CN110206637B - 一种发动机气动执行器电磁阀驱动电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机气动执行器电磁阀驱动电路，包括微处理器芯片U1、CAN通讯芯片U2、板上气压传感器U3、半桥驱动芯片U4及运算放大器U5；板上气压传感器U3可输出0～5V电压信号，板上气压传感器U3连接微处理器U1，实时反馈当前输出气压；微处理器U1连接半桥驱动芯片U4输入端，微处理器U1通讯端与CAN通讯芯片U2相连；CAN通讯芯片U2与外部总线相连；半桥驱动芯片U4输出端连接需要控制的比例电磁阀J1，半桥驱动芯片U4同时连接到运算放大器U5输入端；运算放大器U5输出端与微处理器U1相连，运算放大器U5通过电阻接地。本发明同时提供一种发动机气动执行器电磁阀的控制方法。

Description

一种发动机气动执行器电磁阀驱动电路及控制方法

技术领域

本发明属于发动机周边电磁阀技术领域，特别是一种发动机增压器气驱执行器电磁阀驱动电路及控制方法。

背景技术

随着排放法规日益严格，精确控制增压器旁通阀开度及EGR位置是相关技术的发展方向。电控气驱执行器以其布置灵活，成本低优势成为当今主流技术手段之一。该技术充分利用电控气驱执行器优势，结合执行器位移传感器或执行端气压传感器，闭环控制比例电磁阀，可保证电控气驱执行器的控制精度与速度。其中的比例电磁阀的响应速度直接影响气驱执行器的响应性能。

现有技术主要是采用了电流反馈的电磁阀驱动控制类，如《一种基于电流反馈的油泵电磁阀驱动电路》(CN105697208A)，该电路根据单片机发出的PWM信号驱动油泵电磁阀，并根据油泵电磁阀的实时电流反馈对轨压进行电流闭环控制以达到精确维持平稳轨压的目的；《一种电流反馈控制的喷油器电磁阀驱动电路》(CN104564461A)，该电路实时采集电磁阀电流并与实时的参考电压进行比较，使用MOSFET开关管分时控制通过电磁阀的高、低电压，自动产生需要“峰值-维持”电流；《一种变速箱电磁阀驱动电路及其控制方法》(CN107479430A)，该电路微处理器芯片在接收到外部控制指令后按照预定的驱动算法计算输出PWM信号，PWM信号驱动功率开关管，实现电磁阀的驱动控制，通过采样电阻实时采集电磁阀的电流，采集的电流经过运算放大器处理后输出到微处理器，微处理器根据电流采样值调整PWM信号的输出。

专利CN105697208A与CN104564461A中均是实时采集电磁阀电流，根据反馈电流值实时闭环控制电磁阀固定到预定位置，若应用于采用了气压反馈控制的电磁阀控制多了一层闭环控制，因本发明涉及气动执行器电磁阀在气压变化时位置需不断变化，速度较慢；专利CN107479430A实时采集根据预定驱动算法输出的PWM信号后的电流，再根据电流反馈调整PWM信号的输出，同样不适合电磁阀位置需不断变化的根据气压反馈的气动执行器电磁阀控制。

发明内容

气动执行器根据气压反馈情况调节电磁阀位置，在气压变化阶段需快速改变电磁阀位置，现有技术中根据采集的实时电流反馈再去调整PWM信号，相比预标定占空比与电磁阀位置关系再根据气压反馈开环调整PWM信号速度要慢，不适合应用于电磁阀位置变化的气压控制类电磁阀驱动控制。为提升气压控制速度，本发明的目的在于提供一种发动机增压器气路执行器比例电磁阀驱动电路及其控制方法，以实现气压输出控制装置在不同环境温度下均能快速、准确、稳定控制输出气压且省气源的目的。

为实现上述目的，本发明所设计的驱动控制方案是：

一种发动机气动执行器电磁阀驱动电路，包括微处理器芯片U1、CAN通讯芯片U2、板上气压传感器U3、半桥驱动芯片U4及运算放大器U5；板上气压传感器U3可输出0～5V电压信号，板上气压传感器U3连接微处理器U1，实时反馈当前输出气压；微处理器U1连接半桥驱动芯片U4输入端，微处理器U1通讯端与CAN通讯芯片U2相连；CAN通讯芯片U2与外部总线相连；半桥驱动芯片U4输出端连接需要控制的比例电磁阀J1，半桥驱动芯片U4同时连接到运算放大器U5输入端；运算放大器U5输出端与微处理器U1相连，运算放大器U5通过电阻接地。

所述驱动电路的具体连接方式为：

板上气压传感器U3的引脚2连接到微处理器U1上的引脚19，实时反馈当前输出气压；

所述微处理器U1型号为MC9S12G48，微处理器U1的引脚10通过电阻R2连接到半桥驱动芯片U4上的引脚2，微处理器U1的引脚12通过电阻R1连接到半桥驱动芯片U4的引脚3，微处理器U1的引脚32与CAN通讯芯片U2的引脚1相连，微处理器U1的引脚31与CAN通讯芯片U2的引脚4相连；

所述CAN通讯芯片U2型号为TLE6251，CAN通讯芯片U2的引脚6与引脚7分别作为CAN总线的低端与高端与外部总线相连；

所述半桥驱动芯片U4的型号为BTN8960TA，半桥驱动芯片U4的引脚4与引脚8相连后与电容C1的一端相连，电容C1的另一端与半桥驱动芯片U4的引脚1相连，电容C1的两端作为输出端连接到需要控制的比例电磁阀J1的两端，半桥驱动芯片U4的引脚6通过电阻R3连接到运算放大器U5的引脚1；

所述运算放大器U5的型号为TLV369，运算放大器U5的引脚3通过电阻R6与运算放大器U5的引脚4相连，运算放大器U5的引脚4通过电阻R4与微处理器U1相连，U5的引脚4通过电阻R4与电容C2的正端相连，电容C2的负端与地相连，运算放大器U5的引脚3通过电阻R5接地。

本发明同时提供一种发动机气动执行器电磁阀的控制方法，其通过本发明提供的发动机气动执行器电磁阀驱动电路实现，包括以下步骤：

步骤一、气压控制阀上电后，给定默认保压占空比d0＝(d1+d2)/2；在常温下，此时的电磁阀行程将处于保压位置；

步骤二、通过微处理器U1采集到放大、稳压后的电磁阀驱动电流，与标定数据对比，得出当前电磁阀线圈温度；

步骤三、通过步骤二得到的线圈温度，计算当前温度下的补偿占空比；

步骤四、外部控制端通过CAN通讯芯片U2与微处理器U1连接，将外部要求气压指令传输给微处理器芯片；

步骤五、微处理器U1接收到外部要求气压指令后按照预定的驱动算法计算驱动占空比，再加上步骤三的补偿占空比，输出PWM信号；

步骤六、通过微处理器U1采集板上气压传感器U3的输出，得到当前输出气压；

步骤七、微处理器U1通过CAN通讯芯片U2反馈当前输出气压；

步骤八、判断是否达到要求的输出气压，达到输出气压则返回步骤一进行保压；未达到要求输出气压则返回步骤五继续计算新的驱动占空比。

本发明具有以下有益效果：

本发明驱动电路采用集成电流反馈的半桥驱动芯片驱动电磁阀，反馈电流经运算放大器放大整流后反馈至微处理器。处理器在气压保压状态下采集反馈电流，据此计算电磁阀温度、补偿占空比，可实现在不同温度下对带气压反馈的气动执行器比例电磁阀的快速、准确控制，提高发动机在不同环境温度下的适应性。

根据半桥驱动芯片反馈电流的大小，可以改变运算放大器及其运放参数，以求达到最佳的控制效果。

利用本发明的驱动电路及控制方法，使电磁阀线圈材料可选择范围变宽，即使有较大范围温漂的材料同样可应用于工作环境温度变化大的气动执行器电磁阀线圈。

通过电流反馈，还可判断电磁阀短路、断路等故障，可及时断开驱动，保护控制电路并向ECU反馈故障状态。

附图说明

图1为本发明一种发动机气动执行器电磁阀驱动电路电路图；

图2为本发明一种发动机气动执行器电磁阀的控制方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图详细介绍本发明的技术方案：

如图1所示，一种发动机气动执行器电磁阀驱动电路，包括：微处理器芯片U1、CAN通讯芯片U2、板上气压传感器U3、半桥驱动芯片U4及运算放大器U5；板上气压传感器U3可输出0～5V电压信号，板上气压传感器U3连接微处理器U1，实时反馈当前输出气压；微处理器U1通过电阻连接半桥驱动芯片U4输入端，微处理器U1通讯端与CAN通讯芯片U2相连；CAN通讯芯片U2与外部总线相连；半桥驱动芯片U4输出端连接需要控制的比例电磁阀J1，半桥驱动芯片U4同时连接到运算放大器U5输入端；运算放大器U5输出端与微处理器U1相连，运算放大器U5通过电阻接地。

所述板上气压传感器U3可直接焊接在PCB板上，板上气压传感器U3的引脚2为输出脚，可输出0～5V电压信号。板上气压传感器U3的引脚2连接到微处理器U1上的引脚19，实时反馈当前输出气压。

所述微处理器U1型号为MC9S12G48。微处理器U1的引脚10通过电阻R2连接到半桥驱动芯片U4上的引脚2。微处理器U1的引脚12通过电阻R1连接到半桥驱动芯片U4的引脚3。微处理器U1的引脚32与CAN通讯芯片U2的引脚1相连。微处理器U1的引脚31与CAN通讯芯片U2的引脚4相连。

所述半桥驱动芯片U4的型号为BTN8960TA。半桥驱动芯片U4的引脚4与引脚8相连后与电容C1的一端相连。电容C1的另一端与半桥驱动芯片U4的引脚1相连。电容C1的两端作为输出端连接到需要控制的比例电磁阀J1的两端。半桥驱动芯片U4的引脚6通过电阻R3连接到运算放大器U5的引脚1。

所述运算放大器U5的型号为TLV369。运算放大器U5的引脚1通过电阻R3与半桥驱动芯片U4的引脚6相连。运算放大器U5的引脚3通过电阻R5与地相连。运算放大器U5的引脚3通过电阻R6与运算放大器U5的引脚4相连。运算放大器U5的引脚4通过电阻R4与微处理器U1相连。U5的引脚4通过电阻R4与电容C2的正端相连。电容C2的负端与地相连。

所述CAN通讯芯片U2型号为TLE6251。CAN通讯芯片U2的引脚1与微处理器U1的引脚32相连。CAN通讯芯片U2的引脚4与微处理器U1的引脚31相连。CAN通讯芯片U2的引脚6与引脚7分别作为CAN总线的低端与高端与外部总线相连。

本发明以具有电流反馈的半桥驱动芯片驱动比例电磁阀。服务的气压输出控制装置通过改变驱动电磁阀的占空比进行气压调节，当气压达到目标压力时把占空比设定到稳压处对应的占空比，比例电磁阀就会停在一个稳压位置。当温度从-40℃升到120℃时，电磁阀电阻会发生约80％的变化，导致在常温下计算得出的驱动占空比在低温或高温时的气压调节速度产生变化。为了解决这一问题，通过在稳压状态下固定的PWM信号占空比的电流反馈值，查标定数据得出当前温度，据此对常温下预定算法计算出的PWM信号占空比进行补偿调整，再去驱动电磁阀，电磁阀运动过程中不需再进行电流采集。

采用集成电流反馈的半桥驱动芯片BTN8960，可更好地采集到驱动电流大小、波形，最大限度保留了驱动电流的相关信息。

采用运算放大器TLV369，芯片体积小，配合元件少，且放大后波形与放大前波形高度一致，失真少，从而提高了电流变化识别精度。所述R6、R5阻值使放大后的电流处于1.5V～3.5V范围，适当的阻值搭配使放大后的电流波形处于相对适当的范围，便于微处理器对信号进行识别与处理，提高分辨率。

一种发动机气动执行器电磁阀的控制方法，应用图1所示的控制元件及连接方法，包括如图2所示以下步骤：

步骤一、气压控制阀上电后，给定默认保压占空比d0＝(d1+d2)/2。在常温下，此时的电磁阀行程S将处于W中间的保压位置。

步骤二、通过微处理器U1的引脚17采集到放大、稳压后的电磁阀驱动电流，与标定数据对比，得出当前电磁阀线圈温度。

步骤三、通过步骤二得到的线圈温度，计算当前温度下的补偿占空比。

步骤四、外部控制端通过CAN通讯芯片U2与微处理器U1连接，将外部要求气压指令传输给微处理器芯片。

步骤五、微处理器U1接收到外部要求气压指令后按照预定的驱动算法计算驱动占空比，再加上步骤三的补偿占空比，输出PWM信号。

步骤六、通过微处理器U1的引脚19采集板上气压传感器U3引脚2的输出，得到当前输出气压。

步骤七、微处理器U1通过CAN通讯芯片U2反馈当前输出气压。

步骤八、判断是否达到要求的输出气压。达到输出气压转到步骤一进行保压；未达到要求输出气压转到步骤五继续计算新的驱动占空比。

所述控制方法中，在保压状态固定驱动占空比下采集反馈电流，计算线圈温度及补偿占空比。固定驱动占空比下采集反馈电流，更能反应温度变化的影响。在保压状态下进行采集，不影响气压控制过程。

根据保压状态下计算出的补偿占空比直接补偿到常温下预定算法计算出实时驱动占空比，不增加气压调节过程计算量，保证最后的驱动占空比能适应当前比例电磁阀线圈温度，又使比例电磁阀反应速度在不同温度下与常温下保持一致，保证气压控制性能。

当电磁阀线圈材料存在较大温漂时，本发明电路及控制方法可反馈气动执行器所处环境温度，电磁阀当成温度传感器使用。

发动机气动执行器气压的控制原理为：设比例电磁阀的行程为S，当S处于一个范围W[w1,w2]，即w1<S<w2时，气压控制阀将处于保压状态，既不充气也不放气；当w2<S时，控制阀将进行充气，充气速度由S与w2的差值决定；当气压达到控制要求时，重新使S处于W范围内，此时输出气压不改变，即处于保压状态；当S<w1时，控制阀将进行放气，放气速度由w1与S的差值决定；当气压达到控制要求时，重新使S处于W范围内，此时输出气压不改变，重新回到保压状态。在常温下，当驱动电磁阀的PWM波占空比处于范围D[d1,d2]时，比例电磁阀的行程S处于范围W内。

Claims (1)

1.一种发动机气动执行器电磁阀的控制方法，其采用的发动机气动执行器电磁阀驱动电路包括微处理器芯片U1、CAN通讯芯片U2、板上气压传感器U3、半桥驱动芯片U4及运算放大器U5；板上气压传感器U3可输出0～5V电压信号，板上气压传感器U3连接微处理器U1，实时反馈当前输出气压；微处理器U1连接半桥驱动芯片U4输入端，微处理器U1通讯端与CAN通讯芯片U2相连；CAN通讯芯片U2与外部总线相连；半桥驱动芯片U4输出端连接需要控制的比例电磁阀J1，半桥驱动芯片U4同时连接到运算放大器U5输入端；运算放大器U5输出端与微处理器U1相连，运算放大器U5通过电阻接地；

其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

步骤一、气压控制阀上电后，给定默认保压占空比d0＝(d1+d2)/2，其中，d1、d2分别指代在常温下使电磁阀行程处于保压范围的占空比范围的两个端值；在常温下，此时的电磁阀行程将处于保压位置；

步骤二、通过微处理器U1采集到放大、稳压后的电磁阀驱动电流，与标定数据对比，得出当前电磁阀线圈温度；

步骤三、通过步骤二得到的线圈温度，计算当前温度下的补偿占空比；

步骤四、外部控制端通过CAN通讯芯片U2与微处理器U1连接，将外部要求气压指令传输给微处理器芯片；

步骤五、微处理器U1接收到外部要求气压指令后按照预定的驱动算法计算驱动占空比，再加上步骤三的补偿占空比，输出PWM信号；

步骤六、通过微处理器U1采集板上气压传感器U3的输出，得到当前输出气压；

步骤七、微处理器U1通过CAN通讯芯片U2反馈当前输出气压；

步骤八、判断是否达到要求的输出气压，达到要求的输出气压则返回步骤一进行保压；未达到要求的输出气压则返回步骤五继续计算新的驱动占空比。

Images