CN117685085A - 一种尿素泵压力判断和控制的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种尿素泵压力判断和控制的方法，具体涉及汽车后处理技术领域，在不同温度下，通过改变尿素泵的驱动电机速度与电流值，获取不同速度与电流值对应管路压力值并制作压力值查询表，根据测试后的压力值查询表，获取运行状态下尿素泵的管路压力值，当管路压力值小于查询表压力下限值时，通过主控芯片控制驱动电机达到PWM设定速度，当驱动电机管路压力值到达设置压力值范围时，通过喷射单元降低管路压力值，并根据设定时间间隔重启驱动电机，当管路压力到达上限值时，通过主控芯片控制尿素泵驱动电机的运转，保证管路压力不再上升，保持在恒定安全的压力值范围，完成对尿素泵压力的判断和控制，提高尿素泵管路安全性，增加使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及汽车后处理技术领域，具体为一种尿素泵压力判断和控制的方法。
背景技术
随着经济高速发展，越来越多人开始使用汽车进行日常出行，与此同时，驾驶汽车所带来的尾气排放量也在不断增加。由于保护环境、人类健康、汽车安全等原因，国家对排放要求的规定也在不断提升，在此之中，柴油发动机的排放尤为重要，但目前大多数采用尾气的选择催化还原技术是将尾气中的有害氮氧化物转换成对环境无害的氮气和水。选择催化还原就是通过将尿素经过处理喷射到尾气处理室中，从而进行化学反应。在整个系统中分为尿素泵总成和喷射阀总成，尿素泵总成包含泵体、管路和尿素管，其功能是为系统提供一定压力的尿素溶液，而喷射阀总成是由喷射阀、管路和压力传感器组成，其功能是将管路中一定压力的尿素溶液喷射出去。但尿素泵会出现因自身温度过高、压力过大、尿素溶液流速过快等问题造成损坏、损失等现象，当尿素泵损坏时，则会引发引擎功率降低、油耗增大、气缸爆震等一系列汽车安全问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，而提供一种尿素泵压力判断和控制的方法，根据测试后的压力值查询表，在不同温度下，管路压力到达上限值时，通过主控芯片控制尿素泵驱动电机的运转，从而保证管路压力不再上升，保持在恒定安全的压力值范围内，保证尿素泵管路安全。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种尿素泵压力判断和控制的方法，其特征在于，包括：
S1：在不同温度下，通过改变尿素泵的驱动电机速度与电流值，获取不同速度与电流值对应管路压力值并制作压力值查询表；
S2：获取运行状态下尿素泵的管路压力值，当管路压力值小于查询表压力下限值时，通过主控芯片控制驱动电机达到 PWM 设定速度；
S3：当驱动电机管路压力值到达设置压力值范围时，通过驱动程序停止驱动电机并进入保护状态，并通过 PWM 信号传输特定频率值至主控芯片；
S4：通过喷射单元降低管路压力值，并根据设定时间间隔重启驱动电机；
S5：通过主控芯片重启驱动电机，根据驱动电机速度与电流值判断重启时管路压力值，当管路压力值小于查询表压力值下限值时，返回 S2 步骤。
进一步地，所述 S1 步骤中通过模拟传感器芯片输出不同温度值模拟信号，并通过 ADC 采样收集模拟信号值。
进一步地，所述温度值通过温箱实验标定实际温度值。
进一步地，所述驱动电机通过电机控制状态机进行控制，所述电机控制状态机包括空闲状态、启动状态、运行状态和错误状态。
进一步地，所述电机控制状态机处于所述启动状态时，通过主控芯片将驱动电机数据进行初始化处理。
进一步地，所述电机控制状态机处于运行状态时，通过三相逆变器获得对应三相电压传输至驱动电机，对驱动电机进行控制。
进一步地，通过插补法获得驱动电机转子详细位置信息，通过霍尔信号获得驱动电机低速段转速信息，通过三相电压获得驱动电机高速段位置转速信息。
进一步地，所述尿素泵压力判断和控制的方法通过 PWM 调速、PWM 反馈及串口通信进行对外通信，其中：
控制器通过 PWM 调速接收外部调速信号，根据不同占空比对相应调速曲线进行转速控制；
控制器通过不同 PWM 频率对驱动电机的速度、管路压力状态、系统状态信息进行反馈；
控制器通过串口通信向外部传输变量信息，以及接收外部变量信息对控制器参数进行修改。
与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：
（1）本发明所述的一种尿素泵压力判断和控制的方法,根据测试后的压力值查询表，在不同温度下，管路压力到达上限值时，通过主控芯片控制尿素泵驱动电机的运转，从而保证管路压力不再上升，保持在恒定安全的压力值范围内，提高尿素泵管路安全性；
（2）通过模拟温度传感器芯片，采用 ADC 采样获得尿素泵实际工作温度，减少获得的温度实际数据误差；
（3）采用 PWM 调速、PWM 反馈及串口通信三种对外通信方式，便于尿素泵压力判断和控制以及后续参数的修改与采集。
附图说明
图 1 是本发明提供的一种尿素泵压力判断和控制的方法流程图。
具体实施方式以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例
尿素泵泵体是由电机带动隔膜泵片进行高速往复运动，进而将尿素溶液不断吸入尿素泵管路中，为了提升尿素泵的使用寿命，驱动电机一般采用表贴永磁同步电机，通过控制电机的转速，进而控制管路中尿素溶液的建压速度，通过电流大小、温度高低等变量判断尿素泵管路中压力，从而控制电机启动、停止与速度大小，使得尿素泵管路中压力值保持在恒定安全范围内，为了提高使用安全性，增加尿素泵使用安全性，避免尿素泵压力过大，如图 1 所示，本发明一种尿素泵压力判断和控制的方法，其特征在于，包括：
S1：在不同温度下，通过改变尿素泵的驱动电机速度与电流值，获取不同速度与电流值对应管路压力值并制作压力值查询表；
S2：获取运行状态下尿素泵的管路压力值，当管路压力值小于查询表压力下限值时，通过主控芯片控制驱动电机达到 PWM 设定速度；
S3：当驱动电机管路压力值到达设置压力值范围时，通过驱动程序停止驱动电机并进入保护状态，并通过 PWM 信号传输特定频率值至主控芯片；
S4：通过喷射单元降低管路压力值，并根据设定时间间隔重启驱动电机；
S5：通过主控芯片重启驱动电机，根据驱动电机速度与电流值判断重启时管路压力值，当管路压力值小于查询表压力值下限值时，返回 S2 步骤。
尿素泵压力判断主要是利用尿素泵驱动电机输出扭矩，通过扭矩、橡胶泵和管路中压力成一定比例，从而对尿素泵压力进行判断。但是，在不同温度情况下尿素溶液以及橡胶泵表现的特性不一样，在不同温度下，橡胶泵的张力不同，从而导致即使保持相同驱动电机速度和相同电流大小，但所对应的尿素泵压力大小不一致。为了解决此问题，在不同温度下，通过改变尿素泵的驱动电机速度与电流值大小，获取不同速度及电流值下对应的尿素泵管路压力值，并根据数据制作压力值查询表，便于后续数据查询与调节；根据压力值查询表，在不同温度下，获取尿素泵运行时对管路的压力值，当管路压力值小于查询表压力下限值时，主控芯片通过 PWM 设定一个期望速度，再控制驱动电机达到 PWM 设定速度；通过采样电机相电流的电流大小判断压力值是否达到压力值范围，当驱动电机管路压力值到达设置压力值范围时，通过驱动程序停止驱动电机并进入保护状态，并通过 PWM 信号传输特定频率值至主控芯片，根据特定频率值设定时间间隔，通过喷射单元降低管路压力值，并根据设定时间间隔不断重启驱动电机，在驱动电机重启的过程中仍会采集相电流大小并进行判断，根据电流大小通过主控芯片获取驱动电机重启时管路压力值，判断管路中的压力值是否下降到设定的查询表压力值下限值，当管路压力值小于查询表压力值时，重新通过主控芯片控制驱动电机达到 PWM 设定速度，使管路压力恢复到适合的压力值范围内，在安全压力值范围内保持驱动电机速度，进而重复上述操作，实时监控管路中压力值，且当管路压力值到达查询表压力值上限值时则也会停止驱动电机运行，保证管路压力不再上升，从而达到控制尿素泵压力的目的，保证了尿素泵管路的安全。
进一步地，S1 步骤中通过模拟传感器芯片输出不同温度值模拟信号，并通过 ADC采样收集模拟信号值；
进一步地，温度值通过温箱实验标定实际温度值；
由于温度变化对尿素泵压力判断的准确性有一定的影响，为了得到更准确的温度值，采用了模拟温度传感器芯片，通过输出模拟信号对应不同的温度值，采用 ADC 采样并使用分段函数拟合该温度电压曲线，再进过温箱实验标定实际温度值数据，从而减少获得的温度实际数据误差，提高尿素泵压力的判断准确性，并且通过使用低成本的温度传感器替代压力传感器，进行尿素泵压力判断，使得整个压力判断更加简便，同时使用相对较高精度的压力判断，可使得尿素泵管路使用寿命更长。
进一步地，为了提高驱动电机的工作效率，通过电机工作状态机来控制电机的状态，电机控制状态机需保持每秒执行一次，电机控制状态机包括空闲状态、启动状态、运行状态和错误状态。当电机工作状态机处于空闲状态时，关闭所有有关电机驱动的输出和计算，通过判断是否检测到速度指令来决定是否切换到启动状态，但当检测到工作有错误时，则在设定的时间后检测是否能够清除该错误状态，当工作错误被处理消失则为清除错误状态，若该错误状态依然存在，则不清除，仍为错误状态，其中错误检测的响应优先级高于速度指令，从而保证尿素泵运行安全性。
当电机工作状态机处于启动状态时，通过主控芯片将驱动电机数据进行初始化处理，确保每次启动电机变量都处于初始状态，防止数据干扰，在初始化完成后进入运行状态。
当电机工作状态机处于运行状态时，启动 FOC 运算和 PWM 输出使能，FOC 算法通过同时采样两相电流，经过 clark 变换和 park 变换后，得到 d轴和 q 轴的实际电流作为电流环 PI 的反馈输入，并采用 id=0 的控制策略结合从转速环得到的 q 轴电流期望输入到电流环 PI，运算得到 d 轴和 q 轴的速度，再经过反 park 变换与空间矢量脉宽调制得到三相电流对应的 PWM值，通过三相逆变器获得对应三相电压传输至驱动电机，对驱动电机进行控制。驱动电机通过霍尔获得驱动电机转子位置，再通过插补法获得驱动电机转子详细位置信息，并通过霍尔信号获得驱动电机电流低速段转速信息，再通过三相电压获得动电机电流高速段位置转速信息，通过三相电压的电压值获得当前扇区，通过判断是否在指定扇区内实现控制每一个周期驱动电机执行一次的操作。
当电机工作状态机处于错误状态时，遇到错误状态进行清除错误处理，完成清除错误状态处理后则消除错误状态，恢复至正常状态，保证尿素泵使用安全性。
进一步地，为了便于尿素泵压力判断和控制的方法后续参数的采集与修改，尿素泵压力判断和控制的方法通过 PWM 调速、PWM 反馈及串口通信三种对外通信手段进行对外通信。
控制器通过 PWM 调速接收外部调速信号，根据不同占空比对相应调速曲线进行转速控制，当驱动电机到达设定的时间间隔时查看 PWM 是否完成更新与使能，再对接收的PWM 频率与占空比是否在正常范围内，最后对连续两次的 PWM 占空比进行对比，当两次PWM 占空比相等时，变更设定转速为当前转速曲线的值，从而进行对相应调速曲线进行转速控制。
控制器通过不同 PWM 频率对驱动电机的速度、管路压力状态、系统状态信息进行反馈，包括驱动电机过压、欠压、过流、堵转等故障信息，PWM的占空比为 50%，通过特定频率的 PWM 信号进行反馈。
控制器通过串口通信向外部传输变量信息，以及接收外部变量信息对控制器进行修改，从而根据不同情况或是突发情况对控制器进行及时修改，减小意外发生概率。
综上所述，本发明的一种尿素泵压力判断和控制的方法，在不同温度下，通过改变尿素泵的驱动电机速度与电流值，获取不同速度与电流值对应管路压力值并制作压力值查询表，提前准备好所需的多项数据，再获取运行状态下尿素泵的管路压力值，当管路压力值小于查询表压力的下限值时，通过主控芯片控制驱动电机达到 PWM 设定速度，当驱动电机管路压力值到达设置压力值范围时，通过驱动程序停止驱动电机并进入保护状态，并通过PWM 信号传输特定频率值至主控芯片，通过喷射单元降低管路压力值，并根据设定时间间隔重启驱动电机，最后通过主控芯片获取驱动电机重启时管路压力值，当管路压力值小于查询表压力值下限值时，重新通过主控芯片控制驱动电机达到 PWM 设定速度，使管路压力值达到设定安全的压力值范围内，从而完成对尿素泵判断与控制，此方法具有在不同温度下，根据电流大小对尿素泵管路中压力进行判断，再根据判断出的压力值大小，对驱动电机进行速度调节，进而保证一定的安全压力范围，使得管路中压力保持恒定范围内，提高尿素泵安全，增加使用寿命。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神所定义的范围。
Claims (8)
1.一种尿素泵压力判断和控制的方法，其特征在于，包括：
S1：在不同温度下，通过改变尿素泵的驱动电机速度与电流值，获取
不同速度与电流值对应管路压力值并制作压力值查询表；
S2：获取运行状态下尿素泵的管路压力值，当管路压力值小于查询表
压力下限值时，通过主控芯片控制驱动电机达到 PWM 设定速度；
S3：当驱动电机管路压力值到达设置压力值范围时，通过驱动程序停
止驱动电机并进入保护状态，并通过 PWM 信号传输特定频率值至主控芯片；
S4：通过喷射单元降低管路压力值，并根据设定时间间隔重启驱动电
机；
S5：通过主控芯片重启驱动电机，根据驱动电机速度与电流值判断重
启时管路压力值，当管路压力值小于查询表压力值下限值时，返回 S2 步骤。
2.根据权利要求 1 的一种尿素泵压力判断和控制方法，其特征在于，
所述 S1 步骤中通过模拟传感器芯片输出不同温度值模拟信号，并通过 ADC
采样收集模拟信号值。
3.根据权利要求 2 的一种尿素泵压力判断和控制方法，其特征在于，
所述温度值通过温箱实验标定实际温度值。
4.根据权利要求 1 的一种尿素泵压力判断和控制的方法，其特征在于，
所述驱动电机通过电机控制状态机进行控制，所述电机控制状态机包括空
闲状态、启动状态、运行状态和错误状态。
5.根据权利要求 4 的一种尿素泵压力判断和控制的方法，其特征在于，
所述电机控制状态机处于所述启动状态时，通过主控芯片将驱动电机数据
进行初始化处理。
6.根据权利要求 4 的一种尿素泵压力判断和控制的方法，其特征在于，
所述电机控制状态机处于运行状态时，通过三相逆变器获得对应三相电压传输至驱动电机，对驱动电机进行控制。
7.根据权利要求 6 的一种尿素泵压力判断和控制的方法，其特征在于，
通过插补法获得驱动电机转子详细位置信息，通过霍尔信号获得驱动电机
低速段转速信息，通过三相电压获得驱动电机高速段位置转速信息。
8.根据权利要求 1 的一种尿素泵压力判断和控制的方法，其特征在于，
所述尿素泵压力判断和控制的方法通过 PWM 调速、PWM 反馈及串口通信进行
对外通信，其中：
控制器通过 PWM 调速接收外部调速信号，根据不同占空比对相应调速
曲线进行转速控制；
控制器通过不同 PWM 频率对驱动电机的速度、管路压力状态、系统状
态信息进行反馈；
控制器通过串口通信向外部传输变量信息，以及接收外部变量信息对
控制器参数进行修改。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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