CN108533414B - 一种基于流量阀电流的轨压控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种基于流量阀电流的轨压控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于流量阀电流的轨压控制方法和控制系统，包括如下步骤：计算基本目标轨压目标轨压修正；共轨压差计算与判断；流量阀目标驱动电流计算；占空比计算；流量阀开度控制；当第i次控制的共轨压差devi<PS时，第i次控制的目标PWM波占空比Duty2i＝Duty2i‑1，输出PWM波信号到流量阀驱动硬件中，控制流量阀开度，调节由高压油泵计量单元进入共轨管中的燃油量；当i<N时，i＝i+1，循环执行S1至S6步骤；当i＝N时或ECU接收到停止命令。本发明可以提高通电电流的采样精度，启动阶段通过高电压驱动，并结合微分电路抑制感生电动势的产生，以一定开度使得流量阀的电流在较短时间内到达预定值，缩短电流响应时间，同时对于电磁线圈内阻温度补偿，减少内阻变化引起的干扰。

Description

一种基于流量阀电流的轨压控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及内燃机控制领域或者发动机控制领域，特别涉及一种基于流量阀电流的轨压控制系统及其控制方法。
背景技术
随着环境问题的日益突出，各国政府均加严了汽车尾气的相关排放法规，高压共轨系统因其具有较高喷射压力，以及喷油压力柔性可调的特点，可有效降低发动机的排放，在发动机领域得到了越来越广泛的应用。
轨压是高压共轨系统的重要特征参数，轨压的变化对于高压共轨系统的性能有着重要的影响。轨压的调节一般都是通过改变高压油泵中的流量阀的开度而进行控制。传统的控制方式是采用安装轨压传感器，实时检测轨压值，并将轨压值传递给ECU，与计算得到的目标轨压值进行比较得到轨压差值并进行轨压闭环控制。该方式的不足之处在于，由于控制的对象是高压油泵单元的流量阀，流过流量阀电磁线圈中的通电电流会发生电磁感应效应，并且采样电阻的阻值会随环境温度变化而变化，采样计算得到的电流值会与实际电流值产生偏差，从而导致轨压控制系统的精度和响应速率降低。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于流量阀电流的轨压控制系统及其控制方法，通过霍尔电流传感器精确检测流量阀电磁线圈通电电流值，提高通电电流的采样精度。启动阶段通过高电压驱动，并结合微分电路抑制感生电动势的产生，以一定开度使得流量阀的电流在较短时间内到达预定值，缩短电流响应时间，同时针对电磁线圈内阻值随温度变化的特性，设计对于电磁线圈内阻温度补偿方法，减少内阻变化引起的干扰，最终实现对轨压的稳定调节。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种基于流量阀电流的轨压控制方法，包括如下步骤：
S01：计算基本目标轨压一种基于流量阀电流的轨压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：计算基本目标轨压将曲轴位置传感器检测的发动机转速ni和当前工况下的循环喷油量Qi输入到目标轨压计算模块，目标轨压计算模块通过查询目标轨压MAP表得到第i次控制的基本目标轨压
其中，i为PWM波占空比的控制次数，1≤i≤N，N为总控制次数；控制周期T为第i次PWM波信号与第(i+1)次PWM波信号的时间间隔，T为常数；
S02：目标轨压修正；将大气压力传感器检测的环境压力Air_Pi输入到目标轨压计算模块，目标轨压计算模块通过查询大气压力因子MAP表，得出大气压力影响因子a，并对第i次控制的基本目标轨压进行修正，输出第i次控制的目标轨压具体如下：
S03：共轨压差计算与判断：将第i次控制的目标轨压和通过轨压传感器采集的第i次控制的实际轨压值Pi输入共枕压差计算模块，通过共枕压差计算模块计算得到第i次控制的共轨压差devi，具体为：
当第i次控制的共轨压差devi≥PS，跳转S04；
当第i次控制的共轨压差devi<PS，跳转S07；
其中，PS为设定值；
S04：流量阀目标驱动电流计算：将第i次控制的共轨压差devi作为驱动电流计算模块的输入，驱动电流计算模块的输出为第i次控制的目标驱动电流
S05：占空比计算：将第i次控制内霍尔电流传感器检测的电流值Ii和第i次控制的目标驱动电流输入占空比计算模块，通过查询标定的电磁线圈通电电流与电磁线圈内阻之间的对应关系，通过占空比计算模块计算第i次控制的目标PWM波占空比Duty2i；
S06：流量阀开度控制：占空比计算模块根据计算出的第i次控制的目标PWM波占空比Duty2i，输出PWM波信号到流量阀驱动硬件中，控制流量阀开度，调节由高压油泵计量单元进入共轨管中的燃油量，跳转S08；
S07：当第i次控制的共轨压差devi<PS时，第i次控制的目标PWM波占空比Duty2i＝Duty2i-1，输出PWM波信号到流量阀驱动硬件中，控制流量阀开度，调节由高压油泵计量单元进入共轨管中的燃油量，跳转S08；
S08：当i<N时，i＝i+1，循环执行S1至S6步骤；当i＝N时或ECU接收到停止命令，结束。
进一步，所述S04步骤中通过驱动电流计算模块输出目标驱动电流具体为：驱动电流计算模块根据第i次控制的共轨压差devi计算得出第i次控制的共轨管需求流量Dvoli，具体计算公式如下：
其中：
Dvoli表示第i次控制的共轨管需求流量；
表示第i次控制的比例系数；
表示第i次控制的积分系数；
表示第i次控制的微分系数；
和分别根据转速ni和轨压差值devi组成的系数查询表得到；
devi表示第i次控制的轨压差值；
devi-1表示第i-1次控制的轨压差值；
devi-2表示第i-2次控制的轨压差值；当i＝1时，devi-1和devi-2的值设为0；当i＝2时，devi-2的值设为0；
将计算得出的第i次控制的共轨管需求流量Dvoli，通过查询目标电流MAP，得到第i次控制的目标驱动电
进一步，所述S05步骤中通过占空比计算模块计算第i次控制的目标PWM波占空比Duty2i具体为：根据以下换算关系计算：
故占空比为：
通过(4)和(5)可得：
其中：
U:电磁阀线圈的供电电压；
Ii:第i次控制内霍尔电流传感器检测的电流值；
第i次控制的目标电流值；
Ui:第i次控制的电磁阀线圈两端电压；
第i次控制的电磁线圈内阻值；
RL0：常温下的电磁线圈内阻值；
第i次控制的其他元件电阻值；
RC0：常温下的其他元件电阻值；
Duty1i:第i次控制的实际PWM波占空比；
Duty2i:第i次控制的目标PWM波占空比。
进一步，所述共轨压差计算与判断过程中的PS为2-5MPa。
进一步，包括电子控制单元ECU，电源、MOS管、二极管、电容、流量阀和霍尔电流传感器；所述MOS管的漏极与电源连接，所述MOS管的源极与流量阀连接，所述流量阀与霍尔电流传感器连接，用于检测流量阀的通电电流；所述电源与电子控制单元ECU连接，所述二极管与流量阀并联；所述电容与所述MOS管和流量阀并联，且所述电容一端与MOS管的漏极连接；所述电子控制单元ECU包括目标轨压计算模块、共枕压差计算模块、驱动电流计算模块和占空比计算模块；所述目标轨压计算模块根据发动机转速、循环喷油量和环境压力输出目标轨压；所述共枕压差计算模块根据目标轨压和实际轨压输出共轨压差；所述驱动电流计算模块根据共轨压差输出目标驱动电流；所述占空比计算模块根据目标驱动电流和实际电流值输出目标PWM波占空比；所述霍尔电流传感器与所述占空比计算模块连接，用于将检测的电流值输入占空比计算模块；所述MOS管的栅极与所述占空比计算模块连接，通过占空比计算模块向MOS管的栅极输出PWM波信号。
进一步，所述二极管为肖特基二极管。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的基于流量阀电流的轨压控制方法，为了实现轨压的精确闭环控制，主要控制对象为共轨系统中的流量阀，利用霍尔电流传感器，精确检测流量阀电磁线圈通电电流，代替传统的电阻采样方式，提高通电电流的采样精度。
2.本发明所述的基于流量阀电流的轨压控制方法，通过设有驱动电流计算模块，电磁线圈内阻温度补偿方法，减少内阻变化引起的干扰，最终实现对轨压的稳定调节。
3.本发明所述的基于流量阀电流的轨压控制系统，通过二极管与流量阀组成续流回路，用于当MOS管处于关闭状态时，流量阀的电动势经过续流回路的作用不会立即降低，可以降低驱动电流的稳态误差，减少电流波动。
4.本发明所述的基于流量阀电流的轨压控制系统，通过将流量阀与MOS管并联，用于当MOS管打开和关闭时，降低通电电流的波峰，保护MOS管正常工作。
附图说明
图1为本发明所述的基于流量阀电流的轨压控制方法的控制原理图。
图2为本发明所述的基于流量阀电流的轨压控制方法的流程图。
图3为本发明所述的基于流量阀电流的轨压控制系统安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
结合图1和图2所示，一种基于流量阀电流的轨压控制方法，包括如下步骤：
S01：计算基本目标轨压将曲轴位置传感器检测的发动机转速ni和当前工况下的循环喷油量Qi输入到目标轨压计算模块，目标轨压计算模块通过查询目标轨压MAP表得到第i次控制的基本目标轨压
其中，i为PWM波占空比的控制次数，1≤i≤N，N为总控制次数；控制周期T为第i次PWM波信号与第(i+1)次PWM波信号的时间间隔，T为常数；
S02：目标轨压修正；将大气压力传感器检测的环境压力Air_Pi输入到目标轨压计算模块，目标轨压计算模块通过查询大气压力因子MAP表，得出大气压力影响因子a，并对第i次控制的基本目标轨压进行修正，输出第i次控制的目标轨压具体如下：
S03：共轨压差计算与判断：将第i次控制的目标轨压和通过轨压传感器采集的第i次控制的实际轨压值Pi输入共枕压差计算模块，通过共枕压差计算模块计算得到第i次控制的共轨压差devi，具体为：
当第i次控制的共轨压差devi≥PS，跳转S04；
当第i次控制的共轨压差devi<PS，跳转S07；
PS为设定值，一般为2-5MPa。
S04：流量阀目标驱动电流计算：将第i次控制的共轨压差devi作为驱动电流计算模块的输入，驱动电流计算模块的输出为第i次控制的目标驱动电流具体为：驱动电流计算模块根据第i次控制的共轨压差devi计算得出第i次控制的共轨管需求流量Dvoli，具体计算公式如下：
其中：
Dvoli表示第i次控制的共轨管需求流量；
表示第i次控制的比例系数；
表示第i次控制的积分系数；
表示第i次控制的微分系数；
和分别根据转速ni和轨压差值devi组成的系数查询表得到；
devi表示第i次控制的轨压差值；
devi-1表示第第i-1次控制的轨压差值；
devi-2表示第i-2次控制的轨压差值；当i＝1时，devi-1和devi-2的值设为0；当i＝2时，devi-2的值设为0；
将计算得出的第i次控制的共轨管需求流量Dvoli，通过查询目标电流MAP，得到第i次控制的目标驱动电
S05：占空比计算：将第i次控制内霍尔电流传感器检测的电流值Ii和第i次控制的目标驱动电流输入占空比计算模块，通过查询标定的电磁线圈通电电流与电磁线圈内阻之间的对应关系，通过占空比计算模块计算第i次控制的目标PWM波占空比Duty2i，具体为：根据以下换算关系计算：
故占空比为：
通过(4)和(5)可得：
其中
U:电磁阀线圈的供电电压；
Ii:第i次控制内霍尔电流传感器检测的电流值；
第i次控制的目标电流值；
Ui:第i次控制的电磁阀线圈两端电压；
第i次控制的电磁线圈内阻值；
RL0：常温下的电磁线圈内阻值；
第i次控制的其他元件电阻值；
RC0：常温下的其他元件电阻值；
Duty1i:第i次控制的实际PWM波占空比；
Duty2i:第i次控制的目标PWM波占空比。
S06：流量阀开度控制：占空比计算模块根据计算出的第i次控制的目标PWM波占空比Duty2i，输出PWM波信号到流量阀驱动硬件中，控制流量阀开度，调节由高压油泵计量单元进入共轨管中的燃油量，跳转S08；
S07：当第i次控制的共轨压差devi<PS时，第i次控制的目标PWM波占空比Duty2i＝Duty2i-1，输出PWM波信号到流量阀驱动硬件中，控制流量阀开度，调节由高压油泵计量单元进入共轨管中的燃油量，跳转S08；
S08：当i<N时，i＝i+1，循环执行S1至S6步骤；当i＝N时或ECU接收到停止命令，结束。
如图3所示，本发明所述的基于流量阀电流的轨压控制方法的控制系统，包括电子控制单元ECU，电源、MOS管、二极管、电容、流量阀和霍尔电流传感器；所述MOS管的漏极与电源连接，所述MOS管的源极与流量阀连接，所述流量阀与霍尔电流传感器连接，用于检测流量阀的通电电流；所述电源与电子控制单元ECU连接，所述二极管与流量阀并联；所述电容与所述MOS管和流量阀并联，且所述电容一端与MOS管的漏极连接；所述电子控制单元ECU包括目标轨压计算模块、共枕压差计算模块、驱动电流计算模块和占空比计算模块；所述目标轨压计算模块根据发动机转速、循环喷油量和环境压力输出目标轨压；所述共枕压差计算模块根据目标轨压和实际轨压输出共轨压差；所述驱动电流计算模块根据共轨压差输出目标驱动电流；所述占空比计算模块根据目标驱动电流和实际电流值输出目标PWM波占空比；所述霍尔电流传感器与所述占空比计算模块连接，用于将检测的电流值输入占空比计算模块；所述MOS管的栅极与所述占空比计算模块连接，通过占空比计算模块向MOS管的栅极输出PWM波信号。所述二极管为肖特基二极管。
本发明所述的基于流量阀电流的轨压控制方法的控制系统，工作原理如下：在电源上电之后，通过并联的电容来对电流进行滤波，使得通电电流的变化更加平滑。在共轨管压力的闭环控制过程中，随着PWM波的占空比不断更新，ECU的PWM模块连续输出不同占空比的PWM波信号，控制MOS管的开关频率，调节进入流量阀的电流值，与流量阀串联的霍尔电流传感器采集通过的电流值并反馈到ECU中进行闭环控制。在PWM波的占空比为0或断电之后，PWM模块输出低电平，控制MOS管处于关闭状态，二极管与流量阀组成续流回路，目的是在于当MOS管处于关闭状态时，流量阀的电动势经过续流回路的作用不会立即降低，可以降低驱动电流的稳态误差，减少电流波动。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于流量阀电流的轨压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：计算基本目标轨压将曲轴位置传感器检测的发动机转速ni和当前工况下的循环喷油量Qi输入到目标轨压计算模块，目标轨压计算模块通过查询目标轨压MAP表得到第i次控制的基本目标轨压
其中，i为PWM波占空比的控制次数，1≤i≤N，N为总控制次数；控制周期T为第i次PWM波信号与第i+1次PWM波信号的时间间隔，T为常数；
S02：目标轨压修正；将大气压力传感器检测的环境压力Air_Pi输入到目标轨压计算模块，目标轨压计算模块通过查询大气压力因子MAP表，得出大气压力影响因子a，并对第i次控制的基本目标轨压进行修正，输出第i次控制的目标轨压具体如下：
S03：共轨压差计算与判断：将第i次控制的目标轨压和通过轨压传感器采集的第i次控制的实际轨压值Pi输入共枕压差计算模块，通过共枕压差计算模块计算得到第i次控制的共轨压差devi，具体为：
当第i次控制的共轨压差devi≥PS，跳转S04；
当第i次控制的共轨压差devi<PS，跳转S07；
其中，PS为设定值；
S04：流量阀目标驱动电流计算：将第i次控制的共轨压差devi作为驱动电流计算模块的输入，驱动电流计算模块的输出为第i次控制的目标驱动电流
S05：占空比计算：将第i次控制内霍尔电流传感器检测的电流值Ii和第i次控制的目标驱动电流输入占空比计算模块，通过查询标定的电磁线圈通电电流与电磁线圈内阻之间的对应关系，通过占空比计算模块计算第i次控制的目标PWM波占空比Duty2i；
S06：流量阀开度控制：占空比计算模块根据计算出的第i次控制的目标PWM波占空比Duty2i，输出PWM波信号到流量阀驱动硬件中，控制流量阀开度，调节由高压油泵计量单元进入共轨管中的燃油量，跳转S08；
S07：当第i次控制的共轨压差devi<PS时，第i次控制的目标PWM波占空比Duty2i＝Duty2i-1，输出PWM波信号到流量阀驱动硬件中，控制流量阀开度，调节由高压油泵计量单元进入共轨管中的燃油量，跳转S08；
S08：当i<N时，i＝i+1，循环执行S1至S6步骤；当i＝N时或ECU接收到停止命令，结束。
2.根据权利要求1所述的基于流量阀电流的轨压控制方法，其特征在于，所述S04步骤中通过驱动电流计算模块输出目标驱动电流具体为：驱动电流计算模块根据第i次控制的共轨压差devi计算得出第i次控制的共轨管需求流量Dvoli，具体计算公式如下：
其中：
Dvoli表示第i次控制的共轨管需求流量；
KPi表示第i次控制的比例系数；
表示第i次控制的积分系数；
表示第i次控制的微分系数；
和分别根据转速ni和轨压差值devi组成的系数查询表得到；
devi表示第i次控制的轨压差值；
devi-1表示第i-1次控制的轨压差值；
devi-2表示第i-2次控制的轨压差值；当i＝1时，devi-1和devi-2的值设为0；当i＝2时，devi-2的值设为0；
将计算得出的第i次控制的共轨管需求流量Dvoli，通过查询目标电流MAP，得到第i次控制的目标驱动电
3.根据权利要求1所述的基于流量阀电流的轨压控制方法，其特征在于，所述S05步骤中通过占空比计算模块计算第i次控制的目标PWM波占空比Duty2i具体为：根据以下换算关系计算：
故占空比为：
通过(4)和(5)可得：
其中：
U:电磁阀线圈的供电电压；
Ii:第i次控制内霍尔电流传感器检测的电流值；
第i次控制的目标电流值；
Ui:第i次控制的电磁阀线圈两端电压；
第i次控制的电磁线圈内阻值；
RL0：常温下的电磁线圈内阻值；
第i次控制的其他元件电阻值；
RC0：常温下的其他元件电阻值；
Duty1i:第i次控制的实际PWM波占空比；
Duty2i:第i次控制的目标PWM波占空比。
4.根据权利要求1所述的基于流量阀电流的轨压控制方法，其特征在于，所述共轨压差计算与判断过程中的PS为2～5MPa。
5.一种根据权利要求1所述的基于流量阀电流的轨压控制方法的控制系统，其特征在于，包括电子控制单元ECU，电源、MOS管、二极管、电容、流量阀和霍尔电流传感器；所述MOS管的漏极与电源连接，所述MOS管的源极与流量阀连接，所述流量阀与霍尔电流传感器连接，用于检测流量阀的通电电流；所述电源与电子控制单元ECU连接，所述二极管与流量阀并联；所述电容与所述MOS管和流量阀并联，且所述电容一端与MOS管的漏极连接；
所述电子控制单元ECU包括目标轨压计算模块、共枕压差计算模块、驱动电流计算模块和占空比计算模块；所述目标轨压计算模块根据发动机转速、循环喷油量和环境压力输出目标轨压；所述共枕压差计算模块根据目标轨压和实际轨压输出共轨压差；所述驱动电流计算模块根据共轨压差输出目标驱动电流；所述占空比计算模块根据目标驱动电流和实际电流值输出目标PWM波占空比；所述霍尔电流传感器与所述占空比计算模块连接，用于将检测的电流值输入占空比计算模块；所述MOS管的栅极与所述占空比计算模块连接，通过占空比计算模块向MOS管的栅极输出PWM波信号。
6.根据权利要求5所述的基于流量阀电流的轨压控制方法的控制系统，其特征在于，所述二极管为肖特基二极管。
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