柴油机电控蓄压分配式共轨系统的轨压控制系统及方法

摘要

本发明涉及一种柴油机电控蓄压分配式共轨系统的轨压控制系统及方法，其包括流量阀及电子控制单元；电子控制单元与传感器模组连接，传感器模组包括曲轴位置传感器、油门踏板传感器、轨压传感器、大气压力传感器及冷却液温度传感器；本发明在柴油机启动阶段，电子控制单元对流量阀的开度采用电流闭环控制，以使得柴油机共轨系统内的轨压快速达到预设轨压值，以确保柴油机的起动过程；当达到预设轨压值后，电子控制单元对流量阀的开度通过轨压传感器检测轨压值，电子控制单元根据柴油机的工作状态与检测的轨压值进行轨压闭环控制，以精确使得柴油机共轨系统的轨压稳定在预设的轨压值，制精度高，操作方便，适用性好，安全可靠。

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制系统，尤其是一种柴油机电控蓄压分配式共轨系统的轨压控制系统及方法，属于柴油机共轨系统控制的技术领域。

背景技术

面对日益严重的能源危机和环境污染问题，世界各国对车辆排放制定了严格的限制标准，人们对汽车发动机的节能环保提出了更高的要求。柴油机以其良好的经济性、动力性和可靠性而成为各类车辆的主要动力，特别是近年来随着柴油机新技术的发展，柴油机销量越来越大。柴油机采用了电控技术，电控技术对于柴油机的动力性、经济性、操控性、振动和噪声、配套部件的协调、与所驱动设备（车辆）的一体化融合等传统技术指标的改进和新技术项目的发展都有重要和深远的意义。电控单元是柴油机电控蓄压分配式共轨系统的重要组成部件，主要实现对轨压、循环喷油量、喷油正时的实时控制。轨压不仅决定了喷油压力的高低，而且是喷油量的重要参数，因此其稳定性和过渡响应直接影响了柴油机起动、怠速、加速性能。因此对轨压的控制是电控蓄压分配式共轨系统的重点和难点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种柴油机电控蓄压分配式共轨系统的轨压控制系统及方法，其轨压控制精度高，适用性好，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述柴油机电控蓄压分配式共轨系统的轨压控制系统，包括流量阀及用于控制所述流量阀工作状态的电子控制单元；所述电子控制单元与用于检测发动机状态及环境状态的传感器模组连接，所述传感器模组包括曲轴位置传感器、油门踏板传感器、轨压传感器、大气压力传感器及冷却液温度传感器；电子控制单元驱动流量阀工作，并能检测所述流量阀的工作电流；

在柴油机初始起动阶段，电子控制单元以电子控制单元内的预设驱动控制信号驱动流量阀工作；电子控制单元将检测流量阀的工作电流与预设驱动控制信号进行分析处理，并向流量阀输出第一驱动控制信号，通过第一驱动控制信号调节流量阀的工作状态，直至轨压传感器检测的轨压值与电子控制单元内的预设轨压值匹配；

当轨压传感器检测的轨压值与电子控制单元内的预设轨压值匹配后，电子控制单元根据曲轴位置传感器检测的曲轴位置信号及油门踏板传感器检测的油门踏板位置信号判断柴油机的工作状态，以得到目标轨压预算值，同时，电子控制单元根据大气压力传感器检测的大气压力值及冷却液温度传感器的冷却液温度值处理得到轨压修正值，电子控制单元根据目标轨压预算值及轨压修正值处理得到所需的目标轨压值；电子控制单元将目标轨压值与轨压传感器检测的轨压值进行比较判断处理后向流量阀输出所需的第二驱动控制信号，通过第二驱动控制信号调节流量阀的工作状态，以使得轨压传感器检测的轨压值与目标轨压值匹配。

所述电子控制单元包括控制器及用于检测流量阀工作电流的流量阀电流采样模块。

所述控制器包括单片机。所述流量阀电流采样模块包括与流量阀电连接的采样电阻及与所述采样电阻相连的放大器。

所述流量阀为PWM信号驱动的电磁阀。

一种柴油机电控蓄压分配式共轨系统的轨压控制方法，所述轨压控制方法包括如下步骤：

a、柴油机初始起动，电子控制单元以电子控制单元内的预设驱动控制信号驱动流量阀工作；

b、电子控制单元将检测流量阀的工作电流与预设驱动控制信号进行分析处理，并向流量阀输出第一驱动控制信号，通过第一驱动控制信号调节流量阀的工作状态，直至轨压传感器检测的轨压值与电子控制单元内的预设轨压值匹配；

c、电子控制单元根据曲轴位置传感器检测的曲轴位置信号及油门踏板传感器检测的油门踏板位置信号判断柴油机的工作状态，以得到目标轨压预算值；

d、电子控制单元根据大气压力传感器检测的大气压力值及冷却液温度传感器的冷却液温度值处理得到轨压修正值，电子控制单元根据目标轨压预算值及轨压修正值处理得到所需的目标轨压值；

e、电子控制单元将目标轨压值与轨压传感器检测的轨压值进行比较判断处理后向流量阀输出所需的第二驱动控制信号，通过第二驱动控制信号调节流量阀的工作状态，以使得轨压传感器检测的轨压值与目标轨压值匹配。

所述步骤b中，电子控制单元内的预设轨压值为300bar~350bar。

所述步骤b中，电子控制单元将流量阀的工作电流与预设驱动控制信号进行比较，得到电流误差信号；电子控制单元对所述电流误差信号进行增量式PID及不完全微分运算后得到第一驱动控制信号。

所述步骤e中，电子控制单元将轨压传感器检测的轨压值与目标轨压值进行比较，得到轨压误差信号；电子控制单元对所述轨压误差信号进行增量式PID及不完全微分运算后得到第二驱动控制信号。

所述电子控制单元包括控制器及用于检测流量阀工作电流的流量阀电流采样模块；所述流量阀电流采样模块包括与流量阀电连接的采样电阻及与所述采样电阻相连的放大器。

本发明的优点：在柴油机启动阶段，电子控制单元对流量阀的开度采用电流闭环控制，以使得柴油机共轨系统内的轨压快速达到预设轨压值，以确保柴油机的起动过程；当达到预设轨压值后，电子控制单元对流量阀的开度通过轨压传感器检测轨压值，电子控制单元根据柴油机的工作状态与检测的轨压值进行轨压闭环控制，以精确使得柴油机共轨系统的轨压稳定在预设的轨压值，制精度高，操作方便，适用性好，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明电子控制单元与流量阀配合的结构框图。

图3为本发明的控制流程图。

图4为本发明轨压闭环状态切换控制示意图。

图5为本发明电子控制单元内在起动阶段进行电流闭环控制时的示意图。

图6为本发明计算目标轨压的示意图。

图7为本发明电子控制单元内进行轨压全闭环控制的示意图。

附图标记说明：5-单片机、6-传感器模组、7-电子控制单元、8-曲轴位置传感器、9-油门踏板传感器、10-轨压传感器、11-大气压力传感器、12-冷却液温度传感器、13-流量阀电流采样模块、14-流量阀、15-采样电阻、16-放大器、17-第一加法器、18-第一增量式PID模块、19-第二加法器、20-第一微分环节、21-柴油机共轨系统、22-目标轨压修正计算模块、23-目标轨压计算模块、24-第三加法器、25-第四加法器、26-第二增量式PID模块、27-第五加法器及28-第二微分环节。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3和图4所示：为了能够提高柴油机电控蓄压分配式共轨系统中轨压的精度，提高控制的适用性，本发明包括流量阀14及用于控制所述流量阀14工作状态的电子控制单元7；所述电子控制单元7与用于检测发动机状态及环境状态的传感器模组6连接，所述传感器模组6包括曲轴位置传感器8、油门踏板传感器9、轨压传感器10、大气压力传感器11及冷却液温度传感器12；电子控制单元7驱动流量阀14工作，并能检测所述流量阀14的工作电流；

在柴油机初始起动阶段，电子控制单元7以电子控制单元7内的预设驱动控制信号驱动流量阀14工作；电子控制单元7将检测流量阀14的工作电流与预设驱动控制信号进行分析处理，并向流量阀14输出第一驱动控制信号，通过第一驱动控制信号调节流量阀14的工作状态，直至轨压传感器10检测的轨压值与电子控制单元7内的预设轨压值匹配；

当轨压传感器10检测的轨压值与电子控制单元7内的预设轨压值匹配后，电子控制单元7根据曲轴位置传感器8检测的曲轴位置信号及油门踏板传感器9检测的油门踏板位置信号判断柴油机的工作状态，以得到目标轨压预算值，同时，电子控制单元7根据大气压力传感器11检测的大气压力值及冷却液温度传感器12的冷却液温度值处理得到轨压修正值，电子控制单元7根据目标轨压预算值及轨压修正值处理得到所需的目标轨压值；电子控制单元7将目标轨压值与轨压传感器10检测的轨压值进行比较判断处理后向流量阀14输出所需的第二驱动控制信号，通过第二驱动控制信号调节流量阀14的工作状态，以使得轨压传感器10检测的轨压值与目标轨压值匹配。

具体地：所述电子控制单元7包括控制器及用于检测流量阀14工作电流的流量阀电流采样模块13。所述控制器包括单片机5，所述控制器也可以采用其他微处理芯片。所述流量阀电流采样模块13包括与流量阀14电连接的采样电阻15及与所述采样电阻15相连的放大器16。所述流量阀14为PWM信号驱动的电磁阀。本发明实施例中，在任何工况下，电子控制单元7在收到停机命令后，电子控制单元7则进入停机控制，流量阀14处于关死状态，停止供油，实际轨压迅速降低，柴油机停止转动；所述停机控制与现有停机控制相一致，此处不再赘述。

本发明实施例中，在柴油机起动阶段，为实现柴油机快速起动，迅速建立并达到在轨压，因此，需要通过流量阀14向柴油机共轨系统21中尽可能多地提供高压燃油，保证轨压迅速建立。

为了达到上述目的，在电子控制单元7的单片机5内预先设置预设驱动控制信号，所述预设驱动控制信号为根据具体柴油机设立的标定常数，通过预设驱动控制信号来调节流量阀14的开度，预设驱动控制信号为PWM信号。为了能够对流量阀14的开度进行精确控制，本发明实施例中，对流量阀14的驱动信号进行闭环控制，即对流量阀14进行起动轨压电流闭环控制。具体为，如图5所示：通过流量阀电流采样模块13获取流量阀14的工作电流，在单片机5内将工作电流与预设驱动控制信号进行比较，得到电流误差信号；单片机5对所述电流误差信号进行增量式PID及不完全微分运算后得到第一驱动控制信号；即通过第一加法器17将工作电流与预设驱动控制信号进行累加，得到电流误差信号；第一增量式PID模块18对所述电流误差信号进行增量式PID控制，再通过第二加法器19对增量式PID模块18的输出进行累加；第一微分环节20为进行不完全微分运算处理。流量阀14的线圈为感性负载，在流量阀14的工作电流改变时产生反电动势阻碍工作电流的变化，利用第一微分环节20进行不完全微分运算处理后，能够抵消流量阀14的电感反电动势，提高对流量阀14的控制精度。本发明实施例中，通过对流量阀14进行电流闭环控制后，能够使得柴油机共轨系统21内的轨压在300bar~350bar，所述预设轨压在300bar~350bar能够满足柴油机工作的轨压要求，保证柴油机的着火、起动成功，单片机5内的预设轨压为本技术领域常规设定的轨压范围。

当柴油机在经过上述起动阶段的控制后，柴油机进入运行阶段。在柴油机运行阶段下，柴油机共轨系统21的压力越稳定，对实际喷油量的控制越精确，因此，本发明实施例中采用轨压全闭环控制精确控制轨压。如图4所示，在柴油机的转速小于50转的停机阶段，以及转速大于等于50转并且轨压未达到过300bar的起动阶段，采用起动轨压电流闭环控制快速建立轨压；在发动机转速大于50转并且轨压达到过300bar的运行阶段，采用轨压全闭环控制，精确控制轨压。

柴油机共轨系统21的共轨压力对柴油机的排放有重要影响，不同工况和条件下，为达到最佳排放效果，需要对目标轨压进行计算及修正。如图6所示，本发明实施例中，单片机5内包括目标轨压修正计算模块22及目标轨压计算模块23，目标轨压计算模块23接收曲轴位置传感器8检测的曲轴位置信号及油门踏板传感器9检测的油门踏板信号，以确定柴油机的转速与油门踏板的开度；目标轨压计算模块23根据柴油机的转速及油门踏板的开度能够计算得到目标轨压预算值；目标轨压修正计算模块22根据柴油机的转速、油门踏板的开度、冷却液温度及大气压力能对柴油机当前状态下的共轨压力进行修正，得到轨压修正值，所述轨压修正值与目标轨压预算值经过第三加法器24累加后能够得到目标轨压。

本发明实施中，目标轨压计算模块23根据曲轴位置传感器8及油门踏板传感器9的检测信号，通过查找单片机5内预先存储的数据，能够得到相应的柴油机转速，通过查表确定柴油机转速及油门踏板开度为本技术领域常用的技术手段。对目标轨压进行修正是读取发动机转速、油门踏板开度、冷却液温度和大气压力，通过一系列查表计算得到轨压修正量，对目标轨压进行修正；根据上述相关的信息查表得到轨压修正值也为本技术领域常用的技术手段。

本发明实施例中，柴油机共轨系统21的共轨压力稳定在预设轨压值的工作状态包括对运行阶段、怠速阶段、减速断油阶段，本发明实施例中，对上述工作状态采用轨压全闭环控制。其中，本发明实施例中，运行阶段为发动机转速大于50转并且轨压达到过300bar，电子控制单元7根据柴油机不同工况进行轨压精确控制的阶段；怠速阶段是运行阶段中的特殊阶段，是油门踏板全松情况下，发动机克服摩擦力空档运行的阶段；减速断油阶段是运行阶段中的特殊阶段，是油门踏板急松，发动机倒拖的阶段。如图7所示，所述的轨压全闭环控制是读取发动机转速、油门踏板开度、轨压和目标轨压，比较轨压与目标轨压，通过增量式PID计算调节流量阀驱动占空比，使轨压达到目标轨压，进行实时轨压控制，满足柴油机在稳态工况和瞬态工况下的轨压控制精度。

具体地，通过上述方法得到柴油机当前工作状态下的目标轨压后，通过轨压传感器10来检测柴油机共轨系统21的共轨压力值，所述目标轨压与轨压传感器10检测反馈的共轨压力值通过第四加法器25进行累加，得到轨压误差信号，所述轨压误差信号通过第二增量式PID模块26及第五加法器27进行PID控制，最后通过第二微分环节28作用后得到第二驱动控制信号，第二驱动控制信号驱动得到流量阀14对应的开度，以使得柴油机共轨系统21的共轨压力能够精确稳定在目标轨压，实现对柴油机的工作状态进行有效控制。其中，第二微分环节28为一不完全微分环节，通过不完全微分作用，能够降低流量阀14线圈的电感反电动势。本发明实施例中，在进行PID控制及不完全微分计算时，所述PID控制过程及不完全微分的过程均与常规的增量式PID控制及不完全微分计算相同，为本技术领域所熟知。本发明实施中，通过增量式PID和不完全微分过程，示出了得到轨压误差信号，并根据所述轨压误差信号得到第二驱动控制信号的一种实施手段，本技术领域人员应当知道，为了精确控制流量阀14的开度还可以将轨压误差信号采用其他控制方式进行精确控制，此处不再赘述。

如图3和图4所示：根据上述说明，可以得到本发明柴油机电控蓄压分配式共轨系统的轨压控制方法，所述

所述轨压控制方法包括如下步骤：

a、柴油机初始起动，电子控制单元7以电子控制单元7内的预设驱动控制信号驱动流量阀14工作；

b、电子控制单元7将检测流量阀14的工作电流与预设驱动控制信号进行分析处理，并向流量阀14输出第一驱动控制信号，通过第一驱动控制信号调节流量阀14的工作状态，直至轨压传感器10检测的轨压值与电子控制单元7内的预设轨压值匹配；通过步骤a和步骤b能够与图3中的步骤s1对应；

c、电子控制单元7根据曲轴位置传感器8检测的曲轴位置信号及油门踏板传感器9检测的油门踏板位置信号判断柴油机的工作状态，以得到目标轨压预算值；所述步骤c与步骤s2对应；

d、电子控制单元7根据大气压力传感器11检测的大气压力值及冷却液温度传感器12的冷却液温度值处理得到轨压修正值，电子控制单元7根据目标轨压预算值及轨压修正值处理得到所需的目标轨压值；步骤d与步骤s3对应；

e、电子控制单元7将目标轨压值与轨压传感器10检测的轨压值进行比较判断处理后向流量阀14输出所需的第二驱动控制信号，通过第二驱动控制信号调节流量阀14的工作状态，以使得轨压传感器10检测的轨压值与目标轨压值匹配。步骤e与步骤s4和步骤s5对应一致。

本发明在柴油机启动阶段，电子控制单元7对流量阀14的开度采用电流闭环控制，以使得柴油机共轨系统21内的轨压快速达到预设轨压值，以确保柴油机的起动过程；当达到预设轨压值后，电子控制单元7对流量阀14的开度通过轨压传感器10检测轨压值，电子控制单元7根据柴油机的工作状态与检测的轨压值进行轨压闭环控制，以精确使得柴油机共轨系统21的轨压稳定在预设的轨压值，制精度高，操作方便，适用性好，安全可靠。