CN207976736U - 一种电磁阀控制器及汽车变速器液压模块电磁阀测控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电磁阀控制器及汽车变速器液压模块电磁阀测控系统，属于电磁阀控制领域。电磁阀控制器包括主控制单元、PWM驱动芯片、串接在电磁阀线圈供电回路中的电流采样电路、以及控制电磁阀线圈通电或断电的开关电路；在开关电路的输出端并接一快速恢复二极管至地。该测控系统包括电磁阀控制器、太网控制器、上位机、电源模块、数据存储模块和数字输入输出模块。本实用新型采用高集成度的PWM驱动芯片完成了电磁阀的驱动控制，减少了传统模拟器件的使用，提高了整个系统的数字化水平，简化了调试过程，提高了电磁阀开度调整的精确度和抗干扰性。PWM驱动芯片可为从设备，便于主控制单元控制，具有通用性。

Description

一种电磁阀控制器及汽车变速器液压模块电磁阀测控系统

技术领域

本实用新型涉及一种电磁阀控制器，特别是涉及一种电磁阀控制器及汽车变速器液压模块电磁阀测控系统。

背景技术

汽车变速器液压模块为典型的电液比例控制系统，其关键元件为电液比例电磁阀，电液比例电磁阀，按功能划分有流量阀、方向阀和压力阀等类型，其内部大都采用一种具有固定行程的线性马达，称为螺旋管；在稳定条件下，流过线圈的电流与阀芯位移直接相关，可通过改变线圈的平均电流来间接调节阀芯位移。实际中，电液比例电磁阀的控制器不仅要实现控制信号的输出和放大，还需要考虑直流比例电磁阀构成的机电组合系统的惯性、非线性和滞后特性等诸多复杂因素，动态条件下阀芯位移输出和线圈电流不再是简单的线性关系。因此，涉及合理的电磁阀的驱动电路对汽车变速器安全可靠运行至关重要。

传统的电液比例电磁阀的驱动电路一般以模拟电路为主，采用运算放大器、PWM波发生模块和电流采样模块等组成驱动电路。但大量的模拟元器件使其之间的连接相当复杂，从而使电路的故障检测与维修比较困难；同时由于模拟信号比较多，调试不方便，而且电路板制板过程中，会存在电磁干扰和元器件散热等问题，所以驱动效果不是很理想，无法满足当前汽车电子在线调试、网络集成和分布控制的要求；同时模拟器件的老化问题和不可补偿的温漂问题以及易受环境(如电磁噪声，工作环境温度等)干扰等因素都会影响驱动电路的长期稳定性；且该驱动电路还易受外部干扰信号影响，控制精度不高。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种电磁阀控制器及汽车变速器液压模块电磁阀测控系统。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第一个方面，本实用新型提供了一种电磁阀控制器，包括主控制单元、PWM驱动芯片、串接在电磁阀线圈供电回路中的电流采样电路、以及控制电磁阀线圈通电或断电的开关电路；

所述电磁阀线圈的第一端与直流电源输出端连接，电磁阀线圈的第二端与开关电路输出端串联，开关电路的输入端与PWM驱动芯片PWM输出端连接；

所述电流采样电路输出端与PWM驱动芯片电流采集端连接；

所述主控制单元输出端与PWM驱动芯片输入端连接。

电磁阀控制器采用高集成度的PWM驱动芯片完成了电磁阀的驱动控制，在PWM驱动芯片中集成了运算放大器、存储器、PWM发生器、比较器以及A/D采样器，减少了传统模拟器件的使用，提高了整个系统的数字化水平，简化了调试过程，通过电流采样电路实时监测通过电磁阀线圈的电流，PWM驱动芯片能根据检测到的电流值与通过主控制单元设置的预设电流值的偏差，直接调整PWM输出端的输出PWM信号的占空比和频率，进而调整流经电磁阀线圈的电流，改变电磁阀的开度，提高了电磁阀开度调整的的精确度和抗干扰性。PWM驱动芯片可工作在从设备模式，便于与其他处理器芯片组成测控系统，具有通用性。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括保护电路，所述保护电路包括第一二极管，所述第一二极管并接在电磁阀线圈两端，第一二极管阴极与电磁阀线圈的第一端连接，第一二极管的阳极与电磁阀线圈的第二端连接。

在开关电路断开时，与电磁阀线圈组成回路，便于泄放电磁阀线圈中存储的能量，避免在开关电路断开时产生的瞬时高电压损坏开关电路和电路中其他元件。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述保护电路还包括至少一个快速恢复二极管，所述快速恢复二极管阴极与开关电路输出端并联，快速恢复二极管阴极与地连接。

快速恢复二极管用于保护开关电路，当开关电路断开瞬间，因电磁阀线圈为感性元件，会产生很大的感应电流，避免该感应电流损坏开关电路，设置快速恢复二极管，为感应电流提供一个快速泄放路径，对开关电路的高频开关动作进行保护。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述电流采样电路包括采样电阻，所述开关电路包括MOS管，所述MOS管栅极与PWM驱动芯片PWM输出端连接，MOS管源极与地连接，MOS管漏极与电磁阀线圈的第二端连接；所述采样电阻第一端与电磁阀线圈第二端连接，采样电阻第二端与MOS管漏极连接。

采样电阻将被侧电流转换为与其对应的电压，便于PWM驱动芯片的A/D采集和处理，该采样电路结构简单，便于应用；开关电路选用MOS管，具有快速的响应时间和简单的电路结构，开关性能好。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括连接在所述PWM驱动芯片PWM输出端与MOS管栅极之间的匹配电阻。

避免MOS管寄生电容产生的RC振荡对开关电路的开关性能影响，保护PWM驱动芯片PWM输出端。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括与所述电磁阀线圈并接的第一电容，所述第一电容第一端与电磁阀线圈的第一端连接，第一电容第二端与地连接。

滤出开关电路输出的开关信号的高频分量，保护电磁阀线圈。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述主控制单元为输入信息的输入装置或接收信息并传输的微处理器。

输入装置便于手动输入电磁阀开度，微处理器便于与上位机或其它功能模块连接组成系统，并通过上位机下发预设电磁阀开度经微处理器传递至PWM驱动芯片。

根据本实用新型的第二个方面，本实用新型提供了一种包含上述任一所述的电磁阀控制器的汽车变速器液压模块电磁阀测控系统还包括以太网控制器和上位机，所述主控制单元为微处理器；电磁阀为电液比例电磁阀；

所述微处理器控制输出端与PWM驱动芯片输入端连接；

所述以太网控制器输出端与微处理器输入端连接，以太网控制器网络端与上位机网络端连接。

本测控系统采用高集成度的PWM驱动芯片和微处理器完成了电磁阀的数字化驱动控制电路设计，并引入了引入了以太网控制器，能够方便地与其它控制节点进行数据交换，便于汽车系统中的上位机获取电磁阀的准确信息，并根据该信息合理的优化汽车系统性能，使电磁阀控制器成为一个控制技术先进、控制精度高、功能完善、使用方便可靠的工程应用模块。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括电源模块和数据存储模块，所述电源模块电源输出端分别与微处理器供电端和PWM驱动芯片供电端连接，所述数据存储模块输出端与微处理器数据输入端连接。

电源模块为系统提供了电源，数据存储模块为系统提供数据存储空间，使系统不依赖其他系统供电和存储空间，可独立应用于各种汽车系统。数据存储模块能够进行大容量的数据存储，能够存储电磁阀测试过程中的相关数据，主控制单元在需要时能及时读取并进行计算。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括数字输入输出模块、传感器模块以及控制加热模块开启或关闭的继电器，所述传感器模块包括设置在电磁阀所在液压油路上的压力传感器和温度传感器，所述数字输入输出模块的控制输出端与继电器控制输入端连接，数字输入输出模块数据通信端与微处理器的第二数据通信端连接，数字输入输出模块信号输入端分别与压力传感器输出端和温度传感器输出端连接。

传感器模块用于测试电磁阀所在液压油路的压力和温度数据，其输出结果为数字信号，压力和温度信号通过数字信号输入输出模块输入至主控制单元，主控制单元根据压力和温度信号与预设的压力阈值和温度阈值进行比较，进而调整电磁阀的开度、控制继电器的断开和闭合等。

附图说明

图1是本实用新型一具体实施方式中电磁阀控制器的电路结构示意图；

图2是本实用新型一具体实施方式中测控系统的系统框图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。

图1所示为本实用新型一种实施方式中电磁阀控制器的电路结构示意图，电磁阀控制器包括主控制单元、PWM驱动芯片、串接在电磁阀线圈供电回路中的电流采样电路、以及串接在电磁阀线圈供电回路中控制线圈通电或断电的开关电路；

电磁阀线圈的第一端与直流电源输出端连接，电磁阀线圈的第二端与开关电路输出端串联；开关电路的输入端与PWM驱动芯片PWM输出端连接；

电流采样电路输出端与PWM驱动芯片电流采集端连接；

主控制单元输出端与PWM驱动芯片输入端连接。

在本实施方式中，PWM驱动芯片可选用英飞凌公司的TLE7242G或TLE82453，为汽车电子级IC芯片，它具有很好的抗干扰性和较大的电压裕度。其内部采用低端常电流控制预驱动积分电路，将以往诸多的外部模拟电路整合在一起，具有PWM波调制控制、PI调节、内部存储单元和外部电流采样等功能；PWM驱动芯片可用于从设备，因此其具有片间通信接口。主控制单元用于输入电磁阀的预设开度对应的线圈预设电流值，并将预设电流值存储于PWM驱动芯片内部存储器中，可为按键组、MCU或单片机等微处理器。直流电源为与电磁阀线圈供电电源匹配。开关电路可选用MOS管、三极管、或电子开关等器件。电流采样电路可选用简单的采样电阻，或者霍尔电流传感器等。

在本实施方式中，通过主控制单元输入设定电磁阀开度对应的线圈预设电流值，PWM驱动芯片将其存入内部存储器中，通过电流采样电路感测流经电磁阀线圈的电流，若该电流的大小与线圈预设电流值相等，则不改变PWM驱动芯片PWM输出端的PWM信号，当该电流小于线圈预设电流值，PWM驱动芯片将增大PWM输出端输出的PWM信号的占空比，当该电流大于线圈预设电流值，PWM驱动芯片将减小输出端输出的PWM信号的占空比，实现电磁阀开度的精确控制，无需外部运放、比较器、A/D采集器等外部器件，降低了电路调试难度，增强了抗干扰能力。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括保护电路，保护电路包括第一二极管D1，第一二极管D1并接在电磁阀线圈两端，第一二极管D1阴极与电磁阀线圈第一端连接，第一二极管D1的阳极与电磁阀线圈的第二端连接。

在本实施方式中，利用二极管的正向导通特性，在开关电路导通时，第一二极管D1不导通，当开关电路断开时，因为电磁阀线圈为储能元件，会产生很高的瞬时感应电流，该感应电流与直流电源方向相同，第一二极管D1导通，与电磁阀线圈组成回路，泄放电磁阀线圈中存储的能量。第一二极管D1可选用MUR120T3。

在本实用新型的一种优选实施方式中，保护电路还包括至少一个快速恢复二极管D2，快速恢复二极管D2阴极与开关电路输出端并联，快速恢复二极管D2阴极与地连接。

在本实施方式中，快速恢复二极管可选一个或多个，当多个时，相互并联，所有快速恢复二极管的阴极均与开关电路输出端并联，所有快速恢复二极管阴极与地连接。快速恢复二极管可选用TVS瞬态抑制二极管。

在本实用新型的一种优选实施方式中，电流采样电路包括采样电阻，开关电路包括MOS管，MOS管栅极与PWM驱动芯片PWM输出端连接，MOS管源极与地连接，MOS管漏极与电磁阀线圈的第二端连接；采样电阻第一端与电磁阀线圈第一端连接，采样电阻第二端与MOS管漏极连接。

在本实施方式中，当PWM驱动芯片的PWM输出端的输出信号电压大于MOS管栅源极导通电压时，MOS管导通，电磁阀线圈通电，当PWM驱动芯片的PWM输出端的输出信号电压小于MOS管栅源极导通电压时，MOS管截止，电磁阀线圈断电，通过改变PWM输出端的PWM信号的占空比，调整流经电磁阀线圈的电流大小，进而调整电磁阀开度。采样电阻选用小阻值的高精度低温漂电阻，如0.2欧姆，精度为1％。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括连接在PWM驱动芯片PWM输出端与MOS管栅极之间的匹配电阻R1。

所述匹配电阻R1为10K以下阻值的电阻，优选为1KΩ。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括与电磁阀线圈并接的第一电容C1，第一电容C1第一端与电磁阀线圈第一端连接，第一电容C1第二端与地连接。

在本实施方式中，第一电容C1可选用nF级电容，可为10nF。

在本实用新型的一种优选实施方式中，主控制单元为输入信息的输入装置或接收信息并传输的微处理器。

在本实施方式中，输入装置可为按键或按键组列，微处理器可选用51系列单片机，或者其他系列单片机，如英飞凌的XC164系列。

图2所示为本实用新型提供的汽车变速器液压模块电磁阀测控系统一具体实施方式的系统框图，系统包括电磁阀控制器、以太网控制器和上位机，主控制单元为微处理器；电磁阀为电液比例电磁阀；

微处理器控制输出端与PWM驱动芯片输入端连接；

以太网控制器输出端与微处理器输入端连接，以太网控制器网络端与上位机网络端连接。

在本实施方式中，微处理器可选用增强型单片机C8051F120，其主频能到到100MHz；以太网控制器可选用CP2200，负责进行基于UDP或TCP协议的以太网通讯。微处理器通过SPI通信接口与PWM驱动芯片进行数据通信。以太网控制器网络端与上位机网络端通过IEEE802.3标准协议建立通信连接。以太网控制器网络端还可与其它功能模块的以太网控制器建立通信连接，便于多个功能模块的联动工作和控制。上位机可为汽车电子系统的总控制器或者某一功能模块控制器。电磁阀设置在汽车变速器液压模块的液压油路中。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括电源模块和数据存储模块，电源模块电源输出端分别与微处理器供电端和PWM驱动芯片供电端连接，数据存储模块输出端与微处理器的第一数据通信端连接。

在本实施方式中，电源模块可选用交流转直流的开关电源实现，数据存储模块可选用flash。

电源模块为系统提供了电源，数据存储模块为系统提供数据存储空间，时系统不依赖其他系统供电和存储空间，可独立应用于各种汽车系统。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括数字输入输出模块、传感器模块以及控制加热模块开启或关闭的继电器，传感器模块包括设置在电磁阀所在液压油路上的压力传感器和温度传感器，数字输入输出模块的控制输出端与继电器控制输入端连接，数字输入输出模块数据通信端与微处理器的第二数据通信端连接，数字输入输出模块信号输入端分别与压力传感器输出端和温度传感器输出端连接。

在本实施方式中，数字输入输出模块可集成在主控制单元中，为芯片内部的I/O接口模块或者其他输入输出模块。压力传感器选用车载油压传感器，温度传感器也选用可用于车载的温度传感器。当检测到液压油路的压力超过存储在主控制单元内部存储单元的预设压力阈值时，主控制单元输出控制信号给PWM驱动芯片，调整电磁阀开度，或者关闭油路动载泵。加热模块可选用电热丝或者电热棒。当温度传感器的输出温度信号高于存储在主控制单元内部存储单元的预设温度阈值时，输出控制信号至继电器，使继电器触点断开，切断加热模块的供电。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电磁阀控制器，其特征在于，包括主控制单元、PWM驱动芯片、串接在电磁阀线圈供电回路中的电流采样电路、以及控制电磁阀线圈通电或断电的开关电路；

所述电磁阀线圈的第一端与直流电源输出端连接，电磁阀线圈的第二端与开关电路输出端串联，开关电路的输入端与PWM驱动芯片PWM输出端连接；

所述电流采样电路输出端与PWM驱动芯片电流采集端连接；

所述主控制单元输出端与PWM驱动芯片输入端连接。

2.如权利要求1所述的电磁阀控制器，其特征在于，还包括保护电路，所述保护电路包括第一二极管，所述第一二极管并接在电磁阀线圈两端，第一二极管阴极与电磁阀线圈的第一端连接，第一二极管的阳极与电磁阀线圈的第二端连接。

3.如权利要求2所述的电磁阀控制器，其特征在于，所述保护电路还包括至少一个快速恢复二极管，所述快速恢复二极管阴极与开关电路输出端并联，快速恢复二极管阴极与地连接。

4.如权利要求1所述的电磁阀控制器，其特征在于，所述电流采样电路包括采样电阻，所述开关电路包括MOS管，所述MOS管栅极与PWM驱动芯片PWM输出端连接，MOS管源极与地连接，MOS管漏极与电磁阀线圈的第二端连接；所述采样电阻第一端与电磁阀线圈第二端连接，采样电阻第二端与MOS管漏极连接。

5.如权利要求4所述的电磁阀控制器，其特征在于，还包括连接在所述PWM驱动芯片PWM输出端与MOS管栅极之间的匹配电阻。

6.如权利要求1所述的电磁阀控制器，其特征在于，还包括与所述电磁阀线圈并接的第一电容，所述第一电容第一端与电磁阀线圈的第一端连接，第一电容第二端与地连接。

7.如权利要求1所述的电磁阀控制器，其特征在于，所述主控制单元为输入信息的输入装置或接收信息并传输的微处理器。

8.一种包含权利要求1-7中任一所述的电磁阀控制器的汽车变速器液压模块电磁阀测控系统，其特征在于，还包括以太网控制器和上位机，所述主控制单元为微处理器；电磁阀为电液比例电磁阀；

所述微处理器控制输出端与PWM驱动芯片输入端连接；

所述以太网控制器输出端与微处理器输入端连接，以太网控制器网络端与上位机网络端连接。

9.如权利要求8所述的汽车变速器液压模块电磁阀测控系统，其特征在于，还包括电源模块和数据存储模块，所述电源模块电源输出端分别与微处理器供电端和PWM驱动芯片供电端连接，所述数据存储模块的数据通信端与微处理器的第一数据通信端连接。

10.如权利要求8所述的汽车变速器液压模块电磁阀测控系统，其特征在于，还包括数字输入输出模块、传感器模块以及控制加热模块开启或关闭的继电器，所述传感器模块包括设置在电磁阀所在液压油路上的压力传感器和温度传感器，所述数字输入输出模块的控制输出端与继电器控制输入端连接，数字输入输出模块数据通信端与微处理器的第二数据通信端连接，数字输入输出模块信号输入端分别与压力传感器输出端和温度传感器输出端连接。