CN110836289B - 一种电磁阀控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电磁阀控制系统及方法，所述电磁阀控制系统通过检测电磁阀的实际开启和关闭时刻以在适当的时刻施加软着陆修正电压脉冲来调整期望电压脉冲，从而使得通过所述电磁阀控制系统发出的电压控制信号始终能保证电磁阀的针阀组件很好的软着陆。

Description

一种电磁阀控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电磁阀控制技术领域，特别涉及一种电磁阀控制系统及方法。

背景技术

电磁阀在工业界得到了广泛应用，在汽车工业如发动机常用的碳罐控制阀、可变气门正时控制阀、可变气门升程控制阀、二次空气控制阀、机油泵控制电磁阀以及燃油喷射阀等。

如图1所示，电磁阀基本结构包括壳体1、线圈2、铁芯3、弹簧4以及针阀组件5，线圈2套在铁芯3外面。电磁阀的工作原理为：线圈通电后线圈2中形成电磁力，将针阀组件5吸起，电磁阀打开；线圈2断电后，针阀组件5在弹簧4的弹力作用下，返回初始位置，电磁阀关闭。

电磁阀的通电控制可以通过电压控制方法来实现。通过施加期望宽度的电压脉冲，得到需要的电磁阀开启持续时间，其特征是电磁阀的开闭受施加在线圈2上的电压大小和持续时间控制，针阀组件5的运动过程是所施加电压的函数。

图2示意了电压控制方式的电压U和电流I随时间T的变化过程。打开阶段，在施加电压后，线圈2经过一定时间建立电磁力，当电磁力大于针阀组件5的阻力后，针阀组件5开始运动，随着电磁力的增加，针阀组件5快速运动，直到完全开启，并保持完全开启状态。关闭阶段，断开电磁阀线圈2上的电压，针阀组件5在弹簧力作用下，返回关闭位置，线圈2中无电压时，针阀保持关闭状态。

在工程应用中，通常需要电磁阀在线圈2施加电压后立即打开，而在线圈2断电后，电磁阀立即关闭。由于电磁阀的快速打开和快速关闭，针阀组件5将会分别撞击电磁阀内部针阀组件5的两个止端。如图3，在电磁阀打开和关闭时，在行程的末端，针阀组件5撞击电磁阀内部止端，行程突然停止，由于受到撞击，行程表现出一定的振荡。

在电磁阀打开或关闭时，针阀组件5对内部止端硬生生的撞击，可能加速内部止端的损伤，也可能带来强烈的撞击声，硬撞击导致的行程振荡甚至可能带来电磁阀工作不稳定。

发明内容

如上所说，在电磁阀打开或关闭行程末端，电磁阀针阀组件对电磁阀内部止端会造成一定的撞击。如若在电磁阀打开或关闭行程末端能降低其针阀组件等活动部件的运动速度，可降低对电磁阀内部止端的撞击力，从而减少对止端的损伤，同时减小行程振荡，使得电磁阀工作稳定，电磁阀的这种运动情形称为电磁阀的软着陆。

故本发明的目的在于提供电磁阀控制系统及方法，以实现电磁阀的软着陆。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电磁阀控制系统，用于控制一电磁阀，所述电磁阀与一供电电源相连，所述电磁阀控制系统包括：控制模块、电压放大模块、特征检测模块以及驱动级开关；

所述控制模块分别通过所述电压放大模块和所述特征检测模块与所述驱动级开关相连；

所述控制模块根据期望电压脉冲发出初始电压控制信号并通过所述电压放大模块对所述初始电压控制信号进行放大来控制所述驱动级开关的开合以控制所述电磁阀的启停；

所述特征检测模块检测所述电磁阀的实际启停时刻并将所述电磁阀的实际启停时刻发送给所述控制模块，所述控制模块根据多个影响因子以及所述电磁阀的实际启停时刻施加软着陆修正电压脉冲来修正所述期望电压脉冲以再次控制电磁阀的启停以使电磁阀软着陆。

可选地，在所述的电磁阀控制系统中，所述特征检测模块通过对流经电磁阀的电流进行多次检测以得到电磁阀的实际开启时刻；以及，通过对电磁阀两端的电压进行多次检测以得到电磁阀的实际关闭时刻。

可选地，在所述的电磁阀控制系统中，所述影响因子包括：电磁阀针阀组件两端压差、供电电源工作电压、电磁阀所处环境温度以及电磁阀弹簧弹力。

可选地，在所述的电磁阀控制系统中，所述供电电源工作电压通过所述控制模块检测得到。

可选地，在所述的电磁阀控制系统中，所述驱动级开关为金属-氧化物半导体场效应晶体管。

可选地，在所述的电磁阀控制系统中，所述驱动级开关通过栅级与所述电压放大模块相连，所述驱动级开关通过源极与所述电压特征检测模块相连，所述驱动级开关通过漏极与所述电磁阀相连。

本发明还提供一种通过电磁阀控制方法，所述电磁阀控制方法包括：

获得电磁阀针阀组件软着陆修正电压脉冲的脉冲宽度以及获得所述软着陆修正电压脉冲的施加时刻与多个影响因子之间的函数关系；

根据期望电压脉冲发出初始电压控制信号以控制电磁阀在目标工况下完成从开启到关闭的过程，并对发出所述初始电压控制信号时各所述影响因子进行检测，根据检测到的各所述影响因子以及所述函数关系得到一软着陆修正电压脉冲具体施加时刻；

对电磁阀的开启时刻和关闭时刻进行检测，根据检测到的电磁阀开启时刻和关闭时刻以及根据所述软着陆修正电压脉冲具体施加时刻对所述期望电压脉冲进行修正得到目标电压脉冲；

根据目标电压脉冲发出目标电压控制信号并对所述目标电压控制信号进行放大以控制电磁阀的启停以及使电磁阀软着陆。

可选地，在所述的电磁阀控制方法中，根据检测到的电磁阀开启时刻和关闭时刻以及根据特定的软着陆修正电流脉冲的施加时刻对所述期望电压脉冲进行修正得到目标电压脉冲包括：

根据检测到的电磁阀的开启时刻和关闭时刻调整所述软着陆修正电压脉冲具体施加时刻；

根据调整后的所述软着陆修正电压脉冲具体施加时刻将所述软着陆修正电压脉冲加到所述期望电压脉冲上以得到目标电压脉冲。

可选地，在所述的电磁阀控制方法中，获得所述软着陆修正电压脉冲的脉冲宽度以及所述软着陆修正电压脉冲的施加时刻与多个影响因子之间的函数关系包括：

设定多组所述影响因子，在各组所述影响因子下对电磁阀进行启停测试；

根据进行所述启停测试时电磁阀针阀组件的运行状况设定所述软着陆修正电压脉冲宽度，以及；设定与各组所述影响因子分别对应的各所述软着陆修正电压脉冲的施加时刻以得到所述软着陆修正电压脉冲的施加时刻与各所述影响因子之间的函数关系。

可选地，在所述的电磁阀控制方法中，所述期望电压脉冲根据电磁阀应用的目标开度计算得出。

在本发明提供的一种电磁阀控制系统及方法中，所述电磁阀控制系统包括：控制模块、电压放大模块、特征检测模块以及驱动级开关。首先获得电磁阀针阀组件软着陆修正电压脉冲的脉冲宽度以及获得所述软着陆修正电压脉冲的施加时刻与多个影响因子之间的函数关系，所述控制模块根据期望电压脉冲发出电压控制信号后，对多个影响因子进行检测以得到软着陆修正电压脉冲具体施加时刻，所述特征检测模块检测电磁阀的实际启停时刻，所述控制模块根据检测到的实际启停时刻调整所述软着陆修正电压脉冲具体施加时刻以修正所述期望电压脉冲从而控制电磁阀软着陆。

软着陆修正电压脉冲施加时刻对电磁阀的软着陆效果有重要影响，通过检测影响因子获得的所述软着陆修正电压脉冲具体施加时刻对所述期望电压脉冲来进行修正在一般工况下可以达到很好的软着陆效果，然而，电磁阀的实际运行环境变化，电磁阀的老化，电磁阀个体之间的差异等因素都会对修正电压脉冲的施加时刻有影响，从而影响软着陆的实际效果。然而，在本发明提供的一种电磁阀控制系统及方法中，由于软着陆修正电压脉冲施加时刻对电磁阀的实际启停时刻可通过所述特征检测模块实时检测，所以对所述期望电压脉冲可以进行实时精准的修正，从而使得所述控制模块发出的电压控制信号始终能保证电磁阀的针阀组件很好的软着陆。

附图说明

图1是电磁阀的基本结构示意图；

图2是现有电压控制方式控制的电磁阀的电压U和电流I随时间T的变化过程示意图；

图3是采用现有控制方法对电磁阀进行控制电磁阀针阀组件的行程S随时间T的变化过程示意图；

图4是本发明实施例中的电磁阀控制系统的结构示意图；

图5是本发明实施例中的电磁阀控制系统、电磁阀以及供电电源的连接关系示意图；

图6是本发明实施例中的电磁阀控制方法的流程图；

图7是本发明实施例中的期望电压脉冲和目标电压脉冲的波形图；

图8是通过本发明实施例提供的电磁阀控制系统及方法以及现有电磁阀控制系统及方法对电磁阀进行控制后电磁阀阀体组件行程S随时间T的变化过程比较图。

其中，各附图标记说明如下:

1-壳体；2-线圈；3-铁芯；4-弹簧；5-针阀组件；101-电磁阀控制系统；102-电磁阀；103-供电电源；11-控制模块；12-电压放大模块；13-驱动级开关；14-特征检测模块。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的电磁阀控制系统及方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

首先，请参考图4，本实施例提供一种电磁阀控制系统101，所述电磁阀控制系统101包括：控制模块11、电压放大模块12、特征检测模块14以及驱动级开关13。

其中，所述控制模块11分别通过所述电压放大模块12和所述特征检测模块14与所述驱动级开关13相连。具体地，所述驱动级开关13为金属-氧化物半导体场效应晶体管，所述驱动级开关13通过栅级与所述电压放大模块12相连，所述驱动级开关13通过源极与所述特征检测模块14相连。另外，实际工作时，所述驱动级开关13通过漏极与电磁阀102相连，所述控制模块11还与供电电源103相连，所述特征检测模块14还分别与电磁阀102的两端相连，具体连接关系请参考图5。

所述控制模块11根据期望电压脉冲发出初始电压控制信号并通过所述电压放大模块12对所述初始电压控制信号进行放大来控制所述驱动级开关13的开合以控制电磁阀102的启停。

所述特征检测模块14检测电磁阀102的实际启停时刻并将所述电磁阀的实际启停时刻发送给所述控制模块11。分别地，所述特征检测模块14通过对流经电磁阀102的电流进行多次检测以得到电磁阀102的实际开启时刻；以及，通过对电磁阀102两端的电压进行多次检测以得到电磁阀102的实际关闭时刻。具体地，对电磁阀施加电压后，即所述控制模块11发出电压控制信号后，对流经电磁阀102的电流进行多次采集以得到电流数据集，计算所述电流数据集的特征拐点，出现所述特征拐点的时刻即为电磁阀的实际开始时刻；对电磁阀停止施加电压后，对电磁阀102两端的电压进行多次采集以得到电压数据集，计算所述电压数据集的特征拐点，出现所述特征拐点的时刻即为电磁阀102的实际关闭时刻。

所述控制模块11根据多个影响因子以及所述电磁阀的实际启停时刻修正所述控制信号以再次控制电磁阀102的启停以使电磁阀102软着陆。具体地，所述影响因子包括：电磁阀针阀组件两端压差、供电电源工作电压、电磁阀所处环境温度以及电磁阀弹簧弹力，其中，供电电源工作电压通过所述控制模块11检测得到，其余各影响因子需借助外部测试工具，所述外部测试工具实时将数据传输给所述控制模块11。

对电磁阀的实际启停时刻进行检测的原因在于：软着陆修正电压脉冲需要根据电磁阀的启停时刻来进行施加，而受电磁阀的实际运行环境变化、电磁阀的老化和电磁阀个体之间的差异等因素的影响都会使得电磁阀的实际开启和关闭时刻各不相同，故有必要对电磁阀的实际启停时刻进行实时检测以实时调整软着陆修正电压脉冲的施加时刻从而达到预期的软着陆效果。

另外，如图6所示，本实施例还提供一种通过电压控制电磁阀的方法，所述方法包括步骤S01～S04。

首先，执行步骤S01，获得电磁阀针阀组件软着陆修正电压脉冲的脉冲宽度以及获得所述软着陆修正电压脉冲的施加时刻与多个影响因子之间的函数关系。

其中，获得所述软着陆修正电压脉冲的脉冲宽度以及所述软着陆修正电压脉冲的施加时刻与多个影响因子之间的函数关系包括：

设定多组所述影响因子，在各组所述影响因子下对电磁阀进行启停测试；

根据进行所述启停测试时电磁阀针阀组件的运行状况设定所述软着陆修正电压脉冲宽度，以及；设定与各组所述影响因子分别对应的各所述软着陆修正电压脉冲的施加时刻以得到所述软着陆修正电压脉冲的施加时刻与各所述影响因子之间的函数关系。

其次，执行步骤S02，根据电磁阀应用的目标开度计算出期望电压脉冲并根据所述期望电压脉冲发出初始电压控制信号并对所述初始电压控制信号进行放大以控制电磁阀在目标工况下完成从开启到关闭的过程，并对发出所述初始电压控制信号时各所述影响因子进行检测，根据检测到的各所述影响因子以及所述函数关系得到一软着陆修正电压脉冲具体施加时刻。

如上所述，软着陆修正电压脉冲施加时刻对电磁阀的软着陆效果有重要影响，通过检测影响因子获得的所述软着陆修正电压脉冲具体施加时刻对所述期望电压脉冲来进行修正在一般工况下也可以达到比较好的软着陆效果，然而，同样的，电磁阀的实际运行环境变化、电磁阀的老化和电磁阀个体之间的差异等因素都会使得电磁阀的实际开启和关闭时刻各不相同，从而对修正电压脉冲的施加时刻产生一定的影响，继而影响软着陆的实际效果。因此，有必要对电磁阀的实际开启和关闭时刻进行修正以调整所述软着陆修正电压脉冲具体施加时刻。

事实上，根据得到的所述软着陆修正电压脉冲以及实时检测到电磁阀开启和关闭时刻亦可确定具体的软着陆修正电压脉冲时刻；那么还通过步骤S01获得软着陆修正电压脉冲施加时刻和多个影响因子之间的函数关系以及通过步骤S02对多个影响因子进行检测以得到所述软着陆修正电压脉冲具体施加时刻而后对所述软着陆修正电压脉冲具体施加时刻进行调整来得到最终软着陆修正电压脉冲施加时刻的意义在于，在实际应用中，所述特征检测模块14可能会出现偶然性的故障，从而使得所述特征检测模块14的检测结果出现批量性的偏差，若通过获得软着陆修正电压脉冲施加时刻和多个影响因子之间的函数关系将软着陆修正电压脉冲施加时刻限定在一定的范围，在此基础上，再通过所述特征检测模块14对电磁阀实际启停时刻进行检测来对软着陆修正电压脉冲施加时刻做进一步调整，如此便可避免所述偏差。

故接着，执行步骤S03，对电磁阀的开启时刻和关闭时刻进行检测，根据检测到的电磁阀开启时刻和关闭时刻以及根据所述软着陆修正电压脉冲具体施加时刻对所述期望电压脉冲进行修正得到目标电压脉冲。

具体的修正过程如下：

根据检测到的电磁阀的开启时刻和关闭时刻调整所述软着陆修正电压脉冲具体施加时刻；

根据调整后所述软着陆修正电压脉冲具体施加时刻将所述软着陆修正电压脉冲整合到所述期望电压脉冲上以得到目标电压脉冲。

其中，所述期望电压脉冲和所述目标电压脉冲如图7所示。曲线7a表示所述期望电压脉冲，曲线7b表示所述目标电压脉冲，曲线7b中所示脉冲1和脉冲2构成所述软着陆修正电压脉冲。另外，所述脉冲1或所述脉冲2可以是曲线7b中所示的单脉冲，也可以是多个脉冲的组合，如曲线7c所示

最后，执行步骤S04，根据目标电压脉冲发出目标电压控制信号并对所述目标电压控制信号进行放大以控制电磁阀的启停以及使电磁阀软着陆。

本实施例提供的电磁阀控制系统控制的电磁阀的工作过程如下：

打开阶段的初期，通过施加在电磁阀线圈上的电压建立电磁力，当电磁力大于针阀组件的阻力后，针阀组件开始运动，随着施加电压时间的延续，电磁力增加，针阀运动速度加快，在针阀接近止端前采用施加第一制动脉冲的方式来降低线圈中产生的电磁力，从而降低针阀组件行程末端的速度，实现打开过程的软着陆。关闭阶段的初期，切断施加在线圈上的电压，相应的切断了电磁力，针阀组件在弹簧力的作用下快速向关闭方向运动，在达到止端前，向线圈施加第二制动脉冲，重新建立线圈的电磁力，以部分抵消弹簧力，从而减缓针阀到达关闭止端的速度，实现关闭过程的软着陆。需要说明的是，这里所述第一制动脉冲与所述脉冲1相对应，所述第二制动脉冲与所述脉冲2相对应。

通过本实施例提供的电磁阀控制系统及方法控制的电磁阀，其针阀组件的行程曲线如图8中曲线8a所示，通过现有电磁阀控制系统及方法控制的电磁阀的针阀组件的行程曲线如图8中曲线8b所示。两者相比较，可以看到通过本实施例提供的电磁阀控制系统及方法控制的电磁阀在打开行程末端打开速度降低(行程上升倾斜度减小)，在打开的止端行程振动也明显减小；在关闭阶段，针阀行程关闭速度降低(行程下降坡度变缓)，同时，在关闭止端行程振动明显减小。由此可以看出，本发明提供的电磁阀控制系统能很好的控制电磁阀实现其针阀组件的软着陆。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种电磁阀控制方法，其特征在于，所述电磁阀控制方法包括：

获得电磁阀针阀组件软着陆修正电压脉冲的脉冲宽度以及获得所述软着陆修正电压脉冲的施加时刻与多个影响因子之间的函数关系；

根据期望电压脉冲发出初始电压控制信号以控制电磁阀在目标工况下完成从开启到关闭的过程，并对发出所述初始电压控制信号时各所述影响因子进行检测，根据检测到的各所述影响因子以及所述函数关系得到一软着陆修正电压脉冲具体施加时刻；

对电磁阀的开启时刻和关闭时刻进行检测，根据检测到的电磁阀开启时刻和关闭时刻以及根据所述软着陆修正电压脉冲具体施加时刻对所述期望电压脉冲进行修正得到目标电压脉冲；

根据目标电压脉冲发出目标电压控制信号并对所述目标电压控制信号进行放大以控制电磁阀的启停以及使电磁阀软着陆。

2.如权利要求1所述的电磁阀控制方法，其特征在于，根据检测到的电磁阀开启时刻和关闭时刻以及根据特定的软着陆修正电流脉冲的施加时刻对所述期望电压脉冲进行修正得到目标电压脉冲包括：

根据检测到的电磁阀的开启时刻和关闭时刻调整所述软着陆修正电压脉冲具体施加时刻；

根据调整后的所述软着陆修正电压脉冲具体施加时刻将所述软着陆修正电压脉冲加到所述期望电压脉冲上以得到目标电压脉冲。

3.如权利要求1所述的电磁阀控制方法，其特征在于，获得所述软着陆修正电压脉冲的脉冲宽度以及所述软着陆修正电压脉冲的施加时刻与多个影响因子之间的函数关系包括：

设定多组所述影响因子，在各组所述影响因子下对电磁阀进行启停测试；

根据进行所述启停测试时电磁阀针阀组件的运行状况设定所述软着陆修正电压脉冲宽度，以及；设定与各组所述影响因子分别对应的各所述软着陆修正电压脉冲的施加时刻以得到所述软着陆修正电压脉冲的施加时刻与各所述影响因子之间的函数关系。

4.如权利要求1所述的电磁阀控制方法，其特征在于，所述期望电压脉冲根据电磁阀应用的目标开度计算得出。

5.一种电磁阀控制系统，用于利用如权利要求1～4任一项所述的电磁阀控制方法控制一电磁阀，所述电磁阀与一供电电源连接，其特征在于，所述电磁阀控制系统包括：控制模块、电压放大模块、特征检测模块以及驱动级开关；

所述控制模块根据期望电压脉冲发出初始电压控制信号并通过所述电压放大模块对所述初始电压控制信号进行放大来控制所述驱动级开关的开合以控制所述电磁阀的启停；

所述特征检测模块检测所述电磁阀的实际启停时刻并将所述电磁阀的实际启停时刻发送给所述控制模块，所述控制模块根据多个影响因子以及所述电磁阀的实际启停时刻施加软着陆修正电压脉冲来修正所述期望电压脉冲以再次控制电磁阀的启停以使电磁阀软着陆。

6.如权利要求5所述的电磁阀控制系统，其特征在于，所述特征检测模块通过对流经电磁阀的电流进行多次检测以得到电磁阀的实际开启时刻；以及，通过对电磁阀两端的电压进行多次检测以得到电磁阀的实际关闭时刻。

7.如权利要求5所述的电磁阀控制系统，其特征在于，所述影响因子包括：电磁阀针阀组件两端压差、供电电源工作电压、电磁阀所处环境温度以及电磁阀弹簧弹力。

8.如权利要求7所述的电磁阀控制系统，其特征在于，所述供电电源工作电压通过所述控制模块检测得到。

9.如权利要求5所述的电磁阀控制系统，其特征在于，所述驱动级开关为金属-氧化物半导体场效应晶体管。

10.如权利要求5所述的电磁阀控制系统，其特征在于，所述驱动级开关通过栅级与所述电压放大模块相连，所述驱动级开关通过源极与所述特征检测模块相连，所述驱动级开关通过漏极与所述电磁阀相连。

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