CN112983587B - 一种具有关闭检测功能的vva电磁阀驱动系统 - Google Patents

一种具有关闭检测功能的vva电磁阀驱动系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有关闭检测功能的VVA电磁阀驱动系统，包括VVA电磁阀、驱动模组、电流采样放大电路和闭合检测电路，驱动模组利用驱动电路驱动与VVA电磁阀所连的晶体管状态。本发明利用VVA电磁阀本身固有的特性，在驱动VVA电磁阀时使得电磁阀工作电流在快速提升阶段呈先锯齿波逐级下降、再锯齿波逐级上升的“V”型电流变化，从而可利用闭合检测电路检测到VVA电磁阀的关闭状态，无需增加额外的传感器，使得VVA电磁阀不仅是个执行器，还是个传感器，可实现电磁阀闭合状态检测，以此调节电磁阀的驱动正时，对改善内燃机怠速稳定性、增加低速工况的扭矩，保证高速工况下的动力性，改善低速小负荷的燃油经济性有一定帮助。

Description

一种具有关闭检测功能的VVA电磁阀驱动系统
技术领域
本发明涉及一种具有关闭检测功能的VVA电磁阀驱动系统，属于VVA电磁阀技术领域。
背景技术
可变气门驱动机构(缩写：VVA)电磁阀是一种常开阀，常用于内燃机中。VVA电磁阀(即可变气门驱动机构电磁阀，下同)的状态由驱动电流来控制，驱动VVA电磁阀从常开状态至关闭再回到常开状态的过程主要包括励磁、快速提升、维持和打开四个阶段，其对应的VVA电磁阀的电流波形如图1所示：
1)励磁阶段主要包括电流上升段A和磁化电流保持段B，励磁阶段时间不长，主要用于使电磁阀预先磁化，为电磁阀快速关闭做准备；
2)快速提升阶段主要包括电流上升段C和峰值电流保持段D，快速提升阶段是为了使VVA电磁阀快速关闭而施加的大电流，经过峰值电流保持段D后，VVA电磁阀已经处于完全闭合状态；
3)维持阶段主要包括电流下降段E和维持电流保持段F，维持阶段在VVA电磁阀完全关闭后使用小电流保持VVA电磁阀全关；
4)维持阶段结束后，关断VVA电磁阀驱动进入打开阶段，包括电流下降段G，驱动电流逐渐降低，直至其再次处于常开状态。
在上述过程中，VVA电磁阀只是一个简单的执行器，其工作过程的状态和实际完全关闭时刻并不确定，虽然其完全关闭时刻可以通过理论计算得到，但是受到不同VVA电磁阀性能不一致、VVA电磁阀老化或其他外界因素的影响，VVA电磁阀的实际完全关闭时刻可能与理论计算结果并不相同，导致驱动过程不够准确。
发明内容
本发明提供一种具有关闭检测功能的VVA电磁阀驱动系统，能够解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种具有关闭检测功能的VVA电磁阀驱动系统，包括：
VVA电磁阀，一端通过高端晶体管连接电源、另一端依次通过低端晶体管和采样电阻接地，所述高端晶体管和所述VVA电磁阀的公共端连接第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极接地，所述VVA电磁阀与所述低端晶体管的公共端连接第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接所述电源；
驱动模组，输出端通过高端驱动电路连接并驱动所述高端晶体管，并通过低端驱动电路连接并驱动所述低端晶体管；
电流采样放大电路，输入端与所述低端晶体管和所述采样电阻的公共端连接，输出端与所述驱动模组的输入端、闭合检测电路的输入端连接；
闭合检测电路，与所述驱动模组连接；
所述VVA电磁阀励磁阶段时，所述驱动模组输出有效的低端驱动信号至所述低端驱动电路、驱动所述低端晶体管闭合；在所述VVA电磁阀的励磁阶段结束后，所述驱动模组输出持续有效的低端驱动信号至所述低端驱动电路、驱动所述低端晶体管闭合，所述驱动模组输出持续有效的高端驱动信号至所述高端驱动电路、驱动所述高端晶体管闭合；当通过所述电流采样放大电路采样到所述VVA电磁阀的电磁阀工作电流从磁化电流上升达到峰值电流时，所述驱动模组输出PWM波形式的高端驱动信号至所述高端驱动电路，所述PWM波形的无效电平时长大于有效电平时长，所述高端驱动电路在PWM波的无效电平期间驱动所述高端晶体管断开、在有效电平期间驱动所述高端晶体管闭合直至所述VVA电磁阀的快速提升阶段结束；
在所述驱动模组输出PWM波形式的高端驱动信号期间，所述电磁阀工作电流呈逐级下降的锯齿波形式，所述闭合检测电路在检测到所述电磁阀工作电流下降至小于预定阈值时由输出第一电平切换为输出第二电平；所述电磁阀工作电流下降直至所述VVA电磁阀完全闭合时达到最小值并开始呈逐级上升的锯齿波形式，所述闭合检测电路在检测到所述电磁阀工作电流上升至达到所述预定阈值时由输出第二电平切换为输出第一电平；所述闭合检测电路输出的电平用于指示所述VVA电磁阀的闭合状态。
进一步地，所述闭合检测电路包括比较器，所述比较器的输出端作为所述闭合检测电路的输出端，所述比较器的反相输入端连接所述电流采样放大电路的输出端，所述比较器的同相输入端通过第三电阻连接阈值电压，所述比较器的同相输入端还通过第二电阻和第三晶体管接地，所述第三晶体管受控于所述驱动模组，所述驱动模组在所述VVA电磁阀的快速提升阶段内驱动所述第三晶体管闭合、在其余阶段驱动所述第三晶体管断开。
进一步地，所述驱动模组包括MCU、逻辑处理单元、峰值电流比较电路和峰值状态锁存电路，所述MCU连接所述逻辑处理单元和所述低端驱动电路；所述峰值电流比较电路的输入端连接所述电流采样放大电路，输出端连接所述峰值状态锁存电路；所述峰值状态锁存电路的输出端连接所述逻辑处理单元，所述逻辑处理单元连接所述高端驱动电路；
在所述VVA电磁阀的励磁阶段结束后，所述MCU向所述低端驱动电路输出持续有效的低端驱动信号、向所述逻辑处理单元输出有效的快速提升使能信号、向所述逻辑处理单元输出PWM信号；
所述峰值电流比较电路将从所述电流采样放大电路获取到的电磁阀工作电流与所述峰值电流进行比较，当所述电磁阀工作电流小于所述峰值电流时，所述峰值电流比较电路输出有效电平至所述峰值状态锁存电路，所述峰值状态锁存电路输出有效电平至所述逻辑处理单元，所述逻辑处理单元根据所述峰值状态锁存电路输出的有效电平和所述MCU输出的有效的快速提升使能信号输出持续有效的高端驱动信号；
当所述电磁阀工作电流上升达到所述峰值电流时，所述峰值电流比较电路切换为输出无效电平，所述峰值状态锁存电路锁存所述峰值电流比较电路的瞬间状态并输入给所述逻辑处理单元；所述逻辑处理单元根据所述峰值状态锁存电路的输出、所述MCU输出的有效的快速提升使能信号以及所述MCU输出的PWM信号输出PWM波形式的高端驱动信号，所述高端驱动信号的PWM波形式与MCU输出的PWM信号的波形一致。
进一步地，所述驱动模组还包括维持电流闭环调制电路，所述维持电流闭环调制电路的输入端连接所述电流采样放大电路的输出端，所述维持电流闭环调制电路的输出端连接所述逻辑处理单元；
在所述VVA电磁阀的快速提升阶段结束后进入维持阶段时，所述MCU向所述逻辑处理单元输出有效的维持使能信号；所述维持电流闭环调制电路将从所述电流采样放大电路获取到的电磁阀工作电流与维持电流进行比较并输出相应的信号，所述逻辑处理单元根据所述维持使能信号以及所述维持电流闭环调制电路的输出向所述高端驱动电路输出相应的高端驱动信号，使得所述电磁阀工作电流下降并稳定在所述维持电流。
进一步地，所述VVA电磁阀的工作电流以锯齿波形式稳定在所述维持电流；
在进入所述VVA电磁阀的维持阶段时，所述维持电流闭环调制电路输出无效电平，所述逻辑处理单元根据有效的维持使能信号以及所述维持电流闭环调制电路输出的无效电平输出持续无效的高端驱动信号、驱动所述高端晶体管断开、所述电磁阀工作电流下降；
所述维持电流闭环调制电路在检测到所述电磁阀工作电流达到所述维持下限阈值时输出有效电平，所述逻辑处理单元根据有效的维持使能信号以及所述维持电流闭环调制电路输出的有效电平输出持续有效的高端驱动信号、驱动所述高端晶体管闭合、所述电磁阀工作电流上升，所述维持下限阈值小于所述维持电流；
所述维持电流闭环调制电路在检测到所述电磁阀工作电流达到维持上限阈值时输出无效电平，所述逻辑处理单元根据有效的维持使能信号以及所述维持电流闭环调制电路输出的无效电平输出持续无效的高端驱动信号、驱动所述高端晶体管断开、所述电磁阀工作电流下降，所述维持上限阈值大于所述维持电流；
重复执行所述维持电流闭环调制电路在检测到所述电磁阀工作电流达到所述维持下限阈值时输出有效电平的步骤，使得所述电磁阀工作电流以锯齿波形式稳定在所述维持电流。
进一步地，所述驱动模组还包括励磁电流闭环调制电路，所述励磁电流闭环调制电路的输入端连接所述电流采样放大电路，所述励磁电流闭环调制电路的输出端连接所述逻辑处理单元；
在所述VVA电磁阀的励磁阶段，所述MCU向所述逻辑处理单元输出有效的励磁使能信号；所述励磁电流闭环调制电路将从所述电流采样放大电路获取到的电磁阀工作电流与磁化电流进行比较并输出相应的信号，所述逻辑处理单元根据所述励磁使能信号以及所述励磁电流闭环调制电路的输出向所述高端驱动电路输出相应的高端驱动信号，使得所述电磁阀工作电流从0开始上升并稳定在所述磁化电流。
进一步地，所述VVA电磁阀的工作电流以锯齿波形式稳定在所述磁化电流；
在进入所述VVA电磁阀的励磁阶段时，所述励磁电流闭环调制电路输出有效电平，所述逻辑处理单元根据有效的励磁使能信号以及所述励磁电流闭环调制电路输出的有效电平输出持续有效的高端驱动信号、驱动所述高端晶体管闭合、所述电磁阀工作电流上升；
所述励磁电流闭环调制电路在检测到所述电磁阀工作电流达到励磁上限阈值时输出无效电平，所述逻辑处理单元根据有效的励磁使能信号以及所述励磁电流闭环调制电路输出的无效电平输出持续无效的高端驱动信号、驱动所述高端晶体管断开、所述电磁阀工作电流下降，所述励磁上限阈值大于所述磁化电流；
所述励磁电流闭环调制电路在检测到所述电磁阀工作电流下降到励磁下限阈值时输出有效电平，所述逻辑处理单元根据有效的励磁使能信号以及所述励磁电流闭环调制电路输出的有效电平输出持续有效的高端驱动信号、驱动所述高端晶体管闭合、所述电磁阀工作电流上升，所述励磁下限阈值小于所述磁化电流；
重复执行所述励磁电流闭环调制电路在检测到所述电磁阀工作电流达到励磁上限阈值时输出无效电平的步骤，使得所述电磁阀工作电流以锯齿波形式稳定在所述磁化电流。
进一步地，在所述VVA电磁阀的维持阶段结束后，所述驱动模组输出持续无效的低端驱动信号至所述低端驱动电路、驱动所述低端晶体管断开，所述驱动模组输出持续无效的高端驱动信号至所述高端驱动电路、驱动所述高端晶体管断开，所述VVA电磁阀的工作电流下降直至为0。
与现有的技术相比，本发明利用VVA电磁阀本身固有的特性，在驱动VVA电磁阀时使得电磁阀工作电流在快速提升阶段呈先锯齿波逐级下降、再锯齿波逐级上升的“V”型电流变化，从而可以利用闭合检测电路检测到VVA电磁阀的关闭状态，无需增加额外的传感器，使得VVA电磁阀不仅是个执行器，还是个传感器，可以实现电磁阀闭合状态检测，以此调节电磁阀的驱动正时，对改善内燃机怠速稳定性、增加低速工况的扭矩，保证高速工况下的动力性，改善低速小负荷的燃油经济性有一定帮助。
附图说明
图1为现有驱动过程中流经VVA电磁阀的电磁阀工作电流的电流波形图；
图2为本发明的电路结构示意图；
图3为本发明驱动VVA电磁阀的过程中流经VVA电磁阀的电磁阀工作电流的电流波形图；
图4为本发明中驱动模组输出的两路驱动信号、闭合检测电路的输出信号的波形图与电磁阀工作电流的电流波形图之间的对应示意图；
图5为本发明中驱动模组内部的各部分电路之间传输的信号的波形图与电磁阀工作电流的电流波形图之间的对应示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施中的技术方案进行清楚，完整的描述，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2至图5所示，本发明提供的一种具有关闭检测功能的VVA电磁阀驱动系统，包括：
VVA电磁阀L，一端通过高端晶体管Q1连接电源+BP、另一端依次通过低端晶体管Q2和采样电阻R1接地，所述高端晶体管Q1和所述VVA电磁阀L的公共端连接第一二极管D1的阴极，所述第一二极管D1的阳极接地，所述VVA电磁阀L与所述低端晶体管Q2的公共端连接第二二极管D2的阳极，所述第二二极管D2的阴极连接所述电源+BP；
驱动模组，输出端通过高端驱动电路连接并驱动所述高端晶体管Q1，并通过低端驱动电路连接并驱动所述低端晶体管Q2；
电流采样放大电路，输入端与所述低端晶体管Q2和所述采样电阻R1的公共端连接，输出端与所述驱动模组的输入端、闭合检测电路的输入端连接；
闭合检测电路，与所述驱动模组连接；闭合检测电路与所述驱动模块协同工作，用于检测VVA电磁阀是否完全关闭；
因此驱动模组和闭合检测电路可以分别通过电流采样放大电路实时采样到流经VVA电磁阀L的电磁阀工作电流I。高端驱动电路、低端驱动电路和电流采样放大电路具体可以通过现有的电路结构实现，对于其具体结构本发明不做详述。
本发明中驱动模组通过驱动高端晶体管Q1和低端晶体管Q2的断开闭合来驱动VVA电磁阀L的工作过程，同样的，VVA电磁阀L从常开状态至关闭再回到常开状态的驱动过程主要依次包括励磁阶段、快速提升阶段、维持阶段和打开阶段，如图3所示的电磁阀工作电流的电流波形示意图以及图4所示的电流波形与各路信号的对应示意图，各个阶段按照时间顺序依次介绍如下：
1)励磁阶段：驱动模组向高端驱动电路输出有效的高端驱动信号、驱动高端晶体管Q1闭合，驱动模组向低端驱动电路输出有效的低端驱动信号、驱动低端晶体管Q2闭合，此时电源+BP、高端晶体管Q1、VVA电磁阀L、底端晶体管Q2和采样电阻R1及接地端形成回路，流经VVA电磁阀L的电磁阀工作电流I从0开始增大并稳定在磁化电流Ibias处。
作为本发明的进一步改进，所述电磁阀工作电流I并不是恒定稳定在磁化电流Ibias处的，而是以锯齿波形式稳定在磁化电流Ibias，即按照矩形波形式在励磁下限阈值Ibias_down和励磁上限阈值Ibias_up之间波动，励磁下限阈值Ibias_down小于磁化电流Ibias，磁化电流Ibias小于励磁上限阈值Ibias_up。当驱动模组输出有效的高端驱动信号和有效的低端驱动信号直至电磁阀工作电流I从0开始逐渐增大到励磁上限阈值Ibias_up时，继续输出有效的低端驱动信号、切换为输出无效的高端驱动信号，此时高端晶体管Q1截止、低端晶体管Q2闭合，VVA电磁阀L、低端晶体管Q2和采样电阻R1以及第一二极管D1形成续流回路，电磁阀工作电流I逐渐下降。当驱动模组检测到电磁阀工作电流I下降到励磁下限阈值Ibias_down时，继续输出有效的低端驱动信号、重新输出有效的高端驱动信号，高端晶体管Q1再次闭合，电磁阀工作电流I重新开始上升直至到达励磁上限阈值Ibias_up；重复以上过程，使得电磁阀工作电流I稳定在磁化电流Ibias处。
2)快速提升阶段：励磁阶段结束后进入，具体的：在所述VVA电磁阀L的励磁阶段结束后，所述驱动模组输出持续有效的低端驱动信号至所述低端驱动电路、驱动所述低端晶体管Q2闭合，并输出持续有效的高端驱动信号至所述高端驱动电路、驱动所述高端晶体管Q1闭合。如上所述，此时电源+BP、高端晶体管Q1、VVA电磁阀L、底端晶体管Q2和采样电阻R1及接地端形成回路，流经VVA电磁阀L的电磁阀工作电流I继续上升直至达到峰值电流Ipeak。
当驱动模组通过所述电流采样放大电路采样到所述VVA电磁阀L的电磁阀工作电流I从磁化电流Ibias上升达到峰值电流Ipeak时，驱动模组输出PWM波形式的高端驱动信号至高端驱动电路，高端驱动信号的PWM波具有预定的占空比和频率，且无效电平时长大于有效电平时长。高端驱动电路在PWM波的无效电平期间驱动所述高端晶体管Q1断开、使得电磁阀工作电流I下降，高端驱动电路在PWM波的有效电平期间驱动所述高端晶体管Q1闭合、使得电磁阀工作电流I上升，如此控制直至所述VVA电磁阀L的快速提升阶段结束。
在驱动模组输出PWM波形式的高端驱动信号期间，由于高端驱动信号的PWM波的无效电平时长较长，因此电磁阀工作电流I下降幅度大于上升幅度，所以电磁阀工作电流I呈逐级下降的锯齿波形式。直至VVA电磁阀L完全闭合时电磁阀工作电流I达到最小值，此时VVA电磁阀L特性发生变化，虽然高端驱动信号的PWM波形一致，但有效电平期间电流上升速率较无效电平期间电流下降速率快，因此电磁阀工作电流I又转而开始呈逐级上升的锯齿波形式，直至快速提升阶段结束。因此在本申请中，电磁阀工作电流I在快速提升阶段整体呈先下降后上升的“V”型变化结构。
3)维持阶段：快速提升阶段结束后进入，具体的：VVA电磁阀L经过快速提升阶段已经完全闭合，因此仅需通入较小的维持电流便能产生足够大的电磁作用力以保证VVA电磁阀L的可靠关闭，而且小的维持电流可以降低能量消耗，减小VVA电磁阀L的电磁线圈发热，同时有利于VVA电磁阀L的快速开启。
因此在进入维持阶段后，驱动模组继续输出持续有效的低端驱动信号使低端晶体管Q2仍然保持闭合，并输出持续无效的高端驱动信号至高端驱动电路、驱动高端晶体管Q1断开，使得电磁阀工作电流I下降并保持在维持电流Ihold处。
同样的，作为本发明的进一步改进，电磁阀工作电流I并不是恒定稳定在维持电流Ihold处的，而是以锯齿波形式稳定在维持电流Ihold处，也即按照矩形波形式在维持下限阈值Ihold_down和维持上限阈值Ihold_up之间波动，维持下限阈值Ihold_down小于维持电流Ihold，维持电流Ihold小于维持上限阈值Ihold_up。则驱动模组输出有效的低端驱动信号以及无效的高端驱动信号使得电磁阀工作电流I从峰值电流Ipeak处逐渐下降。当下降到达维持下限阈值Ihold_down时，继续输出有效的低端驱动信号、改为输出有效的高端驱动信号使得电磁阀工作电流I上升。当上升到达维持上限阈值Ihold_up时，再次改为输出无效的高端驱动信号，重复以上过程，使得电磁阀工作电流I稳定在维持电流Ihold处。
4)打开阶段：在VVA电磁阀的维持阶段结束后，VVA电磁阀的驱动过程结束并进入打开阶段，此时驱动模组输出持续无效的低端驱动信号至低端驱动电路、驱动低端晶体管Q2断开，驱动模组输出持续无效的高端驱动信号至高端驱动电路、驱动高端晶体管Q1断开，VVA电磁阀L、第一二极管D1、电源+BP、第二二极管D2以及接地端形成续流回路，电磁阀工作电流I逐渐下降直至为0时，整个驱动过程结束，VVA电磁阀L重新处于常开状态。
同时，在上述驱动过程中、至少在快速提升阶段，闭合检测电路也实时采样到电磁阀工作电流I，在所述驱动模组输出PWM波形式的高端驱动信号期间，所述电磁阀工作电流I呈逐级下降的锯齿波形式，当闭合检测电路在检测到所述电磁阀工作电流I下降至小于预定阈值U0时，由输出第一电平切换为输出第二电平；所述电磁阀工作电流I下降直至所述VVA电磁阀完全闭合时达到最小值并开始呈逐级上升的锯齿波形式，所述闭合检测电路在检测到所述电磁阀工作电流I上升至达到所述预定阈值U0时由输出第二电平切换为输出第一电平。其中，第一电平和第二电平中一个为高电平、一个为低电平，故闭合检测电路的输出会在电磁阀工作电流I的最低处、也即VVA电磁阀L完全关闭的状态输出一个脉冲信号，因此闭合检测电路输出的电平用于指示VVA电磁阀L的闭合状态，通过监测闭合检测电路的输出即能确定VVA电磁阀L的关闭状态。实际闭合检测电路的输出可以直接引出到外部，或者连接到驱动模组。图4以第一电平为低电平、第二电平为高电平为例。
如图2所示，作为本发明的进一步限定，所述闭合检测电路可包括比较器U1，所述比较器U1的输出端作为所述闭合检测电路的输出端，比较器U1的反相输入端连接所述电流采样放大电路的输出端从而获取电磁阀工作电流I，第一电平为低电平，第二电平为高电平；比较器U1的同相输入端通过第三电阻R3连接阈值电压+V，所述比较器U1的同相输入端还通过第二电阻R2和第三晶体管Q3接地，所述第三晶体管Q3受控于所述驱动模组。闭合检测电路在整个驱动过程中都实时采样电磁阀工作电流I，而驱动模组在VVA电磁阀L的快速提升阶段内驱动所述第三晶体管Q3闭合、在其余阶段驱动所述第三晶体管Q3断开。因此，在励磁阶段、维持阶段和打开阶段内，驱动模组控制第三晶体管Q3断开，此时比较器U1的同相输入端的电压为阈值电压V，该阈值电压V大于电流采样放大电路的最大输出值，故在励磁阶段、维持阶段和打开阶段内比较器U1恒定输出高电平。在快速提升阶段内，驱动模组控制第三晶体管Q3闭合，此时比较器U1的同相输入端的电压变为预定阈值U0＝R2*V/(R2+R3)，相较于阈值电压V减小，该预定阈值U0＝R2*V/(R2+R3)的具体电压可以自定义配置，但小于峰值电流Ipeak的值而又大于快速提升阶段内电磁阀工作电流I的最小值，因此在快速提升阶段内，电磁阀工作电流I首先从磁化电流开始上升，在此过程中I＜U0，比较器U1输出高电平；当电磁阀工作电流I上升达到U0时，比较器U1翻转输出低电平，电磁阀工作电流I继续上升达到Ipeak后开始按照锯齿波形式逐级下降，在下降达到U0之前，比较器U1持续输出低电平。电磁阀工作电流I继续逐级下降，比较器U1翻转输出高电平，电磁阀工作电流I下降到达最低点后转而按照锯齿波形式逐级上升，在上升到达U0之前，比较器U1持续输出高电平。电磁阀工作电流I继续上升直至快速提升阶段结束，比较器U1持续输出低电平。对照图4所示的波形示意图可以看出，比较器U1的输出在VVA电磁阀L闭合状态时会有一个高电平脉冲信号，因此通过检测高电平脉冲即可以检测VVA电磁阀L的闭合状态。
本发明中，驱动模组的上述控制功能由多个电路结构共同配合完成，驱动模组可包括MCU、逻辑处理单元、峰值电流比较电路和峰值状态锁存电路，峰值电流比较电路可以基于现有的比较器芯片实现，峰值状态锁存电路可以基于现有的锁存器芯片实现。如图2所示，所述MCU连接低端驱动电路，并输出低端驱动信号a给低端驱动电路控制低端晶体管Q2的导通状态；MCU还连接逻辑处理单元，并向逻辑处理单元输出励磁使能信号b、快速提升使能信号c、维持使能信号d和PWM信号e，PWM信号e具有预定的占空比和频率。同时，MCU捕获闭合检测电路的输出，以检测VVA电磁阀的闭合状态。所述峰值电流比较电路用于设定峰值电流大小并比较，峰值电流比较电路的输入端连接所述电流采样放大电路，输出端连接所述峰值状态锁存电路；所述峰值状态锁存电路的输出端连接所述逻辑处理单元。所述逻辑处理单元用于实现MCU产生的控制信号和各个硬件控制电路输出信号的逻辑运算，与所述高端驱动电路连接，并通过高端驱动电路控制高端晶体管Q1的都通状态。逻辑处理单元连接并控制闭合检测电路中的第三晶体管Q3的状态，若闭合检测电路的输出引至驱动模组，则闭合检测电路的输出连接到MCU。另外，驱动模组还包括用于闭环调制维持电流的维持电流闭环调制电路，维持电流闭环调制电路的输入端连接电流采样放大电路的输出端，维持电流闭环调制电路的输出端连接逻辑处理单元。另外，驱动模组还包括用于闭环调制励磁电流的励磁电流闭环调制电路，励磁电流闭环调制电路的输入端连接电流采样放大电路，励磁电流闭环调制电路的输出端连接逻辑处理单元。维持电流闭环调制电路和励磁电流闭环调制电路均向逻辑处理单元输送PWM闭环调制信号，并可以分别基于现有的比较器芯片构建。如图5所示，驱动模组中上述各个电路的配合过程如下，本发明以各信号高电平有效、低电平无效为例：
不管VVA电磁阀L动作与否，MCU持续向逻辑处理单元输出具有预定占空比和频率的PWM信号e。
1)当VVA电磁阀L开始动作、首先进入励磁阶段时，MCU输出有效的低端驱动信号a，并输出有效的励磁使能信号b，励磁电流闭环调制电路将从电流采样放大电路获取到的电磁阀工作电流I与磁化电流Ibias进行比较并输出相应的信号，逻辑处理单元根据励磁使能信号b以及励磁电流闭环调制电路的输出向高端驱动电路输出相应的高端驱动信号，使得电磁阀工作电流I从0开始上升并稳定在磁化电流Ibias。具体的：励磁电流闭环调制电路输出有效电平，逻辑处理单元根据有效的励磁使能信号b以及励磁电流闭环调制电路输出的有效电平输出持续有效的高端驱动信号f、驱动高端晶体管Q1闭合、电磁阀工作电流I上升。励磁电流闭环调制电路在检测到电磁阀工作电流I达到励磁上限阈值Ibias_up时输出无效电平，逻辑处理单元根据有效的励磁使能信号b以及励磁电流闭环调制电路输出的无效电平输出持续无效的高端驱动信号f、驱动高端晶体管Q1断开、电磁阀工作电流I下降；励磁电流闭环调制电路在检测到电磁阀工作电流I下降到励磁下限阈值Ibias_down时重新输出有效电平，逻辑处理单元再次输出有效的高端驱动信号f，电磁阀工作电流I再次上升；重复以上过程，直到励磁过程结束时，MCU停止输出有效的励磁使能信号b。
2)进入快速提升阶段时，MCU继续输出有效的低端驱动信号a，并输出有效的快速提升使能信号c，峰值电流比较电路将从电流采样放大电路获取到的电磁阀工作电流I与峰值电流Ipeak进行比较，当I＜Ipeak时，峰值电流比较电路输出有效电平至峰值状态锁存电路，峰值状态锁存电路输出有效电平至逻辑处理单元，逻辑处理单元根据峰值状态锁存电路输出的有效电平和MCU输出的有效的快速提升使能信号c输出持续有效的高端驱动信号f。当电磁阀工作电流I上升达到峰值电流Ipeak时，峰值电流比较电路切换为输出无效电平，峰值状态锁存电路锁存峰值电流比较电路的瞬间状态并输入给逻辑处理单元，逻辑处理单元根据峰值状态锁存电路的输出、MCU输出的有效的快速提升使能信号c以及MCU输出的PWM信号输出PWM波形式的高端驱动信号，高端驱动信号的PWM波形式与MCU输出的PWM信号e的波形一致。直到快速提升阶段结束时，MCU停止输出有效的快速提升使能信号c。
3)在进入维持阶段时，MCU继续输出有效的低端驱动信号a，并输出有效的维持使能信号d，维持电流闭环调制电路将从电流采样放大电路获取到的电磁阀工作电流I与维持电流Ihold进行比较并输出相应的信号，逻辑处理单元根据维持使能信号d以及维持电流闭环调制电路的输出向高端驱动电路输出相应的高端驱动信号f，使得电磁阀工作电流I下降并稳定在维持电流Ihold。具体的：维持电流闭环调制电路输出无效电平，逻辑处理单元根据有效的维持使能信号d以及维持电流闭环调制电路输出的无效电平输出持续无效的高端驱动信号f、驱动高端晶体管Q1断开、电磁阀工作电流I下降。维持电流闭环调制电路在检测到电磁阀工作电流I达到维持下限阈值Ihold_down时输出有效电平，逻辑处理单元根据有效的维持使能信号d以及维持电流闭环调制电路输出的有效电平输出持续有效的高端驱动信号f、驱动高端晶体管Q1闭合、电磁阀工作电流I上升。维持电流闭环调制电路在检测到电磁阀工作电流I达到维持上限阈值时重新输出无效电平，逻辑处理单元根据有效的维持使能信号d以及维持电流闭环调制电路输出的无效电平输出持续无效的高端驱动信号f、驱动高端晶体管Q1断开、电磁阀工作电流I下降。重复以上过程，直到维持阶段结束时，MCU停止输出有效的维持使能信号d。
4)进入打开阶段时，MCU输出无效的低端驱动信号a使得低端晶体管Q2截止，此时高端晶体管Q1也截止，电磁阀工作电流I逐渐降低直至为0。
综上所述，本发明利用VVA电磁阀本身固有的特性，在驱动VVA电磁阀时使得电磁阀工作电流在快速提升阶段呈先锯齿波逐级下降、再锯齿波逐级上升的“V”型电流变化，从而可以利用闭合检测电路检测到VVA电磁阀的关闭状态，无需增加额外的传感器，使得VVA电磁阀不仅是个执行器，还是个传感器，可以实现电磁阀闭合状态检测，以此调节电磁阀的驱动正时，对改善内燃机怠速稳定性、增加低速工况的扭矩，保证高速工况下的动力性，改善低速小负荷的燃油经济性有一定帮助。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种具有关闭检测功能的VVA电磁阀驱动系统，其特征在于，包括：
VVA电磁阀，一端通过高端晶体管连接电源、另一端依次通过低端晶体管和采样电阻接地，所述高端晶体管和所述VVA电磁阀的公共端连接第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极接地，所述VVA电磁阀与所述低端晶体管的公共端连接第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接所述电源；
驱动模组，输出端通过高端驱动电路连接并驱动所述高端晶体管，并通过低端驱动电路连接并驱动所述低端晶体管；
电流采样放大电路，输入端与所述低端晶体管和所述采样电阻的公共端连接，输出端与所述驱动模组的输入端、闭合检测电路的输入端连接；
闭合检测电路，与所述驱动模组连接，用于检测VVA电磁阀是否完全闭合；
在所述VVA电磁阀的励磁阶段结束后，所述驱动模组输出持续有效的低端驱动信号至所述低端驱动电路、驱动所述低端晶体管闭合，所述驱动模组输出持续有效的高端驱动信号至所述高端驱动电路、驱动所述高端晶体管闭合；当通过所述电流采样放大电路采样到所述VVA电磁阀的电磁阀工作电流从磁化电流上升达到峰值电流时，所述驱动模组输出PWM波形式的高端驱动信号至所述高端驱动电路，所述PWM波形的无效电平时长大于有效电平时长，所述高端驱动电路在PWM波的无效电平期间驱动所述高端晶体管断开、在有效电平期间驱动所述高端晶体管闭合直至所述VVA电磁阀的快速提升阶段结束；
在所述驱动模组输出PWM波形式的高端驱动信号期间，所述电磁阀工作电流呈逐级下降的锯齿波形式，所述闭合检测电路在检测到所述电磁阀工作电流下降至小于预定阈值时由输出第一电平切换为输出第二电平；所述电磁阀工作电流下降直至所述VVA电磁阀完全闭合时达到最小值并开始呈逐级上升的锯齿波形式，所述闭合检测电路在检测到所述电磁阀工作电流上升至达到所述预定阈值时由输出第二电平切换为输出第一电平；所述闭合检测电路输出的电平用于指示所述VVA电磁阀的闭合状态。
2.根据权利要求1所述的一种具有关闭检测功能的VVA电磁阀驱动系统，其特征在于，所述闭合检测电路包括比较器，所述比较器的输出端作为所述闭合检测电路的输出端，所述比较器的反相输入端连接所述电流采样放大电路的输出端，所述比较器的同相输入端通过第三电阻连接阈值电压，所述比较器的同相输入端还通过第二电阻和第三晶体管接地，所述第三晶体管受控于所述驱动模组，所述驱动模组在所述VVA电磁阀的快速提升阶段内驱动所述第三晶体管闭合、在其余阶段驱动所述第三晶体管断开。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有关闭检测功能的VVA电磁阀驱动系统，其特征在于，所述驱动模组包括MCU、逻辑处理单元、峰值电流比较电路和峰值状态锁存电路，所述MCU连接所述逻辑处理单元和所述低端驱动电路；所述峰值电流比较电路的输入端连接所述电流采样放大电路，输出端连接所述峰值状态锁存电路；所述峰值状态锁存电路的输出端连接所述逻辑处理单元，所述逻辑处理单元连接所述高端驱动电路；
在所述VVA电磁阀的励磁阶段结束后，所述MCU向所述低端驱动电路输出持续有效的低端驱动信号、向所述逻辑处理单元输出有效的快速提升使能信号、向所述逻辑处理单元输出PWM信号；
所述峰值电流比较电路将从所述电流采样放大电路获取到的电磁阀工作电流与所述峰值电流进行比较，当所述电磁阀工作电流小于所述峰值电流时，所述峰值电流比较电路输出有效电平至所述峰值状态锁存电路，所述峰值状态锁存电路输出有效电平至所述逻辑处理单元，所述逻辑处理单元根据所述峰值状态锁存电路输出的有效电平和所述MCU输出的有效的快速提升使能信号输出持续有效的高端驱动信号；
当所述电磁阀工作电流上升达到所述峰值电流时，所述峰值电流比较电路切换为输出无效电平，所述峰值状态锁存电路锁存所述峰值电流比较电路的瞬间状态并输入给所述逻辑处理单元；所述逻辑处理单元根据所述峰值状态锁存电路的输出、所述MCU输出的有效的快速提升使能信号以及所述MCU输出的PWM信号输出PWM波形式的高端驱动信号，所述高端驱动信号的PWM波形式与MCU输出的PWM信号的波形一致。
4.根据权利要求3所述的一种具有关闭检测功能的VVA电磁阀驱动系统，其特征在于，所述驱动模组还包括维持电流闭环调制电路，所述维持电流闭环调制电路的输入端连接所述电流采样放大电路的输出端，所述维持电流闭环调制电路的输出端连接所述逻辑处理单元；
在所述VVA电磁阀的快速提升阶段结束后进入维持阶段时，所述MCU向所述逻辑处理单元输出有效的维持使能信号；所述维持电流闭环调制电路将从所述电流采样放大电路获取到的电磁阀工作电流与维持电流进行比较并输出相应的信号，所述逻辑处理单元根据所述维持使能信号以及所述维持电流闭环调制电路的输出向所述高端驱动电路输出相应的高端驱动信号，使得所述电磁阀工作电流下降并稳定在所述维持电流。
5.根据权利要求4所述的一种具有关闭检测功能的VVA电磁阀驱动系统，其特征在于，所述VVA电磁阀的工作电流以锯齿波形式稳定在所述维持电流；
在进入所述VVA电磁阀的维持阶段时，所述维持电流闭环调制电路输出无效电平，所述逻辑处理单元根据有效的维持使能信号以及所述维持电流闭环调制电路输出的无效电平输出持续无效的高端驱动信号、驱动所述高端晶体管断开、所述电磁阀工作电流下降；
所述维持电流闭环调制电路在检测到所述电磁阀工作电流达到所述维持下限阈值时输出有效电平，所述逻辑处理单元根据有效的维持使能信号以及所述维持电流闭环调制电路输出的有效电平输出持续有效的高端驱动信号、驱动所述高端晶体管闭合、所述电磁阀工作电流上升，所述维持下限阈值小于所述维持电流；
所述维持电流闭环调制电路在检测到所述电磁阀工作电流达到维持上限阈值时输出无效电平，所述逻辑处理单元根据有效的维持使能信号以及所述维持电流闭环调制电路输出的无效电平输出持续无效的高端驱动信号、驱动所述高端晶体管断开、所述电磁阀工作电流下降，所述维持上限阈值大于所述维持电流；
重复执行所述维持电流闭环调制电路在检测到所述电磁阀工作电流达到所述维持下限阈值时输出有效电平的步骤，使得所述电磁阀工作电流以锯齿波形式稳定在所述维持电流。
6.根据权利要求3所述的一种具有关闭检测功能的VVA电磁阀驱动系统，其特征在于，所述驱动模组还包括励磁电流闭环调制电路，所述励磁电流闭环调制电路的输入端连接所述电流采样放大电路，所述励磁电流闭环调制电路的输出端连接所述逻辑处理单元；
在所述VVA电磁阀的励磁阶段，所述MCU向所述逻辑处理单元输出有效的励磁使能信号；所述励磁电流闭环调制电路将从所述电流采样放大电路获取到的电磁阀工作电流与磁化电流进行比较并输出相应的信号，所述逻辑处理单元根据所述励磁使能信号以及所述励磁电流闭环调制电路的输出向所述高端驱动电路输出相应的高端驱动信号，使得所述电磁阀工作电流从0开始上升并稳定在所述磁化电流。
7.根据权利要求6所述的一种具有关闭检测功能的VVA电磁阀驱动系统，其特征在于，所述VVA电磁阀的工作电流以锯齿波形式稳定在所述磁化电流；
在进入所述VVA电磁阀的励磁阶段时，所述励磁电流闭环调制电路输出有效电平，所述逻辑处理单元根据有效的励磁使能信号以及所述励磁电流闭环调制电路输出的有效电平输出持续有效的高端驱动信号、驱动所述高端晶体管闭合、所述电磁阀工作电流上升；
所述励磁电流闭环调制电路在检测到所述电磁阀工作电流达到励磁上限阈值时输出无效电平，所述逻辑处理单元根据有效的励磁使能信号以及所述励磁电流闭环调制电路输出的无效电平输出持续无效的高端驱动信号、驱动所述高端晶体管断开、所述电磁阀工作电流下降，所述励磁上限阈值大于所述磁化电流；
所述励磁电流闭环调制电路在检测到所述电磁阀工作电流下降到励磁下限阈值时输出有效电平，所述逻辑处理单元根据有效的励磁使能信号以及所述励磁电流闭环调制电路输出的有效电平输出持续有效的高端驱动信号、驱动所述高端晶体管闭合、所述电磁阀工作电流上升，所述励磁下限阈值小于所述磁化电流；
重复执行所述励磁电流闭环调制电路在检测到所述电磁阀工作电流达到励磁上限阈值时输出无效电平的步骤，使得所述电磁阀工作电流以锯齿波形式稳定在所述磁化电流。
8.根据权利要求1或2所述的一种具有关闭检测功能的VVA电磁阀驱动系统，其特征在于，在所述VVA电磁阀的维持阶段结束后，所述驱动模组输出持续无效的低端驱动信号至所述低端驱动电路、驱动所述低端晶体管断开，所述驱动模组输出持续无效的高端驱动信号至所述高端驱动电路、驱动所述高端晶体管断开，所述VVA电磁阀的工作电流下降直至为0。
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