CN109779806B - 喷油器模拟负载驱动电流波形调整系统及调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷油器模拟负载驱动电流波形调整系统及方法，所述喷油器模拟负载驱动电流波形调整系统包括喷油器真实负载、喷油器控制单元、喷油器电流测试装置、数据存储装置、调整单元、数据采集卡和喷油器模拟负载。本发明基于喷油器真实负载、得到喷油器真实负载驱动电流波形参数数据，通过调整单元调整喷油器模拟负载驱动电流波形保持阶段的斩波关断时间,不影响微处理器时间处理单元模块发出的喷射脉宽信号，保证了发动机的喷射正时系统不受影响，而且调整后，喷油器驱动电路功率开关器件的功耗和热应力与喷油器控制单元驱动喷油器真实负载时的功耗和热应力相等，解决了发动机控制单元环境试验时热应力不准确问题。

Description

喷油器模拟负载驱动电流波形调整系统及调整方法

技术领域

本发明涉及发动机控制单元测试技术领域，尤其发动机喷油器模拟负载驱动电流波形调整系统及其调整方法。

背景技术

目前，发动机控制单元在做环境试验时(高温耐久试验、温度循环试验、湿热稳态试验等)，采用模拟负载替代真实负载进行环境试验，既降低了试验成本，又解决了真实负载在长时间试验过程中易损坏，影响试验进度等问题。采用模拟负载替代真实负载进行环境试验的方法非常适合于继电器、灯、风扇等负载，但是对喷油器这样复杂的执行器负载，应用电阻和电感的组合作为喷油器模拟负载却存在着喷油器驱动电路功率开关器热应力不准确问题，其具体表现为器件表面温度偏低，影响试验结果的准确性。

因为，喷油器作为驱动执行机构，其本质是一个带铁芯的线圈，在没有驱动时(关闭状态)，其有一定的电感值L1。为了满足喷射过程中喷油器的响应特性，喷油器驱动电路通常采用提升保持驱动模式。在喷油器开启阶段，对喷油器线圈以尽可能快的速度注入峰值电流，以达到使其快速开启的目的。喷油器完全开启后，磁路气隙减少，磁阻降低，此时以较小的保持电流维持吸合状态，此时的电感值为L2，其电感值与关闭状态时的电感值L1相差较大。驱动结束后，驱动电流快速降低到零以使喷油器快速关闭，此时的电感值恢复到L1。而喷油器模拟负载的电感值在喷油器关闭状态和吸合状态都是L1，其电感值不随喷油器的状态而改变，导致喷油器驱动电流波形保持阶段的斩波频率发生改变，具体表现为喷油器驱动电路功率开关器件的热应力发生改变。

这里以天然气发动机控制单元驱动天津哈那科技有限公司生产的H2200_N型喷嘴为例，测试条件为：蓄电池电压28V，环境温度85℃，发动机转速为1900RPM，喷射脉宽15ms。

发动机控制单元在驱动喷油器真实负载时，在喷油器驱动电路中，六路驱动通道的功率开关器件的温度(壳温)以及发动机控制单元壳体的温度(温度最高点)分别为116.6℃，117℃，115.5℃，114.8℃，118.5℃，117.7℃，96.8℃。

发动机控制单元在驱动喷油器模拟负载时，在喷油器驱动电路中，六路驱动通道的功率开关器件的温度(壳温)以及发动机控制单元壳体的温度(温度最高点)分别为111.4℃，112.1℃，110.2℃，110℃，113.3℃，111.8℃，92.8℃。

可知，采用喷油器模拟负载替代喷油器真实负载进行环境试验时，喷油器驱动电路功率开关器件和发动机控制单元壳体的热应力不同，其温度偏差分别为约5℃和4℃，严重影响试验结果的准确性，尤其是对发动机电控单元耐久性试验(寿命试验)的结果产生较大的偏差。

发明内容

本发明目的是提供一种喷油器模拟负载驱动电流波形调整系统及调整方法，其采用喷油器模拟负载替代喷油器真实负载进行环境试验时，发动机控制单元热应力不准确问题。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种喷油器模拟负载驱动电流波形调整系统，其特征在于，包括喷油器真实负载、喷油器控制单元、喷油器电流测试装置、数据存储装置、调整单元、数据采集卡和喷油器模拟负载；

所述喷油器控制单元连接于喷油器真实负载和喷油器模拟负载，用于向喷油器真实负载发送喷油器真实负载驱动电流波形，并且向喷油器模拟负载发送喷油器模拟负载驱动电流波形；

所述喷油器电流测试装置用于从喷油器真实负载中得到喷油器真实负载驱动电流波形；然后通过数据采集卡将喷油器真实负载的驱动电流波形转换为喷油器真实负载驱动电流波形参数数据，并将该喷油器真实负载驱动电流波形参数数据存储在存储装置中；

所述调整单元根据喷油器真实负载驱动电流波形参数数据调整喷油器模拟负载驱动电流波形保持阶段的斩波关断时间，使喷油器驱动控制模块在分别驱动喷油器模拟负载和真实负载时，喷油器驱动电路中功率开关器件的功耗和热应力相等。

可选的，喷油器模拟负载包括串联的电阻器和电感器，喷油器模拟负载的等效电阻R_{INJ_S}与喷油器真实负载的等效电阻R_{INJ_R}相等；喷油器模拟负载的等效电感L_{INJ_S}与喷油器真实负载在关断状态下的等效电感L_{INJ_R_OFF}相等。

可选的，所述喷油器控制单元为发动机电子控制单元，并包括微处理器和喷油器驱动控制模块，微处理器的时间处理单元模块发出喷射脉宽信号给喷油器驱动控制模块，所述喷油器驱动控制模块根据喷射脉宽信号输出喷油器驱动电流波形。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种喷油器模拟负载驱动电流波形调整方法，其包括：

喷油器控制单元向喷油器真实负载发送喷油器真实负载驱动电流波形；

所述喷油器电流测试装置从喷油器真实负载中得到喷油器真实负载驱动电流波形；数据采集卡将喷油器真实负载的驱动电流波形转换为喷油器真实负载驱动电流波形参数数据，并将该喷油器真实负载驱动电流波形参数数据存储在存储装置中；

调整单元根据喷油器真实负载驱动电流波形参数数据调整喷油器模拟负载驱动电流波形保持阶段的斩波关断时间，使喷油器驱动控制模块在分别驱动喷油器模拟负载和真实负载时，喷油器驱动电路功率开关器件的功耗和热应力相等。

可选的，所述调整单元根据喷油器真实负载驱动电流波形参数数据调整喷油器模拟负载驱动电流波形保持阶段的斩波关断时间具体包括：

数据提取：获取喷油器真实负载驱动电流波形参数数据中的t_O、t_A、t_B、t_C、t_D、t_E时刻以及峰值电流I_A，保持电流上限设定值I_{B_H}和保持电流下限值I_{B_L}；其中，所述t_O为喷油器真实负载驱动电流波形开始时刻对应的时间点；t_A为从t_O时刻驱动电流连续增长到峰值电流I_A对应的时间点；t_B为从t_A时刻驱动电流连续下降到保持电流下限值I_{B_L}对应的时间点；t_C为从t_B时刻驱动电流连续增长到保持电流上限设定值I_{B_H}对应的时间点；t_D为从t_C时刻驱动电流连续下降到保持电流下限值I_{B_L}对应的时间点；

得到喷油器真实负载驱动电流波形从零上升到峰值电流值I_A的时间t_OA，t_OA＝t_A-t_O；并且使喷油器模拟负载驱动电流波形从零上升到峰值电流I_A的时间t_{OA_S}与t_OA相同；

得到所述喷油器真实负载驱动电流波形从峰值电流I_A下降到保持电流下限值I_{B_L}的时间t_AB，t_AB＝t_B-t_A；

以及所述喷油器真实负载驱动电流波形保持阶段的保持电流的斩波导通时间t_BC，t_BC＝t_C-t_B；

根据获取的喷油器真实负载驱动电流波形参数数据，以及喷油器模拟负载的等效电阻R_{INJ_S}和等效电感L_{INJ_S}，计算喷油器模拟负载中的驱动电流波形从峰值电流I_A下降到保持电流下限值I_{B_L}的时间t_{AB_S}，计算公式为：

其中，V_DIODE为续流二极管正向导通压降；

设定喷油器控制单元驱动喷油器模拟负载时，喷油器模拟负载驱动电流波形保持阶段的斩波数N_{HOLD_S}与喷油器控制单元驱动喷油器真实负载时驱动喷油器真实负载驱动电流波形保持阶段的斩波数N_{HOLD_R}相等；

计算喷油器模拟负载驱动电流波形在保持阶段的斩波周期t_HOLD，计算公式为：

设定喷油器控制单元驱动喷油器模拟负载时，喷油器模拟负载驱动电流波形在保持阶段的斩波导通时间t_{HOLD_ON}与驱动喷油器真实负载时驱动喷油器真实负载驱动电流波形在保持阶段的斩波导通时间t_BC相等；

计算喷油器模拟负载驱动电流波形在保持阶段的斩波关断时间t_{HOLD_OFF}，计算公式为：

t_{HOLD_OFF}＝t_HOLD-t_{HOLD_ON}

将喷油器模拟负载驱动电流波形保持阶段的斩波关断时间t_{HOLD_OFF}导入喷油器控制单元，并调整喷油器模拟负载驱动电流波形。

本发明具有如下有益效果：

1、基于喷油器真实负载、得到喷油器真实负载驱动电流波形参数数据，通过调整单元调整喷油器模拟负载驱动电流波形保持阶段的斩波关断时间,不影响微处理器时间处理单元模块发出的喷射脉宽信号，保证了发动机的喷射正时系统不受影响。

2、调整后的喷油器模拟负载驱动电流波形驱动喷油器模拟负载，喷油器驱动电路功率开关器件的功耗和热应力与喷油器控制单元驱动喷油器真实负载时的功耗和热应力相等，可以更准确地模拟喷油器驱动控制模块及发动机电子控制单元的热应力，解决了发动机控制单元环境试验时热应力不准确问题。

附图说明

图1是本发明喷油器模拟负载驱动电流波形调整系统的功能框图。

图2是本发明的模拟负载组合结构示意图。

图3是本发明的喷油器驱动电流波形示意图；图中，横坐标代表时间。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

本实施例提供了一种喷油器模拟负载驱动电流波形调整系统，其包括喷油器真实负载1、喷油器控制单元2、喷油器电流测试装置3、数据存储装置4、调整单元5、数据采集卡6和喷油器模拟负载10。

实施方式中，使用的喷油器(喷油器真实负载)选择天津哈那科技有限公司H2200_N型喷嘴，其线圈电阻值R_{INJ_R}＝0.94Ω，在关闭状态电感值L_{INJ_R_OFF}＝3.5mH，吸合状态下电感值L_{INJ_ON_R}＝1.5mH。一个示意性实施例选取的参数如下：驱动电流波形峰值电流设定值I_A＝8.5A，保持电流上限设定值I_{B_H}＝2.5A，喷射脉宽t_INJ＝12ms。

喷油器模拟负载包括串联的电阻器和电感器，喷油器模拟负载的等效电阻R_{INJ_S}与喷油器真实负载的等效电阻R_{INJ_R}相等，即R_{INJ_S}＝R_{INJ_R}＝0.94Ω；喷油器模拟负载的等效电感L_{INJ_S}与喷油器真实负载在关断状态下的等效电感L_{INJ_R_OFF}相等，即L_{INJ_S}＝L_{INJ_R_OFF}＝3.5mH。

所述喷油器控制单元连接于喷油器真实负载1和喷油器模拟负载10，用于向喷油器真实负载发送喷油器真实负载驱动电流波形，并且向喷油器模拟负载发送喷油器模拟负载驱动电流波形。

本实施例中，所述喷油器控制单元为发动机电子控制单元，并包括微处理器和喷油器驱动控制模块，微处理器的时间处理单元模块(TPU)发出喷射脉宽信号给喷油器驱动控制模块，所述喷油器驱动控制模块根据喷射脉宽信号输出喷油器驱动电流波形，以控制喷油器真实负载的喷射脉宽和喷油提前角，从而控制喷油器真实负载的喷射量。

其中，所述喷油器驱动电流波形如图3所示，图中的横坐标表示时间。

所述喷油器电流测试装置3用于从喷油器真实负载中得到喷油器真实负载驱动电流波形；然后通过数据采集卡将喷油器真实负载的驱动电流波形转换为喷油器真实负载驱动电流波形参数数据，并将该喷油器真实负载驱动电流波形参数数据存储在存储装置4中。

所述调整单元5根据喷油器真实负载驱动电流波形参数数据调整喷油器模拟负载驱动电流波形保持阶段的斩波关断时间，使喷油器驱动控制模块在分别驱动喷油器模拟负载和真实负载时，喷油器驱动电路功率开关器件的功耗和热应力相等。

本实施例中，所述调整单元5根据喷油器真实负载驱动电流波形参数数据调整喷油器模拟负载驱动电流波形保持阶段的斩波关断时间具体包括：

数据提取：获取喷油器真实负载驱动电流波形参数数据中的t_O、t_A、t_B、t_C、t_D、t_E时刻以及峰值电流I_A，保持电流上限设定值I_{B_H}，保持电流下限值I_{B_L}，所述的t_O为喷油器真实负载驱动电流波形开始时刻对应的时间点；t_A为从t_O时刻驱动电流连续增长到峰值电流I_A(第一个极大值)对应的时间点；t_B为从t_A时刻驱动电流连续下降到保持电流下限值I_{B_L}(第一个极小值)对应的时间点；t_C为从t_B时刻驱动电流连续增长到保持电流上限设定值I_{B_H}(第二个极大值)对应的时间点；t_D为从t_C时刻驱动电流连续下降到保持电流下限值I_{B_L}(第二个极小值)对应的时间点。

并且喷油器真实负载驱动电流波形从零上升到峰值电流值I_A的时间t_OA，t_OA＝t_A-t_O。(喷油器模拟负载和真实负载在此阶段的电感量相等，所以驱动电流波形从零上升到峰值电流I_A的时间t_OA相等，即t_OA＝t_{OA_S})；本实施例中，t_OA＝1.2ms。

所述喷油器真实负载驱动电流波形从峰值电流I_A下降到保持电流下限值I_{B_L}的时间t_AB，t_AB＝t_B-t_A；本实施例中，t_AB＝1.6ms。

所述喷油器真实负载驱动电流波形保持阶段的保持电流的斩波导通时间t_BC，t_BC＝t_C-t_B；本实施例中，t_BC＝0.04ms。

所述喷油器真实负载驱动电流波形峰值电流I_A，I_A＝8.5A；所述喷油器真实负载驱动电流波形保持电流下限值I_{B_L}，I_{B_L}＝2.1A；所述喷油器真实负载驱动电流波形保持阶段的斩波电流方波数N_{HOLD_R}，N_{HOLD_R}＝32。

根据获取的喷油器真实负载驱动电流波形参数数据，以及喷油器模拟负载的等效电阻R_{INJ_S}，喷油器模拟负载的等效电感L_{INJ_S}，计算喷油器模拟负载中的驱动电流波形从峰值电流I_A下降到保持电流下限值I_{B_L}的时间t_{AB_S}，计算公式为：

其中，V_DIODE为续流二极管正向导通压降，取V_DIODE＝1V。

结合本实施例的上述数据可知，t_{AB_S}＝4.19ms。

设定喷油器控制单元(2)驱动喷油器模拟负载时，喷油器模拟负载驱动电流波形保持阶段的斩波数N_{HOLD_S}与喷油器控制单元(2)驱动喷油器真实负载时驱动喷油器真实负载驱动电流波形保持阶段的斩波数N_{HOLD_R}相等，即N_{HOLD_S}＝N_{HOLD_R}＝32。

计算喷油器模拟负载驱动电流波形在保持阶段的斩波周期t_{BD_S}(t_HOLD)，计算公式为：

设定喷油器控制单元(2)驱动喷油器模拟负载时，喷油器模拟负载驱动电流波形在保持阶段的斩波导通时间t_{BC_S}(t_{HOLD_ON})与驱动喷油器真实负载时驱动喷油器真实负载驱动电流波形在保持阶段的斩波导通时间t_BC相等，即t_{BC_S}＝t_BC＝0.04ms。

计算喷油器模拟负载驱动电流波形在保持阶段的斩波关断时间t_{CD_S}(t_{HOLD_OFF})，计算公式为：

t_{CD_S}＝t_{BD_S}-t_{BC_S}＝0.16ms；

将喷油器模拟负载驱动电流波形保持阶段的斩波关断时间t_{CD_S}(t_{HOLD_OFF})导入喷油器控制单元(2)，并调整喷油器模拟负载驱动电流波形。

通过上述调整后，喷油器驱动电路功率开关器件MOSFET的功耗为：

P＝P_CON+P_SW

其中，P_CON为开关器件MOSFET的导通损耗，P_SW为开关器件MOSFET的开关损耗。

由于，一个喷射周期内，喷油器控制单元(2)分别驱动喷油器真实负载和喷油器模拟负载时开关器件MOSFET的导通时间相等，所以喷油器控制单元(2)分别驱动喷油器真实负载和喷油器模拟负载时的导通损耗相等；喷油器控制单元(2)分别驱动喷油器真实负载和喷油器模拟负载时开关器件MOSFET的斩波数相等，所以喷油器控制单元(2)分别驱动喷油器真实负载和喷油器模拟负载时的开关损耗相等。即一个喷射周期内喷油器控制单元分别驱动喷油器真实负载和喷油器模拟负载时，驱动点火线圈的开关器件MOSFET的功耗P_R和P_S相等，根据开关器件MOSFET的温升公式ΔT：

ΔT＝P_D·R_θJA

其中，P_D为开关器件MOSFET的功耗，R_θJA为开关器件MOSFET的结到环境的热阻。

则喷油器控制单元(2)分别驱动喷油器真实负载和喷油器模拟负载时，驱动喷油器的开关器件MOSFET的温升相同，即开关器件MOSFET的热应力相等。

所以，采用喷油器模拟负载做环境试验时，通过本实施例的喷油器模拟负载驱动电流波形调整系统，可以更准确地模拟喷油器驱动电路及发动机控制单元的热应力，解决了采用喷油器模拟负载做环境试验时，驱动喷油器的开关器件的热应力不准确问题。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种喷油器模拟负载驱动电流波形调整系统，其特征在于，包括喷油器真实负载、喷油器控制单元、喷油器电流测试装置、数据存储装置、调整单元、数据采集卡和喷油器模拟负载；

所述喷油器模拟负载包括串联的电阻器和电感器，喷油器模拟负载的等效电阻R_{INJ_S}与喷油器真实负载的等效电阻R_{INJ_R}相等；喷油器模拟负载的等效电感L_{INJ_S}与喷油器真实负载在关断状态下的等效电感L_{INJ_R_OFF}相等；

所述喷油器控制单元连接于喷油器真实负载和喷油器模拟负载，用于向喷油器真实负载发送喷油器真实负载驱动电流波形，并且向喷油器模拟负载发送喷油器模拟负载驱动电流波形；

所述喷油器电流测试装置用于从喷油器真实负载中得到喷油器真实负载驱动电流波形；然后通过数据采集卡将喷油器真实负载的驱动电流波形转换为喷油器真实负载驱动电流波形参数数据，并将该喷油器真实负载驱动电流波形参数数据存储在存储装置中；

所述调整单元根据喷油器真实负载驱动电流波形参数数据调整喷油器模拟负载驱动电流波形保持阶段的斩波关断时间，使喷油器驱动控制模块在分别驱动喷油器模拟负载和真实负载时，喷油器驱动电路中功率开关器件的功耗和热应力相等。

2.根据权利要求1所述的喷油器模拟负载驱动电流波形调整系统，其特征在于，所述喷油器控制单元为发动机电子控制单元，并包括微处理器和喷油器驱动控制模块，微处理器的时间处理单元模块发出喷射脉宽信号给喷油器驱动控制模块，所述喷油器驱动控制模块根据喷射脉宽信号输出喷油器驱动电流波形。

3.一种根据权利要求1-2之一所述的喷油器模拟负载驱动电流波形调整系统的调整方法，其特征在于，包括：

喷油器控制单元向喷油器真实负载发送喷油器真实负载驱动电流波形；

所述喷油器电流测试装置从喷油器真实负载中得到喷油器真实负载驱动电流波形；数据采集卡将喷油器真实负载的驱动电流波形转换为喷油器真实负载驱动电流波形参数数据，并将该喷油器真实负载驱动电流波形参数数据存储在存储装置中；

调整单元根据喷油器真实负载驱动电流波形参数数据调整喷油器模拟负载驱动电流波形保持阶段的斩波关断时间，使喷油器驱动控制模块在分别驱动喷油器模拟负载和真实负载时，喷油器驱动电路功率开关器件的功耗和热应力相等；

其中，所述喷油器模拟负载包括串联的电阻器和电感器，喷油器模拟负载的等效电阻R_{INJ_S}与喷油器真实负载的等效电阻R_{INJ_R}相等；喷油器模拟负载的等效电感L_{INJ_S}与喷油器真实负载在关断状态下的等效电感L_{INJ_R_OFF}相等。

4.根据权利要求3中所述的调整方法，其特征在于，所述调整单元根据喷油器真实负载驱动电流波形参数数据调整喷油器模拟负载驱动电流波形保持阶段的斩波关断时间具体包括：

数据提取：获取喷油器真实负载驱动电流波形参数数据中的t_O、t_A、t_B、t_C、t_D、t_E时刻以及峰值电流I_A，保持电流上限设定值I_{B_H}和保持电流下限值I_{B_L}；其中，所述t_O为喷油器真实负载驱动电流波形开始时刻对应的时间点；t_A为从t_O时刻驱动电流连续增长到峰值电流I_A对应的时间点；t_B为从t_A时刻驱动电流连续下降到保持电流下限值I_{B_L}对应的时间点；t_C为从t_B时刻驱动电流连续增长到保持电流上限设定值I_{B_H}对应的时间点；t_D为从t_C时刻驱动电流连续下降到保持电流下限值I_{B_L}对应的时间点；

得到喷油器真实负载驱动电流波形从零上升到峰值电流值I_A的时间t_OA，t_OA= t_A-t_O；并且使喷油器模拟负载驱动电流波形从零上升到峰值电流I_A的时间t_{OA_S}与t_OA相同；

得到所述喷油器真实负载驱动电流波形从峰值电流I_A下降到保持电流下限值I_{B_L}的时间t_AB，t_AB= t_B-t_A；

以及所述喷油器真实负载驱动电流波形保持阶段的保持电流的斩波导通时间t_BC，t_BC=t_C-t_B；

根据获取的喷油器真实负载驱动电流波形参数数据，以及喷油器模拟负载的等效电阻R_{INJ_S}和等效电感L_{INJ_S}，计算喷油器模拟负载中的驱动电流波形从峰值电流I_A下降到保持电流下限值I_{B_L}的时间t_{AB_S}，计算公式为：

其中，V_DIODE为续流二极管正向导通压降；

设定喷油器控制单元驱动喷油器模拟负载时，喷油器模拟负载驱动电流波形保持阶段的斩波数N_{HOLD_S}与喷油器控制单元驱动喷油器真实负载时驱动喷油器真实负载驱动电流波形保持阶段的斩波数N_{HOLD_R}相等；

计算喷油器模拟负载驱动电流波形在保持阶段的斩波周期t_HOLD，计算公式为：

设定喷油器控制单元驱动喷油器模拟负载时，喷油器模拟负载驱动电流波形在保持阶段的斩波导通时间t_{HOLD_ON}与驱动喷油器真实负载时驱动喷油器真实负载驱动电流波形在保持阶段的斩波导通时间t_BC相等；

计算喷油器模拟负载驱动电流波形在保持阶段的斩波关断时间t_{HOLD_OFF}，计算公式为：

将喷油器模拟负载驱动电流波形保持阶段的斩波关断时间t_{HOLD_OFF}导入喷油器控制单元，并调整喷油器模拟负载驱动电流波形。

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