CN106593737A - 共轨喷油器电磁阀衔铁吸合点检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种共轨喷油器电磁阀衔铁吸合点检测装置，包括：在喷油器电磁阀驱动电路中设置的逻辑模块、控制器、可变恒压电路和高端恒压开关管Q1；控制器内设有驱动恒压扫描逻辑和电流拐点检测逻辑；当自动AD触发采样脉冲S5输入到控制器时，控制器按照设定采样频率，通过喷油器电磁阀驱动电路中的低端电流调理模块对电磁阀驱动电流S1进行采样，并保存采样的驱动电流数据；控制器依据驱动恒压扫描逻辑，并根据保存的驱动电流数据确定驱动恒压最优值；控制器依据电流拐点检测逻辑，并根据保存的驱动电流数据，在恒压驱动维持阶段T2分析出电磁阀衔铁的吸合时刻。本发明对喷油器电磁阀衔铁吸合时刻的检测更准确和方便。
Description
技术领域
本发明涉及柴油机共轨电控燃油喷射技术领域，尤其是一种共轨喷油器电磁阀衔铁吸合点检测装置。
背景技术
喷油器电磁阀衔铁吸合点是喷油器的实际开启点，是检测电磁阀是否正常工作的一个重要指标，也可被ECU软件用来计算实际的喷油时刻，提高喷油时刻的计算精度。目前检测电磁阀衔铁吸合点需要使用激光测位仪等专业仪器，操作起来很繁琐，而且还需要在喷油器上做打孔的处理，因此不能大规模的应用。目前检测电磁阀衔铁吸合点的方案主要有以下几种：
1)使用激光测位仪专用仪器测量喷油器电磁阀衔铁吸合点，操作繁琐，而且需要在喷油器上做特殊的打孔处理，需要借助示波器读取数据，大规模使用时效率较低。
2)使用加速度传感仪，通过测试喷油器电磁阀衔铁吸合时的撞击加速度来测量吸合时刻；也需要借助示波器读取数据，大规模使用时效率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种共轨喷油器电磁阀衔铁吸合点检测装置，能够使得在喷油器电磁阀衔铁吸合的时刻电磁阀驱动电流产生明显拐点，通过检测分析该驱动电流拐点，精确得到喷油器电磁阀衔铁的吸合时刻。本发明采用的技术方案是：
一种共轨喷油器电磁阀衔铁吸合点检测装置，包括：
在喷油器电磁阀驱动电路中，包括逻辑模块、控制器、可变恒压电路和高端恒压开关管Q1；控制器与逻辑模块连接，控制器通过可变恒压电路连接高端恒压开关管Q1的电流流入端，高端恒压开关管Q1的电流输出端用于连接喷油器电磁阀L1；
所述逻辑模块用于根据喷油器电磁阀驱动电路中的低端电流调理模块输出的电流调制信号和控制器发出的驱动使能输入信号S7，生成恒压驱动输出信号S4和自动AD触发采样脉冲S5；
恒压驱动输出信号S4用于在恒压驱动维持阶段T2打开高端恒压开关管Q1，使得通过控制器设定和可变恒压电路产生的一个可调节的恒压施加于喷油器电磁阀L1上；
控制器内设有驱动恒压扫描逻辑和电流拐点检测逻辑；当自动AD触发采样脉冲S5输入到控制器时，控制器按照设定采样频率，通过喷油器电磁阀驱动电路中的低端电流调理模块对电磁阀驱动电流S1进行采样，并保存采样的驱动电流数据；
控制器依据驱动恒压扫描逻辑，并根据保存的驱动电流数据确定驱动恒压最优值，并将可变恒压电路的输出调整设置为最优驱动电压，通过高端恒压开关管Q1施加于喷油器电磁阀L1；
控制器依据电流拐点检测逻辑，并根据保存的驱动电流数据，在恒压驱动维持阶段T2分析出电磁阀衔铁的吸合时刻。
进一步地，控制器中的驱动恒压扫描逻辑为：
步骤100，设立内含N个驱动恒压值的驱动恒压库；N为大于等于2的自然数；
步骤101，当逐个调用驱动恒压值，用于在恒压驱动窗口内与驱动恒压值对应的驱动电压施加于喷油器电磁阀L1上时，
使用控制程序建立电磁阀驱动电流采样值和采样次序的数组；
步骤102，找出电磁阀驱动电流最小采样值及其对应的采样次序；
步骤103，判断电磁阀驱动电流最小采样值对应的采样次序是否在设定范围内，如是，则进行下一步，若否则返回步骤101；
步骤104，计算最先采样次序对应的电流采样值与最小采样值的差值K1和最末采样次序对应的电流采样值与最小采样值的差值K2，并求出差值K1和K2的和，并记为K；
步骤105，判断是否完成驱动恒压库内所有N个驱动恒压值的扫描；若否则返回步骤101，若是则将K值最大的那组驱动恒压值作为驱动恒压最优值。
更进一步地，一个恒压驱动窗口内的电磁阀驱动电流采样次序点在50个以上。
进一步地，控制器中的电流拐点检测逻辑为：在控制器确定驱动恒压最优值，并将可变恒压电路的输出调整设置为最优驱动电压后，在恒压驱动窗口内，进行一次电磁阀驱动电流的采样扫描过程，分析得到电磁阀驱动电流最小采样值，电磁阀驱动电流最小采样值所对应的采样次序即为所求，由电磁阀驱动电流最小采样值对应的采样次序计算得出电磁阀驱动电流拐点时刻。
更优地，控制器中的电流拐点检测逻辑为：在控制器确定驱动恒压最优值，并将可变恒压电路的输出调整设置为最优驱动电压后，在恒压驱动窗口内，进行多次电磁阀驱动电流的采样扫描过程，累加恒压驱动窗口内每个采样次序对应的多个电磁阀驱动电流采样值，并计算平均电流采样值；最小平均电流采样值所对应的采样次序即为所求，由最小平均电流采样值所对应的采样次序计算得出电磁阀驱动电流拐点时刻。
进一步地，所述可变恒压电路包括一个数字电位器R61、一个电阻R62和一个DC-DC降压电路模块；数字电位器R61的控制端连接控制器；数字电位器R61的一端接电源VDD，另一端通过电阻R62接地，数字电位器R61和电阻R62串联的节点用于连接DC-DC降压电路模块的调节端，DC-DC降压电路模块的输出端连接高端恒压开关管Q1的电流流入端。
本发明的优点在于：
1）喷油器电磁阀衔铁吸合时刻可以作为ECU软件在线判断喷油器是否正常工作的一个依据。
2）准确检测到喷油器电磁阀衔铁吸合时刻可以提高ECU软件计算实际喷油时刻的能力。
3）可以基于该检测装置开发喷油器电磁阀衔铁吸合点的检测设备，方便电磁阀的研发和检测。
附图说明
图1为本发明的电原理图。
图2为本发明的信号时序图。
图3为本发明的数据分析的逻辑结构图。
图4为本发明的具有拐点的电磁阀驱动电流采样示意图。
图5为本发明的驱动恒压扫描逻辑的流程图。
图6为本发明的可变恒压电路的原理图。
图7为本发明的电流拐点检测逻辑的流程图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提出的共轨喷油器电磁阀衔铁吸合点检测装置，设置在喷油器电磁阀驱动电路中。
如图1所示，本发明的喷油器电磁阀驱动电路包括：控制器、逻辑模块、可变恒压电路、高端驱动电路、低端驱动电路、低端电流调理电路、高端恒压开关管Q1、高端开关管Q2和Q3、低端开关管Q4、采样电阻R1；开关管Q1～Q4均可采用MOS管。
其中逻辑模块、高端驱动电路、低端驱动电路、低端电流调理电路、高端开关管Q2和Q3、低端开关管Q4、采样电阻R1与传统的喷油器电磁阀驱动电路在硬件结构和连接关系上相同或者相类似，这部分不是本发明的重点，因此不过多叙述其内部的实现。逻辑模块采用CPLD（Complex Programmable Logic Device复杂可编程逻辑器件），可现场调节其内部的逻辑，CPLD内部的逻辑根据外部输入信号和需要输出的逻辑信号而生成，一般在电脑上生成CPLD内部逻辑后烧片至CPLD内。低端电流调理电路的输入端接采样电阻R1，输出端产生电流调制信号（如图1中的峰值电流限制信号S11、一阶电流控制信号S12、二阶电流控制信号S13），CPLD在接收到峰值电流限制信号S11、一阶电流控制信号S12、二阶电流控制信号S13后，会产生高压开放输出信号S2、高端调制输出信号S3、恒压驱动输出信号S4发送给高端驱动电路，用于分别控制高端开关管Q3、Q2和高端恒压开关管Q1；CPLD亦产生低端调制输出信号S6发送给低端驱动电路，用于控制低端开关管Q4；最终形成喷油器电磁阀L1的驱动电流，如图2中的电磁阀驱动电流S1的波形所示。
本发明的重点在于逻辑模块、控制器、可变恒压电路和高端恒压开关管Q1；控制器与逻辑模块连接，控制器通过可变恒压电路连接高端恒压开关管Q1的电流流入端，高端恒压开关管Q1的电流输出端用于连接喷油器电磁阀L1；逻辑模块的硬件与传统硬件一样，但是其多产生了两个信号：恒压驱动输出信号S4和自动AD触发采样脉冲S5。
传统的喷油器电磁阀驱动电路产生的喷油器电磁阀驱动电流包括三个阶段：高压开放阶段T0、一阶电流维持阶段T1和二阶电流维持阶段T3；而本发明则在一阶电流维持阶段T1和二阶电流维持阶段T3间增加了一个恒压驱动维持阶段T2，在T2阶段，施加在喷油器电磁阀L1的电压是恒定的，这样能够在T2阶段捕获一个电磁阀驱动电流S1的拐点，该拐点的时刻就是电磁阀衔铁的吸合时刻；而为了匹配各喷油器电磁阀的个体差异，T2阶段施加于喷油器电磁阀L1的这个恒定电压是可调节的，调节为最容易捕获驱动电流拐点相对应的最优驱动电压。若在检测过程中使用同一种恒压进行驱动，如果喷油器电磁阀参数差异性较大的话，则这种不变的驱动常压会导致生成的电流拐点不明显，从而导致最终的计算结果有偏差。
本发明的主要原理是：CPLD逻辑模块用于根据喷油器电磁阀驱动电路中的低端电流调理模块输出的电流调制信号和控制器发出的驱动使能输入信号S7，生成恒压驱动输出信号S4和自动AD触发采样脉冲S5；恒压驱动输出信号S4用于在恒压驱动维持阶段T2打开高端恒压开关管Q1，使得通过控制器设定和可变恒压电路产生的一个可调节的恒压施加于喷油器电磁阀L1上；控制器内设有驱动恒压扫描逻辑和电流拐点检测逻辑；当自动AD触发采样脉冲S5输入到控制器时，控制器按照设定采样频率，通过喷油器电磁阀驱动电路中的低端电流调理模块对电磁阀驱动电流S1进行采样，并保存采样的驱动电流数据；控制器依据驱动恒压扫描逻辑，并根据保存的驱动电流数据确定驱动恒压最优值，并将可变恒压电路的输出调整设置为最优驱动电压，通过高端恒压开关管Q1施加于喷油器电磁阀L1；控制器依据电流拐点检测逻辑，并根据保存的驱动电流数据，在恒压驱动维持阶段T2分析出电磁阀衔铁的吸合时刻。
控制器采用飞思卡尔公司的MPC5534芯片，使用其功能模块eQADC（enhancedqueue danalog-to-digitalconverter）的脉冲自动触发技术，以及eDMA（增强型直接内存存取）自动转存技术，按照一定的逻辑，自动高频采样电磁阀驱动电流。结合图2，喷油器电磁阀的驱动电流调制一般采用峰值-保持模式，即首先用高压（来自高压源BOOST）快速拉升驱动电流到达设定的峰值，然后用电池电压VCC分2个阶段将电流维持在设定的一阶阈值，二阶阈值。下面将分阶段详细叙述整个喷油器电磁阀驱动电路的工作过程。
喷油器电磁阀驱动电流S1，一共分为四个阶段，分别是高压开放阶段T0、一阶电流维持阶段T1、恒压驱动维持阶段T2、二阶电流维持阶段T3；
高压开放阶段T0：该阶段高压源BOOST的高压迅速注入到喷油器电磁阀L1中，电磁阀驱动电流S1迅速拉升到设定的峰值。此时高端调制输出信号S3为低，恒压驱动输出信号S4为低，低端调制输出信号S6为高，高压开放输出信号S2为高，即图1所示的MOS管Q3，Q4同时打开。
一阶电流维持阶段T1：在该阶段由于电磁阀驱动电流S1下降到一阶维持电流阈值以下，因此高端调制输出信号S3为调制脉宽，高压开放输出信号S2为低，恒压驱动输出信号S4为低，低端调制输出信号S6为高，即图1所示的MOS管Q4打开，Q2不断通断调制一阶维持电流。
恒压驱动维持阶段T2：如图2所示，在该阶段高压开放输出信号S2，高端调制输出信号S3均为低，低端调制输出信号S6为高，恒压驱动输出信号S4为高，即图1所示的MOS管Q4，Q1同时打开，在此阶段由于电磁阀衔铁吸合时导致电磁阀芯电参数发生突变，此时电流也会突变，产生驱动电流拐点，如图2所示。在恒压驱动开始的同时，CPLD将生成自动AD触发采样脉冲S5，该触发脉冲输入到控制器MPC5534，每个上升沿触发一次AD（模数）采样，并将该数据转存到指定的内存地址。一般自动AD触发采样脉冲的频率达到500K以上，这样在每个恒压驱动窗口（即恒压驱动维持阶段T2)内可采得一组电流数据，该组数据是驱动恒压扫描逻辑和电流拐点检测逻辑的数据分析来源。
二阶电流维持阶段T3：如图2所示，在该阶段由于驱动电流下降到二阶维持电流阈值以下，因此高端调制输出信号S3为调制脉宽，高压开放输出信号S2为低，恒压驱动输出信号S4为低，低端调制输出信号S6为高，即图1所示的MOS管Q4打开，Q2不断通断调制二阶维持电流。
图3是共轨喷油器电磁阀衔铁吸合点检测装置数据分析的逻辑结构图，该图描述了检测装置的硬件，软件工作流程。不同型号喷油器电磁阀的恒压驱动库可通过实验来确定，实际应用时可根据需要确定该驱动恒压库包括几个恒压值，即N的个数。按照图3所示可知在数据分析时，需要先做N次的循环，每个循环根据驱动恒压扫描逻辑分析驱动恒压库中的每个驱动恒压值是否能使喷油器电磁阀的驱动电流产生明显电流拐点。N次循环结束后，确定驱动恒压最优值。驱动恒压最优值确定后，依据驱动恒压扫描逻辑输出最终的结果。在本例中，一个恒压驱动窗口内的驱动电流采样点个数为100个,为了保证获得的驱动电流拐点对应时刻的精度，一个恒压驱动窗口内的电磁阀驱动电流采样点个数最好在50个以上，也就是说采样次序点在50个以上。
驱动恒压扫描逻辑的流程图如图5所示，该逻辑的核心就是为每种型号的喷油器电磁阀匹配一个驱动恒压库，通过一定的算法为待测喷油器电磁阀确定一个驱动恒压最优值，确保喷油器电磁阀驱动电路能生成明显电流拐点。
如图4所示，t1点是恒压驱动窗口内最先采样次序点，tM是最末次序采样点，tT是驱动电流拐点，K1是最先采样次序点和驱动电流拐点的电流采样信号差值（由于有采样电阻，图4中纵坐标是电压值，采样后的电压值代表了采样电流值），K2是最末次序采样点和驱动电流拐点的电流采样信号差值（由于有采样电阻，图4中纵坐标是电压值），通过判断2个差值之和（K1＋K２）可判断出最优驱动恒压。
驱动恒压扫描逻辑的具体判断过程如图5所示，如下所述：
步骤100，设立内含N个驱动恒压值的驱动恒压库；N为大于等于2的自然数；
步骤101，当逐个调用驱动恒压值，用于在恒压驱动窗口内与驱动恒压值对应的驱动电压施加于喷油器电磁阀L1上时，
使用控制程序建立电磁阀驱动电流采样值和采样次序的数组；
步骤102，找出电磁阀驱动电流最小采样值及其对应的采样次序；
步骤103，判断电磁阀驱动电流最小采样值对应的采样次序是否在设定范围内，如是，则进行下一步，若否则返回步骤101；此步骤103是为了更好的判定最小采样值对应的采样次序是否在一个预设的范围内，由于本例中恒压驱动窗口内存在100个采样次序，那么假如驱动电流最小采样值对应的采样次序位于中间的80个采样次数中，则认为是符合正常的现象；
步骤104，计算最先采样次序对应的电流采样值与最小采样值的差值K1和最末采样次序对应的电流采样值与最小采样值的差值K2，并求出差值K1和K2的和，并记为K；
步骤105，判断是否完成驱动恒压库内所有N个驱动恒压值的扫描；若否则返回步骤101，若是则将K值最大的那组驱动恒压值作为驱动恒压最优值。
控制器在扫描驱动恒压库得到驱动恒压最优值后，通过可变恒压电路调节产生一个最优驱动电压施加于喷油器电磁阀L1上，驱动电流拐点将最明显，这样使得控制器能够在恒压驱动窗口内准确检测驱动电流拐点。
可变恒压电路如图6所示，本例采用一个数字电位器R61、一个电阻R62和一个DC-DC降压电路模块来产生一个可调节的电压；数字电位器R61的控制端通过I2C接口连接控制器MPC5534。数字电位器R61的一端接电源VDD，另一端通过电阻R62接地，数字电位器R61和电阻R62串联的节点用于连接DC-DC降压电路模块的调节端，DC-DC降压电路模块的输出端连接高端恒压开关管Q1的电流流入端（即Q1的漏极）。现有技术中其它的数控可调电压电路，也可作为本发明中的可变恒压电路使用。
一个简单的电流拐点检测逻辑为：在控制器确定驱动恒压最优值，并将可变恒压电路的输出调整设置为最优驱动电压后，在恒压驱动窗口内，进行一次电磁阀驱动电流的采样扫描过程，分析得到电磁阀驱动电流最小采样值，电磁阀驱动电流最小采样值所对应的采样次序即为所求，由电磁阀驱动电流最小采样值对应的采样次序计算得出电磁阀驱动电流拐点时刻；
但是因为电流采样电路不可避免的会受到开关电路的影响，会导致采样数据产生扰动。因此可采用改进的电流拐点检测逻辑，通过分析每个采样次序近Ｃ次的采样平均值来修正因为采样数据产生扰动而产生的误差，从而提高结果的准确性。具体做法为：
在控制器确定驱动恒压最优值，并将可变恒压电路的输出调整设置为最优驱动电压后，在恒压驱动窗口内，进行多次（比如C次）电磁阀驱动电流的采样扫描过程，累加恒压驱动窗口内每个采样次序对应的多个电磁阀驱动电流采样值，并计算平均电流采样值；最小平均电流采样值所对应的采样次序即为所求，由最小平均电流采样值所对应的采样次序计算得出电磁阀驱动电流拐点时刻。
改进的电流拐点检测逻辑的程序过程如图7所示。电磁阀驱动电流时刻就是电磁阀衔铁的吸合时刻。
本实施例中的控制器可以是发动机电控ECU之外一个额外的芯片，也可以同时兼做电控ECU。
Claims (6)
1.一种共轨喷油器电磁阀衔铁吸合点检测装置，其特征在于，包括：
在喷油器电磁阀驱动电路中，包括逻辑模块、控制器、可变恒压电路和高端恒压开关管Q1；控制器与逻辑模块连接，控制器通过可变恒压电路连接高端恒压开关管Q1的电流流入端，高端恒压开关管Q1的电流输出端用于连接喷油器电磁阀L1；
所述逻辑模块用于根据喷油器电磁阀驱动电路中的低端电流调理模块输出的电流调制信号和控制器发出的驱动使能输入信号S7，生成恒压驱动输出信号S4和自动AD触发采样脉冲S5；
恒压驱动输出信号S4用于在恒压驱动维持阶段T2打开高端恒压开关管Q1，使得通过控制器设定和可变恒压电路产生的一个可调节的恒压施加于喷油器电磁阀L1上；
控制器内设有驱动恒压扫描逻辑和电流拐点检测逻辑；当自动AD触发采样脉冲S5输入到控制器时，控制器按照设定采样频率，通过喷油器电磁阀驱动电路中的低端电流调理模块对电磁阀驱动电流S1进行采样，并保存采样的驱动电流数据；
控制器依据驱动恒压扫描逻辑，并根据保存的驱动电流数据确定驱动恒压最优值，并将可变恒压电路的输出调整设置为最优驱动电压，通过高端恒压开关管Q1施加于喷油器电磁阀L1；
控制器依据电流拐点检测逻辑，并根据保存的驱动电流数据，在恒压驱动维持阶段T2分析出电磁阀衔铁的吸合时刻。
2.如权利要求1所述的共轨喷油器电磁阀衔铁吸合点检测装置，其特征在于：控制器中的驱动恒压扫描逻辑为：
步骤100，设立内含N个驱动恒压值的驱动恒压库；N为大于等于2的自然数；
步骤101，当逐个调用驱动恒压值，用于在恒压驱动窗口内与驱动恒压值对应的驱动电压施加于喷油器电磁阀L1上时，
使用控制程序建立电磁阀驱动电流采样值和采样次序的数组；
步骤102，找出电磁阀驱动电流最小采样值及其对应的采样次序；
步骤103，判断电磁阀驱动电流最小采样值对应的采样次序是否在设定范围内，如是，则进行下一步，若否则返回步骤101；
步骤104，计算最先采样次序对应的电流采样值与最小采样值的差值K1和最末采样次序对应的电流采样值与最小采样值的差值K2，并求出差值K1和K2的和，并记为K；
步骤105，判断是否完成驱动恒压库内所有N个驱动恒压值的扫描；若否则返回步骤101，若是则将K值最大的那组驱动恒压值作为驱动恒压最优值。
3.如权利要求2所述的共轨喷油器电磁阀衔铁吸合点检测装置，其特征在于：
一个恒压驱动窗口内的电磁阀驱动电流采样次序点在50个以上。
4.如权利要求1所述的共轨喷油器电磁阀衔铁吸合点检测装置，其特征在于：
控制器中的电流拐点检测逻辑为：在控制器确定驱动恒压最优值，并将可变恒压电路的输出调整设置为最优驱动电压后，在恒压驱动窗口内，进行一次电磁阀驱动电流的采样扫描过程，分析得到电磁阀驱动电流最小采样值，电磁阀驱动电流最小采样值所对应的采样次序即为所求，由电磁阀驱动电流最小采样值对应的采样次序计算得出电磁阀驱动电流拐点时刻。
5.如权利要求1所述的共轨喷油器电磁阀衔铁吸合点检测装置，其特征在于：
控制器中的电流拐点检测逻辑为：在控制器确定驱动恒压最优值，并将可变恒压电路的输出调整设置为最优驱动电压后，在恒压驱动窗口内，进行多次电磁阀驱动电流的采样扫描过程，累加恒压驱动窗口内每个采样次序对应的多个电磁阀驱动电流采样值，并计算平均电流采样值；最小平均电流采样值所对应的采样次序即为所求，由最小平均电流采样值所对应的采样次序计算得出电磁阀驱动电流拐点时刻。
6.如权利要求1所述的共轨喷油器电磁阀衔铁吸合点检测装置，其特征在于：
所述可变恒压电路包括一个数字电位器R61、一个电阻R62和一个DC-DC降压电路模块；数字电位器R61的控制端连接控制器；数字电位器R61的一端接电源VDD，另一端通过电阻R62接地，数字电位器R61和电阻R62串联的节点用于连接DC-DC降压电路模块的调节端，DC-DC降压电路模块的输出端连接高端恒压开关管Q1的电流流入端。
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2016
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