CN106837564A - Cvvl控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CVVL控制系统，包括：MCU作为CVVL控制系统的控制核心与电源模块、EEPROM模块、BLDC电机驱动模块、H桥驱动模块、CAN通信模块、紧急通信模块、模拟信号输入模块和频率信号输入模块；本发明的CVVL控制系统可以实现0～9mm升程连续调节，具有驱动极输出对电源对地短路、相间短路、开路、逻辑故障、过温等诊断功能，能显著降低油耗，提高动力性能。

Description

CVVL控制系统
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别涉及一种用于汽车发动机气门的CVVL(可变气门升程)控制器控制系统。
背景技术
节气门是用来控制空气进入引擎的一道可控阀门，进入进气管后和汽油混合(不同款式的车，设计混合部位不同)，成为可燃混合气体，参与燃烧做功，是当今电喷车发动机系统最重要的部件，它的上部是空气滤清器，下部是发动机缸体。
汽油机节气门节流导致的泵气损失是其部分负荷下燃油经济性显著差于柴油机的主要因素之一。连续可变气门升程(CVVL)技术通过控制进气门升程起到与节气门相同的调节缸内充量的作用，与节气门配合使用能显著减少泵气损失，是汽油机节油技术的重要研究方向。此外，连续可变气门升程技术还能使发动机在全转速范围内调高缸内最大充量，扩展最大扭矩、优化外特性曲线，从而获得更加的动力性。但现有发动机气门升程控制技术还存在许多缺陷，节油效果并不明显。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能实现0～9mm升程连续调节，具有驱动极输出对电源对地短路、相间短路、开路、逻辑故障、过温等诊断功能的CVVL控制系统。
为解决上述技术问题，本发明的CVVL控制系统，包括：MCU作为CVVL控制系统的控制核心与电源模块、EEPROM模块、BLDC电机驱动模块、H桥驱动模块、CAN通信模块、紧急通信模块、模拟信号输入模块和频率信号输入模块；
电源模块为两路，一路用于GPAC电源和H桥电源，另一路用于BLDC电机驱动电源；GPAC电源是电源模块的主电源芯片供电；CVVL控制系统的供电方式为非永久供电方式。即：采用ECU系统的主继电器电源UBR，对CVVL控制系统进行供电。其中，H桥驱动模块、small BLDC驱动模块及能够产生5V及3.3V电压的主电源芯片供电，均来源于UBR；UBD通过外部继电器，向JE-BLDC驱动模块供电；
其中，UBD:Battery Voltage Direct(KL30)
UBR:Battery Voltage after Main Relay(KL87)
EEPROM模块通过SPI与MCU相连，用于存储试验测试数据；
BLDC电机驱动模块，用于驱动BLDC电机的运转，能实现连续可变节气门升程调节；
H桥驱动模块用于驱动直流电机；
CAN通信模块包括两路高速CAN收发器，一路用于与上位机之间的信息交互，另一路用于CCP标定；
紧急通信模块用于CAN故障时，CVVL控制系统与上位机的紧急通信，上报故障；
模拟信号模块输出电机角度传感器的角度和位置信号；
频率信号模块输出电机的相位信号。
采用ECU系统的主继电器电源UBR，对CVVL控制系统的电源模块供电。
其中，BLDC电机驱动模块的控制芯片至少包括以下功能：
A、适用于N通道MOSFET的90A大电流三相门极驱动器；
B、同步整流；
C、高低边MOSFET交叉导通保护；
D、适用于100％驱动PWM占空比的电荷泵；；
E、宽电压工作范围：5.5～50V；
F、全面输出诊断；
G、提供+5V霍尔传感器电源；
H、低电流休眠模式；
I、支持硬件换相。
其中，H桥驱动模块至少包括以下功能：双H桥驱动、电压工作范围为4.5V～28V、全面输出诊断和SPI通信总线。
本发明的CVVL控制系统能实现0～9mm升程连续调节，并可实现驱动极输出对电源对地短路、相间短路、开路、逻辑故障、过温等诊断功能，能显著降低油耗，提高动力性能，本发明在发动机台架测试上证明可明显节油15％。
本发明CVVL控制系统应用架构如图1所示，举例说明本发明工作工况，CVVL电机控制器(本发明CVVL控制系统增加一外壳构成)上电后输出90A持续时间20ms后，输出20A持续的有效电流驱动电机运转，进而配合蜗轮等CVVL机械执行机构，实现进气门升程控制、。电机控制器通过CAN总线接收ECU根据发动机控制需求发送的目标位置命令，驱动BLDC电机，同时检测电机位置和偏心轴角度位置，从而实现气门0～9mm升程连续调节。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明原理示意图一。
图2是本发明原理示意图二。
图3是本发明的供电原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的CVVL控制系统一实施例，包括：MCU作为CVVL控制系统的控制核心与电源模块、EEPROM模块、BLDC电机驱动模块、H桥驱动模块、CAN通信模块、紧急通信模块、模拟信号输入模块和频率信号输入模块；本实施例中，MCU是ST的144PIN的SPC563M64L5COAY；建议MCU性能参数为：FLASH:1536KB；RAM:94KB；DMA:32channels；EMIOS:16channels；EQADC:32channels；ETPU:32channels；SPI(可配置成MSC):2channels；CAN:2channels及以上。
如图2所示，电源模块为两路，一路用于GPAC电源和H桥电源，另一路用于BLDC电机驱动电源；GPAC电源是电源模块的主电源芯片供电；CVVL控制系统的供电方式为非永久供电方式。即：采用ECU系统的主继电器电源UBR，对CVVL控制系统进行供电。其中，H桥驱动模块、small BLDC驱动模块及MCU的供电，均来源于UBR；UBD通过外部继电器，向JE-BLDC驱动模块供电；
EEPROM模块通过SPI与MCU相连，用于存储试验测试数据，本实施例采用ST的M95640；
BLDC电机驱动模块，用于驱动BLDC电机的运转，能实现连续可变节气门升程调节；本实施例BLDC电机驱动模块其控制芯片为Allegro公司推出的A3930K适用于三相无刷直流电动机(BLDC)的预驱动芯片，其集成了以下主要功能：
A、适用于N通道MOSFET的90A大电流三相门极驱动器；
B、同步整流；
C、高低边MOSFET交叉导通保护；
D、适用于100％驱动PWM占空比的电荷泵；；
E、宽电压工作范围：5.5～50V；
F、全面输出诊断；
G、提供+5V霍尔传感器电源；
H、低电流休眠模式；
I、支持硬件换相。
H桥驱动模块用于驱动直流电机，例如；本实施例H桥驱动模块控制芯片为ST公司推出L9960S，包括以下功能：双H桥驱动、电压工作范围为4.5V～28V、全面输出诊断和SPI通信总线。
CAN通信模块包括两路高速CAN收发器，一路用于与上位机之间的信息交互，另一路用于CCP标定；本实施例CAN通信模块为TJA1042T。
紧急通信模块用于CAN故障时，CVVL控制系统与上位机的紧急通信，上报故障；
模拟信号模块输出电机角度传感器的角度和位置信号；
频率信号模块输出电机的相位信号H1、H2、H3。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种CVVL控制系统，其特征是，包括：与MCU连接的电源模块、EEPROM模块、BLDC电机驱动模块、H桥驱动模块、CAN通信模块、紧急通信模块、模拟信号输入模块和频率信号输入模块；
电源模块为两路，一路用于GPAC电源和H桥电源，另一路用于BLDC电机驱动电源；GPAC电源是为电源模块的主电源芯片供电；
EEPROM模块通过SPI与MCU相连，用于存储试验测试数据；
BLDC电机驱动模块，用于驱动BLDC电机的运转，能实现连续可变气门升程调节；
H桥驱动模块用于驱动直流电机；
CAN通信模块包括两路高速CAN收发器，一路用于与上位机之间的信息交互，另一路用于CCP标定；
紧急通信模块用于CAN故障时，CVVL控制系统与上位机的紧急通信，上报故障；
模拟信号模块输出电机角度传感器的角度和位置信号；
频率信号模块输出电机的相位信号。
2.如权利要求1所述的CVVL控制系统，其特征是：采用ECU系统的主继电器电源UBR，对CVVL控制系统的电源模块供电。
3.如权利要求1所述的CVVL控制系统，其特征是：BLDC电机驱动模块的控制芯片至少包括以下功能：
A、适用于N通道MOSFET的90A大电流三相门极驱动器；
B、同步整流；
C、高低边MOSFET交叉导通保护；
D、适用于100％驱动PWM占空比的电荷泵；
E、宽电压工作范围：5.5～50V；
F、全面输出诊断；
G、提供+5V霍尔传感器电源；
H、低电流休眠模式；
I、支持硬件换相。
4.如权利要求1所述的CVVL控制系统，其特征是：H桥驱动模块至少包括以下功能：双H桥驱动、电压工作范围为4.5V～28V、全面输出诊断和SPI通信总线。
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