CN106677946B - 能检测喷油器电磁阀衔铁吸合点的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能检测喷油器电磁阀衔铁吸合点的装置，包括一个喷油器电磁阀驱动电路，所述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、高端恒压开关管Q1，电流拐点触发电路；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；电流拐点触发电路包括一个DA转换电路和一个比较器U1A；控制器的一个输出端连接DA转换电路的输入端，DA转换电路的输出端接比较器U1A的同相输入端；电磁阀驱动电流S1采样信号接比较器U1A的反相输入端；比较器U1A的输出端接逻辑模块。本发明检测精准，且检测效率更高。

Description

能检测喷油器电磁阀衔铁吸合点的装置

技术领域

本发明涉及柴油机电控系统的喷油器电磁阀，尤其是一种检测喷油器电磁阀衔铁吸合点的装置。

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）通过专用仪器来测量电磁阀衔铁的吸合时刻，使用这种办法需要在喷油器上做特殊的打孔处理；

2）通过加速度传感仪，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；

上述第一种检测方案需要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，而且还需要对喷油器进行特殊处理，需要借助示波器读取数据，大规模使用时效率较低。

第二种检测方案使用加速度传感仪来测量喷油器电磁阀衔铁吸合点，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，提供一种能检测喷油器电磁阀衔铁吸合点的装置，可以在喷油器电磁阀衔铁吸合的时刻驱动电流产生拐点，通过分析该驱动电流拐点,精确得到电磁阀衔铁的吸合时刻。本发明采用的技术方案是：

一种能检测喷油器电磁阀衔铁吸合点的装置，包括一个喷油器电磁阀驱动电路，所述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、高端恒压开关管Q1，电流拐点触发电路；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信号S7，生成恒压驱动输出信号S4；恒压驱动输出信号S4用于在恒压驱动维持阶段T2即采样窗口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；恒压驱动维持阶段T2位于驱动喷油器电磁阀的一阶电流维持阶段T1和二阶电流维持阶段T3之间；

控制器通过低端电路调理电路对流经喷油器电磁阀L1的电磁阀驱动电流S1进行采样，并保存采样的驱动电流数据；

控制器内设有驱动恒压扫描逻辑，在恒压驱动维持阶段T2，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多次扫描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；

控制器对电流拐点触发电路设置一个电压阈值，在恒压驱动维持阶段T2，电流拐点触发电路通过对电磁阀驱动电流S1采样信号和设定电压阈值的比较，产生包含电流拐点时刻的电流拐点触发脉冲S5并传输给逻辑模块；逻辑模块根据控制器发出的驱动使能信号S7和电流拐点触发脉冲S5产生电流拐点跳变信号S8并传给控制器；控制器根据电流拐点跳变信号S8的脉宽和电流拐点触发脉冲S5计算出电磁阀驱动电流拐点生成时刻即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。

具体地，电流拐点触发电路包括一个DA转换电路和一个比较器U1A；控制器的一个输出端连接DA转换电路的输入端，DA转换电路的输出端接比较器U1A的同相输入端；电磁阀驱动电流S1采样信号接比较器U1A的反相输入端；比较器U1A的输出端接逻辑模块；

控制器发送控制命令，设置DA转换电路输出的电压阈值，比较器U1A通过该电压阈值和采样窗口内的电磁阀驱动电流S1采样信号的比较生成一电流拐点触发脉冲S5；逻辑模块根据控制器发出的驱动使能信号S7和电流拐点触发脉冲S5产生电流拐点跳变信号S8并传给控制器；控制器根据电流拐点跳变信号S8的脉宽和电流拐点触发脉冲S5的脉宽一半，相加计算出电磁阀驱动电流拐点生成时刻。

更优地，控制器设置的DA转换电路输出的电压阈值逐步减小，使得电流拐点触发脉冲S5脉宽逐步减小至小于设定脉宽阈值后，才计算电磁阀驱动电流拐点生成时刻。

本发明的有益效果在于：

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）可精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）可以基于该技术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为本发明的电流拐点触发脉冲生成示意图。

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。

本发明提出的能检测喷油器电磁阀衔铁吸合点的装置，如图1所示，包括一个喷油器电磁阀驱动电路，所述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、高端恒压开关管Q1，高端开关管Q2和Q3，低端开关管Q4，电流拐点触发电路，高端驱动电路、低端驱动电路、低端电流调理电路；采样电阻R1，喷油器电磁阀L1；其中电流拐点触发电路包括DA转换电路和比较器U1A；

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。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。

控制器可采用具有高速时间处理单元、高速AD采样单元以及DMA（Direct MemoryAccess）单元的MCU。使用其AD采样模块的脉冲自动触发采样技术，以及DMA自动转存技术，按照一定的逻辑，自动高频采样驱动电流；飞思卡尔,英飞凌等公司都有类似的芯片可以使用。

高端恒压开关管Q1，高端开关管Q2和Q3，低端开关管Q4，均采用NMOS管。NMOS管Q1、Q2、Q3、Q4的电流流入端为漏极，电流输出端为源极。

可变恒压电路的实现并非困难，比如可采用一个数字电位器与一个普通电阻串联后接在电源和地之间；数字电位器的受控端连接控制器，则数字电位器与其连接的普通电阻的中间节点的电压即可实现可变调节。该可变电压后可再接一级DC/DC电压转换模块即可具有一定的电流输出能力。

本发明的重点在于逻辑模块、控制器、可变恒压电路、高端恒压开关管Q1、以及电流拐点触发电路；电流拐点触发电路包括一个DA（数字模拟转换）转换电路和一个比较器U1A；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；控制器的一个输出端连接DA转换电路的输入端，DA转换电路的输出端接比较器U1A的同相输入端；电磁阀驱动电流S1采样信号接比较器U1A的反相输入端；比较器U1A的输出端接逻辑模块CPLD；

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，该驱动电流拐点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。

喷油器电流调制一般采用PEAK-HOLD模式，即首先用高压快速拉升喷油器的电流到达设定的峰值，然后用电池电压分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电路的工作过程。喷油器电磁阀驱动电流S1的调制，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（即本文中的采样窗口和恒压驱动窗口）、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将生成一个自动AD触发采样脉冲（该脉冲图1上未画出）发送给控制器，该触发脉冲输入到控制器，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是本发明检测装置数据分析的逻辑结构图。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，t_M是最末次序采样点，t_T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。

控制器内设有电流拐点检测逻辑，电流拐点检测逻辑依据电流拐点触发电路生成的窄脉宽精确得到产生电流拐点的时刻。

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，电流拐点触发电路生成的电流拐点触发脉冲S5原理如图６所示，控制器发送控制命令，设置DA转换电路输出的电压阈值，在采样窗口（即T2阶段，恒压驱动窗口）内，比较器U1A通过该电压阈值和采样窗口内的电磁阀驱动电流S1采样信号的比较生成一电流拐点触发脉冲S5；逻辑模块根据控制器发出的驱动使能信号S7和电流拐点触发脉冲S5产生电流拐点跳变信号S8并传给控制器；该电流拐点触发脉冲S5包含了电磁阀驱动电流拐点时刻；如果DA转换电路输出的电压阈值逐渐较小，则生成的电流拐点触发脉冲S5的脉宽将逐渐减小。图6显示了DA转换电路输出的4个电压阈值时，生成触发脉冲的变化情况，由于这4个电压阈值是逐渐变小的所以生成的触发脉冲的脉宽也是逐渐变小的，由于触发脉冲S5包含了电流拐点时刻，如果触发脉冲S5的脉宽缩小至1μs则电流拐点的测量精度就可控制在1μs之内。

根据上述的原理可总结出以下的电流拐点检测逻辑，如图7所示：首先设置累加次数，根据累加次数，设置DA转换电路输出的电压阈值，并逐步减小该电压阈值；检测电流拐点触发脉冲S5的脉宽，当S5的脉宽小于设定的1μs后，由算式T+△t/2可精确计算出驱动电流拐点生成时刻；其中T为电流拐点跳变信号S8的脉宽，△t为电流拐点触发脉冲S5的脉宽；

由图2可以看出，由CPLD根据驱动使能信号S7和电流拐点触发脉冲S5信号生成电流拐点跳变信号S8。该信号S8结束时，电流拐点触发脉冲S5开始，因此该信号S8的脉宽T反应了电流拐点触发脉冲S5的起始时刻。又因为电流拐点触发脉冲S5又包含了电流拐点生成时刻，该时刻可认为在电流拐点触发脉冲S5的二分之一脉宽处，因此用算式T+△t/2可精确计算出电流拐点生成时刻。

Claims (4)

1.一种能检测喷油器电磁阀衔铁吸合点的装置，其特征在于，包括一个喷油器电磁阀驱动电路，所述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、高端恒压开关管Q1，电流拐点触发电路；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信号S7，生成恒压驱动输出信号S4；恒压驱动输出信号S4用于在恒压驱动维持阶段T2即采样窗口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；恒压驱动维持阶段T2位于驱动喷油器电磁阀的一阶电流维持阶段T1和二阶电流维持阶段T3之间；

控制器通过低端电路调理电路对流经喷油器电磁阀L1的电磁阀驱动电流S1进行采样，并保存采样的驱动电流数据；

控制器内设有驱动恒压扫描逻辑，在恒压驱动维持阶段T2，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多次扫描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；

控制器对电流拐点触发电路设置一个电压阈值，在恒压驱动维持阶段T2，电流拐点触发电路通过对电磁阀驱动电流S1采样信号和设定电压阈值的比较，产生包含电流拐点时刻的电流拐点触发脉冲S5并传输给逻辑模块；逻辑模块根据控制器发出的驱动使能信号S7和电流拐点触发脉冲S5产生电流拐点跳变信号S8并传给控制器；控制器根据电流拐点跳变信号S8的脉宽和电流拐点触发脉冲S5计算出电磁阀驱动电流拐点生成时刻即电磁阀衔铁的吸合时刻。

2.如权利要求1所述的能检测喷油器电磁阀衔铁吸合点的装置，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1所述的能检测喷油器电磁阀衔铁吸合点的装置，其特征在于：

电流拐点触发电路包括一个DA转换电路和一个比较器U1A；控制器的一个输出端连接DA转换电路的输入端，DA转换电路的输出端接比较器U1A的同相输入端；电磁阀驱动电流S1采样信号接比较器U1A的反相输入端；比较器U1A的输出端接逻辑模块；

控制器发送控制命令，设置DA转换电路输出的电压阈值，比较器U1A通过该电压阈值和采样窗口内的电磁阀驱动电流S1采样信号的比较生成一电流拐点触发脉冲S5；逻辑模块根据控制器发出的驱动使能信号S7和电流拐点触发脉冲S5产生电流拐点跳变信号S8并传给控制器；控制器根据电流拐点跳变信号S8的脉宽和电流拐点触发脉冲S5的脉宽一半，相加计算出电磁阀驱动电流拐点生成时刻。

4.如权利要求3所述的能检测喷油器电磁阀衔铁吸合点的装置，其特征在于：

控制器设置的DA转换电路输出的电压阈值逐步减小，使得电流拐点触发脉冲S5脉宽逐步减小至小于设定脉宽阈值后，才计算电磁阀驱动电流拐点生成时刻。