CN111247324B

CN111247324B - 用于适配燃料喷射器的控制信号的方法

Info

Publication number: CN111247324B
Application number: CN201880069744.5A
Authority: CN
Inventors: B.罗尔; C.贝纳本
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2018-10-16
Publication date: 2022-03-11
Anticipated expiration: 2038-10-16
Also published as: WO2019081835A2; US20200340421A1; WO2019081835A3; CN111247324A; BR112020008144A2; FR3073008B1; FR3073008A1; BR112020008144A8; US10954879B2

Abstract

本发明涉及一种用于适配用于机动车辆的燃烧发动机的至少一个喷射器的控制电路的控制信号的方法，所述控制信号是矩形波电压信号，其频率在最小频率和最大频率之间变化，并且在给定周期内以其占空比为特征。对于控制信号的给定周期，所述方法尤其包括以下步骤：确定给定周期的开始时刻；从所述开始时刻开始检测（E1）给定周期的第一脉冲；并且，当检测到的所述第一脉冲的持续时间包括在从给定周期的开始处开始的预定的最小时间间隔内并且该预定的最小时间间隔的持续时间取决于最大频率时，修改（E5）检测到的第一脉冲的持续时间，使得所述持续时间等于最小时间间隔的持续时间。

Description

用于适配燃料喷射器的控制信号的方法

技术领域

本发明涉及燃料喷射控制领域，并且更具体地涉及一种用于适配用于机动车辆燃烧发动机的至少一个喷射器的控制电路的控制信号的方法和计算机。

本发明特别地旨在避免用于喷射器的控制电路的闩锁，以便减少所述喷射器中的控制误差的数量。

背景技术

以已知的方式，具有燃烧发动机的车辆包括用于将燃料喷射到发动机的气缸中的喷射器。

每个喷射器的打开和关闭由车辆中的车载计算机控制。更具体地，计算机包括微控制器、ASIC（英文中的“Application Specific Integrated Circuit”，专用集成电路）类型的被称为“控制电路”的集成电路、以及功率级。

为了控制喷射器，微控制器生成PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）控制信号，并将其发送到控制电路。这些PWM控制信号采用矩形波电压信号的形式，交替地取高值（例如1）或低值（例如0）。

控制电路根据接收到的PWM控制信号产生用于控制喷射器的控制信号，并将其发送到功率级，以便后者将所述控制信号适配为适当的功率。

PWM控制信号在微控制器、控制电路、功率级和喷射器之间建立的反馈（或伺服）环路中受到控制，从而使得可以以受控制的方式控制喷射。

但是，这些PWM控制信号的占空比并未完全受控制，并且可能在0％到100％之间变化，特别是由于电磁干扰、电轨迹路由问题、联接问题、伺服中的计算误差（例如由于编码误差）等。

这些现象会产生干扰脉冲，这些干扰脉冲可能导致控制电路内部电路的闩锁（英文中称之为“latch-up”），从而引起控制电路错误，进而导致存在损坏发动机的风险的喷射器错误控制。

干扰脉冲可以通过以下两种方式显示在控制电路输入端接收的PWM控制信号中：干扰脉冲对应于在信号经编程的低状态期间的信号瞬时高状态，或者相反，脉冲对应于处于信号经编程的高状态的中间的信号低状态。

当控制信号的占空比接近于0（例如低于1％），或者接近于100％（例如高于99％）时，这些干扰脉冲特别容易在控制电路中产生闩锁效应。

为了部分地克服这些缺点，已知的做法是在控制电路上使用滤波器来对这些干扰脉冲进行滤波。

但是，如今，PWM控制信号的频率趋于变得越来越高，例如达到高于150 kHz的值。因此，干扰脉冲的持续时间变得非常短，例如短于50 ns。如今，控制电路（特别是ASIC类型）的制造商不确保这种短持续时间的脉冲的滤波。

此外，还可能发生在微控制器的编程代码中的误差，该误差产生在整个周期上的控制信号高状态。

在这两种情况下，当这些干扰脉冲或这些编程错误产生控制电路中的闩锁时，计算机错误地控制喷射器，这可能会损坏喷射器或导致控制电路发生不良行为，从而导致喷射器的不适时的控制，这可能会损坏发动机。

发明内容

因此，本发明旨在至少部分地克服这些缺点，这是通过提供一种简单、可靠和有效的解决方案，以防止由于干扰脉冲或编程错误而产生的控制电路的故障。

为此，本发明首先涉及一种用于适配用于机动车辆的燃烧发动机的至少一个喷射器的控制电路的控制信号的方法，所述控制信号是矩形波电压信号，其频率可在最小频率和最大频率之间变化，并且在周期内以其占空比为特征。所述方法的特征在于，对于控制信号的给定周期，其包括以下步骤：

•检测给定周期的第一脉冲，

•当检测到的所述第一脉冲的持续时间小于从给定周期的开始处开始的预定的最小时间间隔的持续时间并且该预定的最小时间间隔的所述持续时间取决于最大频率时，修改检测到的第一脉冲的持续时间，使得所述持续时间等于所述预定的最小时间间隔的持续时间，

•当检测到的第一脉冲的持续时间大于从给定周期的开始处开始的预定的最大时间间隔的持续时间并且该预定的最大时间间隔的所述持续时间取决于最小频率时，修改检测到的第一脉冲的持续时间，使得所述持续时间等于所述预定的最大时间间隔的持续时间，

•当控制信号在检测到的第一脉冲结束后变为零时，第一脉冲的持续时间可选地已被修改，则去除在给定周期末尾检测到的任何其他脉冲。

因此，根据本发明的方法使得可以对控制电路的控制信号进行滤波和适配，以防止不能被控制电路滤波的错误脉冲干扰所述控制电路的运行。该方法尤其使得可以去除导致ASIC类型的控制电路中的“闩锁”效应、将其永久性地闩锁例如在“ 1”处的干扰脉冲。因此，根据本发明的方法使得可以克服控制电路的部件的鲁棒性不足。该方法还可以校正编程错误，该编程错误通过将信号的高状态的持续时间限制为给定周期上的最大时间间隔的持续时间来永久激活控制信号。因此，控制信号的这种适配使得可以减少甚至去除喷射器的闭环调节控制中的不稳定性。

应该注意的是，从现有技术开始，一个明显的解决方案将在于使用RC类型的电路对占空比小于预定阈值（例如1％）的PWM控制信号部分进行滤波，但是由于这种RC电路将使PWM控制信号失真，因此该解决方案将是不令人满意的，其具有与现有技术的其他解决方案相同的缺点，尽管可能会有所减轻。另外，任何阶的简单模拟滤波器在所使用的频率（例如大于或等于150 kHz）下将无法具有足够快的反应时间。

有利地，该方法还包括用于确定控制信号的当前周期的步骤。

再次有利地，该方法包括用于确定最小时间间隔的持续时间和最大时间间隔的持续时间的预备步骤。

优选地，最小时间间隔的持续时间在对应于控制信号的最大频率的周期的1％至5％之间。

再次优选地，最大时间间隔的持续时间在对应于控制信号的最小频率的周期的95％至99％之间。

本发明还涉及一种用于适配用于车辆的燃烧发动机的至少一个喷射器的控制电路的控制信号的计算机，所述控制信号是矩形波电压信号，其频率可在最小频率和最大频率之间变化，并且在给定周期内以其占空比为特征。所述计算机的特征在于，其被配置为，对于控制信号的给定周期：

•检测给定周期的第一脉冲，

根据本发明的一方面，计算机被配置为确定控制信号的当前周期。

根据本发明的一方面，计算机被配置为确定最小时间间隔的持续时间和最大时间间隔的持续时间。

优选地，计算机包括微控制器、控制电路和功率级。

有利地，控制电路是ASIC（英文中的“Application Specific IntegratedCircuit”，专用集成电路）类型的集成电路。

最后，本发明涉及一种机动车辆，其包括如上所述的计算机以及包括多个气缸和用于将燃料喷射到所述气缸中的多个喷射器的燃烧发动机，所述计算机能够根据由所述计算机适配的至少一个控制信号来控制所述多个喷射器。

附图说明

本发明的其他特征和优点将通过以下参考以非限制性示例的方式给出的附图的描述而变得显而易见，并且在附图中，相同的附图标记被赋予相似的物体。

图1示意性地示出了根据本发明的车辆的实施例。

图2示意性地示出了根据本发明的方法的实施例。

图3A显示了由微控制器传输的控制信号的示例。

图3B显示了由控制电路接收的图3A的控制信号的示例。

图3C是显示了最小持续时间间隔的信号的示例。

图3D是显示了最大持续时间间隔的信号的示例。

图3E是参考信号的示例，其显示了其持续时间是图3B的控制信号的一半周期的间隔。

图3F示出了使用根据本发明的方法适配的图3B的控制信号。

具体实施方式

在以下示例中描述的车辆是包括具有多个气缸的燃烧发动机的机动车辆。然而，应当注意，本发明更广泛地应用于具有燃烧发动机或混合动力发动机的任何类型的车辆，气缸的数量大于或等于一个。

图1示意性地示出了根据本发明的车辆1的示例，该车辆包括：燃烧发动机10，用于将燃料喷射到所述发动机10中的喷射系统20和用于控制所述喷射系统20的被称为“发动机控制计算机”的计算机30。

发动机10包括多个气缸100，在每个气缸中燃烧助燃剂（空气）和燃料的混合物。

喷射系统20包括多个燃料喷射器200，至少一个喷射器200安装在气缸100中的每一个上。

喷射系统20还可包括泵（未示出）和喷射轨道（未示出）。

经由一个或多个进气阀（未示出）将空气吸入气缸100中，而经由相应的喷射器200将燃料引入所述气缸100中。

计算机30被配置为控制喷射器200，使得它们在每个气缸100的循环中的适当时间喷射燃料。

为此，计算机30特别地包括微控制器300、电连接至所述微控制器300的控制电路310、以及连接至多个喷射器200的功率级320。

微控制器300被配置为产生用于控制每个喷射器200的控制信号S_C，并且将所述控制信号S_C发送到控制电路310。控制电路310将这些控制信号S_C转换为用于控制喷射器200的控制信号。功率级320允许适配相应喷射器200的控制信号的功率，以便控制喷射器的打开和关闭。

控制信号S_C是矩形波电压信号，其频率可在最小频率和最大频率之间变化，并且在周期内以其占空比为特征。

例如，频率可以在等于150 kHz的最小频率和等于170 kHz的最大频率之间变化。不言而喻，可以使用适配于预期应用的任何其他最小频率值和最大频率值。

优选地，微控制器300产生PWM（英文中的“Pulse Width Modulation”，脉冲宽度调制）类型的控制信号S_C，其采取一系列周期的形式，周期的持续时间可以随时间变化。

在每个周期T上，控制信号S_C可以取正值（高状态或脉冲）和/或零值（低状态）。对于给定的周期，信号处于高状态的持续时间与该周期的持续时间之比构成占空比。

因此，例如：

•如果信号在整个周期内为零（低状态），则在此周期上占空比为0％，

•如果信号的值在整个周期内都与脉冲（高状态）的值相对应，则在此周期上占空比为100％，

•如果信号的值在一个周期的第一半对应于脉冲（高状态）的值，而在所述周期的第二半为零（低状态），则在此周期上占空比为50％，等等。

占空比的变化使得可以向控制电路310指示如何控制喷射器200。

在该优选示例中，微控制器300被编程为生成控制信号S_C，该控制信号S_C在每个周期中包括从该周期的开始处开始的高状态，并且该高状态的持续时间与所讨论的周期的持续时间一起限定了对于该周期的控制信号S_C占空比。

然而，在实践中，由控制电路310接收的控制信号S_C可能包括被称为干扰脉冲的误差，该误差尤其是由于微控制器300或控制电路310中的电磁干扰、电轨迹路由问题、联接问题、伺服中的计算误差（例如由于编码误差）等。

干扰脉冲可以以以下两种方式显示在控制电路310输入端接收的控制信号S_C中：干扰脉冲对应于在控制信号S_C经编程的低状态期间的所述控制信号S_C瞬时高状态，或者相反，脉冲对应于处于控制信号S_C经编程的高状态的中间的控制信号S_C低状态。

图3A和图3B示出了包括这种误差的控制信号的两个示例S_C（E）、S_C（R）：由微控制器300产生的、由所述微控制器300发送给控制电路310的具有三个误差的控制信号S_C（E）（图3A），以及由所述控制电路310接收到的具有第四误差的相应的控制信号S_C（R）（图3B），该第四误差例如是在微控制器300与控制电路310之间传输时产生的。

根据本发明的计算机30被配置为通过适配控制信号S_C（E）、S_C（R）来检测并校正所述控制信号S_C（E）、S_C（R）中的这些误差，以便控制电路310基于如图3F所示的经适配的（即经校正的）控制信号S_C（F）来控制喷射器200。

这些任务被分配给适配模块330-1、330-2（如图1所示）。

在第一实施例（软件解决方案）中，这些功能由计算机程序实现，该计算机程序由布置在微控制器300和控制电路310之间的适配模块330-1实施。该适配模块330-1例如可以是第二微控制器。

在第二实施例（硬件解决方案）中，这些功能由集成到控制电路310内的适配模块330-2在所述控制电路310的输入处执行，即在由控制电路310接收到控制信号S_C（R）时执行。

适配模块330-1、330-2被配置为：

•确定控制信号S_C（R）的给定周期的开始时刻；

•从所述开始时刻开始检测给定周期的第一脉冲；

·当检测到的所述第一脉冲包括在从给定周期的开始处开始的预定的最小时间间隔内并且该预定的最小时间间隔取决于最大频率时，修改检测到的第一脉冲的持续时间，使得所述持续时间等于所述预定的最小时间间隔的持续时间；

•当检测到的第一脉冲的持续时间大于从给定周期的开始处开始的预定的最大时间间隔的持续时间并且该预定的最大时间间隔取决于最小频率时，修改检测到的第一脉冲的持续时间，使得其等于所述预定的最大时间间隔的持续时间；

•当控制信号S_C（R）变为零时，去除在给定周期末尾检测到的任何其他脉冲。

现在将参考图2根据其实施来描述本发明。

在预备步骤E0中，限定了以下各者：

•控制信号S_C（R）的最小频率Fmin，例如150 kHz；

•控制信号S_C（R）的最大频率Fmax，例如170 kHz；

•对应于最小时间间隔的周期的百分比αmin；

•对应于最大时间间隔的周期的百分比αmax；

•最小时间间隔的持续时间：

；

•最大时间间隔的持续时间：

；

•控制信号S_C（R）的一半周期的持续时间αRef50％：

。

优选地，最小时间间隔αmin的持续时间αRefmin在与控制信号S_C（E）、S_C（R）的最大频率Fmax相对应的周期的1％至5％之间。类似地，优选地，最大时间间隔αmax的持续时间αRefmax在与控制信号S_C（E）、S_C（R）的最小频率Fmin相对应的周期的95％至99％之间。

还限定了在给定周期内与控制信号S_C（E）、S_C（R）具有相同频率的参考信号PWM_ref_50％，但其占空比为50％，参考信号PWM_ref_50％在周期的第一半处于高状态，在周期的第二半处于低状态。

图3C，图3D和图3E以高状态的形式分别示出了最小时间间隔信号PWM_ref_min、最大时间间隔信号PWM_ref_max以及参考时间间隔信号PWM_ref_50％，在参考时间间隔信号PWM_ref_50％中，每个间隔的持续时间等于控制信号S_C（E）、S_C（R）的周期的持续时间的一半（第一半）。

举例来说，对于170 kHz的最大频率，最小时间间隔的持续时间选择为在[58-294]纳秒的间隔内，对于150 kHz的最小频率，最大阈值选择为在[6.33-6.6]微秒的间隔内。

在信号的每个周期，适配模块330-1、330-2首先在步骤E1中确定所述周期的开始时刻和该周期的第一脉冲。

适配模块330-1、330-2在步骤E2中测量该周期的第一脉冲的持续时间Tpulse。

适配模块330-1、330-2在步骤E3中确定该周期的第一脉冲的持续时间Tpulse是否大于或等于控制信号S_C（R）的一半周期的持续时间αRef50％。

当该周期的第一脉冲的持续时间Tpulse小于控制信号S_C（R）的一半周期的持续时间αRef50％时，则适配模块330-1、330-2在步骤E4中确定该周期的第一脉冲的持续时间Tpulse是否小于从给定周期的开始处开始的最小时间间隔的持续时间αRefmin，且最小时间间隔取决于最大频率。

当检测到的第一脉冲的持续时间Tpulse小于给定周期的最小时间间隔的持续时间αRefmin时，则适配模块330-1、330-2在步骤E5中修改检测到的第一脉冲的持续时间Tpulse，使得所述持续时间Tpulse等于所述最小时间间隔的持续时间αRefmin。

当该周期的第一脉冲的持续时间Tpulse大于或等于控制信号S_C（R）的一半周期的持续时间αRef50％时，则适配模块330-1、330-2在步骤中E6确定该周期的第一脉冲的持续时间Tpulse是否大于或等于从给定周期的开始处开始的最大时间间隔的持续时间αRefmax，且最大时间间隔取决于最小频率。

当检测到的第一脉冲的持续时间Tpulse大于给定周期的最大时间间隔的持续时间αRefmax时，则适配模块330-1、330-2在步骤E7中修改检测到的第一脉冲的持续时间Tpulse，使得其等于所述最大时间间隔的持续时间αRefmax。

当控制信号变为零时，适配模块330-1、330-2去除随后将在所考虑的周期末尾检测到的任何其他脉冲。

如上所述，在图3A中示出了由微控制器产生的包括三个异常脉冲的控制信号S_C（E）的示例。由控制电路310接收的控制信号S_C（R）包括第四误差，例如由于在微控制器300与所述控制电路310之间的传输期间的电磁干扰所致。

异常脉冲A是所讨论的周期中的唯一脉冲，并且其持续时间Tpulse大于所讨论的周期的最大时间间隔的持续时间αRefmax，其由信号PWM_ref_max的高状态表示。在这种情况下，在控制信号S_C（R）中减小脉冲的持续时间Tpulse，使得其持续时间Tpulse等于最大时间间隔的持续时间αRefmax。

异常脉冲B位于信号PWM_ref_50％的周期的第二半中，即在该中间参考信号的低状态期间。在这种情况下，从控制信号S_C（R）去除脉冲。

异常的低状态C在参考信号PWM_ref_50％的所讨论的周期的第一半中，且其持续时间Tpulse小于最小时间间隔的持续时间αRefmin，即小于信号PWM_ref_min的高状态的持续时间。在这种情况下，在控制信号S_C（F）中增加脉冲的持续时间Tpulse，使得其持续时间至少等于最小时间间隔的持续时间αRefmin。在这种情况下，检测到的第一脉冲的持续时间Tpulse在该周期上的延长使得可以从控制信号S_C（R）中去除表示所述控制信号S_C（R）的误差的异常低状态C，并获得与微控制器300先前产生的相符合的控制信号S_C（R）的高状态，以控制一个或多个喷射器200。

异常脉冲D包括在参考信号PWM_ref_50％的所讨论的周期的第一半中，其持续时间Tpulse小于最小时间间隔的持续时间αRefmin，即小于信号PWM_ref_min的高状态的持续时间。在这种情况下，在控制信号S_C（F）中增加脉冲的持续时间Tpulse，使得其持续时间Tpulse等于最小时间间隔的持续时间αRefmin。

最后获得的控制信号S_C（F），如图3F所示，是过滤后的控制信号S_C（F），其中已校正了误差A、B、C和D，从而避免了控制电路310的闩锁。

根据本发明的方法有利地使得可以适配由控制电路310接收的控制信号S_C（R），以便去除可能导致闩锁控制电路310和错误控制喷射器200的误差。

Claims

1.一种用于适配用于机动车辆（1）的燃烧发动机（10）的至少一个喷射器（200）的控制电路（310）的控制信号（S_C）的方法，所述控制信号（S_C）是矩形波电压信号，其频率可在最小频率和最大频率之间变化，并且所述控制信号在给定周期内以其占空比为特征，所述方法的特征在于，对于控制信号（S_C）的给定周期，其包括以下步骤：

•检测（E1）给定周期的第一脉冲；

•当检测到的所述第一脉冲的持续时间（Tpulse）小于从给定周期的开始处开始的预定的最小时间间隔的持续时间（αRefmin）并且该预定的最小时间间隔的所述持续时间取决于最大频率（Fmax）时，修改（E5）检测到的第一脉冲的持续时间（Tpulse），使得所述持续时间（Tpulse）等于所述预定的最小时间间隔的持续时间（αRefmin）；

•当检测到的第一脉冲的持续时间（Tpulse）大于从给定周期的开始处开始的预定的最大时间间隔的持续时间（αRefmax）并且该预定的最大时间间隔的所述持续时间取决于最小频率（Fmin）时，修改（E7）检测到的第一脉冲的持续时间（Tpulse），使得所述持续时间（Tpulse）等于所述预定的最大时间间隔的持续时间（αRefmax），

•当控制信号（S_C）在检测到的第一脉冲结束后变为零时，第一脉冲的持续时间可选地已被修改，则去除在给定周期末尾检测到的任何其他脉冲。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括用于确定所述控制信号（S_C）的当前周期的步骤（E1）。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括用于确定最小时间间隔的持续时间和最大时间间隔的持续时间的预备步骤（E0）。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，最小时间间隔的持续时间在与控制信号的最大频率相对应的周期的1％至5％之间。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，最大时间间隔的持续时间在与控制信号的最小频率相对应的周期的95％至99％之间。

6.一种用于适配用于车辆（1）的燃烧发动机（10）的至少一个喷射器（200）的控制电路（310）的控制信号（S_C）的计算机（30），所述控制信号（S_C）是矩形波电压信号，其频率可在最小频率和最大频率之间变化，并且在给定周期内以其占空比为特征，所述计算机（30）的特征在于，其被配置为，对于控制信号（S_C）的给定周期：

•检测给定周期的第一脉冲，

•当检测到的所述第一脉冲的持续时间（Tpulse）小于从给定周期的开始处开始的预定的最小时间间隔的持续时间（αRefmin）并且该预定的最小时间间隔的所述持续时间（αRefmin）取决于最大频率（Fmax）时，修改检测到的第一脉冲的持续时间（Tpulse），使得所述持续时间（Tpulse）等于所述预定的最小时间间隔的持续时间（αRefmin），

•当检测到的第一脉冲的持续时间（Tpulse）大于从给定周期的开始处开始的预定的最大时间间隔的持续时间（αRefmax）并且该预定的最大时间间隔的所述持续时间取决于最小频率（Fmin）时，修改检测到的第一脉冲的持续时间（Tpulse），使得所述持续时间（Tpulse）等于所述预定的最大时间间隔的持续时间（αRefmax），

•当控制信号在检测到的第一脉冲结束后变为零时，第一脉冲的持续时间（Tpulse）可选地已被修改，则去除在给定周期末尾检测到的任何其他脉冲。

7.根据权利要求6所述的计算机（30），被配置为确定控制信号（S_C）的当前周期。

8.根据权利要求6和7中的任一项所述的计算机（30），被配置为确定最小时间间隔的持续时间和最大时间间隔的持续时间。

9.根据权利要求6至8中的任一项所述的计算机（30），其中，最小时间间隔的持续时间在与控制信号的最大频率相对应的周期的1％至5％之间，且最大时间间隔的持续时间在与控制信号的最小频率相对应的周期的95％至99％之间。

10.一种机动车辆（1），包括：

•根据权利要求6至9中的任一项所述的计算机（30），

•燃烧发动机（10），其包括多个气缸（100）和用于将燃料喷射到所述气缸（100）中的多个喷射器（200），

•所述计算机（30）能够根据由所述计算机（30）适配的至少一个控制信号（S_C）来控制所述多个喷射器（200）。