CN110296256A - 用于控制电磁阀的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了用于控制电磁阀的装置和方法。装置包括第一控制器、电磁阀控制器、电流控制器和电流检测器。第一控制器可根据电磁阀的参数，确定电磁阀的设定电流和初始控制信息。电磁阀控制器可基于初始控制信息，产生电流控制信号，其中，电流控制信号的占空比根据初始控制信息来确定。电流控制器可根据电流控制信号，向电磁阀输出第一电流。电流检测器可检测第一电流。此外，电磁阀控制器还可根据设定电流和第一电流，调整电流控制信号的占空比。

Description

用于控制电磁阀的装置和方法

技术领域

本发明涉及电磁阀控制技术领域，具体地，涉及一种用于控制电磁阀的装置和用于控制电磁阀的方法。

背景技术

电磁阀是电磁控制的工业设备，可作为控制流体的自动化基础元件。通常，电磁阀包括衔铁和线圈，其可通过控制线圈上的电流的大小或通断来控制衔铁位移，进而控制阀体移动。阀体移动使得不同的油孔开启或关闭，以实现流体控制。

在新能源汽车领域中，车辆系统设置有使用液压控制的执行机构。在执行机构中，电磁阀是必不可少的执行元件。通常，可通过控制电磁阀中的电流来控制电磁阀的开度，从而控制液体的流量，进而控制系统的压力。因此，对于混合动力车辆，可通过控制电磁阀的开度来控制车内各种机构的液体流量、发动机和电机的动力切换、以及变速箱的换挡。

发明内容

本发明的实施例提供了一种用于控制电磁阀的装置，以及控制电磁阀的方法，其能够基于硬件的方式调整用于控制电磁阀的电流的电流控制信号的占空比，从而调整输出到电磁阀的电流以及电磁阀的开度，由此提高了控制精度和反应速度。

根据本发明的一个方面，提供了用于控制电磁阀的装置。装置包括第一控制器、电磁阀控制器、电流控制器和电流检测器。第一控制器可根据电磁阀的参数，确定电磁阀的设定电流和初始控制信息。电磁阀控制器可基于初始控制信息，产生电流控制信号，其中，电流控制信号的占空比根据初始控制信息来确定。电流控制器可根据电流控制信号，向电磁阀输出第一电流。电流检测器可检测第一电流。此外，电磁阀控制器还可根据设定电流和第一电流，调整电流控制信号的占空比。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于控制电磁阀的方法。在方法中，根据电磁阀的参数确定电磁阀的设定电流和初始控制信息。基于初始控制信息，产生电流控制信号，其中，电流控制信号的占空比根据初始控制信息来确定。根据电流控制信号，向电磁阀输出第一电流。检测第一电流。根据设定电流和第一电流，调整电流控制信号的占空比。

根据本发明的实施例，能够提高用于控制电磁阀的开度的精度，并且提高控制的反应速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例的附图进行简单说明。应当知道，以下描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，而非对本发明的限制，其中：

图1是一种用于控制电磁阀的装置的示意性框图；

图2是根据本发明的实施例的用于控制电磁阀的装置的示意性框图；

图3是根据本发明的另一实施例的用于控制电磁阀的装置的示意性框图；

图4是根据本发明的实施例的用于控制电磁阀的装置的示意性电路图；

图5是根据本发明的实施例的用于控制电磁阀的方法的流程图；以及

图6是根据本发明的另一实施例的用于控制电磁阀的方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明的实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而并非全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域的普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，也都属于本发明的范围。

在下文中，除非特别说明，表述“元件A耦接/连接到元件B”意为元件A“直接”或通过一个或多个其它元件“间接”连接到元件B。

图1示出了一种用于控制电磁阀的装置的示意性框图。如图1所示，装置100包括控制器110和电流驱动电路120，可经由控制器110向电流驱动电路120提供控制信号，进而控制电磁阀130。

具体地，控制器110可根据电磁阀130的参数(例如，电阻值和电感值)计算出所需电流的电流值。例如，根据特定型号的电磁阀的电阻和电感值通过软件编程，并将程序固化在控制器110中。然后，控制器110进一步计算出用于控制电磁阀的电流的电流控制信号(例如，PWM脉冲信号)的占空比。

电流驱动电路120根据电流控制信号来控制电磁阀130的电流，从而控制电磁阀130的开度。电流控制信号的占空比与电流驱动电路120输出的电流和电磁阀的开度130成正比。具体地，控制器110提供的电流控制信号的占空比越大，则电流驱动电路120输出的电流越大，使得电磁阀130的开度越大。反之，电流控制信号的占空比越小，则电流驱动电路120输出的电流越小，使得电磁阀130的开度越小。例如，当控制器110提供的PWM脉冲信号的占空比为100％时，电磁阀130完全打开。当控制器110提供的PWM脉冲信号的占空比为0％时，电磁阀130完全闭合。

然而，由于不同型号的电磁阀的电阻和电感值不同，所以针对不同型号的电磁阀需要重新编程，因此操作较为复杂。即使对于同一型号的不同电磁阀，电阻和电感值也并不完全一致，这导致电流驱动电路输出的电流的精度较低。同时，受控制器内的模数转换器的精度限制，也使得控制精度较低。此外，因为电流控制信号的占空比和电流驱动电路输出的电流的计算完全依靠控制器内的软件，受软件计算速度的限制，控制操作的反应速度较慢。进一步地，该装置没有设置有效的保护机制，难以提供安全保护。例如，如果仅由控制器进行软件保护，可能出现保护不及时的情况。而如果仅采用简单的组合逻辑硬件进行保护，则不能区分各种故障的状态，这样容易在发生简单错误时输出被直接切断，进而可能发生误保护或过保护。

图2示出了根据本发明的实施例的用于控制电磁阀的装置的示意性框图。如图2所示，装置200包括第一控制器210、电磁阀控制器220、电流控制器230和电流检测器240。第一控制器210可根据电磁阀的参数(例如，电阻值和电感值)，确定电磁阀的设定电流I0和初始控制信息Y1，并将设定电流I0和初始控制信息Y1提供给电磁阀控制器220。初始控制信息Y1例如是：设定用于控制电磁阀的电流的电流控制信号S1的占空比为预设定的百分数。电磁阀控制器220可基于初始控制信息产生电流控制信号S1，并提供至电流控制器230。电流控制信号S1的占空比则可根据初始控制信息Y1来确定。电流控制器230可根据电流控制信号S1，向电磁阀输出第一电流I1。电磁阀的另一端与地线耦接。由此，电磁阀以与第一电流I1对应的开度操作。电流检测器240可检测输出到电磁阀的第一电流I1。此外，电磁阀控制器220还可根据设定电流I0和第一电流I1来调整电流控制信号S1的占空比。以此方式，电流控制器230可根据经调整的电流控制信号S1，向电磁阀输出第一电流I1，从而实现对电磁阀开度的控制。

在本发明的实施例中，电磁阀控制器220可通过比较设定电流I0和第一电流I1来调整控制信号S1的占空比。具体地，在第一电流I1大于设定电流I0的情况下，减小电流控制信号S1的占空比。在第一电流I1小于设定电流I0的情况下，增加电流控制信号S1的占空比。由此，可逐步将第一电流I1向设定电流I0调整。由于这种占空比的调整是基于硬件方式实现的，因此提高了控制的速度和精度。此外，根据本发明实施例的装置100可以适用于不同型号和参数的电磁阀，因此具有更强的可移植性。

进一步地，电磁阀控制器220还可计算设定电流I0和第一电流I1之间的差值。当该差值在预定范围内，即第一电流I1已非常接近设定电流I0时，可保持电流控制信号S1的占空比不变，从而以该电流控制信号S1控制电磁阀的电流。例如，可将两者的差值限定在千分之一数量级，从而有效提高了控制的精度。

应注意的是，在本发明的实施例中，流过电磁阀的电流可以是在直流电流的基础上叠加三角波的形式。直流电流可控制电磁阀的开度，而三角波可使电磁阀产生振动。通过叠加三角波，可以使电磁阀始终处于微微的震动，从而可减少电磁阀开合动作的摩擦力。由此，当需要调整电磁阀的开度时，可以迅速动作，从而更快完成控制操作。当需要改变电磁阀的开度时，只需要改变直流电流，而不需要改变所叠加的三角波。

图3示出了根据本发明的另一实施例的用于控制电磁阀的装置的示意性框图。如图3所示，装置300主要包括第一控制器310、电磁阀控制器320、电流控制器330、电流检测器340、以及开关器件350。其中，第一控制器310、电磁阀控制器320、电流控制器330、电流检测器340的结构和功能与图2中的第一控制器210、电磁阀控制器220、电流控制器230、电流检测器240的结构和功能相同，不再详细描述。

电磁阀的一端与第一电压耦接(未示出)，另一端与地线耦接，从而形成完整的电磁阀的通路。如图3所示，开关器件350被设置在电磁阀的通路中，具体地，其一端与电磁阀耦接，另一端接地。开关器件350可在第一控制器310的控制下连通或关断电磁阀的通路。例如，在第一控制器310可在预设定的情况下向开关器件350发送信号，以控制开关器件350导通或断开，进而控制电磁阀的通路导通或断开，从而提高了安全性。

在本发明的实施例中，装置300还可包括短路检测器360。短路检测器360可检测电磁阀是否短路。当电磁阀短路时，短路检测器360可向第一控制器310发送短路信号S2。在这种情况下，第一控制器310可根据短路信号S2，关断开关器件350，从而关断电磁阀的通路。

此外，装置300还可包括过流检测器370，其可检测流过开关器件350的电流是否超过开关器件350的额定电流，也就是电磁阀中的电流是否超过预设定的额定电流。当流过开关器件350的电流超过额定电流时，过流检测器370可向第一控制器310发送过电流信号S3。相应地，第一控制器310可根据过电流信号S3，关断开关器件350，从而关断电磁阀的通路。

由此，本发明的实施例提供了短路保护和过电流保护。在危害发生时，硬件会先于软件对装置300中的各器件和电磁阀进行保护。因此，可避免器件损坏，延长使用寿命。

在本发明的实施例中，第一控制器310还可自关断电磁阀的通路起经过预定时间后，控制开关器件350连通电磁阀的通路。由此，可在保证安全的情况下，自动地重新控制电磁阀操作。可将装置300应用于车辆系统。在关断电磁阀的预定时间内，第一控制器310可经由CAN总线将当前状态(例如，短路、过电流状态等)发送给车辆系统，以便车辆系统实时了解电磁阀控制装置是否存在故障。

另一方面，装置300还可包括第二控制器380，其可在第一控制器310故障时控制开关器件350关断电磁阀的通路，从而进一步提高电磁阀和装置的安全性。具体地，第二控制器380首先可检测第一控制器310是否发生故障。在第一控制器310发生故障时，可通过第二控制器380接收来自短路检测器360的短路信号S2，或者接收来自过流检测器370的过电流信号S3。由此，第二控制器380可根据短路信号S2或者过电流信号S3关断开关器件350，以关断电磁阀的通路。

在本发明的实施例中，通过第一控制器310或第二控制器380来控制电磁阀通路的通断，可使车辆保持安全状态，行车更安全，可符合ISO26262标准中产品硬件设计ASILC的安全机制。

图4示出了根据本发明的实施例的用于控制电磁阀的装置的示意性电路图。如图所示，装置400可包括第一控制器U1、电磁阀控制器U2、第二控制器U3、电压转换器U4、二极管D1、电流控制器M1、电流检测器R1、开关器件M2、短路检测器T1、过流检测器T2。其中，第一控制器U1、电磁阀控制器U2和第二控制器U3的功能与图3所示的第一控制器310、电磁阀控制器320和第二控制器380的功能相同，其均可由例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程们阵列(FPGA)等的硬件实施方式实现。

在本发明的实施例中，电源VCC向电磁阀控制器U2和电流控制器M1提供第一电压VCC，例如12V。电压转换器U4可将将第一电压VCC转换为第二电压VEE，并提供至第一控制器U1和电磁阀控制器U2，第二电压VEE例如为5V。

电流控制器M1耦接在第一电压VCC和电磁阀之间，其例如是晶体管。电流控制器M1可在来自电磁阀控制器U2的电流控制信号的作用下，将第一电压VCC传递给电磁阀。在电流控制信号的高脉冲期间，电流控制器M1导通，在电流控制信号的低脉冲期间，电流控制器M1关断。在电流控制信号的低脉冲期间，二极管D1被设置在电磁阀的回路中，以形成回流。电流控制信号的占空比越高(即高脉冲期间越长)，则电磁阀内线圈的电流越大。反之，则越小。在本发明的实施例中，晶体管的栅极被称为控制极。由于晶体管的源极和漏极是对称的，因此对源极和漏极不做区分，即晶体管的源极可以为第一极(或第二极)，漏极可以为第二极(或第一极)。本文以NMOS为例，如图所示，晶体管的控制极耦接电磁阀控制器，第一极耦接第一电压，第二极耦接电磁阀。

电流检测器R1串联在电流控制器M1和电磁阀之间，以检测流过电磁阀的第一电流，电流检测器R1例如包括电阻。可根据电阻两端的电压差与电阻值的比来确定第一电流。电流检测器R1将检测到的第一电流发送给电磁阀控制器U2。

开关器件M2耦接在电磁阀与地线之间，例如是晶体管。开关器件M2可在第一控制器U1(或第二控制器U3)的控制下导通，以形成电磁阀的通路，以及在第一控制器U1(或第二控制器U3)的控制下断开，以关断电磁阀的通路，从而提供安全保护。本文以NMOS晶体管为例，其控制极耦接第一控制器和/或第二控制器，第一极接地，第二极耦接电磁阀。

短路检测器T1可以包括短路传感器(例如，短路检测电路)，其检测电磁阀是否短路，并将检测结果发送给第一控制器U1(或第二控制器U3)。

过流检测器T2可以包括过流传感器(例如，过电流检测电路)，其检测开关器件M2的电流是否超过其额定电流，并将检测结果发送给第一控制器U1(或第二控制器U3)。

图5示出了根据本发明的实施例的用于控制电磁阀的方法的流程图。

在步骤S510，根据电磁阀的参数确定电磁阀的设定电流和初始控制信息，例如通过第一控制器。在步骤S520，基于初始控制信息，产生电流控制信号，其中，电流控制信号的占空比根据初始控制信息来确定。在步骤S530，根据电流控制信号，向电磁阀输出第一电流。在步骤S540，检测第一电流。在步骤S550，根据设定电流和第一电流，调整电流控制信号的占空比。然后，可根据经调整的电流控制信号，调整向电磁阀输出的电流。

在本发明的实施例中，调整电流控制信号的占空比可包括：比较设定电流和第一电流。当第一电流大于设定电流时，减小电流控制信号的占空比。当第一电流小于设定电流时，增加电流控制信号的占空比。

进一步地，调整电流控制信号的占空比还可包括：计算设定电流和第一电流的差值。当差值在预定范围内时，保持电流控制信号的占空比。

此外，方法还可包括：控制电磁阀的通路连通或关断。例如，在电磁阀的通路中设置开关器件，并通过第一控制器控制开关器件的导通和关断。

具体地，方法可包括：检测电磁阀是否短路，以及当电磁阀短路时关断电磁阀的通路。例如，向第一控制器发送短路信号，第一控制器可根据短路信号关断开关器件。

另外，方法还可包括：检测第一电流是否超过预设定的额定电流，当第一电流超过额定电流时，关断电磁阀的通路。例如，检测流过开关器件的电流(相当于第一电流)是否超过开关器件的额定电流，以及当流过开关器件的电流超过开关器件的额定电流时，向第一控制器发送过电流信号。第一控制器可根据过电流信号关断开关器件。

进一步地，方法还可包括：自关断电磁阀的通路起经过预定时间后，控制电磁阀的通路连通。具体地，例如自关断开关器件起经过预定时间后，通过第一控制器使开关器件导通。

另一方面，还可另外设置第二控制器。通过第二控制器检测第一控制器是否发生故障，以及在第一控制器发生故障时，通过第二控制器接收短路信号或者接收过电流信号，并根据短路信号或者过电流信号关断开关器件。

图6示出了根据本发明的另一实施例的用于控制电磁阀的方法的流程图，该方法可使用根据本发明的实施例的用于控制电磁阀的装置。

在步骤S610，基于电磁阀的参数，确定设定电流。由于电磁阀的型号不同，所以并不能准确确定电磁阀的当前电流值。确定初始控制信息，例如设定电流控制信号的占空比为20％。此外，基于初始控制信息，产生电流控制信号。该电流控制信号的占空比由初始控制信息来确定。

在步骤S620，对电磁阀进行短路检测。当检测到电磁阀发生短路时，进入步骤S630，关断电磁阀与地线之间的通路，进而在步骤S640等待预定时间。在预定时间内，可向CAN总线发送故障状态。之后，返回步骤S610，并重新开始流程。此外，当未检测到电磁阀发生短路时，进入步骤S650，以检测输出到电磁阀的实际的第一电流，并将其与设定电流进行比较。

当第一电流与设定电流不相等时，进入步骤S660，调整电流控制信号的占空比，以使得第一电流向设定电流变化。例如，当第一电流大于设定电流时，减小电流控制信号的占空比。当第一电流小于设定电流时，增加电流控制信号的占空比。此外，当第一电流与设定电流的差值在预定范围内，即可认为第一电流与设定电流近似相等时，进入步骤S670。

在步骤S670中，进行过流检测，即电磁阀中线圈的电流是否超过预设的额定电流。如果未检测到过电流，则可返回步骤S620，并重复后续步骤。如果检测到发生过流，则进入步骤S630和S640，并在预定时间后返回步骤S610，并重复后续步骤。

根据本发明的实施例，用于控制电磁阀的装置可基于硬件的方式计算电流控制信号的占空比以及实际电流，从而提高了计算速度和反应速度。此外，提高了装置内各器件和电磁阀的安全性。

以上对本发明的若干实施方式进行了详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。显然，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施例进行各种修改、替换或变形。本发明的保护范围由所附权利要求限定。

Claims (18)

1.一种用于控制电磁阀的装置，包括：

第一控制器，其被配置为根据所述电磁阀的参数，确定所述电磁阀的设定电流和初始控制信息；

电磁阀控制器，其被配置为基于所述初始控制信息，产生电流控制信号，其中，所述电流控制信号的占空比根据所述初始控制信息来确定；

电流控制器，其被配置为根据所述电流控制信号，向所述电磁阀输出第一电流；以及

电流检测器，其被配置为检测所述第一电流；

其中，所述电磁阀控制器还被配置为根据所述设定电流和所述第一电流，调整所述电流控制信号的占空比。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电磁阀控制器被配置为通过以下操作来调整所述电流控制信号的占空比：

比较所述设定电流和所述第一电流；

当所述第一电流大于所述设定电流时，减小所述电流控制信号的占空比；以及

当所述第一电流小于所述设定电流时，增加所述电流控制信号的占空比。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述电磁阀控制器被配置为进一步通过以下操作来调整所述电流控制信号的占空比：

计算所述设定电流和所述第一电流的差值；以及

当所述差值在预定范围内时，保持所述电流控制信号的占空比。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述电流控制器包括第一晶体管，所述第一晶体管的控制极耦接所述电磁阀控制器，第一极耦接第一电压，第二极耦接所述电磁阀。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，还包括：

开关器件，其被设置在所述电磁阀的通路中，并且被配置为在所述第一控制器的控制下导通或关断。

6.根据权利要求5所述的装置，还包括：

短路检测器，其被配置为检测所述电磁阀是否短路，以及当所述电磁阀短路时，向所述第一控制器发送短路信号；

其中，所述第一控制器进一步被配置为根据所述短路信号，关断所述开关器件。

7.根据权利要求6所述的装置，还包括：

过流检测器，其被配置为检测流过所述开关器件的电流是否超过所述开关器件的额定电流，以及当流过所述开关器件的电流超过所述额定电流时，向所述第一控制器发送过电流信号；

其中，所述第一控制器进一步被配置为根据所述过电流信号，关断所述开关器件。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其中，

所述第一控制器进一步被配置为自关断所述开关器件起经过预定时间后，控制所述开关器件导通。

9.根据权利要求7所述的装置，还包括：

第二控制器，其被配置为检测所述第一控制器是否发生故障，以及在所述第一控制器发生故障时，接收来自所述短路检测器的所述短路信号，或者接收来自所述过流检测器的所述过电流信号，并根据所述短路信号或者所述过电流信号关断所述开关器件。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的装置，其中，所述开关器件包括第二晶体管，所述第二晶体管的控制极耦接所述第一控制器和/或所述第二控制器，第一极接地，第二极耦接所述电磁阀。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，

所述设定电流和所述第一电流包括三角波电流。

12.一种用于控制电磁阀的方法，包括：

根据所述电磁阀的参数确定所述电磁阀的设定电流和初始控制信息；

基于所述初始控制信息，产生电流控制信号，其中，所述电流控制信号的占空比根据所述初始控制信息来确定；

根据所述电流控制信号，向所述电磁阀输出第一电流；

检测所述第一电流；以及

根据所述设定电流和所述第一电流，调整所述电流控制信号的占空比。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，调整所述电流控制信号的占空比包括：

比较所述设定电流和所述第一电流；

当所述第一电流大于所述设定电流时，减小所述电流控制信号的占空比；以及

当所述第一电流小于所述设定电流时，增加所述电流控制信号的占空比。

14.根据权利要求13所述的方法，调整所述电流控制信号的占空比还包括：

计算所述设定电流和所述第一电流的差值；以及

当所述差值在预定范围内时，保持所述电流控制信号的占空比。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，还包括：

控制所述电磁阀的通路连通或关断。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

检测所述电磁阀是否短路，以及当所述电磁阀短路时，关断所述电磁阀的通路。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：

检测所述第一电流是否超过预设定的额定电流，以及当所述第一电流超过所述额定电流时，关断所述电磁阀的通路。

18.根据权利要求16或17所述的方法，还包括：

自关断所述电磁阀的通路起经过预定时间后，控制所述电磁阀的通路连通。