CN110985257A - 一种识别电子阀卡死的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种识别电子阀卡死的方法，包括以下步骤：第一步：对电子阀的工作电流进行多次采样，将得到的采样数据输入MCU进行处理；第二步：所述MCU对所述采样数据拟合后再微分，判断微分后的数据是否存在递增，若存在递增则说明电子阀工作正常，若不存在递增则说明电子阀存在故障。本发明利用电子阀工作电流中存在“跳变点”的特性，通过检测电子阀工作电流的方式来判断电子阀是否卡死，采用这种检测方式，只需在电子阀上外接一个电流传感器即可进行检测，设备体积占用小也无需专门的实验场地。进行识别工作时也无需工人手动进行各项繁琐的操作和运算，使用方便快捷。

Description

一种识别电子阀卡死的方法

技术领域

本发明涉及柴油机电子控制喷射系统领域，尤其涉及一种识别电子阀卡死的方法。

背景技术

在柴油机电控燃油喷射系统中，电子阀作为调整燃油压力的主要单元，其阀芯的运动特性变化，如卡滞或卡死，影响整个燃油供给系统的正常工作。因此需要对电子阀进行定期检测，以保证柴油机的正常工作。

中国专利CN103375234A就公开了这样一种检测技术：通过调整基于预定计量率来确定的电子阀操控信号得到真实计量率，比较给定计量率的关系对电子阀进行诊断。但采用这种方法，为得到计量率还需要测量其进油量，这一步骤需要在试验台架上才能完成，操作繁琐且场地局限性大。

在应用中我们发现，电子阀具有与如下的工作特点：图3显示了电子阀正常工作状态下的电流波形图：由于电子阀理论上为电感器件，随着阀芯的向前运动，整个磁路系统的磁阻逐渐降低，系统电感逐渐增加。如果给电子阀施加脉冲驱动信号(脉宽10ms),随着驱动时间的增加，驱动电流逐渐增加，电磁力逐渐增加，阀芯将向前移动，电感对电流变化的抑制作用也逐渐增强，驱动电流的增加，斜率逐渐降低。当阀芯运行到最大位置时，整个系统的电感将不变化，同时随着系统磁化的加深，电感对驱动电流的抑制作用将降低，驱动电流将会出现突变。此时电流波形会出现一个很特别的现象，电流波形先平缓一段，然后突然上升，因此我们把这突然上升的这点称为“跳变点”。图4显示了电子阀处于平波卡死故障状态下的电流波形图，图5显示了电子阀处于斜波卡死故障下的电流波形图，可见，故障状态下的电流波形图均不存在“跳变点”。因此，通过检测电子阀实时工作电流中的“跳变点”来判断其是否存在故障是可行的，而目前并没有将其付诸实施的方案。

发明内容

基于此，针对上述技术问题，提供一种新型的识别电子阀卡死的方法，具有体积小，检测方便，无需专门实验场地的优点。

本发明通过如下方式解决该技术问题：

一种识别电子阀卡死的方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：对电子阀的工作电流进行多次采样，将得到的采样数据输入MCU进行处理；

第二步：所述MCU对所述采样数据拟合后再微分，判断微分后的数据是否存在递增，若存在递增则说明电子阀工作正常，若不存在递增则说明电子阀存在故障。

本发明利用电子阀工作电流中存在“跳变点”的特性，通过检测电子阀工作电流的方式来判断电子阀是否卡死，采用这种检测方式，只需在电子阀上外接一个电流传感器即可进行检测，设备体积占用小也无需专门的实验场地。进行识别工作时也无需工人手动进行各项繁琐的操作和运算，使用方便快捷。

作为本发明的一种优选实施方式，所述拟合后再微分的方式是将每4-6个连续采样数据编为一组并取平均值，随后计算与该平均值对应的斜率，斜率的计算方法为：对于第N个平均值，其斜率为第N+5个平均值与第N-5个平均值之间的差值，其中，N为大于5的自然数。

作为本发明的一种优选实施方式，判断微分后的数据是否存在递增的方式为：比较每两个相邻斜率的大小，若有连续三个在后斜率大于相邻的在前斜率，且所述连续三个斜率之前的斜率值小于15，则判定微分后的数据存在递增。

作为本发明的一种优选实施方式，所述MCU还需要对跳变点发生的时间进行计算，所述跳变点发生的时间取与这三个连续平均值相对应的连续采样数据所在时间的平均值。

作为本发明的一种优选实施方式，所述采样次数为400-600次，每次采样的间隔为20μs。

作为本发明的一种优选实施方式，在对所述采样数据执行拟合后再微分的操作前，还需要先对前80-120个采样数据进行积分求和，并将积分求和后的数据与预定值进行比较，若所得数据小于预定值，则判定电子阀存在斜波卡死故障，若所得数据大于预定值，则执行下一步拟合后再微分的操作，若拟合后再微分的数据不存在递增，则判定电子阀存在平波卡死故障。

根据平波卡死故障和斜波卡死故障各自波形的特点来判断电子阀的故障类型，并对故障类型进行区分，从而能够更有针对性的对故障电子阀进行修理，进一步提高了检测效果。

作为本发明的一种优选实施方式，所述预定值为对正常工作的电子阀的工作电流进行采样后，取前80-120个数据进行积分求和所得的值。

作为本发明的一种优选实施方案，在对所述电子阀的工作电流进行采样前还需要对电子阀进行预驱动，使电子阀和油管内充满油，该操作可以使电子阀的工作波形更清楚，一致性更好，有利于检测工作的高效进行。

作为本发明的一种改进，所述采样数据在进行微分和积分前还要进行滤波，以消除采样数据中离散值较大的干扰点。

作为本发明的一种优选实施方案，所述电子阀门的工作电流是通过电流传感器采集的。

作为本发明的一种优选实施方案，所述MCU将所得的跳变点发生时间，故障提示，工作正常提示输出至液晶屏进行显示，以使工作人员能够直观的进行判断。

因此综合以上所述，本发明通过分析电子阀的电流波形图中是否存在跳变点，来判断电子阀是否存在故障，具有设备占用体积小、检测方便快捷的优点。

附图说明

下面结合图片来对本发明进行进一步的说明：

图1为本发明的算法图；

图2为适用于本发明的检测装置的电路图；

图3为电子阀正常工作时的波形图；

图4为电子阀处于平波卡死故障状态下的波形图；

图5为电子阀处于斜波卡死故障状态下的波形图；

其中：1-输入脚，2-第一输出脚，3-第二输出脚，4-第三输出脚，5-继电器，6-跳变点。

具体实施方式

以下通过具体实施例来对本发明进行近一步阐述：

图2显示了本发明的电路图，其包括、电源、电流传感器、继电器、电子阀门、串联电阻、驱动保护电路、液晶屏与MCU。

该电源与电流传感器相连，该电流传感器与继电器5相连，该继电器5与电子阀门的高电平端相连，该电子阀门的低电平端与串联电阻相连，该串联电阻与驱动保护电路相连。该MCU具有输入脚1，第一输出脚2、第二输出脚3与第三输出脚4，该输入脚1与电流传感器的输出端相连，该第一输出脚2与继电器5的控制端相连，该第二输出脚3与驱动保护电路的操作端相连，该第三输出脚4与液晶屏相连。

该电源可以为电源适配器、点烟器或蓄电池，其电压为24V。

该电流传感器能够实时采集电子阀门的工作电流，并将工作电流数据输出至MCU中进行处理。

该继电器5与驱动保护电路配合作用，只有当继电器5和驱动保护电路同时处于导通状态时，电子阀才进行工作，而当继电器5与驱动保护电路中有任意一个处于断开状态时，电子阀不工作。本发明中的驱动保护电路为驱动芯片MC33886，其能够在测得电子阀处于异常状态时断开，使电子阀停止工作，从而起到保护效果。

该串联电阻的阻值为3.5Ω，起到限流的作用，避免阀芯过快地运动到最大位移处，影响检测精度。

该MCU能够接收电子阀门的工作电流对其进行处理、控制继电器与驱动保护电路的导通与断开以及控制液晶屏进行显示。

以上就是本发明的电路结构，其具体工作步骤如图1所示：

步骤1：对电子阀进行20次预驱动，每次预驱动的相应时间为5ms，使电子阀的阀芯和油管内充满油。

步骤2：MCU控制继电器和驱动保护电路导通，以一个脉宽为10ms的脉冲信号驱动电子阀工作，电流传感器接收电子阀的实时工作电流并将其输入到MCU内。

步骤3：MCU对接收到的实时工作电流进行500次采样，每次采样的间隔为20μs，得到采样数据后，对数据进行初步分析，若数据均为零，则代表存在断路故障；若数据均为脉冲电平的幅值，则代表存在短路故障；若不存在短路或断路问题，则进行下一步分析。

步骤4：MCU对采样数据进行滤波，以消除采样数据中离散值较大的干扰点，本发明采用限幅滤波来实现消除干扰的效果。

步骤5：MCU先对滤波数据中的前100个进行积分，得到一个积分值，将该积分值与电子阀处于正常工作状态下的参考积分值进行对比，若所得积分值小于参考积分值，则代表电子阀存在斜波卡死故障(平波卡死故障下的积分值大于参考积分值)，若所得的积分值大于参考积分值，则进行下一步分析。

步骤6：MCU将滤波后数据以每5个编为一组并取平均值，得到100个平均值后对其微分求斜率，获得与每个平均值相对应的斜率(微分求斜率的具体方法为：对于第N个平均值，其斜率等于第N+5个平均值和第N-5个平均值的差，本发明仅计算第5个平均值至第95个平均值所对应的斜率)。

随后，MCU分析第70个至第95个平均值所对应的斜率，若此处的斜率值偏低，在0-15的范围内波动，即可判定斜率不存在递增，电子阀存在平波卡死故障。

接着，MCU比较每两个相邻斜率的大小，若有连续三个在后斜率大于相邻的在前斜率，且该连续三个斜率值大于20，该连续三个斜率之前的斜率值小于15，则判定微分后的数据存在递增，代表其具有跳变点6，电子阀工作正常。该跳变点6的发生时间，取与这三个平均值相对应的十五个连续采样数据所在时间的平均值。

步骤7：MCU将电子阀的工作情况(正常运行提示、平波卡死故障、斜波卡死故障、断路和断路)以及有关数据(跳变发生的时间)通过液晶屏显示。

以上就是本发明的具体步骤，采用本发明的检测方式，只需在电子阀上外接电流传感器即可实现检测，设备占用体积小且无需额外设置试验台。另外，在检测时，各项操作均可由MCU自行处理，无需使用者手动进行各种繁琐的计算和工作，方便快捷。最后，还能根据跳变点6发生的时间来判断阀门的工作状态，对于一些性能严重下降但未达到故障程度的电子阀也能提前检出，进一步提高了检测效果。

所以综上所述，本发明具有设备占用体积小、检测方便、无需专门实验场地以及检测数据全面的优点。相比现有的检测技术更为高效。

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种识别电子阀卡死的方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：对电子阀的工作电流进行多次采样，将得到的采样数据输入MCU进行处理；

第二步：所述MCU对所述采样数据拟合后再微分，判断微分后的数据是否存在递增，若存在递增则说明电子阀工作正常，若不存在递增则说明电子阀存在故障。

2.按照权利要求1所述的识别电子阀卡死的方法，其特征在于：所述拟合后再微分的方式是将每4-6个连续采样数据编为一组并取平均值，随后计算与该平均值对应的斜率，斜率的计算方法为：对于第N个平均值，其斜率为第N+5个平均值与第N-5个平均值之间的差值，其中，N为大于5的自然数。

3.按照权利要求2所述的识别电子阀卡死的方法，其特征在于：判断微分后的数据是否存在递增的方式为：比较每两个相邻斜率的大小，若有连续三个在后斜率大于相邻的在前斜率，且所述连续三个斜率之前的斜率值小于15，则判定微分后的数据存在递增。

4.按照权利要求3所述的识别电子阀卡死的方法，其特征在于：所述MCU还需要对递增发生的时间进行计算，所述递增发生的时间取与这三个平均值相对应的采样数据所处时间的平均值，所述递增发生的时间即电子阀的跳变点(6)。

5.按照权利要求1所述的识别电子阀卡死的方法，其特征在于：所述采样次数为400-600次，每次采样的间隔为20μs。

6.按照权利要求5所述的识别电子阀卡死的方法，其特征在于：MCU在对所述采样数据执行拟合后再微分的操作前，还需要先对前80-120个采样数据进行积分求和，并将积分求和后的数据与预定值进行比较，若所得数据小于预定值，则判定电子阀存在斜波卡死故障，若所得数据大于预定值，则执行下一步拟合后再微分的操作，若拟合后再微分的数据不存在递增，则判定电子阀存在平波卡死故障。

7.按照权利要求6所述的识别电子阀门卡死的方法，其特征在于：所述预定值为对正常工作的电子阀的工作电流进行采样后，取前80-120个数据进行积分求和所得的值。

8.按照权利要求1所述的识别电子阀门卡死的方法，其特征在于：在对所述电子阀的工作电流进行采样前还需要对电子阀进行预驱动。

9.按照权利要求1所述的识别电子阀门卡死的方法，其特征在于：所述采样数据在进行微分和积分前还要进行滤波。

10.按照权利要求1或4或6中任意一项所述的识别电子阀门卡死的方法，其特征在于：所述MCU将所得的跳变点(6)发生时间，故障信息，工作正常提示输出至液晶屏进行显示。

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