CN109236533B - 一种自适应多功能汽车喷油器驱动系统 - Google Patents

一种自适应多功能汽车喷油器驱动系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种自适应多功能汽车喷油器驱动系统，包含电源模块、主控模块、驱动模块、信号放大模块、储存模块和通信模块，上位机通过通信模块向主控模块发送命令，主控模块解析命令，发送相应的脉冲信号至驱动模块驱动喷油器，同时，主控模块通过信号放大模块采集喷油器状态信息，发送至储存模块保存。本发明利用喷油器特性实现对喷油器的自动识别，并可对不同类型的喷油器进行相应的驱动方式，提高了工作效率。

Description

一种自适应多功能汽车喷油器驱动系统
技术领域
本发明属于测量控制领域，具体涉及一种自适应多功能的喷油器驱动系统。
背景技术
汽车喷油器是汽车发动机的核心部件之一，喷油器的工作状态，直接将影响汽车发动机的工作特性。喷油器是通过驱动系统控制其电磁阀的通断，实现对喷油器喷油量、喷油速率等喷射特性的控制。从而，实现发动机排放性能、动力性能等工作特性的相互匹配。因此，喷油器驱动系统直接影响着喷油器的控制精度，从而影响着发动机的工作特性。由于发动机技术的发展日益成熟，对喷油器驱动器的需求也越来越高，从发动机最佳工作特性考虑，不但需要喷油器驱动系统可以自动识别并驱动多种类型喷油器，还需要更多地故障诊断功能，尤其是针对喷油器检测市场，还需要喷油器驱动系统提供更多地检测功能，来提高检测效率。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题，而提供一种自适应多功能汽车喷油器驱动系统。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种自适应多功能汽车喷油器驱动系统，包含电源模块、主控模块、驱动模块、信号放大模块、储存模块和通信模块，上位机通过通信模块向主控模块发送命令，主控模块解析命令，发送相应的脉冲信号至驱动模块驱动喷油器，同时，主控模块通过信号放大模块采集喷油器状态信息，发送至储存模块保存。
而且，所述电源模块主要包括稳压电路，负责对喷油器驱动系统供电。
而且，所述的主控模块包括单片机及其外围电路，主控模块与电源模块、驱动模块、信号放大模块、储存模块和通信模块并行连接，主要负责提供喷油器驱动信号以及信号的采集与处理。
而且，所述的驱动模块包括两部分，一部分为高低边MOS管驱动芯片及其外围电路，另一部分为MOS管驱动电路及其外围电路。高低边MOS管驱动芯片U1的输入端与主控模块的单片机的脉冲输出端相连接，用于放大单片机的举动信号。高低边MOS管驱动芯片U1的高边输出端与高边MOS管Q1的栅极相连接，用于驱动MOS管Q1；高低边MOS管驱动芯片U1的低边输出端与低边MOS管Q2的栅极相连接，用于驱动MOS管Q2。高边MOS 管的源极与电源输出端相连接，其漏极与喷油器的输入端相连接。低边MOS管的源极与喷油器的输出端相连接，其漏极与采样电阻R3相连接。同时，采样电阻R3的两端与信号放大电路相连接，采样电阻R3用于采集喷油器的状态信号。喷油器、二极管D1、电容C1和二极管D2构成续流回路，用于实现喷油器的快速关断，电容C1用于回收喷油器中线圈的能量。
而且，所述信号放大模块包括运算放大器及其外围电路，信号放大模块输入端与驱动模块相连接，输出端与单片机相连接，主要负责对喷油器状态信号的采集放大处理。
而且，所述储存模块包括储存芯片及其外围电路，其通信引脚与单片机相应的通信引脚相连接，负责储存喷油器状态信息。
上述自适应多功能汽车喷油器驱动系统的控制方法步骤如下：
(1)开启电源，由上位机通过通信模块向单片机发送“识别喷油器”命令，此时单片机发送相应脉冲信号，使高边MOS管Q1与低边MOS管Q2的栅极同时输入高电平脉冲，使 MOS管Q1、Q2保持导通状态，同时，通过采样电阻R3以及信号放大模块采集喷油器信号，输入至单片机进行喷油器类型判断，并反馈类型信息回上位机；
(2)如果为电压型喷油器，上位机发送喷油器喷射参数信息至单片机，此时单片机发送相应的脉冲信号，使MOS管Q2保持导通状态，同时，单片机通过高低边MOS管驱动芯片，发送与喷油器喷射参数相对应的脉冲信号至MOS管Q1的栅极，使喷油器进行相应的工作，在喷油器工作的同时，采样电阻R3以及信号放大模块采集并放大喷油器状态信号，发送至单片机，单片机再经过处理发送至储存模块进行保留；
(3)如果为电流型喷油器，喷油器的工作分为两个阶段，第一阶段为电流上冲阶段，第二阶段为维持电流阶段，上位机发送喷油器喷射参数信息至单片机，此时单片机发送相应的脉冲信号，使MOS管Q1、Q2同时保持导通状态，喷油器工作进入第一阶段，当第一阶段时间达到，此时单片机发送相应的脉冲信号使MOS管Q2保持导通状态，MOS管Q1的栅极接收与喷油器喷射参数相对应的脉冲信号，使喷油器工作进入第二阶段，在喷油器工作的同时，采样电阻R3以及信号放大模块采集并放大喷油器状态信号，发送至单片机，单片机再经过处理发送至储存模块进行保留；
(4)喷油器工作时，采样电阻R3以及信号放大模块实时采集并放大喷油器状态信号，发送至单片机进行断路或短路的故障诊断，反馈信息至上位机；
(5)喷油器工作结束，由上位机发送读取故障码命令，单片机通过储存模块提取故障码，反馈至上位机。
而且，所述单片机处理时，采用以下算法公式：
Figure BDA0001729232500000031
式中：u(t)为输出值；KP为比例系数；Ti为积分时间常量；Td为微分时间常量；e(t)为设定维持电流值与实际维持电流值的偏差，
设采样时间为T，在k时刻可将式1离散化得到：
Figure BDA0001729232500000032
式中：
Figure BDA0001729232500000033
为积分系数；
Figure BDA0001729232500000034
为微分系数，
由式2可得k-1时刻的输出函数如式3所示：
Figure BDA0001729232500000035
结合式2、式3可得控制增量为：
Figure BDA0001729232500000036
通过式4可知每一时刻电流的调节增量，只与k、k-1、k-2三个时刻的电流偏差有关，
u(k)＝D u(k)+u(k-1) 式5
由式5可得每一时刻的电流输出量u(k)，
Figure BDA0001729232500000037
式中w(k)为单片机输出脉冲的占空比，
由式6可将最终电流输出量u(k)转化为脉冲信号占空比w(k)，通过调节w(k)改变u(k)。
本发明的优点和积极效果是：
(1)本发明利用喷油器特性实现对喷油器的自动识别，并可对不同类型的喷油器进行相应的驱动方式，提高了工作效率。
(2)本发明通过主控模块、驱动模块和信号放大模块，可对喷油器进行断路或短路的故障诊断，实现了较高的自动化程度。
(3)本发明不但提供的喷油器驱动脉冲参数的可调范围较大，而且针对电流型喷油器实现了上冲时间以及驱动电流的自由设定，同时电流型喷油器驱动电流可自调节。实现了较高的可靠性与稳定性，尤其针对喷油器检测市场，实现了对喷油器更加全面的检测效果。
(4)本发明实现了喷油器状态信息的跟踪与储存，为喷油器长时间工作提供故障码，提高了对喷油器故障检测的工作效率。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图。
图2为本发明中的驱动模块的等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
如图1所示，设计一种自适应多功能汽车喷油器驱动系统，包含电源模块、主控模块、驱动模块、信号放大模块、储存模块和通信模块。上位机通过通信模块向主控模块发送命令，主控模块解析命令，发送相应的脉冲信号至驱动模块驱动喷油器。同时，主控模块通过信号放大模块采集喷油器状态信息，发送至储存模块保存。
所述电源模块主要包括稳压电路，负责对喷油器驱动系统供电。
所述的主控模块包括单片机及其外围电路，主控模块与电源模块、驱动模块、信号放大模块、储存模块和通信模块并行连接，主要负责提供喷油器驱动信号以及信号的采集与处理。
如图2所示，所述的驱动模块包括两部分，一部分为高低边MOS管驱动芯片及其外围电路，另一部分为MOS管驱动电路及其外围电路。高低边MOS管驱动芯片U1的输入端与主控模块的单片机的脉冲输出端相连接，用于放大单片机的举动信号。高低边MOS管驱动芯片U1的高边输出端与高边MOS管Q1的栅极相连接，用于驱动MOS管Q1；高低边MOS 管驱动芯片U1的低边输出端与低边MOS管Q2的栅极相连接，用于驱动MOS管Q2。高边 MOS管的源极与电源输出端相连接，其漏极与喷油器的输入端相连接。低边MOS管的源极与喷油器的输出端相连接，其漏极与采样电阻R3相连接。同时，采样电阻R3的两端与信号放大电路相连接，采样电阻R3用于采集喷油器的状态信号。喷油器、二极管D1、电容C1 和二极管D2构成续流回路，用于实现喷油器的快速关断，电容C1用于回收喷油器中线圈的能量。
信号放大模块包括运算放大器及其外围电路，信号放大模块输入端与驱动模块相连接，输出端与单片机相连接，主要负责对喷油器状态信号的采集放大处理。
储存模块包括储存芯片及其外围电路，其通信引脚与单片机相应的通信引脚相连接，负责储存喷油器状态信息。
本驱动系统的控制方法步骤如下：
(1)开启电源，由上位机通过通信模块向单片机发送“识别喷油器”命令，此时单片机发送相应脉冲信号，使高边MOS管Q1与低边MOS管Q2的栅极同时输入高电平脉冲，使 MOS管Q1、Q2保持导通状态。同时，通过采样电阻R3以及信号放大模块采集喷油器信号，输入至单片机进行喷油器类型判断，并反馈类型信息回上位机。
(2)如果为电压型喷油器，上位机发送喷油器喷射参数信息至单片机，此时单片机发送相应的脉冲信号，使MOS管Q2保持导通状态。同时，单片机通过高低边MOS管驱动芯片，发送与喷油器喷射参数相对应的脉冲信号至MOS管Q1的栅极，使喷油器进行相应的工作。在喷油器工作的同时，采样电阻R3以及信号放大模块采集并放大喷油器状态信号，发送至单片机，单片机再经过处理发送至储存模块进行保留。
(3)如果为电流型喷油器，喷油器的工作分为两个阶段，第一阶段为电流上冲阶段，第二阶段为维持电流阶段。上位机发送喷油器喷射参数信息至单片机，此时单片机发送相应的脉冲信号，使MOS管Q1、Q2同时保持导通状态，喷油器工作进入第一阶段。当第一阶段时间达到，此时单片机发送相应的脉冲信号使MOS管Q2保持导通状态，MOS管Q1的栅极接收与喷油器喷射参数相对应的脉冲信号，使喷油器工作进入第二阶段。喷油器工作进入第二阶段时，为了使喷油器维持在的特定的电流进行工作，单片机工作采用以下算法公式：
Figure BDA0001729232500000051
式中：u(t)为输出值；KP为比例系数；Ti为积分时间常量；Td为微分时间常量；e(t)为设定维持电流值与实际维持电流值的偏差。
设采样时间为T，在k时刻可将式1离散化得到：
Figure BDA0001729232500000052
式中：
Figure BDA0001729232500000053
为积分系数；
Figure BDA0001729232500000054
为微分系数。
由式2可得k-1时刻的输出函数如式3所示：
Figure BDA0001729232500000055
结合式2、式3可得控制增量为：
Figure BDA0001729232500000061
通过式4可知每一时刻电流的调节增量，只与k、k-1、k-2三个时刻的电流偏差有关。
u(k)＝D u(k)+u(k-1) 式5
由式5可得每一时刻的电流输出量u(k)。
Figure BDA0001729232500000062
式中w(k)为单片机输出脉冲的占空比。
由式6可将最终电流输出量u(k)转化为脉冲信号占空比w(k)，通过调节w(k)改变u(k)。
在喷油器工作的同时，采样电阻R3以及信号放大模块采集并放大喷油器状态信号，发送至单片机，单片机再经过处理发送至储存模块进行保留。
(4)喷油器工作时，采样电阻R3以及信号放大模块实时采集并放大喷油器状态信号，发送至单片机进行断路或短路的故障诊断，反馈信息至上位机。
(5)喷油器工作结束，由上位机发送读取故障码命令，单片机通过储存模块提取故障码，反馈至上位机。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (6)

1.一种自适应多功能汽车喷油器驱动系统，其特征在于：包含电源模块、主控模块、驱动模块、信号放大模块、储存模块和通信模块，上位机通过通信模块向主控模块发送命令，主控模块解析命令，发送相应的脉冲信号至驱动模块驱动喷油器，同时，主控模块通过信号放大模块采集喷油器状态信息，发送至储存模块保存，所述的驱动模块包括两部分，一部分为高低边MOS管驱动芯片及其外围电路，另一部分为MOS管驱动电路及其外围电路；高低边MOS管驱动芯片U1的输入端与主控模块的单片机的脉冲输出端相连接，用于放大单片机的举动信号；高低边MOS管驱动芯片U1的高边输出端与高边MOS管Q1的栅极相连接，用于驱动MOS管Q1；高低边MOS管驱动芯片U1的低边输出端与低边MOS管Q2的栅极相连接，用于驱动MOS管Q2；高边MOS管的源极与电源输出端相连接，其漏极与喷油器的输入端相连接；低边MOS管的源极与喷油器的输出端相连接，其漏极与采样电阻R3相连接；同时，采样电阻R3的两端与信号放大电路相连接，采样电阻R3用于采集喷油器的状态信号；喷油器、二极管D1、电容C1和二极管D2构成续流回路，用于实现喷油器的快速关断，电容C1用于回收喷油器中线圈的能量，所自适应多功能汽车喷油器驱动系统的控制方法步骤如下：
(1)开启电源，由上位机通过通信模块向单片机发送“识别喷油器”命令，此时单片机发送相应脉冲信号，使高边MOS管Q1与低边MOS管Q2的栅极同时输入高电平脉冲，使MOS管Q1、Q2保持导通状态，同时，通过采样电阻R3以及信号放大模块采集喷油器信号，输入至单片机进行喷油器类型判断，并反馈类型信息回上位机；
(2)如果为电压型喷油器，上位机发送喷油器喷射参数信息至单片机，此时单片机发送相应的脉冲信号，使MOS管Q2保持导通状态，同时，单片机通过高低边MOS管驱动芯片，发送与喷油器喷射参数相对应的脉冲信号至MOS管Q1的栅极，使喷油器进行相应的工作，在喷油器工作的同时，采样电阻R3以及信号放大模块采集并放大喷油器状态信号，发送至单片机，单片机再经过处理发送至储存模块进行保留；
(3)如果为电流型喷油器，喷油器的工作分为两个阶段，第一阶段为电流上冲阶段，第二阶段为维持电流阶段，上位机发送喷油器喷射参数信息至单片机，此时单片机发送相应的脉冲信号，使MOS管Q1、Q2同时保持导通状态，喷油器工作进入第一阶段，当第一阶段时间达到，此时单片机发送相应的脉冲信号使MOS管Q2保持导通状态，MOS管Q1的栅极接收与喷油器喷射参数相对应的脉冲信号，使喷油器工作进入第二阶段，在喷油器工作的同时，采样电阻R3以及信号放大模块采集并放大喷油器状态信号，发送至单片机，单片机再经过处理发送至储存模块进行保留；
(4)喷油器工作时，采样电阻R3以及信号放大模块实时采集并放大喷油器状态信号，发送至单片机进行断路或短路的故障诊断，反馈信息至上位机；
(5)喷油器工作结束，由上位机发送读取故障码命令，单片机通过储存模块提取故障码，反馈至上位机。
2.根据权利要求1所述的自适应多功能汽车喷油器驱动系统，其特征在于：所述电源模块包括稳压电路，负责对喷油器驱动系统供电。
3.根据权利要求1所述的自适应多功能汽车喷油器驱动系统，其特征在于：所述的主控模块包括单片机及其外围电路，主控模块与电源模块、驱动模块、信号放大模块、储存模块和通信模块并行连接，负责提供喷油器驱动信号以及信号的采集与处理。
4.根据权利要求1所述的自适应多功能汽车喷油器驱动系统，其特征在于：所述信号放大模块包括运算放大器及其外围电路，信号放大模块输入端与驱动模块相连接，输出端与单片机相连接，负责对喷油器状态信号的采集放大处理。
5.根据权利要求1所述的自适应多功能汽车喷油器驱动系统，其特征在于：所述储存模块包括储存芯片及其外围电路，其通信引脚与单片机相应的通信引脚相连接，负责储存喷油器状态信息。
6.根据权利要求1所述的自适应多功能汽车喷油器驱动系统，其特征在于：步骤(4)中，所述单片机处理时，采用以下算法公式：
Figure FDA0002828505910000021
式中：u(t)为输出值；KP为比例系数；Ti为积分时间常量；Td为微分时间常量；e(t)为设定维持电流值与实际维持电流值的偏差，
设采样时间为T，在k时刻可将式1离散化得到：
Figure FDA0002828505910000022
式中：
Figure FDA0002828505910000023
为积分系数；
Figure FDA0002828505910000024
为微分系数，
由式2可得k-1时刻的输出函数如式3所示：
Figure FDA0002828505910000031
结合式2、式3可得控制增量为：
Figure FDA0002828505910000032
通过式4可知每一时刻电流的调节增量，只与k、k-1、k-2三个时刻的电流偏差有关，
u(k)＝Du(k)+u(k-1) 式5
由式5可得每一时刻的电流输出量u(k)，
Figure FDA0002828505910000033
式中w(k)为单片机输出脉冲的占空比，
由式6可将最终电流输出量u(k)转化为脉冲信号占空比w(k)，通过调节w(k)改变u(k)。
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