CN105736162A - 共轨式柴油机喷油控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共轨式柴油机喷油控制系统，喷油控制模块输出的高边高压控制信号，发送到预驱动模块，由预驱动模块输出增强高边高压控制信号控制第一功率开关管的通断，实现喷油器接通或断开喷油驱动高压，由于所述预驱动模块的增强高边高压控制信号的输出端口的驱动功率高于所述喷油控制模块的高边高压控制信号输出端口的驱动功率，所以能实现更高喷油驱动电压需求的燃油喷射控制。本发明的共轨式柴油机喷油控制系统，能实现高喷油驱动电压的喷油控制，故障诊断与硬件保护策略完善，既简化了分立器件方案设计的控制电路，拓扑结构清晰，大大降低成本，还解决了分立器件控制方式在故障诊断与硬件保护策略实施上的困难。
Description
技术领域
本发明涉及发动机控制技术，特别涉及一种共轨式柴油机喷油控制系统。
背景技术
随着大气污染的深入治理和汽车排放法规的日益严格，使得在传统高压共轨技术的基础上，进一步提高发动机电控单元(ECU)的喷器驱动电压并实现多次燃油喷射的精确控制和完善的故障诊断策略，已成为柴油发动机满足更高排放法规的主流技术方案之一。
目前，传统共轨式柴油发动机燃油喷射控制技术主要有：
1)专用集成电路(IC)方案实现共轨式柴油发动机燃油喷射控制。该方案控制时，虽然电路结构简单、集成度高，但发动机电控单元(ECU)的喷油驱动电压低。如采用BOSCH专用集成电路(IC)的发动机电控单元(ECU)的喷油驱动电压为48V左右，采用Freescale专用集成电路(IC)的发动机电控单元(ECU)的喷油驱动电压在60V左右，不能满足更高喷油驱动电压需求的喷油嘴开启速度要求。
2)分立器件方案实现共轨式柴油发动机燃油喷射控制。该方案利用分立器件设计发动机电控单元(ECU)的喷油驱动控制及保护电路，能实现60V以上喷油驱动电压控制，而其不足之处在于：大量分立元件使得发动机电控单元(ECU)的电路集成度低、成本高；主控制芯片(MCU)的控制逻辑复杂；发动机电控单元(ECU)虽然能实现喷油器硬件故障保护，但无完善的故障诊断策略，不能实现具体故障类型判断。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种本共轨式柴油机喷油控制系统，能实现更高喷油驱动电压需求的燃油喷射控制，便于进行故障诊断与硬件保护。
为解决上述技术问题，本发明提供的共轨式柴油机喷油控制系统，包括升压电路模块、喷油控制模块、预驱动模块、主处理器；
所述主处理器，判断当前喷射任务，发送缸序信号给所述喷油控制模块；
所述升压电路模块，用于将电池电压升压为喷油驱动高压；
第X缸的喷油器，高边接第一功率开关管的下端及第二功率开关管的下端，低端接接第三功率开关管的上端；第X缸为柴油机的任意一缸；
第一功率开关管，上端接喷油驱动高压；
第二功率开关管，上端接电池电压；
第三功率开关管，下端经一电阻接地；
所述喷油控制模块，当接收到所述主处理器发送的第X缸的有效缸序信号，输出高边高压控制信号到所述预驱动模块，输出高边电池控制信号到所述第二功率开关管的控制端，输出低边控制信号到所述第三功率开关管的控制端；
所述预驱动模块，当所述喷油控制模块输出高边高压控制信号，输出增强高边高压控制信号到所述第一功率开关管的控制端；
所述预驱动模块的增强高边高压控制信号的输出端口的驱动功率高于所述喷油控制模块的高边高压控制信号输出端口的驱动功率；
所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管为N沟道增强型MOSFET(或IGBT),控制端为MOSFET(或IGBT)的栅极，上端为MOSFET的漏极(或IGBT的集电极、发射极)，下端为MOSFET的源极(或IGBT的发射极)。
较佳的，所述共轨式柴油机喷油控制系统，还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管；
所述第一二极管，正端接第一功率开关管的下端，负端接第X缸的喷油器高边；
所述第二二极管，正端接第二功率开关管的下端，负端接第X缸的喷油器高边；
所述第三二极管，正端接地，负端接第X缸的喷油器高边；
所述第四二极管，正端接第X缸的喷油器低边，负端接喷油驱动高压。
较佳的，所述电池电压为12V或24V；
所述喷油驱动高压，大于等于70V。
较佳的，所述主处理器，根据发动机曲轴转速、凸轮轴位置，确定当前喷射的缸序，并根据系统喷射的控制策略，发送缸序信号给所述喷油控制模块。
较佳的，所述共轨式柴油机喷油控制系统，还包括第一电流采样模块、第二电流采样模块；
所述第一电流采样模块，用于检测第三功率开关管下端到地之间的电流；
所述第二电流采样模块，用于检测第一功率开关管上端电流；
第X缸的喷油器的主喷电流波形由开启加速阶段、过渡关断阶段、快速开启阶段、维持开启过渡阶段、开启维持阶段、快速关断阶段组成，其余阶段均为空闲阶段；
所述喷油控制模块，在第X缸的空闲阶段，接收到有效的第X缸的缸序信号，则输出高边高压控制信号控制第一功率开关管接通，输出低边控制信号控制所述第三功率开关管接通，输出高边电池控制信号控制所述第二功率开关管关断，从而第X缸的喷油器接通到喷油驱动高压，流过第X缸的喷油器的电流上升，控制第X缸的喷油器进入到开启加速阶段；
所述喷油控制模块，在控制第X缸的喷油器进入到开启加速阶段后，如果所述第一电流采样模块检测的第三功率开关管下端到地之间的电流大于等于开启目标电流，则控制第一功率开关管关断，所述第二功率开关管关断，控制第三功率开关管关断，控制第X缸的喷油器进入到过渡关断阶段；
所述喷油控制模块，当进入过渡关断阶段时间达到设置值，则控制第一功率开关管关断，第三功率开关管、第二功率开关管均接通，从而控制第X缸的喷油器进入快速开启阶段；
所述喷油控制模块，第X缸的喷油器进入快速开启阶段后，当所述第一电流采样模块检测的第三功率开关管下端到地之间的电流小于等于开启斩波下限电流，或者进入斩波关断状态达到斩波关断时间，则控制第二功率开关管接通，控制第三功率开关管继续接通，控制第一功率开关管继续关断，进入斩波开启状态；当所述第一电流采样模块检测的第三功率开关管下端到地之间的电流大于等于开启斩波上限电流，或者进入斩波开启状态达到单次斩波开启最大时间，则控制第二功率开关管关断，控制第三功率开关管继续接通，控制第一功率开关管继续关断，进入斩波关断状态；
所述喷油控制模块，第X缸的喷油器的快速开启阶段结束后，则控制第二功率开关管、第三功率开关管、第一功率开关管均关断，控制进入维持开启过渡阶段；
所述喷油控制模块，当进入维持开启过渡阶段时间达到设置值，则控制第一功率开关管关断，第三功率开关管、第二功率开关管均接通，从而控制第X缸的喷油器进入开启维持阶段；
所述喷油控制模块，第X缸的喷油器进入开启维持阶段后，当所述第一电流采样模块检测的第三功率开关管下端到地之间的电流小于等于维持斩波下限电流，或者进入斩波关断状态达到斩波关断时间，则控制第二功率开关管接通，控制第三功率开关管继续接通，控制第一功率开关管继续关断，进入斩波开启状态；当所述第一电流采样模块检测的第三功率开关管下端到地之间的电流大于等于维持斩波上限电流，或者进入斩波开启状态达到单次斩波开启最大时间，则控制第二功率开关管关断，控制第三功率开关管继续接通，控制第一功率开关管继续关断，进入斩波关断状态；
所述喷油控制模块，当接收到失效的第X缸的缸序信号，则控制第二功率开关管、第三功率开关管、第一功率开关管均关断，从而控制第X缸的喷油器进入快速关断阶段；
所述喷油控制模块，当第X缸的喷油器进入快速关断阶段达到喷油嘴完全关断确认时间，则控制第二功率开关管、第一功率开关管关断，控制第三功率开关管接通，从而控制第X缸的喷油器进入空闲阶段。
较佳的，快速开启阶段，通过定时方式实现阶段结束，或由主处理器输出触发命令实现阶段结束。
较佳的，所述喷油控制模块，所述喷油控制模块，根据第二功率开关管上下端之间的电压、第二功率开关管下端到地之间的电压、第三功率开关管上端到地之间的电压、第一电流采样模块检测的第三功率开关管下端到地之间的电流、第二电流采样模块检测的第一功率开关管上端电流，进行故障诊断。
本发明的共轨式柴油机喷油控制系统，喷油控制模块输出的高边高压控制信号，发送到预驱动模块，由预驱动模块输出增强高边高压控制信号控制第一功率开关管的通断，实现喷油器接通或断开喷油驱动高压，由于所述预驱动模块的增强高边高压控制信号的输出端口的驱动功率高于所述喷油控制模块的高边高压控制信号输出端口的驱动功率，所以能实现更高喷油驱动电压需求(60V以上，例如可以是85V)的燃油喷射控制。
本发明的共轨式柴油机喷油控制系统，根据第二功率开关管上下端之间的电压Vds_hs、第二功率开关管下端到地之间的电压Vsrc_hs、第三功率开关管上端到地之间的电压Vds_ls、第三功率开关管下端到地之间的电流Curr1、第一功率开关管上端电流Curr2，进行故障诊断，可诊断喷油器高边短路到电源故障、高边短路到地故障、开路故障、高低边短路故障、低边短路到电源故障、低边短路到地故障等基本故障类型，可实时监控负载的过流状态并保护系统和控制对象，支持共轨式喷油控制需要的其它诊断功能，如喷油嘴的关断电流监控、喷油缸序错误判断等，实现硬件保护。本发明的共轨式柴油机喷油控制系统，能实现高喷油驱动电压的喷油控制，故障诊断与硬件保护策略完善，既简化了分立器件方案设计的控制电路，拓扑结构清晰，大大降低成本，还解决了分立器件控制方式在故障诊断与硬件保护策略实施上的困难，其最高喷油驱动电压可达85V以上，支持6缸及以下共轨式柴油发动机的多次燃油喷射控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的共轨式柴油机喷油控制系统一实施例电路图；
图2是喷油器单次喷射负载电流波形示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
共轨式柴油机喷油控制系统，如图1所示，包括升压电路模块(BOOSTDC_DC)、喷油控制模块(InjectionIC)、预驱动模块(Pre_DriverIC)、主处理器(MCU)；
所述主处理器(MCU)，判断当前喷射任务，发送缸序信号STx给所述喷油控制模块(InjectionIC)；
所述升压电路模块，用于进行直流电压变换，将电池电压VBAT升压为喷油驱动高压VBOOST；
第X缸的喷油器(x#Injector)，高边接第一功率开关管M1的下端及第二功率开关管M2的下端，低端接接第三功率开关管M3的上端；第X缸为柴油机的任意一缸；
第一功率开关管M1，上端接喷油驱动高压VBOOST；
第二功率开关管M2，上端接电池电压VBAT；
第三功率开关管M2，下端经一电阻接地PGND；
所述喷油控制模块(InjectionIC)，当接收到所述主处理器发送的第X缸的有效缸序信号STx，输出高边高压控制信号GHy到所述预驱动模块(Pre_DriverIC)，输出高边电池控制信号GHx到所述第二功率开关管M2的控制端，输出低边控制信号GLSx到所述第三功率开关管M3的控制端；
所述预驱动模块(Pre_DriverIC)，当所述喷油控制模块输出高边高压控制信号，输出增强高边高压控制信号到所述第一功率开关管M1的控制端；
所述预驱动模块的增强高边高压控制信号的输出端口的驱动功率高于所述喷油控制模块的高边高压控制信号输出端口的驱动功率；
所述第一功率开关管M1、第二功率开关管M2、第三功率开关管M3为N沟道增强型MOSFET(或IGBT),控制端为MOSFET(或IGBT)的栅极，上端为MOSFET的漏极(或IGBT的集电极)，下端为MOSFET的源极(或IGBT的发射极)。
喷油控制模块(InjectionIC),可以是专用集成电路，也可以是FPGA等其他可编程逻辑器件。
升压电路模块(BOOSTDC_DC)的控制功能可集成于喷油控制模块(InjectionIC)中，也可使用独立的、具有外部使能控制功能的升压电路模块(BOOSTDC_DC)控制芯片实现，此时需将喷油驱动高压VBOOST反馈给喷油控制模块(InjectionIC)。
预驱动模块(Pre_DriverIC)，可选择正逻辑驱动或负逻辑驱动芯片；预驱动模块(Pre_DriverIC)的驱动输出电压可在100V以上，需结合具体应用合理选择。
较佳的，电池电压VBAT为12V或24V，喷油驱动高压VBOOST大于等于70V，例如大于等于85V。
较佳的，所述主处理器(MCU)，根据发动机曲轴转速、凸轮轴位置等信息，确定当前喷射的缸序，并根据系统喷射的控制策略，发送缸序信号STx给所述喷油控制模块(InjectionIC)。如果当前缸是多次喷射的，则应根据系统策略，由主处理器(MCU)底层发送多个有效的缸序信号STx脉宽给喷油控制模块(InjectionIC)，进行当前缸的喷射控制，单个有效的缸序信号STx脉宽时间由系统策略决定。主处理器(MCU)与喷油控制模块(InjectionIC)之间支持串行通信，如SPI、MSC总线方式通信。主处理器(MCU)可支持查询方式或IRQ方式，实现对喷油器负载故障信息的实时读取与处理。
较佳的，所述共轨式柴油机喷油控制系统，还包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4；
所述第一二极管D1，正端接第一功率开关管M1的下端，负端接第X缸的喷油器高边；
所述第二二极管D2，正端接第二功率开关管M2的下端，负端接第X缸的喷油器高边；
所述第三二极管D3，正端接地，负端接第X缸的喷油器高边；
所述第四二极管D4，正端接第X缸的喷油器低边，负端接喷油驱动高压VBOOST。
第X缸的喷油器低边通过第四二极管D4接喷油驱动高压VBOOST，可加速过渡关断阶段Peak_off喷油器上的电能的泄放。
实施例一的共轨式柴油机喷油控制系统，喷油控制模块(InjectionIC)输出的高边高压控制信号GHy，发送到预驱动模块(Pre_DriverIC)，由预驱动模块(Pre_DriverIC)输出增强高边高压控制信号控制第一功率开关管M1的通断，实现喷油器接通或断开喷油驱动高压VBOOST，由于所述预驱动模块(Pre_DriverIC)的增强高边高压控制信号的输出端口的驱动功率高于所述喷油控制模块(InjectionIC)的高边高压控制信号输出端口的驱动功率，所以能实现更高喷油驱动电压需求(60V以上，例如可以是85V)的燃油喷射控制。
实施例二
基于实施例一的共轨式柴油机喷油控制系统，共轨式柴油机喷油控制系统还包括第一电流采样模块Curr_mesau1、第二电流采样模块Curr_measu2；
所述第一电流采样模块Curr_mesau1，用于检测第三功率开关管M3下端到地之间的电流Curr1；
所述第二电流采样模块Curr_mesau2，用于检测第一功率开关管M1上端电流Curr2。
第一电流采样模块Curr_mesau1、第二电流采样模块Curr_mesau2，可集成于喷油控制模块(InjectionIC)中，也可以通过外置运放电路实现。
如图2所示，第X缸的喷油器的主喷电流波形由开启加速阶段Peak、过渡关断阶段Peak_off、快速开启阶段Vbat-Pullin、维持开启过渡阶段Hold_Jump、开启维持阶段Hold、快速关断阶段Turn-Off组成，其余阶段均为空闲阶段Idle。
所述喷油控制模块(InjectionIC)，在第X缸的空闲阶段Idle，接收到有效的第X缸的缸序信号STx，则输出高边高压控制信号GHy控制第一功率开关管M1接通，输出低边控制信号GLSx控制所述第三功率开关管M3接通，输出高边电池控制信号GHx控制所述第二功率开关管M2关断，从而第X缸的喷油器接通到喷油驱动高压VBOOST，流过第X缸的喷油器的电流上升，控制第X缸的喷油器进入到开启加速阶段Peak；开启加速阶段Peak的驱动电压为喷油驱动高压VBOOST(可达85V以上)。
升压电路模块(BOOSTDC_DC)在快速开启阶段Vbat-Pullin、开启维持阶段Hold以及空闲阶段Idle可完成能量回充，确保在下一次喷射开启加速阶段Peak的喷油驱动高压VBOOST电压值需求，喷油驱动高压VBOOST输出电容可提供足够大的输出电流。
所述喷油控制模块(InjectionIC)，在控制第X缸的喷油器进入到开启加速阶段Peak后，如果所述第一电流采样模块Curr_measu1检测的第三功率开关管M3下端到地之间的电流Curr1大于等于开启目标电流Ipeak，则控制第一功率开关管M1关断，所述第二功率开关管M2关断，控制第三功率开关管M3关断，控制第X缸的喷油器进入到过渡关断阶段Peak_Off。
不同的喷油控制模块(InjectionIC),过渡关断阶段Peak_Off的时长可由喷油控制模块(InjectionIC)通过寄存器配置时间或者代码程序定时控制实现。
所述喷油控制模块(InjectionIC)，当进入过渡关断阶段Peak_Off时间达到设置值，则控制第一功率开关管M1关断，第三功率开关管M3、第二功率开关管M2均接通，从而控制第X缸的喷油器进入快速开启阶段Vbat-Pullin；
所述喷油控制模块(InjectionIC)，第X缸的喷油器进入快速开启阶段Vbat-Pullin后，当所述第一电流采样模块Curr_measu1检测的第三功率开关管下端到地之间的电流Curr1小于等于开启斩波下限电流Ipullin_v，或者进入斩波关断状态PWMOFF达到斩波关断时间Tb_off，则控制第二功率开关管M2接通，控制第三功率开关管M3继续接通，控制第一功率开关管M1继续关断，进入斩波开启状态PWMON；当所述第一电流采样模块Curr_measu1检测的第三功率开关管M3下端到地之间的电流大Curr1于等于开启斩波上限电流Ipullin_p，或者进入斩波开启状态PWMON达到单次斩波开启最大时间T-bon_max，则控制第二功率开关管M2关断，控制第三功率开关管M3继续接通，控制第一功率开关管M1继续关断，进入斩波关断状态PWMOFF。
快速开启阶段Vbat-Pullin，可以喷油控制模块(InjectionIC)通过软件定时方式实现阶段结束，也可以由主处理器(MCU)输出触发命令实现阶段结束。
所述喷油控制模块(InjectionIC)，第X缸的喷油器的快速开启阶段Vbat-Pullin结束后，则控制第二功率开关管M2、第三功率开关管M3、第一功率开关管M1均关断，控制进入维持开启过渡阶段Hold-Jump。
所述喷油控制模块(InjectionIC)，当进入维持开启过渡阶段Hold-Jump时间达到设置值，则控制第一功率开关管M1关断，第三功率开关管M3、第二功率开关管M2均接通，从而控制第X缸的喷油器进入开启维持阶段Hold。
所述喷油控制模块(InjectionIC)，第X缸的喷油器进入开启维持阶段Hold后，当所述第一电流采样模块Curr_measu1检测的第三功率开关管下端到地之间的电流Curr1小于等于维持斩波下限电流Ihold_v，或者进入斩波关断状态PWMOFF达到斩波关断时间Tb_off，则控制第二功率开关管M2接通，控制第三功率开关管M3继续接通，控制第一功率开关管M1继续关断，进入斩波开启状态PWMON；当所述第一电流采样模块Curr_measu1检测的第三功率开关管M3下端到地之间的电流大于Curr1等于维持斩波上限电流Ihold_p，或者进入斩波开启状态PWMON达到单次斩波开启最大时间T-bon_max，则控制第二功率开关管M2关断，控制第三功率开关管M3继续接通，控制第一功率开关管M1继续关断，进入斩波关断状态PWMOFF。
所述喷油控制模块(InjectionIC)，当接收到失效的第X缸的缸序信号STx，则控制第二功率开关管M2、第三功率开关管M3、第一功率开关管M1均关断，从而控制第X缸的喷油器进入快速关断阶段Turn-Off。快速关断阶段Turn-Off内，所述喷油控制模块(InjectionIC)喷油器的负载电流处于快泄放方式，电流值迅速降低，确保喷油器的快速关断。
所述喷油控制模块(InjectionIC)，当第X缸的喷油器进入快速关断阶段Turn-Off达到喷油嘴完全关断确认时间Tturn_off_diag，则控制第二功率开关管M2、第一功率开关管M1关断，控制第三功率开关管M3接通，从而控制第X缸的喷油器进入空闲阶段Idle。
实施例三
基于实施例二的共轨式柴油机喷油控制系统，所述喷油控制模块，根据第二功率开关管M2上下端之间的电压Vds_hs、第二功率开关管M2下端到地之间的电压Vsrc_hs、第三功率开关管M3上端到地之间的电压Vds_ls、第一电流采样模块Curr_measu1检测的第三功率开关管M3下端到地之间的电流Curr1、第二电流采样模块Curr_mesau2检测的第一功率开关管M1上端电流Curr2，进行故障诊断。
以第x缸的喷油器故障诊断为例，基本故障诊断与硬件保护策略的真值表如表一到表四所示。Vds_hs为第二功率开关管上下端间电压，Vsrc_hs为第二功率开关管下端对地电压，Vds_ls为第三功率开关管上端对地电压，Curr1为第三功率开关管下端到地之间的电流，Curr2为第一功率开关管上端电流，VT1为第一电压监控限值，VT2第二电压监控限值，IT1为第一电流监控限值，IT2为第二电流监控限值,VT1>VT2，真值1表示异常，真值0表示正常。较佳的，VT1＝3V,VT2＝2V。
如表一所示，所述喷油控制模块(InjectionIC)，在空闲阶段Idle，如果Vds_hs＜VT1，Vsrc_hs＞VT1，并且Vds_ls＞VT2，则诊断为喷油器短路到电源故障；如果Vds_hs＞VT1，Vsrc_hs＞VT1，并且Vds_ls＜VT2则诊断为喷油器高低边开路故障；如果Vds_hs＞VT1，Vsrc_hs＜VT1，并且Vds_ls＜VT2，则诊断为喷油器短路到地故障。
在空闲阶段Idle，对喷油器高边或者低边短路到电源不区分故障节点(高边还是低边节点故障)，统一识别为喷油器短路到电源故障；对喷油器高边或者低边短路到地不区分故障节点(高边还是低边节点故障)，统一识别为喷油器短路到地故障；喷油器高低边开路故障只需要在空闲阶段Idle做诊断即可。
如表二所示，所述喷油控制模块，在开启加速阶段Peak，如果Vds_hs＜VT1，Vsrc_hs＞VT1，Vds_ls＜VT2，Curr1＜IT1并且Curr2＞IT2，则诊断为喷油器高边短路到电池故障；如果Vds_hs＜VT1，Vsrc_hs＞VT1，Vds_ls＞VT2，Curr1＞IT1并且Curr2＜IT2，则诊断为喷油器低边短路到电池故障；如果Vds_hs＞VT1，Vsrc_hs＞VT1，Vds_ls＜VT2，Curr1＞IT1并且Curr2＞IT2，则诊断为喷油器高低边短路故障；如果Vds_hs＞VT1，Vsrc_hs＜VT1，Vds_ls＜VT2，Curr1＜IT1并且Curr2＞IT2，则诊断为喷油器高边短路到地故障；如果Vds_hs＜VT1，Vsrc_hs＞VT1，Vds_ls＜VT2，Curr1＜IT1并且Curr2＞IT2，则诊断为喷油器低边短路到地故障。
如表三所示，所述喷油控制模块，在快速开启阶段Vbat-Pullin或开启维持阶段Hold的斩波开启状态PWMON时，如果Vds_hs＜VT1，Vsrc_hs＞VT1，Vds_ls＞VT2，Curr1＞IT1，则诊断为喷油器低边短路到电池故障；如果Vds_hs＞VT1，Vsrc_hs＞VT1，Vds_ls＞VT2，Curr1＞IT1，则诊断为喷油器高低边短路故障；如果Vds_hs＞VT1，Vsrc_hs＜VT1，Vds_ls＜VT2，Curr1＜IT1，则诊断为喷油器高边短路到地故障。
如表四所示，所述喷油控制模块，在快速开启阶段或开启维持阶段的斩波关断状态时，如果Vds_hs＜VT1，Vsrc_hs＞VT1，Vds_ls＜VT2，Curr1＞IT1，则诊断为喷油器高边短路到电池；如果Vds_hs＞VT1，Vsrc_hs＜VT1，Vds_ls＞VT2，Curr1＞IT1，则诊断为喷油器低边短路到电池故障；如果Vds_hs＞VT1，Vsrc_hs＞VT1，Vds_ls＞VT2，Curr1＞IT1，则诊断为喷油器高低边短路故障。
在喷油器电流的快泄放阶段，喷油控制模块(InjectionIC)会控制喷油器高、低边功率开关管均关断，使得电流快速降低，即使此时存在短路故障，不会对系统造成任何损坏；对执行器而言，短路到电源或者短路到地，只会影响负载电流的下降速度，不会损坏负载。因此，在Peak_Off、Hold_Jump和Turn_Off阶段无需做故障诊断；如果在Peak_Off、Hold_Jump和Turn_Off阶段发生任何故障，可在后续的PWMON或者Idle阶段完成故障诊断与硬件保护。
表一Idle阶段的故障诊断与硬件保护策略真值表
表格二Peak阶段的故障诊断与硬件保护策略真值表
| 故障类型 | Vds_hs | Vsrc_hs | Vds_ls | Curr1 | Curr2 | 备注 |
| 正常 | ＜VT1，0 | ＞VT1，0 | ＜VT2，0 | ＜IT1，0 | ＜IT2，0 | |
| 高边短路到电池 | ＜VT1，0 | ＞VT1，0 | ＜VT2，0 | ＜IT1，0 | ＞IT2，1 | 可识别该故障 |
| 低边短路到电池 | ＜VT1，0 | ＞VT1，0 | ＞VT2，1 | ＞IT1，1 | ＜IT2，0 | 可识别该故障 |
| 高低边短路 | ＞VT1，1 | ＞VT1，0 | ＜VT2，0 | ＞IT1，1 | ＞IT2，1 | 可识别该故障 |
| 高边短路到地 | ＞VT1，1 | ＜VT1，1 | ＜VT2，0 | ＜IT1，0 | ＞IT2，1 | 可识别该故障 |
| 低边短路到地 | ＜VT1，0 | ＞VT1，0 | ＜VT2，0 | ＜IT1，0 | ＞IT2，1 | 可识别该故障 |
表三Vbat_Pullin和Hold阶段在PWMON时的故障诊断与硬件保护策略真值表
表四Vbat_Pullin和Hold阶段在PWMOFF时的故障诊断与硬件保护策略真值表
实施例三的共轨式柴油机喷油控制系统，通过第一电流采样模块Curr_measu1检测的第三功率开关管M3下端到地之间的电流Curr1，监控喷油其负载电流是否完全降为0，以此判断喷油器的快速关断情况，并反馈给喷油控制模块(InjectionIC)作为策略控制的输入，可诊断喷油器高边短路到电源故障、高边短路到地故障、开路故障、高低边短路故障、低边短路到电源故障、低边短路到地故障等基本故障类型，可实时监控负载的过流状态并保护系统和控制对象，支持共轨式喷油控制需要的其它诊断功能，如喷油嘴的关断电流监控、喷油缸序错误判断等，实现硬件保护。实施例三的共轨式柴油机喷油控制系统，能实现高喷油驱动电压的喷油控制，故障诊断与硬件保护策略完善，既简化了分立器件方案设计的控制电路，拓扑结构清晰，大大降低成本，还解决了分立器件控制方式在故障诊断与硬件保护策略实施上的困难，其最高喷油驱动电压可达85V以上，支持6缸及以下共轨式柴油发动机的多次燃油喷射控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种共轨式柴油机喷油控制系统，其特征在于，包括升压电路模块、喷油控制模块、预驱动模块、主处理器；
所述主处理器，判断当前喷射任务，发送缸序信号给所述喷油控制模块；
所述升压电路模块，用于将电池电压升压为喷油驱动高压；
第X缸的喷油器，高边接第一功率开关管的下端及第二功率开关管的下端，低端接接第三功率开关管的上端；第X缸为柴油机的任意一缸；
第一功率开关管，上端接喷油驱动高压；
第二功率开关管，上端接电池电压；
第三功率开关管，下端经一电阻接地；
所述喷油控制模块，当接收到所述主处理器发送的第X缸的有效缸序信号，输出高边高压控制信号到所述预驱动模块，输出高边电池控制信号到所述第二功率开关管的控制端，输出低边控制信号到所述第三功率开关管的控制端；
所述预驱动模块，当所述喷油控制模块输出高边高压控制信号，输出增强高边高压控制信号到所述第一功率开关管的控制端；
所述预驱动模块的增强高边高压控制信号的输出端口的驱动功率高于所述喷油控制模块的高边高压控制信号输出端口的驱动功率；
所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管为N沟道增强型MOSFET(或IGBT),控制端为MOSFET(或IGBT)的栅极，上端为MOSFET的漏极(或IGBT的集电极、发射极)，下端为MOSFET的源极(或IGBT的发射极)。
2.根据权利要求1所述的共轨式柴油机喷油控制系统，其特征在于，
所述共轨式柴油机喷油控制系统，还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管；
所述第一二极管，正端接第一功率开关管的下端，负端接第X缸的喷油器高边；
所述第二二极管，正端接第二功率开关管的下端，负端接第X缸的喷油器高边；
所述第三二极管，正端接地，负端接第X缸的喷油器高边；
所述第四二极管，正端接第X缸的喷油器低边，负端接喷油驱动高压。
3.根据权利要求1所述的共轨式柴油机喷油控制系统，其特征在于，
所述电池电压为12V或24V；
所述喷油驱动高压，大于等于70V。
4.根据权利要求1所述的共轨式柴油机喷油控制系统，其特征在于，
所述主处理器，根据发动机曲轴转速、凸轮轴位置，确定当前喷射的缸序，并根据系统喷射的控制策略，发送缸序信号给所述喷油控制模块。
5.根据权利要求1所述的共轨式柴油机喷油控制系统，其特征在于，
所述共轨式柴油机喷油控制系统，还包括第一电流采样模块、第二电流采样模块；
所述第一电流采样模块，用于检测第三功率开关管下端到地之间的电流；
所述第二电流采样模块，用于检测第一功率开关管上端电流；
第X缸的喷油器的主喷电流波形由开启加速阶段、过渡关断阶段、快速开启阶段、维持开启过渡阶段、开启维持阶段、快速关断阶段组成，其余阶段均为空闲阶段；
所述喷油控制模块，在第X缸的空闲阶段，接收到有效的第X缸的缸序信号，则输出高边高压控制信号控制第一功率开关管接通，输出低边控制信号控制所述第三功率开关管接通，输出高边电池控制信号控制所述第二功率开关管关断，从而第X缸的喷油器接通到喷油驱动高压，流过第X缸的喷油器的电流上升，控制第X缸的喷油器进入到开启加速阶段；
所述喷油控制模块，在控制第X缸的喷油器进入到开启加速阶段后，如果所述第一电流采样模块检测的第三功率开关管下端到地之间的电流大于等于开启目标电流，则控制第一功率开关管关断，所述第二功率开关管关断，控制第三功率开关管关断，控制第X缸的喷油器进入到过渡关断阶段；
所述喷油控制模块，当进入过渡关断阶段时间达到设置值，则控制第一功率开关管关断，第三功率开关管、第二功率开关管均接通，从而控制第X缸的喷油器进入快速开启阶段；
所述喷油控制模块，第X缸的喷油器进入快速开启阶段后，当所述第一电流采样模块检测的第三功率开关管下端到地之间的电流小于等于开启斩波下限电流，或者进入斩波关断状态达到斩波关断时间，则控制第二功率开关管接通，控制第三功率开关管继续接通，控制第一功率开关管继续关断，进入斩波开启状态；当所述第一电流采样模块检测的第三功率开关管下端到地之间的电流大于等于开启斩波上限电流，或者进入斩波开启状态达到单次斩波开启最大时间，则控制第二功率开关管关断，控制第三功率开关管继续接通，控制第一功率开关管继续关断，进入斩波关断状态；
所述喷油控制模块，第X缸的喷油器的快速开启阶段结束后，则控制第二功率开关管、第三功率开关管、第一功率开关管均关断，控制进入维持开启过渡阶段；
所述喷油控制模块，当进入维持开启过渡阶段时间达到设置值，则控制第一功率开关管关断，第三功率开关管、第二功率开关管均接通，从而控制第X缸的喷油器进入开启维持阶段；
所述喷油控制模块，第X缸的喷油器进入开启维持阶段后，当所述第一电流采样模块检测的第三功率开关管下端到地之间的电流小于等于维持斩波下限电流，或者进入斩波关断状态达到斩波关断时间，则控制第二功率开关管接通，控制第三功率开关管继续接通，控制第一功率开关管继续关断，进入斩波开启状态；当所述第一电流采样模块检测的第三功率开关管下端到地之间的电流大于等于维持斩波上限电流，或者进入斩波开启状态达到单次斩波开启最大时间，则控制第二功率开关管关断，控制第三功率开关管继续接通，控制第一功率开关管继续关断，进入斩波关断状态；
所述喷油控制模块，当接收到失效的第X缸的缸序信号，则控制第二功率开关管、第三功率开关管、第一功率开关管均关断，从而控制第X缸的喷油器进入快速关断阶段；
所述喷油控制模块，当第X缸的喷油器进入快速关断阶段达到喷油嘴完全关断确认时间，则控制第二功率开关管、第一功率开关管关断，控制第三功率开关管接通，从而控制第X缸的喷油器进入空闲阶段。
6.根据权利要求5所述的共轨式柴油机喷油控制系统，其特征在于，
快速开启阶段，通过定时方式实现阶段结束，或由主处理器输出触发命令实现阶段结束。
7.根据权利要求5所述的共轨式柴油机喷油控制系统，其特征在于，
所述喷油控制模块，所述喷油控制模块，根据第二功率开关管上下端之间的电压、第二功率开关管下端到地之间的电压、第三功率开关管上端到地之间的电压、第一电流采样模块检测的第三功率开关管下端到地之间的电流、第二电流采样模块检测的第一功率开关管上端电流，进行故障诊断。
8.根据权利要求7所述的共轨式柴油机喷油控制系统，其特征在于，
所述喷油控制模块，在空闲阶段，如果Vds_hs＜VT1，Vsrc_hs＞VT1，并且Vds_ls＞VT2，则诊断为喷油器短路到电源故障；如果Vds_hs＞VT1，Vsrc_hs＞VT1，并且Vds_ls＜VT2则诊断为喷油器高低边开路故障；如果Vds_hs＞VT1，Vsrc_hs＜VT1，并且Vds_ls＜VT2，则诊断为喷油器短路到地故障；
所述喷油控制模块，在开启加速阶段，如果Vds_hs＜VT1，Vsrc_hs＞VT1，Vds_ls＜VT2，Curr1＜IT1并且Curr2＞IT2，则诊断为喷油器高边短路到电池故障；如果Vds_hs＜VT1，Vsrc_hs＞VT1，Vds_ls＞VT2，Curr1＞IT1并且Curr2＜IT2，则诊断为喷油器低边短路到电池故障；如果Vds_hs＞VT1，Vsrc_hs＞VT1，Vds_ls＜VT2，Curr1＞IT1并且Curr2＞IT2，则诊断为喷油器高低边短路故障；如果Vds_hs＞VT1，Vsrc_hs＜VT1，Vds_ls＜VT2，Curr1＜IT1并且Curr2＞IT2，则诊断为喷油器高边短路到地故障；如果Vds_hs＜VT1，Vsrc_hs＞VT1，Vds_ls＜VT2，Curr1＜IT1并且Curr2＞IT2，则诊断为喷油器低边短路到地故障；
所述喷油控制模块，在快速开启阶段或开启维持阶段的斩波开启状态时，如果Vds_hs＜VT1，Vsrc_hs＞VT1，Vds_ls＞VT2，Curr1＞IT1，则诊断为喷油器低边短路到电池故障；如果Vds_hs＞VT1，Vsrc_hs＞VT1，Vds_ls＞VT2，Curr1＞IT1，则诊断为喷油器高低边短路故障；如果Vds_hs＞VT1，Vsrc_hs＜VT1，Vds_ls＜VT2，Curr1＜IT1，则诊断为喷油器高边短路到地故障；
所述喷油控制模块，在快速开启阶段或开启维持阶段的斩波关断状态时，如果Vds_hs＜VT1，Vsrc_hs＞VT1，Vds_ls＜VT2，Curr1＞IT1，则诊断为喷油器高边短路到电池；如果Vds_hs＞VT1，Vsrc_hs＜VT1，Vds_ls＞VT2，Curr1＞IT1，则诊断为喷油器低边短路到电池故障；如果Vds_hs＞VT1，Vsrc_hs＞VT1，Vds_ls＞VT2，Curr1＞IT1，则诊断为喷油器高低边短路故障；
Vds_hs为第二功率开关管上下端间电压，Vsrc_hs为第二功率开关管下端对地电压，Vds_ls为第三功率开关管上端对地电压，Curr1为第三功率开关管下端到地之间的电流，Curr2为第一功率开关管上端电流，VT1为第一电压监控限值，VT2第二电压监控限值，IT1为第一电流监控限值，IT2为第二电流监控限值,VT1>VT2。
9.根据权利要求8所述的共轨式柴油机喷油控制系统，其特征在于，
VT1＝3V，VT1＝2V。
10.根据权利要求5所述的共轨式柴油机喷油控制系统，其特征在于，
过渡关断阶段的时长由喷油控制模块通过寄存器配置时间或者代码程序定时控制实现；
第一电流采样模块、第二电流采样模块，集成于喷油控制模块中，或者通过外置运放电路实现；
喷油控制模块,为专用集成电路，或者是可编程逻辑器件；
升压电路模块的控制功能，集成于喷油控制模块中，或者使用独立的、具有外部使能控制功能的升压电路模块控制芯片实现。
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