当前发动机每分钟旋转转速大于特定的发动机每分钟旋转转速时，将基于进气的背压的快速响应PWM占空比施加至VCM电机。
在某些实施方式中，在VCM位置获知完成状态中由控制器施加的第一PWM占空比可以是90％。在某些实施方式中，特定的发动机每分钟旋转转速可以是1500RPM。
在某些实施方式中，标准正常的PWM占空比可具有的幅值为施加至VCM电机的PWM占空比的30％至65％。在某些实施方式中，施加至VCM电机的幅值为30％的PWM占空比可设置为快速响应PWM占空比中的标准，并且当VCM电机关闭安装在进气歧管的进气通道上的VCM阀时，快速响应PWM占空比的幅值可大于30％的PWM占空比，当VCM电机打开VCM阀时，快速响应PWM占空比的幅值可小于30％的PWM占空比。在某些实施方式中，大于或者小于30％的PWM占空比的PWM占空比的幅值可根据当前发动机每分钟旋转转速而改变。
在某些实施方式中，进气的背压可能由从大气引入外界空气的流动或者与EGR(废气再循环)气体混合的外界空气的流动形成。
附图说明
图1是示出了根据本发明的实施方式的可变进气流动系统中的电机响应控制方法的流程图。
图2是示出了应用了根据本发明的实施方式的电机响应控制的可变进气流动系统的配置实例的视图。
图3A和图3B示出了当执行根据本发明的实施方式的电机响应控制时实现的PID控制的实例。
具体实施方式
下文将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。然而，本发明可体现为不同形式并且不应被解释为局限于本文所阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本公开内容是全面且完整的，并且将向本领域的技术人员完整传达本发明的范围。在整个公开内容中，贯穿各个附图和本发明的实施方式，相同参考标号表示相同部分。
图1是示出了根据本发明的实施方式的可变进气流动系统中的电机响应控制方法的流程图。图2是示出了通过电机响应控制方法所控制的可变进气流动系统的配置实例的视图。因此，将通过图2中的可变进气流动系统描述电机响应控制方法。
在某些实施方式中包括步骤S10。参考标号10是指开始VCM位置获知逻辑的步骤，并且有用于控制VCM电机1的控制器10实现该步骤。为此，在某些实施方式中，控制器10包括VCM电机情况判定部10-1，确定VCM电机情况；VCM模式处理部10-2，确定VCM控制模式；以及接口10-3，用于将PWM(脉冲宽度调制)占空比输出至VCM电机1，并且使用VCM电机传感器1-1检测VCM电机1的电压检测值。
在某些实施方式中包括步骤S20。参考标号S20是指识别是否执行初始获知情况判定的步骤，并且在某些实施方式中，在步骤S20中，控制器10确定是否获知VCM电机1的VCM位置。因此，作为在步骤S20中的初始获知情况的判定结果，在VCM位置被获知的情况下，该过程进行至步骤S40，在VCM位置未被获知的情况下，该过程进行至步骤S30。
参考标号S30是通过施加VCM占空比获知VCM位置的步骤。为此，控制器10将PWM占空比输出至VCM电机1，使得根据VCM电机1的运转来获知VCM位置。在某些实施方式中，施加作为VCM占空比的90％PWM占空比。在这种情况下，通过VCM占空比的施加的VCM电机1的控制是通过图2中示出的PID控制块中的差分控制(D)来实现的。
参考标号S40是在获知VCM位置之后确定发动机情况的步骤。为此，控制器10检测发动机每分钟旋转转速(RPM)并且比较发动机每分钟旋转转速是否大于特定的每分钟旋转转速(RPM)。在这种情况下，特定的每分钟旋转转速被设为1500RPM。
参考标号S40-1是指以下步骤：根据当前发动机转数与特定的发动机转数之间的幅值关系，确定VCM电机对进气歧管中的吸入空气的背压的任何响应。
当作为步骤S40中的判定结果，发动机每分钟旋转转速小于1500RPM时，该过程进行至步骤S50。在这种情况下，如在步骤S60中，控制器10转换为标准正常占空比控制模式并且将施加至VCM电机1的PWM占空比改变为在约30％至65％的范围内。标准正常占空比控制模式意味着进气歧管20中的进气的背压对连接至VCM阀5的阀臂5B的叶瓣(flap)5A没有影响。在某些实施方式中，进气的背压由从大气引入的外界空气以及从废气供应的EGR(废气再循环)气体形成。
另一方面，当作为在步骤S40中的判定结果，发动机每分钟旋转转速大于1500RPM时，该过程进行至步骤S50-1。在这种情况下，控制器10转换为快速响应占空比控制模式并且改变施加至VCM电机1的PWM占空比的幅值，如在步骤S60-1中。因此，在受到进气的背压的影响，VCM电机1到达目标位置时，已经执行快速响应控制。
在某些实施方式中，VCM电机1的PWM占空比应用方程式被设置为如下：
当VCM阀关闭时，VCM电机的PWM占空比＝30％+[F气(由于进气的背压的阻力)]，或者当VCM阀打开时，VCM电机的PWM占空比＝30％-[-F气(由于进气的背压的附加力)]。
在此，[F气(由于进气的背压的阻力)]和[-F气(由于进气的背压的附加力)]改变PWM占空比的幅值，使得施加的PWM占空比具有30％以上或者30％以下的幅值。
在图3A中通过差分控制实例指出施加PWM占空比应用方程式的方法。在某些实施方式中，F气的幅值在1500至2500RPM(每分钟旋转转速)的范围内为10Ncm、在2500至3500RPM(发动机每分钟旋转转速)的范围内为13Ncm、在3500至4500RPM(发动机每分钟旋转转速)的范围内为18Ncm、以及在4500以上RPM(发动机每分钟旋转转速)的范围内为22Ncm。从事实得出，F气由压力＝根据发动机每分钟旋转转速(RPM)而变化进气压力以及力/横截面的关系计算而来，并且。例如，当进气压力＝20N/cm2(＝2bar＝200Kpa)并且VCM阀5的单位面积具有叶瓣半径13cm＝3.14×0.65×0.65时，确定F气＝26.533Ncm。
因此，在某些实施方式中，30％的PWM占空比被设置为快速响应占空比控制模式中的标准，并且当VCM阀5关闭时，VCM电机1的PWM占空比幅值增加至大于30％，使得克服F气对减缓VCM阀5的关闭的影响，当VCM阀5打开时，VCM电机1的PWM占空比幅值减小至小于30％，使得克服F气对加速VCM阀5的打开的的影响。通过图3B中的PID控制特征结果指出这个结果。
如上所述，在根据本发明的实施方式的可变进气流动系统中的电机响应控制方法中，在当前发动机每分钟旋转转速小于VCM位置获知状态中的特定的发动机每分钟旋转转速时，由控制器10通过与进气歧管20中的进气的背压无关的PWM占空比差动控制VCM电机1，在当前发动机每分钟旋转转速大于特定的发动机每分钟旋转转速时，通过受到进气歧管20中的进气的背压的影响的PWM占空比差动控制VCM电机1。因此，解决导致VCM电机响应速度劣化的PWM占空比信号振动，并且具体地，考虑VCM阀5的关闭和打开情况增加或者减少差分控制PWM占空比，使得当VCM电机到达目标位置时执行快速响应控制。
根据本发明的示例性实施方式，因为考虑到干扰情况通过差分控制PWM占空比，VCM电机迅速到达目标位置，并且连接至VCM电机的VCM阀被迅速操作，VCM电机对于噪音或者干扰的稳定性显著提高。具体地，当VCM电机通过其响应的改善而加速时，与杆式VCM的响应有关的可操作性可以显著提高。
此外，可以通过抑制导致VCM电机的线圈损坏的PWM占空比的过度使用来防止VCM电机损坏。因此，关于杆式VCM的质量的客户满意度指数可以显著提高。
尽管已经关于具体的实施方式描述了本发明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不背离由以上权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变和修改。

Claims (7)

1.一种可变进气流动(VCM)系统中的电机响应控制方法，包括：
由被配置为差动控制可变进气流动电机的控制器确定是否获知所述可变进气流动电机的VCM位置，在所述VCM位置被获知的情况下，由所述控制器将第一PWM(脉冲宽度调制)占空比施加至所述可变进气流动电机，并且确定当前发动机每分钟旋转转速是否大于VCM位置获知完成状态中的特定的发动机每分钟旋转转速；根据所述当前发动机每分钟旋转转速与所述特定的发动机每分钟旋转转速之间的幅值关系，确定所述可变进气流动电机对进气歧管中的进气的背压的任何响应；
当所述当前发动机每分钟旋转转速小于所述特定的发动机每分钟旋转转速时，不考虑所述进气的背压，将标准正常PWM占空比施加至所述可变进气流动电机；以及
当所述当前发动机每分钟旋转转速大于所述特定的发动机每分钟旋转转速时，基于所确定的所述进气的背压，将快速响应PWM占空比施加至所述可变进气流动电机。
2.根据权利要求1所述的电机响应控制方法，其中，在所述VCM位置获知完成状态中由所述控制器施加的所述第一PWM占空比为90％。
3.根据权利要求1所述的电机响应控制方法，其中，所述特定的发动机每分钟旋转转速为1500 RPM。
4.根据权利要求1所述的电机响应控制方法，其中，所述标准正常PWM占空比具有的幅值为施加至所述可变进气流动电机的30％至65％PWM占空比。
5.根据权利要求1所述的电机响应控制方法，其中，施加至所述可变进气流动电机的幅值为30％PWM占空比被设置为所述快速响应PWM占空比中的标准，并且当所述可变进气流动电机关闭安装在所述进气歧管的进气通道上的VCM阀时，所述快速响应PWM占空比的幅值大于所述30％PWM占空比，当所述可变进气流动电机打开所述VCM阀时，所述快速响应PWM占空比的幅值小于所述30％PWM占空比。
6.根据权利要求5所述的电机响应控制方法，其中，大于或者小于所述30％PWM占空比的所述PWM占空比的幅值根据所述当前发动机每分钟旋转转速而变化。
7.根据权利要求1所述的电机响应控制方法，其中，所述进气的所述背压由从大气引入的外界空气的流动或者与废气再循环(EGR)气体混合的外界空气的流动形成。
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