CN113982766A - 发动机电子节气门控制方法、系统及汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机电子节气门控制方法、发动机电子节气门控制系统及汽车，所述方法包括：设定缓冲起始阀片开度设定值；设定落座缓冲时间；判断电子节气门的阀片当前位置是否达到缓冲起始阀片开度设定值；对节气门需求开度进行滤波，滤波时间设为落座缓冲时间，经过滤波处理后得到节气门缓落开度；将节气门缓落开度转换为PWM信号；通过PWM信号控制电子节气门的驱动电机，由阀片传动机构执行阀片开度。本发明的发动机电子节气门控制方法、系统及汽车，可以有效控制电子节气门到达机械止点的落座速度，通过控制需求开度速度的变化速率，把接近机械止点的需求开度的变化变得缓慢，从而实际开度也相应地将变得缓慢，从而防止较大的机械撞击力，保护了电子节气门的阀体和阀片。
Description
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，具体涉及一种发动机电子节气门控制方法、系统及汽车。
背景技术
随着汽车行业的发展以及新能源汽车的积极推广，现今对整车的油耗要求日益严格，整车系统小型化、集成化、电气化、智能化、低油耗、低排放等成为整车的发展目标。汽车的发动机是其核心部位，往往会起着决定性的作用。
随着国五、国六排放法规的实施，需要对发动机进气进行准确的控制，因此需要在进气系统中增加电子节气门。电子节气门的主要功能在于两个方面：一方面，通过调节进气压差优化燃烧效率和降低排放污染；另一方面，发动机熄火时通过阻断进气降低振动，改善驾驶舒适性。电子节气门控制的稳定性和准确性是控制发动机燃烧新鲜空气量的关键，从而保障发动机平稳精准的转速、功率控制。
现有技术中，发动机的节气门控制是通过位置闭环PID控制器实现。在节气门到达开启和关闭位置时，也就是0％关闭位置和100％开启位置时，通过调整PID(比例-积分-微分)参数来控制输出的PWM信号进行驱动控制。为了追求节气门的响应速度，就无法兼顾落座速度，如此容易造成节气门阀片驱动机构的机械冲击，导致节气门体损坏。
具体地，电子节气门的节气门需求开度通过位置闭环PID控制器(比例-积分-微分控制器)进行控制，当电子节气门的阀片从0％到100％位置运动时，阀片驱动机构在驱动电机的作用下，快速达到100％位置。为了保证阀片的响应速度，PID控制器需要输出较宽的脉冲信号，驱动电机加大电流，在100％关闭时会出现较大的加速度，通过测量，发现阀片的落座速度大于300％，此时对电子节气门的阀片驱动机构产生较大的机械撞击。
鉴于现有的发动机节气门控制是基于位置反馈信号的闭环控制，在节气门运动的机械止点，特别是100％开启位置点，没有落座缓冲功能，容易造成较大加速度的落座冲击、造成节气门运动机构的损坏，亟需对现有的发动机电子节气门的控制方式进行改进，从而避免电子节气门阀片驱动机构的机械冲击，避免节气门的损坏。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够提高提供缓冲、防止电子节气门阀片撞击的发动机电子节气门控制方法、系统及汽车。
为实现上述目的，一方面，本发明所设计的一种发动机电子节气门控制方法，包括以下步骤：
步骤a，设定缓冲起始阀片开度设定值TVA_s；
步骤b，设定落座缓冲时间TVA_tRamp_C；
步骤c，判断电子节气门的阀片当前位置是否达到缓冲起始阀片开度设定值TVA_s；
步骤d，对节气门需求开度TVA_r进行滤波，滤波时间设为落座缓冲时间TVA_tRamp_C，经过滤波处理后得到节气门缓落开度TVA_rDes；
步骤e，将节气门缓落开度TVA_rDes转换为PWM信号；
步骤f，通过PWM信号控制电子节气门的驱动电机，由阀片传动机构执行阀片开度。
在其中一实施例中，在所述步骤b中，落座缓冲时间TVA_tRamp_C根据设定的阀片运动速度来确定。
在其中一实施例中，在所述步骤d中，节气门需求开度TVA_r根据发动机运行工况和所需空燃比进行设定。
在其中一实施例中，在所述步骤a中，所述缓冲起始阀片开度设定值TVA_s为80％开度。
在其中一实施例中，当所述电子节气门(10)的节气门需求开度的位置和节气门实际开度的位置出现偏差时，进行PID闭环控制。
在其中一实施例中，当阀片接近机械死点位置时，由所述电子节气门(10)中的驱动电机(11)控制阀片的转动速度。
在其中一实施例中，当阀片从关闭位置至全开机械止点位置的过程中至95％开度位置时，阀片的落座速度<40％开度/秒；当阀片从开启位置到全关机械止点位置的过程中至5％开度位置时，阀片落座速度<40％开度/秒。
为实现上述目的，另一方面，本发明所设计的一种发动机电子节气门控制系统，用于控制电子节气门(10)，所述电子节气门(10)中设有阀片、驱动所述阀片开关的阀片驱动机构及提供给所述阀片驱动机构动力的驱动电机(11)，所述包括电子节气门(10)中还设有用于检测所述阀片开度的位置传感器(12)；所述发动机电子节气门控制系统包括设置在发动机控制单元(30)中的位置传感器信号处理模块(31)、H桥电路驱动模块(32)及节气门位置闭环控制模块(33)；所述位置传感器(12)信号连接至所述位置传感器信号处理模块(31)，以对所述位置传感器(12)检测到的阀片开度信号进行处理；所述位置传感器信号处理模块(31)与所述节气门位置闭环控制模块(33)信号连接，以对处理后的阀片开度信号进行基于落座缓冲时间的滤波处理，得到节气门缓落开度信号；所述节气门位置闭环控制模块(33)与所述H桥电路驱动模块(32)信号连接，以将节气门缓落开度信号转换为PWM信号，并经由H桥电路驱动电机(20)输送至所述驱动电机(11)。
在其中一实施例中，所述位置传感器信号处理模块(31)为A/D转换模块，以将接收到的来自所述位置传感器(12)的阀片开度信号转换为数字信号。
为实现上述目的，另一方面，本发明所设计的一种汽车，包括柴油发动机机包括所述的发动机电子节气门控制系统所述电子节气门设置在所述发动柴油机的中冷器与进气歧管之间。
本发明的有益效果是：本发明的发动机电子节气门控制方法、发动机电子节气门控制系统及汽车，可以有效控制电子节气门到达机械止点的落座速度，通过控制需求开度速度的变化速率，把接近机械止点的需求开度的变化变得缓慢，从而实际开度也相应地将变得缓慢，从而防止较大的机械撞击力，保护了电子节气门的阀体和阀片；可以根据不同的电子节气门机械传动特点，可灵活定义即落座缓冲时间，从而实现不同的落座速度柔性控制。
附图说明
现在将参考附图在下文中具体描述本发明的具体实施例。需要理解的是，各附图不一定按比例绘制，并且附图只用于说明本公开的示例性实施例，而不应该认为是对本发明公开范围的限制。在附图中：
图1为本发明优选实施例的发动机电子节气门控制系统的结构示意图；
图2为本发明优选实施例的发动机电子节气门控制方法的节气门需求开度、节气门缓落开度、节气门实际开度基于时间和开度的关系图。
图中各元件标号如下：
电子节气门10(其中，扭矩电机、位置传感器)；
H桥电路驱动电机20；
发动机控制单元30(其中，传感器信号处理模块31、H桥电路驱动模块32、节气门位置闭环控制模块33)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在使用本说明书中描述的“包括”、“具有”和“包含”的情况下，除非使用否则还可以具有另一部分或其他部分，所用的术语通常可以是单数但也可以表示复数形式。
应该指出，尽管在本说明书可能出现并使用术语“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”等来描述各种不同的组件，但是这些成分和部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个成分和部分和另一个成分和部分。例如，在不脱离本说明书的范围的情况下，第一部件可以被称为第二部件，并且类似地，第二部件可以被称为第一部件，顶部和底部的部件在一定情况下，也可以彼此对调或转换；一端和另一端的部件可以彼此性能相同或者不同。
此外，在构成部件时，尽管没有其明确的描述，但可以理解必然包括一定的误差区域。在描述位置关系时，例如，当位置顺序被描述为“在...上”、“在...上方”、“在...下方”和“下一个”时，除非使用“恰好”或“直接”这样的词汇或术语，此外则可以包括它们之间不接触或者接触的情形。如果提到第一元件位于第二元件“上”，则并不意味着在图中第一元件必须位于第二元件的上方。所述部件的上部和下部会根据观察的角度和定向的改变而改变。因此，在附图中或在实际构造中，如果涉及了第一元件位于第二元件“上”的情况可以包括第一元件位于第二元件“下方”的情况以及第一元件位于第二元件“上方”的情况。在描述时间关系时，除非使用“恰好”或“直接”，否则在描述“之后”、“后续”、“随后”和“之前”时，可以包括步骤之间并不连续的情况。
请参阅图1，其为本发明的一个实施例的发动机电子节气门控制系统的示意图，发动机电子节气门控制系统用于控制电子节气门10。电子节气门10中设有阀片(图未示)、驱动所述阀片开关的阀片驱动机构(图未示)及提供给所述阀片驱动机构动力的驱动电机11。电子节气门10中还设有用于检测所述阀片开度的位置传感器12。
所述发动机电子节气门控制系统包括设置在发动机控制单元30中的位置传感器信号处理模块31、H桥电路驱动模块32及节气门位置闭环控制模块33。发动机控制单元30中集成位置传感器信号处理模块31、H桥电路驱动模块32及节气门位置闭环控制模块33。
所述位置传感器信号处理模块31为A/D转换模块，将接收到的来自所述位置传感器12的阀片开度信号转换为数字信号。所述位置传感器12信号连接至所述位置传感器信号处理模块31，以对所述位置传感器12检测到的阀片开度信号进行处理；所述位置传感器信号处理模块31与所述节气门位置闭环控制模块33信号连接，以对处理后的阀片开度信号进行基于落座缓冲时间的滤波处理，得到节气门缓落开度信号。
所述节气门位置闭环控制模块33与所述H桥电路驱动模块32信号连接，以将节气门缓落开度信号转换为PWM信号，并经由H桥电路驱动电机20输送至所述驱动电机11。
请参阅图2，设电子节气门10的节气门需求开度为TVA_r，电子节气门10的节气门实际开度为TVA_rAct。当电子节气门10的节气门需求开度TVA_r达到缓冲起始阀片开度设定值TVA_s时，此缓冲起始阀片开度设定值TVA_s定义为80％开度，从80％开度到100％开度需求，对节气门需求开度TVA_r进行滤波，滤波时间为可标定的落座缓冲时间TVA_tRamp_C，经过滤波处理后的节气门开度为节气门缓落开度TVA_rDes。经过H桥电路驱动模块32的作用后，通过PWM信号经由H桥电路驱动电机20输出给电子节气门10的驱动电机11，实际输出开度为节气门实际开度TVA_rAct。节气门需求开度为TVA_r、节气门缓落开度TVA_rDes、节气门实际开度TVA_rAct及落座缓冲时间TVA_tRamp_C的关系如图2中所示。
从图2中可看出，节气门实际开度TVA_rAct相较于节气门需求开度为TVA_r从变化速率上看，因此，阀片的落座速度得到有效控制，具备落座防冲击功能，能够有效地保护电子节气门中的阀片、阀体及阀片驱动机构。
本发明的实施例的发动机电子节气门控制方法中，发动机电控单元30根据发动机运行工况和所需空燃比，设定电子节气门的节气门需求开度，并接收来自于电子节气门10的位置传感器12发来的阀片位置信号；通过节气门位置闭环控制模块33计算后输出节气门需求开度信号；将节气门开度需求信号转化成PWM驱动信号，再通过H桥电路驱动电机20来驱动电子节气门10的驱动电机11，驱动电机11驱动阀片进行动作。当节气门需求开度的位置和实际反馈位置出现偏差，继续进行PID闭环控制。
上述发动机电子节气门控制系统，可以有效控制电子节气门到达机械止点的落座速度，通过控制需求开度速度的变化速率，把接近机械止点的需求开度的变化变得缓慢，从而实际开度也相应地将变得缓慢，从而防止较大的机械撞击力，保护了电子节气门的阀体和阀片。上述发动机电子节气门控制系统，可以根据不同的电子节气门机械传动特点，可灵活定义滤波时间(即落座缓冲时间TVA_tRamp_C)，从而实现不同的落座速度柔性控制。
为保证电子节气门10的阀在频繁使用过程中的可靠性及稳定性，保护阀体中的阀片驱动机构、驱动电机11以及阀体本身，在发动机电子节气门10开启或关闭过程中，可进行如下设定：当阀片接近机械死点位置时，由驱动电机11控制阀片的转动速度。具体地，阀片从关闭位置至全开机械止点位置的过程中至95％开度位置时，阀片落座速度<40％开度/秒；阀片从开启位置到全关机械止点位置的过程中至5％开度位置时，阀片落座速度<40％开度/秒。
更具体地，为了保证电子节气门10的阀在频繁使用过程中的可靠性及稳定性，本发明的实施例的发动机电子节气门控制方法包括以下步骤：
步骤a，设定缓冲起始阀片开度设定值TVA_s；
步骤b，设定落座缓冲时间TVA_tRamp_C；
步骤c，判断电子节气门10的阀片当前位置是否达到缓冲起始阀片开度设定值TVA_s；
步骤d，对节气门需求开度TVA_r进行滤波，滤波时间设为落座缓冲时间TVA_tRamp_C，经过滤波处理后得到节气门缓落开度TVA_rDes；
步骤e，将节气门缓落开度TVA_rDes转换为PWM信号；
步骤f，通过PWM信号控制电子节气门的驱动电机，由阀片传动机构执行阀片开度。
在所述步骤a中，所述缓冲起始阀片开度设定值TVA_s为80％开度。在其它实施例中，缓冲起始阀片开度设定值TVA_s也可根据实际需进行调整。
在所述步骤b中，落座缓冲时间TVA_tRamp_C根据设定的阀片运动速度来确定。
在所述步骤c中，电子节气门10的阀片当前位置由位置传感器11检测得到。
在所述步骤d中，节气门需求开度TVA_r根据发动机运行工况和所需空燃比进行设定。
请参阅图2，设电子节气门10的节气门需求开度为TVA_r，电子节气门10的节气门实际开度为TVA_rAct。当电子节气门10的节气门需求开度TVA_r达到缓冲起始阀片开度设定值TVA_s时，此缓冲起始阀片开度设定值TVA_s定义为80％开度，从80％开度到100％开度需求，对节气门需求开度TVA_r进行滤波，滤波时间为可标定的落座缓冲时间TVA_tRamp_C，经过滤波处理后的节气门开度为节气门缓落开度TVA_rDes。经过H桥电路驱动模块32的作用后，通过PWM信号经由H桥电路驱动电机20输出给电子节气门10的驱动电机11，实际输出开度为节气门实际开度TVA_rAct。节气门需求开度为TVA_r、节气门缓落开度TVA_rDes、节气门实际开度TVA_rAct及落座缓冲时间TVA_tRamp_C的关系如图2中所示。
从图2中可看出，节气门实际开度TVA_rAct相较于节气门需求开度为TVA_r从变化速率上看，因此，阀片的落座速度得到有效控制，具备落座防冲击功能，能够有效地保护电子节气门中的阀片、阀体及阀片驱动机构。
上述发动机电子节气门控制方法，可以有效控制电子节气门到达机械止点的落座速度，通过控制需求开度速度的变化速率，把接近机械止点的需求开度的变化变得缓慢，从而实际开度也相应地将变得缓慢，从而防止较大的机械撞击力，保护了电子节气门的阀体和阀片。上述发动机电子节气门控制方法，可以根据不同的电子节气门机械传动特点，可灵活定义滤波时间(即落座缓冲时间TVA_tRamp_C)，从而实现不同的落座速度柔性控制。
本发明的实施例还提供一种汽车，包括上述发动机电子节气门控制系统，采用上述发动机电子节气门控制方法。上述汽车包括柴油机，电子节气门设置在柴油机的中冷器与进气歧管之间，通过调节进气压差优化燃烧效率和降低排放污染，在发动机熄火时通过阻断进气降低振动，改善驾驶舒适性。在汽车行驶过程中，发动机电控单元30根据发动机运行工况和所需空燃比，设定电子节气门的节气门需求开度TVA_r。当电子节气门10的节气门需求开度TVA_r达到设定值时，从设定值到100％开度的运动过程中，对节气门需求开度TVA_r进行滤波处理，滤波时间为可标定的落座缓冲时间TVA_tRamp_C，经过滤波处理后的节气门开度为最终为系统输出开度TVA_rDes。节气门需求开度TVA_r、从变化速率上看，变得缓慢可控，经过PID控制器的作用后，通过PWM信号输出给扭矩电机，实际输出开度为TVA_rAct。
上述汽车，可以有效控制电子节气门到达机械止点的落座速度，通过控制需求开度速度的变化速率，把接近机械止点的需求开度的变化变得缓慢，从而实际开度也相应地将变得缓慢，从而防止较大的机械撞击力，保护了电子节气门的阀体和阀片。上述汽车，可以根据不同的电子节气门机械传动特点，可灵活定义滤波时间(即落座缓冲时间TVA_tRamp_C)，从而实现不同的落座速度柔性控制。
综上所述，本发明的发动机电子节气门控制方法、发动机电子节气门控制系统及汽车至少具有以下优点：
(1)本发明的发动机电子节气门控制方法、发动机电子节气门控制系统及汽车，可以有效控制电子节气门到达机械止点的落座速度，通过控制需求开度速度的变化速率，把接近机械止点的需求开度的变化变得缓慢，从而实际开度也相应地将变得缓慢，从而防止较大的机械撞击力，保护了电子节气门的阀体和阀片。
(2)发动机电子节气门控制方法、发动机电子节气门控制系统及汽车，可以根据不同的电子节气门机械传动特点，可灵活定义滤波时间(即落座缓冲时间TVA_tRamp_C)，从而实现不同的落座速度柔性控制。
综上所述，本发明的发动机电子节气门控制方法、系统及汽车，采用电子压力表、电子通断阀、电子调压装置及PLC控制器实现对发动机供油油路、发动机试验间内进行智能监控，从供油管路油压、接油盘油位、油气浓度值等方面进行检测，大大提升了安全性、可靠性，为发动机供油试验提供了良好的系统平台及智能全面的监测方法。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。
在此，需要说明的是，上述技术方案的描述是示例性的，本说明书可以以不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的技术方案。相反，提供这些说明将使得本发明公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本说明书所公开的范围。此外，本发明的技术方案仅由权利要求的范围限定。
用于描述本说明书和权利要求的各方面公开的形状、尺寸、比率、角度和数字仅仅是示例，因此，本说明书和权利要求的不限于所示出的细节。在以下描述中，当相关的已知功能或配置的详细描述被确定为不必要地模糊本说明书和权利要求的重点时，将省略详细描述。
本发明的各种实施方案的特征可以部分地或全部地彼此组合或者拼接，并且可以如本领域技术人员可以充分理解的以各种不同地构造来执行。本发明的实施方案可以彼此独立地执行，或者可以通过相互依赖的关系一起执行。
本发明的以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种发动机电子节气门控制方法，包括以下步骤：
步骤a，设定缓冲起始阀片开度设定值TVA_s；
步骤b，设定落座缓冲时间TVA_tRamp_C；
步骤c，判断电子节气门(10)的阀片当前位置是否达到缓冲起始阀片开度设定值TVA_s；
步骤d，对节气门需求开度TVA_r进行滤波，滤波时间设为落座缓冲时间TVA_tRamp_C，经过滤波处理后得到节气门缓落开度TVA_rDes；
步骤e，将节气门缓落开度TVA_rDes转换为PWM信号；
步骤f，通过PWM信号控制电子节气门的驱动电机，由阀片传动机构执行阀片开度。
2.根据权利要求1所述的发动机电子节气门控制方法，其特征在于：在所述步骤b中，落座缓冲时间TVA_tRamp_C根据设定的阀片运动速度来确定。
3.根据权利要求1所述的发动机电子节气门控制方法，其特征在于：在所述步骤d中，节气门需求开度TVA_r根据发动机运行工况和所需空燃比进行设定。
4.根据权利要求1所述的发动机电子节气门控制方法，其特征在于：在所述步骤a中，所述缓冲起始阀片开度设定值TVA_s为80％开度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的发动机电子节气门控制方法，其特征在于：当所述电子节气门(10)的节气门需求开度的位置和节气门实际开度的位置出现偏差时，进行PID闭环控制。
6.根据权利要求1所述的发动机电子节气门控制方法，其特征在于：当阀片接近机械死点位置时，由所述电子节气门(10)中的驱动电机(11)控制阀片的转动速度。
7.根据权利要求1所述的发动机电子节气门控制方法，其特征在于：当阀片从关闭位置至全开机械止点位置的过程中至95％开度位置时，阀片的落座速度<40％开度/秒；当阀片从开启位置到全关机械止点位置的过程中至5％开度位置时，阀片落座速度<40％开度/秒。
8.一种发动机电子节气门控制系统，用于控制电子节气门(10)，所述电子节气门(10)中设有阀片、驱动所述阀片开关的阀片驱动机构及提供给所述阀片驱动机构动力的驱动电机(11)，其特征在于：所述包括电子节气门(10)中还设有用于检测所述阀片开度的位置传感器(12)；所述发动机电子节气门控制系统包括设置在发动机控制单元(30)中的位置传感器信号处理模块(31)、H桥电路驱动模块(32)及节气门位置闭环控制模块(33)；所述位置传感器(12)信号连接至所述位置传感器信号处理模块(31)，以对所述位置传感器(12)检测到的阀片开度信号进行处理；所述位置传感器信号处理模块(31)与所述节气门位置闭环控制模块(33)信号连接，以对处理后的阀片开度信号进行基于落座缓冲时间的滤波处理，得到节气门缓落开度信号；所述节气门位置闭环控制模块(33)与所述H桥电路驱动模块(32)信号连接，以将节气门缓落开度信号转换为PWM信号，并经由H桥电路驱动电机(20)输送至所述驱动电机(11)。
9.根据权利要求8所述的发动机电子节气门控制系统，其特征在于：所述位置传感器信号处理模块(31)为A/D转换模块，以将接收到的来自所述位置传感器(12)的阀片开度信号转换为数字信号。
10.一种汽车，包括柴油发动机机，其特征在于：还，包括根据权利要求8中所述的发动机电子节气门控制系统所述电子节气门(10)设置在所述发动柴油机的中冷器与进气歧管之间。
在所述步骤h中，当油位传感器(50)检测到接油盘(70)的油位达到油位上限时，则PLC控制器(80)报警，提示燃油泄漏，并控制通断阀(20)截止。
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