CN110284978A

CN110284978A - 基于单边驱动的egr阀自学习方法

Info

Publication number: CN110284978A
Application number: CN201910542944.4A
Authority: CN
Inventors: 任黎霞; 郭靖
Original assignee: Anhui Aviation Aviation Power Equipment Co Ltd
Current assignee: Anhui Aviation Aviation Power Equipment Co Ltd
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2019-09-27

Abstract

本发明公开了一种基于单边驱动的EGR阀自学习方法，包括步骤：S1、EGR阀自学习工况识别；S2、EGR阀自学习进程状态分布；S3、进入各个自学习进度状态的条件设置；S4、自学习过程中电机保护策略的设置；S5、自学习值的存储。本发明基于单边驱动的EGR阀自学习方法，通过对EGR阀自学习工况识别及最大位置、最小位置学习后将EGR阀有效可控范围转换成PWM形式供EGR调节使用，可以满足基于单边驱动的EGR阀自学习要求，可以有效提高EGR阀自学习值的准确性，确保EGR阀控制精度及工作可靠性。

Description

基于单边驱动的EGR阀自学习方法

技术领域

本发明属于柴油发动机技术领域，具体地说，本发明涉及一种基于单边驱动的EGR阀自学习方法。

背景技术

为了减小排放污染，满足日益严格的排放法规要求，EGR系统已成为降低排放的技术之一，可以降低峰值燃烧温度和燃烧压力以抑制NOx的生成从而达到减小排放污染物NOx目的，在电控柴油机系统中有着举足轻重的作用。EGR(Exhaust Gas Recirculation)为废气再循环，即将发动机排出的废气重新引入进气管和新鲜气体混合后进入燃烧室进行燃烧。EGR阀安装于发动机上，用于控制进入进气系统的再循环废气量。

目前常用的EGR阀控制为H桥双边驱动，此驱动需要专门的驱动芯片价格在10-30元人民币不等，随着EGR阀的普遍使用，EGR阀控制成本也极为重要。申请人对EGR阀的控制进行测试发现，单边驱动也能满足EGR控制精度。以无锡隆盛科技的EGR阀为测试对象，单边驱动与H桥双边驱动的区别在于：

1)单边驱动为普通输出，不需要购买专门支持H桥的芯片，直接通过ECU控制，与H桥双边驱动比较可以节省10-30元人民币不等；

2)单边驱动控制方式EGR阀正向调节通过PWM(Pulse Width Modulation)输出控制，与H桥驱动相同，反向调节需用靠EGR阀的弹簧回力，H桥驱动是通过电机驱动；

3)由于单边驱动是通过弹簧回力回位，这种与常规控制方法不同，因此最小位置(初始位)自学习需要更改。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种基于单边驱动的EGR阀自学习方法，目的是满足基于单边驱动的EGR阀自学习要求。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：基于单边驱动的EGR阀自学习方法，包括步骤：

S1、EGR阀自学习工况识别；

S2、EGR阀自学习进程状态分布；

S3、进入各个自学习进度状态的条件设置；

S4、自学习过程中电机保护策略的设置；

S5、自学习值的存储。

所述步骤S1中，根据EGR阀控制自学习条件进行工况识别，EGR阀自学习工况包括两种工况，分别为自动进入自学习工况和强制进入自学习工况。

所述步骤S1中，当EGR阀处于自动进入自学习工况时，发动机正常运行后熄火，此时ECU进入后运行状态。EGR阀控制对发动机状态及驱动条件进行识别，判断是否满足EGR阀动作要求。

所述步骤S1中，当EGR阀处于强制进入自学习工况时，为强制EGR阀进行自学习，与发动机状态及驱动条件无关。

所述的EGR阀自学习方法还包括步骤：

S6、仿真测试；

S7、实测验证。

所述步骤S6包括：

S601、建立仿真模型，实现不同工况下EGR阀控制的位置需求转换为底层硬件可实现的占空比控制信号；

S602、数据预设；

S603、进行仿真验证。

所述步骤S603中，进行仿真验证时，主要包括验证EGR阀电子控制系统的硬件电路单元、底层控制单元和应用控制单元的设计是否合理。

所述步骤S601中，通过PWM的方式，将EGR阀位置需求根据最大、最小位置转换成对应的PWM控制信号；EGR阀位置需求与传感器采集的实际位置相差不超过±5％。

所述步骤S603中，采用HIL仿真测试设备进行仿真验证。

所述步骤S7包括：

S701、控制器底层驱动校验；

S702、EGR阀自学习精度校验；

S703、EGR阀自学习进度状态监测。

本发明基于单边驱动的EGR阀自学习方法，通过对EGR阀自学习工况识别及最大位置、最小位置学习后将EGR阀有效可控范围转换成PWM形式供EGR调节使用，可以满足基于单边驱动的EGR阀自学习要求，可以有效提高EGR阀自学习值的准确性，确保EGR阀控制精度及工作可靠性。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明基于单边驱动的EGR阀自学习方法的流程图；

图2是本发明基于单边驱动的EGR阀自学习方法的算法流程图；

图3是EGR阀自学习进度状态分布图；

图4是EGR阀硬件在环测试电气示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1至图4所示，本发明提供了一种基于单边驱动的EGR阀自学习方法，包括如下的步骤：

S1、EGR阀自学习工况识别；

S2、EGR阀自学习进程状态分布；

S3、进入各个自学习进度状态的条件设置；

S4、自学习过程中电机保护策略的设置；

S5、自学习值的存储。

具体地说，本发明的EGR阀自学习方法是基于EGR阀直流电机驱动的电动阀电子控制系统(ECU)，该电子控制系统包括硬件电路单元、底层控制单元和应用层控制单元。

在上述步骤S1中，根据EGR阀控制自学习条件进行工况识别，EGR阀自学习工况包括两种工况，这两种工况分别为自动进入自学习工况和强制进入自学习工况。

在上述步骤S1中，当EGR阀处于自动进入自学习工况时，发动机经过正常运行后熄火，此时ECU进入后运行状态。EGR阀控制对发动机状态及驱动条件进行识别，判断是否满足EGR阀动作要求。这种EGR阀启动工况，一般地ECU进入后运行时进行自学习，需要驱动电机并对系统电压和水温进行监测满足驱动条件后再进行自学习请求。

当EGR阀处于自动进入自学习工况时，因为EGR阀的开启对发动机动力输出有影响，为了避免造成危险，自学习动作在ECU进入后运行时再开始；在自学习过程中为了节省时间，需要EGR阀从初始位快速到达最大位置，因此需要足够的驱动力，系统电压要满足驱动需求；为了避免自学习造成过度的能耗损失，在低温时不对EGR阀进行自学习。

在上述步骤S1中，当EGR阀处于强制进入自学习工况时，为强制EGR阀进行自学习，这种自学习方式与发动机状态无关，通过使能的标定量实现。

在上述步骤S2中，EGR阀自学习进程状态分布，一般地，《EGR阀技术文档》中会明确提出自学习步骤，需要设计算法实现自学习进度状态分布与《EGR阀技术文档》要求相同，在设计算法时，应考虑到对电机的保护和进入各个进度状态的条件设置。以无锡隆盛科技的EGR阀为例，其中明确要求自学习在后运行时进行，占空比输出变化、时间限制以及多次学习取得平均值的要求。根据要求设计状态分布，针对无锡隆盛科技的EGR阀使用单边驱动的自学习进度状态见图2。

在上述步骤S3中，设计算法时，应考虑到进入各个进度状态的条件设置。以无锡隆盛科技的EGR阀为例，其中明确要求自学习在后运行时进行，占空比输出变化、时间限制以及多次学习取得平均值的要求。

在上述步骤S4中，一般地在《EGR阀技术文档》中对电机参数、阀电流保护策略、故障诊断等的规定,为避免损伤电机，需要做相应的保护策略。

在上述步骤S5中，存储自学习值的目的为得到实际的EGR控制范围以及用于诊断EGR是否有积碳、卡死等现象，因此自学习值应包括长期自学习和短期自学习值的存储。

由于ECU分软件(底层软件、应用层软件)和硬件，实施方案流程见图1。针对EGR阀的控制算法，ECU需要包括以下功能：

1、ECU硬件，支持EGR位置反馈传感器功能、PWM控制功能并设计响应电路，并且PWM控制信号的占空比范围及通讯频率与EGR阀相符合，支持EGR阀工作的电压、电流范围。

2、底层软件，实现PWM控制信号由应用层软件向底层驱动的转变。

3、应用层软件，需要支持EGR阀工况判断，自学习进度状态计算，自学习值存储，算法流程见图3。

本发明的EGR阀自学习方法还包括如下的步骤：

S6、仿真测试；

S7、实测验证。

上述步骤S6包括：

S601、建立仿真模型，实现不同工况下EGR阀控制的位置需求转换为底层硬件可实现的占空比控制信号，实现不同自学习进度下PWM控制信号的输出计算；

S602、数据预设，根据《EGR阀技术文档》中对电机参数、阀电流保护策略、故障诊断等的规定，对占空比输出，电流保护等参数做数据预设；

S603、进行仿真验证。

在上述步骤S601中，通过PWM(Pulse Width Modulation)的方式，将EGR阀位置需求根据最大、最小位置转换成对应的PWM控制信号；EGR阀位置需求与传感器采集的实际位置相差不超过±5％(根据《EGR阀技术文档》中控制精度要求确定)。

在上述步骤S601中，建立仿真模型实现自学习算法，发动机正常运行后，ECU进入后运行状态时对EGR阀进行最大位置及最小位置学习，将EGR可调范围转换成PWM占空比输出。

在上述步骤S602中，EGR阀需要根据零部件性能参数进行预设，防止闭环调节过程中超调或者对电机损伤。而且，由于占空比输出给底层后，底层软件转换成需求电流进行驱动，如果占空比过大会导致电流过大损伤直流电机，因此占空比输出大小及最长时间禁止超过《EGR阀技术文档》中的要求，根据占空比输出限制推算出EGR阀调节速度及闭环控制的PID参数。

在上述步骤S603中，进行仿真验证时，主要包括验证EGR阀电子控制系统的硬件电路单元、底层控制单元和应用控制单元的设计是否合理。具体的，需验证硬件电路单元设计是否合理，查看经过ECU输出的EGR阀占空比需求后输出的电压信号、电流信号是否与技术文档上要求相同；需验证底层软件PWM控制信号的输出是否正确，如高低电平定义、通讯频率；需验证应用层软件算法是否实现不同工况下占空比控制信号。

结算仿真验证后，按下列综合评价标准进行评价：

·发动机正常运转后再进入自学习；

·EGR阀通过电压反馈，能达到技术文档中规定的最小、最大电压输出的范围；

·自学习成功，自学习值有更新。自学习失败，自学习值保持上次工作循环的值。

·最大、最小自学习值出故障时，需要报出对应故障。

为了确认功能、节约试验成本和试验验证的范围全面性，一般在发动机实体验证前先进行硬件在环仿真测试。在上述步骤S603中，采用HIL(Hardware In the Loop)仿真测试设备进行仿真验证。HIL仿真测试设备用于模拟EGR阀自学习工况，检测EGR阀自学习功能是否完善、调节速度及控制精度是否满足控制要求，EGR阀位置需求与传感器采集的实际位置相差不超过±5％。

在进行仿真验证，验证过程包括如下的如下步骤：

步骤1)设备的准备：EGR阀体、HIL仿真测试设备、线束、示波器、ECU控制器、电脑、INCA(数据采集设备)；

步骤2)设备的安装：EGR阀使用线束与HIL仿真测试设备和ECU控制器连接，电脑安装INCA，使用数据采集设备连接电脑与HIL仿真测试设备，使用示波器监测ECU输出的需求信号和传感器输出的电压值，其中EGR阀内集成的位置传感器信号；

步骤3)测量的变量：ECU采集数据包括故障信息、发动机运行工况状态、发动机温度、系统电压、EGR阀需求开度、EGR阀实际开度、自学习进程状态、自学习值、后运行结束标志位等；台架采集数据除上述变量外应增加台架数据包括发动机转速、发动机温度、机油压力、缸压等。

上述步骤S7包括：

S701、控制器底层驱动校验；

S702、EGR阀自学习精度校验；

S703、EGR阀自学习进度状态监测。

在上述步骤S7中，搭载实体对象测试，将EGR阀按照要求安装到发动机上，使用发动机台架设备进行测试.调整需求EGR阀开度，查看实际开度的跟随性，确认单边驱动是否满足控制需求；停机后让ECU进入后运行工况，查看EGR阀自学习值的大小是否合理。通过发动机台架进行验证，需要的仪器有搭载EGR阀的的发动机、发动机台架、缸压传感器、标定设备和ECU控制器。

在上述步骤S701中，控制器底层驱动校验，EGR阀的技术要求中明确指出EGR阀电动阀的性能参数及直流电机运行参数，电机控制通过PWM实现，因此调整PWM控制信号可以控制EGR阀的动作，检验EGR阀的自学习时间能否满足EGR阀的调整速度要求，如果ECU发出EGR动作要求后，EGR阀无动作，需要检查ECU底层驱动的电流是否满足《EGR阀技术文档》中的要求。

在上述步骤S702中，进行EGR阀自学习精度校验时，如果在自学习规定的时间内，可调整范围无法满足《EGR阀技术文档》中的控制范围，说明设置的调整速度或自学习时间是不合理的，需要重新标定控制参数。

在上述步骤S703中，进行EGR阀自学习进度状态监测时，对于不同厂家EGR自学习步骤有严格要求的，因此设计的算法必须实现《EGR阀技术文档》中提出的“自学习策略”。如果无法满足，需要更改控制算法。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.基于单边驱动的EGR阀自学习方法，其特征在于，包括步骤：

S1、EGR阀自学习工况识别；

S2、EGR阀自学习进程状态分布；

S3、进入各个自学习进度状态的条件设置；

S4、自学习过程中电机保护策略的设置；

S5、自学习值的存储。

2.根据权利要求1所述的EGR阀自学习方法，其特征在于，所述步骤S1中，根据EGR阀控制自学习条件进行工况识别，EGR阀自学习工况包括两种工况，分别为自动进入自学习工况和强制进入自学习工况。

3.根据权利要求2所述的EGR阀自学习方法，其特征在于，所述步骤S1中，当EGR阀处于自动进入自学习工况时，EGR阀在发动机正常运行后熄火，ECU进入后运行时候，对发动机状态及驱动条件进行识别，判断是否满足EGR阀动作要求。

4.根据权利要求2所述的EGR阀自学习方法，其特征在于，所述步骤S1中，当EGR阀处于强制进入自学习工况时，为强制EGR阀进行自学习，与发动机状态及驱动条件无关。

5.根据权利要求1至4任一所述的EGR阀自学习方法，其特征在于，还包括步骤：

S6、仿真测试；

S7、实测验证。

6.根据权利要求5所述的EGR阀自学习方法，其特征在于，所述步骤S6包括：

S602、数据预设；

S603、进行仿真验证。

7.根据权利按要求6所述的EGR阀自学习方法，其特征在于，所述步骤S603中，进行仿真验证时，主要包括验证EGR阀电子控制系统的硬件电路单元、底层控制单元和应用控制单元的设计是否合理。

8.根据权利要求6所述的EGR阀自学习方法，其特征在于，所述步骤S601中，通过PWM的方式，将EGR阀位置需求根据最大、最小位置转换成对应的PWM控制信号；EGR阀位置需求与传感器采集的实际位置相差不超过±5％。

9.根据权利要求5至8任一所述的EGR阀自学习方法，其特征在于，所述步骤S603中，采用HIL仿真测试设备进行仿真验证。

10.根据权利要求5至9任一所述的EGR阀自学习方法，其特征在于，所述步骤S7包括：

S701、控制器底层驱动校验；

S702、EGR阀自学习精度校验；

S703、EGR阀自学习进度状态监测。