專利名稱：一種可變噴嘴渦輪增壓控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)可變噴嘴渦輪增壓系統(tǒng)，特別涉及一種以電液伺服比例電磁閥為 執(zhí)行器的柴油機(jī)可變噴嘴渦輪增壓系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
渦輪增壓器要適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)寬廣的轉(zhuǎn)速變化范圍。固定截面渦輪增壓器存在的缺點(diǎn)有(1) 在發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于廢氣提供的能量很少，渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速過低，無法提供合適的 增壓壓力和足夠的進(jìn)氣量，發(fā)動(dòng)機(jī)無法產(chǎn)生大的低速扭矩，導(dǎo)致其低速性能難以有明顯的提 高。(2)發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于排氣溫度和壓力很高，可能會(huì)造成增壓器超速。(3)增壓 器與發(fā)動(dòng)機(jī)之間僅存在氣動(dòng)聯(lián)系，在加速過程中增壓器的響應(yīng)滯后明顯。由于發(fā)動(dòng)機(jī)油量供 給的響應(yīng)比進(jìn)氣量供給的響應(yīng)快，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性能不好，產(chǎn)生加速冒煙現(xiàn)象。因此 固定截面渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配比較困難，如果渦輪增壓器按照發(fā)動(dòng)機(jī)高速工況進(jìn)行設(shè) 計(jì)匹配，就會(huì)出現(xiàn)低速時(shí)轉(zhuǎn)速過低，增壓壓力過低，如果按照低速工況進(jìn)行設(shè)計(jì)匹配，則在 高速時(shí)，為避免出現(xiàn)增壓器超速，在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管處需要安裝一個(gè)廢氣放氣閥，浪費(fèi)了一部 分的廢氣能量。然而，采用可變噴嘴渦輪增壓器可以很好的解決渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配 問題。發(fā)動(dòng)機(jī)可變噴嘴渦輪增壓器是在固定截面渦輪增壓器上增加了一個(gè)可調(diào)節(jié)噴嘴截面的 噴嘴環(huán)，噴嘴環(huán)一圈上有多個(gè)葉片，它們可以繞自己的軸心轉(zhuǎn)動(dòng)從而改變噴嘴截面，其調(diào)節(jié) 通過噴嘴環(huán)上的操縱環(huán)實(shí)現(xiàn)，操縱環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)由渦輪殼外的調(diào)節(jié)曲柄控制。轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)曲柄，帶 動(dòng)操縱環(huán)旋轉(zhuǎn)，使噴嘴環(huán)葉片各自繞自己的軸心同時(shí)旋轉(zhuǎn)。通過改變噴嘴環(huán)葉片的角度，改 變渦輪入口的流通截面積。
目前發(fā)動(dòng)機(jī)可變噴嘴渦輪增壓器的噴嘴環(huán)開度的調(diào)節(jié)方式有以下幾種 一、采用真空膜 片彈簧的調(diào)節(jié)控制，通過一個(gè)膜片式的氣動(dòng)執(zhí)行器來實(shí)現(xiàn)的，通過改變膜片彈簧一面的氣體 壓力值來調(diào)節(jié)膜片位移，從而調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)開度的調(diào)節(jié)曲柄。氣體壓力通過電磁閥或真空泵來 控制。電控單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)所處的工況，控制真空執(zhí)行器中膜片彈簧的位移，從而控制進(jìn)氣 管中增壓壓力值。該機(jī)構(gòu)的好處是真空度可以連續(xù)變化從而可以連續(xù)的調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)的開度。 其缺點(diǎn)主要是通過膜片彈簧的真空度來調(diào)節(jié)，在發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)變化時(shí)，噴嘴環(huán)動(dòng)作的快速響應(yīng) 性能不夠。二、采用步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行器的調(diào)節(jié)控制，步進(jìn)電機(jī)通過一套機(jī)械結(jié)構(gòu)與噴嘴環(huán)調(diào) 節(jié)曲柄相連，調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)步數(shù)就可以調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)截面開度的大小。該機(jī)構(gòu)的好處是 調(diào)節(jié)的速度快，在電信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下步進(jìn)電機(jī)可以快速從最小位置動(dòng)作到最大位置，其缺點(diǎn)是 由于步進(jìn)電機(jī)是單歩前進(jìn)的，不能連續(xù)調(diào)節(jié)噴嘴截面位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的和任務(wù)是開發(fā)一種可變噴嘴渦輪增壓器的電控方法及系統(tǒng)。針對以電液伺 服比例電磁閥為執(zhí)行器的可變噴嘴渦輪增壓器實(shí)現(xiàn)對渦輪噴嘴環(huán)開度的調(diào)節(jié)，對發(fā)動(dòng)機(jī)各種 工況都能快速調(diào)節(jié)渦輪增壓器的噴嘴截面到指定位置，控制系統(tǒng)的精度高，響應(yīng)速度快。
一種可變噴嘴渦輪增壓控制方法，其特征在于該控制方法采用以電液伺服比例電磁閥 為執(zhí)行元件，以可變噴嘴渦輪增壓器噴嘴環(huán)最佳開度目標(biāo)位置對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為控制目標(biāo)的 前饋控制和以進(jìn)氣管內(nèi)增壓壓力信號(hào)為控制目標(biāo)的閉環(huán)分段數(shù)字PI反饋控制，前饋控制負(fù)責(zé) 在瞬態(tài)工況時(shí)快速調(diào)節(jié)噴嘴截面到指定位置，反饋控制負(fù)責(zé)在小幅度的擾動(dòng)工況下保持實(shí)際
增壓壓力對最終目標(biāo)增壓壓力的跟蹤，其具體控制步驟如下 1)若為正常工作狀態(tài) 1.1)閉環(huán)反饋控制
a.電控單元根據(jù)采集的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和油門位置信號(hào)査2維MAP圖，得到發(fā)動(dòng)
機(jī)負(fù)荷量信號(hào)，再根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速查2維MAP圖，得到初始目標(biāo)增壓壓力值 p
(arge(O ，
b. 電控單元根據(jù)采集的環(huán)境壓力信號(hào)査1維特性表對目標(biāo)增壓壓力值進(jìn)行修正,得 到壓力修正值1 Prevl ，根據(jù)采集的進(jìn)氣溫度信號(hào)査1維特性表對目標(biāo)增壓壓力值進(jìn)行修正，
得到壓力修正值2戶_2，利用下式
+ revl +戶^2得到最終目標(biāo)增壓壓力值^31^;
c. 電控單元根據(jù)最終目標(biāo)增壓壓力值i^^與增壓壓力傳感器采集的實(shí)際增壓壓力 信號(hào)&的差得到壓力偏差A(yù)P;
d. 電控單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷量信號(hào)查2維MAP圖得到數(shù)字PI控 制的比例控制參數(shù)Kp;根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷量信號(hào)查2維MAP圖得到數(shù)字PI 控制的積分控制參數(shù)Ki，根據(jù)下式PW7Wj =&A7> +《,￡Aft得到反饋部份控制量；
1.2) 開環(huán)前饋控制 "1
電控單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷量信號(hào)査2維MAP圖得到前饋部份控制
1.3) 控制量的計(jì)算
電控單元根據(jù)反饋部份控制量pwr一，j和前饋部份控制量Fwr一—#的和得到初 始控制量fwr一，。；利用最大允許P麗占空比值和最小允許PWM占空比值進(jìn)行占空比范圍限 制；當(dāng)wvr鄉(xiāng)，。在最小允許PWM占空比值和最大允許P測占空比值之間時(shí)，控制量wr—_^等
于初始控制量FAT一j。；當(dāng)W7W_—小于最小允許P麗占空比值時(shí)，fW7^_^等于最小允許
P麗占空比值，當(dāng)wvr—大于最大允許P麗占空比值時(shí)，^w^j等于最大允許PWM占空 比值，總控制量pw _。w等于控制量wvr柳_w;
1. 4)電控單元根據(jù)總控制量;nm —ow調(diào)節(jié)噴嘴截面到指定位置；
2) 通過檢測發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)來判斷是否為停機(jī)狀態(tài)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零，則處于 停機(jī)狀態(tài)，此時(shí)，電控單元調(diào)節(jié)噴嘴截面到最大開度位置；
3) 通過檢測發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和油門位置信號(hào)來判斷是否為起動(dòng)狀態(tài)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速大于零且小于怠速轉(zhuǎn)速值，同時(shí)油門位置處于初始值狀態(tài)，并且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化率超過一 個(gè)設(shè)定的值，則處于起動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)，電控單元調(diào)節(jié)噴嘴截面到最小開度位置；
4) 通過檢測發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和油門位置信號(hào)來判斷是否為怠速狀態(tài)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速在怠速值附近士50轉(zhuǎn)/分范圍內(nèi)，并且油門位置處于初始值狀態(tài)，則處于怠速狀態(tài)，此時(shí)， 電控單元調(diào)節(jié)噴嘴截面到最大開度位置；
5) 通過檢測發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)來判斷是否為超速狀態(tài)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于發(fā)動(dòng)機(jī)的 額定轉(zhuǎn)速值，則處于超速狀態(tài)，此時(shí)，電控單元調(diào)節(jié)噴嘴截面到最大開度位置，并進(jìn)行報(bào)警。
上述控制方法中，在正常工作狀態(tài)下，當(dāng)增壓壓力過大導(dǎo)致增壓器轉(zhuǎn)速超過限制值時(shí)， 設(shè)置增壓壓力限制方法如下電控單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷量査2維壓力限制 MAP圖得到最高壓力限制值，當(dāng)增壓壓力值大于最高壓力限制值時(shí)，將總控制量;^附一^設(shè)為 前饋部份控制量PW^L^ j 。查1維特性表的具體方法是根據(jù)1維線性拉格朗日插值公式進(jìn) 行計(jì)算，査2維MAP圖的具體方法是根據(jù)2維平面上的4點(diǎn)拉格朗日線性插值公式進(jìn)行計(jì)算。
本發(fā)明提供的可變噴嘴渦輪增壓控制系統(tǒng)，其特征在于該控制系統(tǒng)包括可變噴嘴渦輪 增壓器、電控單元13、用于調(diào)節(jié)渦輪噴嘴環(huán)開度的電液伺服比例電磁閥2、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感 器12、油門踏板位置傳感器22、增壓壓力傳感器IO、進(jìn)氣溫度傳感器ll、大氣環(huán)境壓力傳 感器24、起動(dòng)開關(guān)14、故障診斷開關(guān)15和預(yù)先存儲(chǔ)在電控單元的單片機(jī)中的程序；所述的 電控單元含有主單片機(jī)電路、模擬量輸入電路、數(shù)字量輸入電路、驅(qū)動(dòng)電路、CAN通訊電路 和故障顯示電路；模擬量輸入電路對油門踏板位置傳感器22、增壓壓力傳感器IO、進(jìn)氣溫度 傳感器11和大氣環(huán)境壓力傳感器24輸出的模擬量進(jìn)行信號(hào)調(diào)理；數(shù)字量輸入電路對發(fā)動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速傳感器12、起動(dòng)開關(guān)14和故障診斷開關(guān)15輸出的數(shù)字量進(jìn)行信號(hào)調(diào)理；模擬量輸入電 路的輸出端與主單片機(jī)電路中的單片機(jī)的模擬量采集端口連接；數(shù)字量輸入電路輸出端與主 單片機(jī)電路中的單片機(jī)的數(shù)字輸入輸出端口連接；所說的驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與主單片機(jī)電路 的輸出端相連，單片機(jī)中的程序根據(jù)輸入的信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算，從單片機(jī)的脈沖寬度調(diào)制 端口輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路；驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與電液伺服比例電磁閥2連接；CAN通訊 電路一端與主單片機(jī)電路中的單片機(jī)的CAN接口相連，另一端與計(jì)算機(jī)或其它電控單元的CAN 總線通訊端口相連，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的監(jiān)控通訊以及與其它電控單元的數(shù)據(jù)通訊功能。
本發(fā)明所述的可變噴嘴渦輪增壓控制系統(tǒng)，其特征還在于所述的單片機(jī)采用16位單 片機(jī)，芯片為MC9S12DP256B。所述的驅(qū)動(dòng)電路采用半橋的驅(qū)動(dòng)模式，控制信號(hào)作為半橋驅(qū)動(dòng) 電路的高端MOS管和低端MOS管的控制信號(hào)，對電磁閥進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制程序?qū)⒖刂?br> 信號(hào)從單片機(jī)的PWM端口輸出給半橋驅(qū)動(dòng)電路的高端，同時(shí)從單片機(jī)的輸入輸出端口輸出一 個(gè)高電平打開低端的MOS管開關(guān)。半橋驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)芯片為BTS7710G。 CAN通訊電路的集 成芯片采用TLE6250G。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果①根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 査2維MAP圖的方法確定采用分段式PI控制的Kp和Ki參數(shù)，能夠克服發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)域的非 線性，提高反饋控制的精度。②根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速査2維MAP圖得到前饋部份 控制量，提高了瞬態(tài)下大范圍動(dòng)作時(shí)反饋控制速度慢的缺點(diǎn)，提高了瞬態(tài)控制的響應(yīng)速度。 其應(yīng)用效果明顯，對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量和輸出轉(zhuǎn)矩有比較大的提高，尤其低速工況提高明顯,對發(fā) 動(dòng)機(jī)煙度有比較大改善，尤其在低速工況下明顯。同時(shí)對發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性也有一定改善。 本發(fā)明可應(yīng)用于各種發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是大功率的增壓柴油機(jī)。


圖1為本發(fā)明的增壓系統(tǒng)連接圖。
圖2為電控單元的硬件結(jié)構(gòu)連接簡圖。
圖3為主單片機(jī)電路。
圖4為驅(qū)動(dòng)電路。
圖5為模擬量輸入調(diào)理電路。
圖6為數(shù)字量輸入調(diào)理電路。
圖7為故障顯示電路。
圖8為CAN通訊電路。
圖9為軟件控制算法圖。
圖10為査1維特性表的原理圖。
圖11為查2維MAP圖的原理圖。
圖12為程序總體流程圖。
圖13為增壓壓力采集程序流程圖。
圖14為驅(qū)動(dòng)控制程序流程圖。
圖中l(wèi)-渦輪噴嘴環(huán)調(diào)節(jié)曲柄；2—電液伺服比例電磁閥；3 —齒條；4一齒輪；5—進(jìn)氣
口； 6 —壓氣機(jī)；7—中冷器；8 —進(jìn)氣管；9一發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管；IO —增壓壓力傳感器；ll一 進(jìn)氣溫度傳感器；12 —發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器；13—電控單元；14一起動(dòng)開關(guān)；15 —故障顯示開 關(guān)；16 —發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪；17 —發(fā)動(dòng)機(jī)；18 —發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管；19一可變噴嘴渦輪進(jìn)氣口 ； 20 — 增壓器軸；21—排氣口； 22 —油門位置傳感器；23 —可變噴嘴渦輪；24 —大氣環(huán)境壓力傳感器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
圖l為本發(fā)明的增壓系統(tǒng)連接圖。該控制系統(tǒng)包括可變噴嘴渦輪增壓器、電控單元13、 用于調(diào)節(jié)渦輪噴嘴環(huán)開度的電液伺服比例電磁閥2、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器12、油門踏板位置傳 感器22、增壓壓力傳感器IO、進(jìn)氣溫度傳感器ll、大氣環(huán)境壓力傳感器24、起動(dòng)開關(guān)14、 故障診斷開關(guān)15和預(yù)先存儲(chǔ)在電控單元的單片機(jī)中的程序。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器12安裝在發(fā) 動(dòng)機(jī)飛輪16處，用于采集發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)油門位置傳感器22安裝在油門踏板上， 當(dāng)駕駛員腳踩踏板時(shí)傳感器與踏板同軸旋轉(zhuǎn)，輸出電壓信號(hào)，用于采集油門位置信號(hào)。增壓 壓力傳感器10安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管9上，用于采集增壓壓力信號(hào)。進(jìn)氣溫度傳感器11安 裝在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管9上，用于采集進(jìn)氣歧管內(nèi)的進(jìn)氣溫度信號(hào)。大氣環(huán)境壓力傳感器24安 裝在電控單元13的PCB板上，用于采集環(huán)境壓力。可變噴嘴渦輪增壓器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管 一側(cè)，可變噴嘴渦輪23的進(jìn)氣口 19與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管18相連，增壓器軸20的另一端的壓 氣機(jī)6的進(jìn)氣口 5通空氣濾清器，壓氣機(jī)出口接中冷器7，渦輪噴嘴環(huán)調(diào)節(jié)曲柄1與齒輪4 相連，與齒輪4嚙合的齒條3的一端與電液伺服比例電磁閥2的可移動(dòng)頂柱相連。電控單元 13采集各傳感器的信號(hào)，經(jīng)過控制算法計(jì)算后輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路輸出的電 信號(hào)驅(qū)動(dòng)電液伺服比例電磁閥2的銜鐵動(dòng)作，在電磁力、液壓力和彈簧力的共同作用下推動(dòng) 電磁閥的頂柱運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)噴嘴環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。
電控單元13安裝在駕駛室座椅下，該電控單元含有主單片機(jī)電路、模擬量輸入電路、數(shù) 字量輸入電路、驅(qū)動(dòng)電路、CAN通訊電路、故障顯示電路以及電源電路；模擬量輸入電路對 油門踏板位置傳感器22、增壓壓力傳感器10、進(jìn)氣溫度傳感器11和大氣環(huán)境壓力傳感器24 輸出的模擬量進(jìn)行信號(hào)調(diào)理；數(shù)字量輸入電路對發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器12、起動(dòng)開關(guān)14和故障 診斷開關(guān)15輸出的數(shù)字量進(jìn)行信號(hào)調(diào)理；模擬量輸入電路的輸出端與主單片機(jī)電路中的單片 機(jī)的模擬量采集端口連接；數(shù)字量輸入電路輸出端與主單片機(jī)電路中的單片機(jī)的數(shù)字輸入輸 出端口連接；所說的驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與主單片機(jī)電路的輸出端相連，單片機(jī)中的程序根據(jù) 輸入的信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算，從單片機(jī)的脈沖寬度調(diào)制端口輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路；驅(qū)動(dòng) 電路的輸出端與電液伺服比例電磁閥2連接；CAN通訊電路一端與主單片機(jī)電路中的單片機(jī) 的CAN接口相連，另一端與計(jì)算機(jī)或其它電控單元的CAN總線通訊端口相連，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī) 的監(jiān)控通訊以及與其它電控單元的數(shù)據(jù)通訊功能。啟動(dòng)開關(guān)14接通以后電控單元開始工作， 它采集油門位置傳感器22和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器12信號(hào)。根據(jù)油門位置信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信 號(hào)來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)工作工況，并計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)在該工況下的負(fù)荷量，根據(jù)采集的進(jìn)氣溫度和環(huán)境 壓力信號(hào)對目標(biāo)增壓壓力進(jìn)行修正，根據(jù)控制算法計(jì)算驅(qū)動(dòng)電液伺服比例電磁閥的總控制量 的大小。故障顯示開關(guān)15接通以后在系統(tǒng)工作時(shí)可以通過故障顯示電路進(jìn)行故障診斷。
電控單元13中的軟件程序采集發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、油門、增壓壓力、環(huán)境壓力和進(jìn)氣溫度信 號(hào)，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的工作工況，在停機(jī)狀態(tài)、起動(dòng)狀態(tài)、怠速狀態(tài)和超速狀態(tài)下，直接驅(qū)動(dòng)噴 嘴葉片到某一開度。在正常工作狀態(tài)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和油門位置信號(hào)，査2維油門特
性MAP圖得到發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷量。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)査2維目標(biāo)壓力MAP圖得 到初始目標(biāo)增壓壓力值/^ge(。。根據(jù)環(huán)境壓力信號(hào)和進(jìn)氣溫度信號(hào)對初始目標(biāo)增壓壓力值 i^gw。進(jìn)行修正后得到最終目標(biāo)增壓壓力值尸"^ 。最終目標(biāo)增壓壓力值6a^減去實(shí)際增壓壓 力值^得到壓力偏差A(yù)P，采用分段式數(shù)字PI控制計(jì)算反饋部份控制量W7一^,j。 PI控制 的Kp和Ki參數(shù)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷量査2維MAP圖得到。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng) 機(jī)負(fù)荷量査2維MAP圖得到前饋部份控制量WV7^j?！? 。反饋部份控制量加上前饋部份控制 量作為控制信號(hào)的總控制量pw附—rn^ 。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷量查2維壓力限制MAP 圖得到最高壓力限制值。當(dāng)實(shí)際增壓壓力值小于最高壓力限制值時(shí)，總控制量;^/7^o"f作為 最終控制信號(hào)從單片機(jī)的PWM口輸出，當(dāng)實(shí)際增壓壓力值大于或等于最高壓力限制值時(shí)，前 饋部份控制量PWr—^。j作為最終控制信號(hào)從單片機(jī)的PWM 口輸出。整體控制算法采用以可 變噴嘴渦輪增壓器最佳開度目標(biāo)位置對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為控制目標(biāo)的前饋控制加以進(jìn)氣管內(nèi)增 壓壓力信號(hào)為控制目標(biāo)的閉環(huán)分段數(shù)字PI反饋控制。前饋控制負(fù)責(zé)在瞬態(tài)工況時(shí)快速調(diào)節(jié)噴 嘴截面到指定位置，反饋控制負(fù)責(zé)在小幅度的擾動(dòng)工況下保持實(shí)際增壓壓力對最終目標(biāo)增壓 壓力的良好跟蹤。
本發(fā)明的工作原理如下
發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)，讓噴嘴環(huán)出口截面積減小，廢氣流出速度相應(yīng)提高，增壓器轉(zhuǎn)速上升， 壓氣機(jī)出口壓力增大，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量增加。發(fā)動(dòng)機(jī)高速時(shí)，讓噴嘴環(huán)出口截面積增加，廢氣 流出速度相對減小，增壓器轉(zhuǎn)速相對減小，增壓壓力降低，防止增壓過量。發(fā)動(dòng)機(jī)在加速時(shí)， 減小噴嘴環(huán)開度，在短時(shí)間內(nèi)提高增壓器轉(zhuǎn)速，迅速增加進(jìn)氣量，改善其加速性能。
本發(fā)明的工作過程如下
發(fā)動(dòng)機(jī)加速時(shí)，噴油量增加，電控單元驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，減小可變噴嘴環(huán)葉片開度，迅速提 高增壓器轉(zhuǎn)速，加大壓氣機(jī)端的進(jìn)氣量，與噴油量的增加相協(xié)調(diào)，使發(fā)動(dòng)機(jī)提供大的輸出扭 矩，同時(shí)避免一般發(fā)動(dòng)機(jī)加速過程產(chǎn)生的冒煙現(xiàn)象。
發(fā)動(dòng)機(jī)減速時(shí)，噴油量減少，此時(shí)噴嘴環(huán)開度相應(yīng)增大，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量減小。
發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，提供恒定的增壓壓力，以保證穩(wěn)定的進(jìn)氣，對發(fā)動(dòng)機(jī)油門和轉(zhuǎn)速的 擾動(dòng)，以及進(jìn)氣溫度的變化的小幅度擾動(dòng)，采用閉環(huán)PI控制以保證恒定的增壓壓力值。當(dāng)實(shí) 際增壓壓力值低于目標(biāo)值時(shí)，關(guān)小噴嘴環(huán)葉片提高增壓壓力，實(shí)際增壓壓力值高于目標(biāo)值時(shí)， 增大噴嘴環(huán)葉片減小增壓壓力。當(dāng)油門位置信號(hào)或發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)出現(xiàn)快速變化時(shí)，通過增 加開環(huán)前饋部份控制量來驅(qū)動(dòng)電液伺服比例電磁閥以實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)噴嘴葉片到最佳位置。
圖2為電控單元的硬件結(jié)構(gòu)連接簡圖。單片機(jī)采用MC9S12DP256B單片機(jī)，環(huán)境壓力傳感 器、油門位置傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器和增壓壓力傳感器輸出的為模擬信號(hào)，其值經(jīng)模擬量 輸入調(diào)理電路處理后輸給單片機(jī)的AD采集口，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、起動(dòng)開關(guān)和故障診斷開關(guān)輸出的 為24V開關(guān)信號(hào)，其值經(jīng)數(shù)字量輸入調(diào)理電路處理后輸給單片機(jī)的輸入輸出端口。控制軟件
存放在MC9S12DP256B內(nèi)的Flash內(nèi)存中。電源電路為單片機(jī)和其它芯片提供5伏、2. 5伏電 壓，同時(shí)為采集電路提供12伏供電電壓，其供電由外部蓄電池提供。時(shí)鐘電路為單片機(jī)提供 16M晶振信號(hào)。CAN通訊電路與單片機(jī)的CAN通訊口相連，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)或其它電控單元 的CAN總線通訊。故障顯示電路由單片機(jī)的輸入輸出端口驅(qū)動(dòng)，顯示電控單元的硬件或傳感 器故障。驅(qū)動(dòng)電路接收由單片機(jī)提供的驅(qū)動(dòng)邏輯信號(hào)，其產(chǎn)生大功率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電液伺 服比例電磁閥，調(diào)節(jié)可變噴嘴渦輪增壓器的噴嘴到指定的截面位置。
圖3為主單片機(jī)電路，晶振Yl為16MHz，電源電路提供的+ 5V信號(hào)給單片機(jī)的AD采集 模塊供電，提供的+2.5V信號(hào)給單片機(jī)的CPU內(nèi)核供電。采用第3腳輸出PWM1信號(hào)用來控 制驅(qū)動(dòng)電路，為半橋驅(qū)動(dòng)電路的高端控制信號(hào)。采用第9腳PT0來采集發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，對 轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行輸入捕捉。第23腳BKGD為BDM背景調(diào)試模式用信號(hào)，在單片機(jī)起動(dòng)時(shí)作為MODC 信號(hào)接高電平。第24腳PB0為數(shù)字輸入端口與ON/OFF峙目連，處理起動(dòng)開關(guān)輸入信號(hào)，當(dāng)其 為高電平時(shí)，程序進(jìn)入主程序，進(jìn)行可變噴嘴渦輪增壓器的控制，當(dāng)其為低電平時(shí)，程序不 啟動(dòng)可變噴嘴渦輪增壓器的控制。第25腳PB1為數(shù)字輸入端口與DIAGSW相連，作為故障診 斷開關(guān)輸入信號(hào)，當(dāng)其為高電平時(shí)，啟動(dòng)故障診斷程序。第28腳PB4為CAN通道收發(fā)芯片 TLE6259的控制信號(hào)。第30腳PB6為故障輸出信號(hào)，當(dāng)故障診斷程序檢測到系統(tǒng)故障時(shí)，驅(qū) 動(dòng)該管腳為低電平。第36腳PE7為設(shè)置系統(tǒng)工作信號(hào)，接高電平。第37腳MODB和第38腳 MODA為設(shè)置系統(tǒng)工作信號(hào)，接低電平。第42腳為RESET信號(hào)，當(dāng)其為低電平時(shí)單片機(jī)將會(huì) 從重啟程序。第58腳M1L1D接驅(qū)動(dòng)控制電路，為半橋驅(qū)動(dòng)的低端控制信號(hào)，第59腳M1STD 接驅(qū)動(dòng)控制電路，為控制芯片的故障診斷輸入信號(hào)。第67腳ANOO接PEDAL1IN為油門踏板信 號(hào)輸入。第69腳AN01接PMSIN為增壓壓力信號(hào)輸入。第70腳AN09接TMSIN為進(jìn)氣溫度信 號(hào)輸入。第71腳AN02接PatmlN為環(huán)境壓力信號(hào)輸入。第104腳接CANlTx為第一路CAN信 號(hào)輸出。第105腳接CANlRx為第一路CAN信號(hào)輸入。CANlRx和CANlTx與CAN總線通訊電路 相連，CANlRx接受上位機(jī)傳來的信號(hào)，CANlTx給上位機(jī)發(fā)出信號(hào)。
圖4為驅(qū)動(dòng)電路，針對執(zhí)行器為電液伺服比例電磁闊的應(yīng)用，驅(qū)動(dòng)電壓為+24V，電流從 0.5A到1.5A,驅(qū)動(dòng)電路采用了BTS7710GP集成芯片，其為H橋驅(qū)動(dòng)芯片，最大平均電流為 IOA，峰值電流為15A，最大驅(qū)動(dòng)電壓可達(dá)40V， PWM控制信號(hào)頻率采用lKHz。該芯片自帶短 路和過溫保護(hù)功能，通過M1ST可以實(shí)現(xiàn)故障診斷功能。IH1和IH2為高端驅(qū)動(dòng)信號(hào)，設(shè)計(jì)中 采用第10腳IH2與PWM1相連，為高端驅(qū)動(dòng)MOS管。IL1和IL2為低端驅(qū)動(dòng)信號(hào)，設(shè)計(jì)中采 用第1腳IL1與M1L1D相連，為低端驅(qū)動(dòng)MOS管。MOTH和MOTL接電磁閥接頭。VBAT接24V 蓄電池正極。
圖5為模擬量輸入調(diào)理電路，增壓壓力傳感器和油門踏板傳感器輸出的信號(hào)都是0-5V的 電壓信號(hào)，信號(hào)首先通過R14和R15進(jìn)行分壓處理，隨后通過運(yùn)放進(jìn)行放大后送給單片機(jī)的 AD采集端口。
圖6為數(shù)字量輸入調(diào)理電路，輸入數(shù)字量DIGIN的低電平為OV，高電平為24V，當(dāng)數(shù)字 量的控制開關(guān)接通時(shí)，DIGIN為高電平，經(jīng)過電阻R65和R66分壓后變成小于5V的信號(hào)，電 阻R67限流后送給兩個(gè)非門整形后送給單片機(jī)的數(shù)字輸入輸出端口 。
圖7為故障顯示電路，ERRLT由單片機(jī)的PB6口輸出，程序控制該信號(hào)的高低電平時(shí)間 及轉(zhuǎn)換次數(shù)，來控制發(fā)光二極管LS1的亮滅，不同的故障有不同的亮滅方式，對比故障碼表 就可以知道產(chǎn)生故障的原因。
圖8為CAN通訊電路，與PC機(jī)的CANoe軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。CANlRx和CANlTx接單片機(jī) 相應(yīng)管腳，CAN1H和CAN1L分別接CAN總線的CANH和CANL。
圖9為軟件控制算法圖，結(jié)合該圖介紹控制算法原理和結(jié)構(gòu)如下
油門位置;^/、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速"、實(shí)際增壓壓力&、環(huán)境壓力戶自和環(huán)境溫度7^為電控系 統(tǒng)通過傳感器采集輸入的信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過了軟件程序的數(shù)字濾波處理。油門特性計(jì)算根 據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和油門位置查2維特性MAP圖得到發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷量￡唯^_0鄉(xiāng)，該負(fù)荷量為在此 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和油門位置的條件下輸出轉(zhuǎn)矩相對該轉(zhuǎn)速下最大轉(zhuǎn)矩的百分比。油門特性MAP圖 由發(fā)動(dòng)機(jī)匹配標(biāo)定試驗(yàn)確定。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷量査2維MAP圖得到該工況下的 初始目標(biāo)增壓壓力值S，,。，實(shí)際增壓壓力值的采集位置為中冷器后的進(jìn)氣歧管處，見圖l。 目標(biāo)增壓壓力MAP圖由發(fā)動(dòng)機(jī)匹配標(biāo)定試驗(yàn)確定。在不同的海拔高度和緯度的地方，或者由 于大氣條件或季節(jié)變化都會(huì)引起環(huán)境壓力和環(huán)境溫度的變化，環(huán)境壓力和環(huán)境溫度的變化會(huì) 影響到進(jìn)入氣缸的空氣量，因此采用環(huán)境壓力和進(jìn)氣溫度來對進(jìn)入氣缸的空氣量進(jìn)行修正計(jì) 算。根據(jù)環(huán)境壓力査l維特性表得到壓力修正值li^，該l維特性表由匹配標(biāo)定試驗(yàn)得到。 根據(jù)進(jìn)氣溫度査1維特性表得到壓力修正值2&v2 ，該1維特性表由匹配標(biāo)定試驗(yàn)得到。最終
目標(biāo)增壓壓力值Sa^,根據(jù)下式計(jì)算
壓力偏差ap為最終目標(biāo)增壓壓力與實(shí)際增壓壓力&的差。以進(jìn)氣管內(nèi)實(shí)際增壓壓力信號(hào)
為控制目標(biāo)的閉環(huán)數(shù)字PI反饋控制的控制算法如下
單片機(jī)的數(shù)字控制為離散時(shí)間域的控制算法，其采樣周ft和控制周期均為4毫秒?；癁楫?dāng)前 時(shí)刻的最終目標(biāo)增壓壓力和實(shí)際增壓壓力的差值，A/V,為上一時(shí)刻的最終目標(biāo)增壓壓力和實(shí) 際增壓壓力的差值，&、 ^分別是PI控制的比例和積分參數(shù)，PW7一，j為根據(jù)反饋控制 算法得出的驅(qū)動(dòng)控制電液伺服比例電磁閥的P麗信號(hào)的占空比的數(shù)值。由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作的非 線性比較大，為提高反饋控制的精度，比例參數(shù)^和積分參數(shù)K,根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作工況的不同， 采用了査2維MAP圖的方法。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷量查2維MAP圖得到比例參數(shù)^ , 該2維MAP圖根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)匹配標(biāo)定試驗(yàn)得到。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷量査2維MAP圖 得到積分參數(shù)i^ ，該2維MAP圖根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)匹配標(biāo)定試驗(yàn)得到。為防止積分量過大導(dǎo)致積分
飽和，數(shù)字PI控制算法中采用了預(yù)限削弱的算法。
以電液伺服比例電磁閥最佳開度位置為控制目標(biāo)的開環(huán)前饋控制的控制算法如下根據(jù) 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷量查2維MAP圖得到開環(huán)前饋控制的驅(qū)動(dòng)液伺服比例電磁閥PWM信 號(hào)的占空比WV7一，j，該2維MAP圖由發(fā)動(dòng)機(jī)匹配標(biāo)定試驗(yàn)得到。前饋控制計(jì)算得到的占 空比值加上反饋控制計(jì)算得到的占空比值得到驅(qū)動(dòng)電液伺服比例電磁閥的初始控制量 pwr一，。，當(dāng)初始控制量pwr—^。大于程序設(shè)定的最大占空比限值時(shí)，占空比范圍限制算法
將驅(qū)動(dòng)電液伺服比例電磁閥的總控制量PH^ — W設(shè)為最大占空比限值，當(dāng)初始控制量
pwr—_—小于程序設(shè)定的最小占空比限值時(shí)，占空比范圍限制算法將驅(qū)動(dòng)電液伺服比例電磁
閥的總控制量;^ _^設(shè)為最小占空比限值，否則驅(qū)動(dòng)電液伺服比例電磁閥的總控制量
pv^ — o^等于初始控制量PW7W一一 。為防止增壓壓力過大導(dǎo)致增壓器轉(zhuǎn)速超過最大轉(zhuǎn)速從而 損壞增壓器，控制算法中設(shè)置了增壓壓力限制算法，具體為根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷 量查2維壓力限制MAP圖，得到該工作工況下的最高壓力限制值，當(dāng)實(shí)際增壓壓力值大于最 高壓力限制值時(shí)，將總控制量;^/ _0^設(shè)為開環(huán)前饋控制計(jì)算得到的前饋部份控制量 。 2維壓力限制MAP圖根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)匹配標(biāo)定試驗(yàn)得到。 圖10為査1維特性表的原理圖。輸入量X被制作成1個(gè)一維數(shù)組儲(chǔ)存在內(nèi)存中，其對應(yīng) 的輸出量Y被制作成另一個(gè)一維數(shù)組儲(chǔ)存在內(nèi)存中。程序采集的輸入量為x，通過査l維特 性表求其對應(yīng)得y的計(jì)算方法為l維線性拉格朗日插值算法。具體的程序算法為判斷x在 數(shù)組X中的&和X2之間，Xi對應(yīng)的值為yt， X2對應(yīng)的值為y2,則與x對應(yīng)的y'為
設(shè)原來的X與Y對應(yīng)關(guān)系為弧JB，線性插值計(jì)算的y'與y存在一定的誤差，當(dāng)數(shù)組X 的元素之間的間隔很小時(shí)，計(jì)算誤差在允許的范圍之內(nèi)。
圖11為査2維MAP圖的原理圖。輸入量X被制作成1個(gè)一維數(shù)組儲(chǔ)存在內(nèi)存中，輸入量 Y被制作成l個(gè)一維數(shù)組儲(chǔ)存在內(nèi)存中，其對應(yīng)的輸出量Z (X， Y)被制作成一個(gè)二維數(shù)組儲(chǔ) 存在內(nèi)存中。程序采集的點(diǎn)在三維坐標(biāo)系中為G點(diǎn)，其輸入量為x和y,對應(yīng)d點(diǎn)。程序通 過輸入量x:判斷Gi點(diǎn)在線AJ),和BA之間，通過輸入量yJU斷Gi點(diǎn)在線AA和CJX之間，計(jì) 算G點(diǎn)對應(yīng)的z值的方法采用2維4點(diǎn)拉格朗日線性插值算法，即根據(jù)A、 B、 C、 D四點(diǎn)進(jìn)行 插值求解。在3維坐標(biāo)系內(nèi)設(shè)A點(diǎn)坐標(biāo)為^，:^^;),設(shè)B點(diǎn)坐標(biāo)為^,A,zO，設(shè)C點(diǎn)坐標(biāo) 為(X2,h,zJ，設(shè)D點(diǎn)坐標(biāo)為^，h，^，設(shè)G點(diǎn)坐標(biāo)為(u,z)，則計(jì)算公式為-
x_Xl-(Z3+Zl_z2-24)+z4-
+ 7"^~(Z2—Zl)+Zl
線性插值計(jì)算的z與曲面上的原值存在一定的誤差，當(dāng)數(shù)組X和數(shù)組Y的元素之間的間隔很
小時(shí)，計(jì)算誤差在允許的范圍之內(nèi)。
圖12為根據(jù)控制算法編寫的控制軟件的總體流程圖，單片機(jī)在初始化部分完成系統(tǒng)寄存 器和RAM控制參數(shù)區(qū)的初始化、中斷定時(shí)器初始化、AD采集寄存器、CAN通訊寄存器和執(zhí)行 器驅(qū)動(dòng)電路的初始化工作。接著判斷啟動(dòng)開關(guān)狀態(tài)，若接通進(jìn)入中斷循環(huán)工作程序，若斷開 則進(jìn)入等待循環(huán)程序。等待循環(huán)程序執(zhí)行階段電控單元不斷檢測啟動(dòng)開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)檢測到啟 動(dòng)開關(guān)接通后，程序會(huì)立即打開4毫秒定時(shí)器中斷，隨后進(jìn)入到循環(huán)工作程序。循環(huán)工作程 序首先判斷4毫秒的周期是否到達(dá)，當(dāng)4毫秒定時(shí)到達(dá)時(shí)，進(jìn)行傳感器信號(hào)采集的工作，依 次采集發(fā)動(dòng)機(jī)油門位置、實(shí)際增壓壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣溫度、環(huán)境壓力和環(huán)境溫度信號(hào)， 隨后判斷發(fā)動(dòng)機(jī)工作工況，進(jìn)行控制算法的計(jì)算并輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電液伺服 比例電磁閥動(dòng)作。最后進(jìn)入CAN通訊電路，當(dāng)接收到上位機(jī)的控制指令時(shí)，CAN通訊程序會(huì) 將相應(yīng)的信息通過CAN總線發(fā)送給上位機(jī)。
圖13為增壓壓力采集程序流程圖，首先程序設(shè)置AD通道寄存器來選擇壓力輸入的端口， 判斷AD轉(zhuǎn)換是否完成，在轉(zhuǎn)換完成后將連續(xù)4次采集的數(shù)值進(jìn)行平均濾波，濾波后的增壓壓 力值經(jīng)過故障診斷程序判斷是否出現(xiàn)錯(cuò)誤，如果出錯(cuò)則輸出錯(cuò)誤報(bào)警信號(hào)，否則根據(jù)采集值 計(jì)算以kPa為單位的實(shí)際增壓壓力值，隨后對采集的實(shí)際增壓壓力信號(hào)的離散序列進(jìn)行一階 數(shù)字濾波。其余模擬量信號(hào)采集的過程與此類似。
圖14為驅(qū)動(dòng)控制程序流程圖，該程序計(jì)算實(shí)際驅(qū)動(dòng)控制電液伺服比例電磁閥的PWM信號(hào) 的占空比。首先程序根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和油門位置判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，當(dāng)為起動(dòng)狀態(tài)時(shí)直 接設(shè)置驅(qū)動(dòng)PWM信號(hào)的總控制量/w附—o",為起動(dòng)條件下的最大占空比值，—max ，當(dāng)為停機(jī) 狀態(tài)時(shí)直接設(shè)置驅(qū)動(dòng)P麗信號(hào)的總控制量;^附—^為最小占空比值"^min ，當(dāng)為怠速狀態(tài)時(shí) 直接設(shè)置驅(qū)動(dòng)P麗信號(hào)的總控制量/nv/n一oW為最小占空比值pounin ，當(dāng)為超速狀態(tài)時(shí)直接設(shè)
置驅(qū)動(dòng)PWM信號(hào)的總控制量 嚴(yán)w — owf 為最小占空比值 / os—min 。 /)o —max 值和 p仍—min 值由增 壓器臺(tái)架試驗(yàn)標(biāo)定得到。當(dāng)為正常工作狀態(tài)時(shí)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和油門位置査2維負(fù)荷MAP 圖，該查表算法為2維拉格朗日線性插值算法。隨后是查2維目標(biāo)壓力MAP圖、査2維Kp參 數(shù)MAP圖、査2維Ki參數(shù)MAP圖、査2維增壓壓力限制MAP圖、査2維前饋值MAP圖，然后 根據(jù)圖8的控制算法計(jì)算閉環(huán)PI反饋控制部份控制量KAT一—^ j 、開環(huán)前饋部份控制量 pwm—our和總控制量/ww一。w的計(jì)算并從單片機(jī)的PWM1端口上輸出計(jì)算的總控制量信號(hào)。
權(quán)利要求
1. 一種可變噴嘴渦輪增壓控制方法，其特征在于該控制方法采用以電液伺服比例電磁閥為執(zhí)行元件，以可變噴嘴渦輪增壓器噴嘴環(huán)最佳開度目標(biāo)位置對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為控制目標(biāo)的前饋控制和以進(jìn)氣管內(nèi)增壓壓力信號(hào)為控制目標(biāo)的閉環(huán)分段數(shù)字PI反饋控制，前饋控制負(fù)責(zé)在瞬態(tài)工況時(shí)快速調(diào)節(jié)噴嘴截面到指定位置，反饋控制負(fù)責(zé)在小幅度的擾動(dòng)工況下保持實(shí)際增壓壓力對最終目標(biāo)增壓壓力的跟蹤，其具體控制步驟如下1)若為正常工作狀態(tài)
2. 按照權(quán)利要求1所述的可變噴嘴渦輪增壓控制方法，其特征在于在正常工作狀態(tài) 下，當(dāng)增壓壓力過大導(dǎo)致增壓器轉(zhuǎn)速超過限制值時(shí)，設(shè)置增壓壓力限制方法如下電控單元 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷量査2維壓力限制MAP圖得到最高壓力限制值，當(dāng)增壓壓 力值大于最高壓力限制值時(shí)，將總控制量pww—■設(shè)為前饋部份控制量PWr一， j 。
3. 按照權(quán)利要求1所述的可變噴嘴渦輪增壓控制方法，其特征在于査l維特性表的具 體方法是根據(jù)1維線性拉格朗日插值公式進(jìn)行計(jì)算，査2維MAP圖的具體方法是根據(jù)2維平 面上的4點(diǎn)拉格朗日線性插值公式進(jìn)行計(jì)算。
4. 按照權(quán)利要求1所述的可變噴嘴渦輪增壓控制方法，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)電路 采用半橋的驅(qū)動(dòng)模式，控制信號(hào)作為半橋驅(qū)動(dòng)電路的高端MOS管和低端MOS管的控制信號(hào)， 對電磁閥進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制程序?qū)⒖刂菩盘?hào)從單片機(jī)的PWM端口輸出給半橋驅(qū)動(dòng)電 路的高端，同時(shí)從單片機(jī)的輸入輸出端口輸出一個(gè)高電平打開低端的MOS管開關(guān)。
5. —種采用如權(quán)利要求1所述控制方法的可變噴嘴渦輪增壓控制系統(tǒng)，其特征在于-該控制系統(tǒng)包括可變噴嘴渦輪增壓器、電控單元(13)、用于調(diào)節(jié)渦輪噴嘴環(huán)開度的電液伺服 比例電磁閥(2)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器(12)、油門踏板位置傳感器(22)、增壓壓力傳感器(IO)、 進(jìn)氣溫度傳感器(ll)、大氣環(huán)境壓力傳感器(24)、起動(dòng)開關(guān)(14)、故障診斷開關(guān)(15)和預(yù) 先存儲(chǔ)在電控單元的單片機(jī)中的程序；所述的電控單元含有主單片機(jī)電路、模擬量輸入電路、數(shù)字量輸入電路、驅(qū)動(dòng)電路、CAN 通訊電路和故障顯示電路；模擬量輸入電路對油門踏板位置傳感器(22)、增壓壓力傳感器(10)、進(jìn)氣溫度傳感器(11) 和大氣環(huán)境壓力傳感器(24)輸出的模擬量進(jìn)行信號(hào)調(diào)理；數(shù)字量輸入電路對發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感 器(12)、起動(dòng)開關(guān)(14)和故障診斷開關(guān)(15)輸出的數(shù)字量進(jìn)行信號(hào)調(diào)理；模擬量輸入電 路的輸出端與主單片機(jī)電路中的單片機(jī)的模擬量采集端口連接；數(shù)字量輸入電路輸出端與主 單片機(jī)電路中的單片機(jī)的數(shù)字輸入輸出端口連接；所說的驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與主單片機(jī)電路的輸出端相連，單片機(jī)中的程序根據(jù)輸入的信 號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算，從單片機(jī)的脈沖寬度調(diào)制端口輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路；驅(qū)動(dòng)電路的輸 出端與電液伺服比例電磁閥(2)連接；CAN通訊電路一端與主單片機(jī)電路中的單片機(jī)的CAN接口相連，另一端與計(jì)算機(jī)或其它 電控單元的CAN總線通訊端口相連，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的監(jiān)控通訊以及與其它電控單元的數(shù)據(jù)通 訊功能。
6.按照權(quán)利要求5所述的可變噴嘴渦輪增壓控制系統(tǒng)，其特征在于所述的單片機(jī)采用 16位單片機(jī)，芯片為MC9S12DP256B.
7. 按照權(quán)利要求5所述的可變噴嘴渦輪增壓控制系統(tǒng)，其特征在于半橋驅(qū)動(dòng)電路的 驅(qū)動(dòng)芯片為BTS7710G。
8. 按照權(quán)利要求5所述的可變噴嘴渦輪增壓控制系統(tǒng)，其特征在于CAN通訊電路的 集成芯片采用TLE6250G。
全文摘要
一種可變噴嘴渦輪增壓控制方法及系統(tǒng)，涉及一種以電液伺服比例電磁閥為執(zhí)行器的可變噴嘴渦輪增壓器電控系統(tǒng)。其特征是通過采集發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和油門踏板位置信號(hào)，計(jì)算需要的目標(biāo)增壓壓力值和目標(biāo)位置驅(qū)動(dòng)信號(hào)值，驅(qū)動(dòng)電液伺服閥的PWM信號(hào)值的控制算法采用以電磁閥最佳位置為控制目標(biāo)的開環(huán)前饋控制加以進(jìn)氣管內(nèi)增壓壓力信號(hào)為控制目標(biāo)的閉環(huán)數(shù)字PI反饋控制。為提高控制系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度，閉環(huán)PI控制的控制參數(shù)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和油門踏板位置信號(hào)采用查2維MAP圖來得到。該電控系統(tǒng)與現(xiàn)有的氣動(dòng)控制系統(tǒng)相比，控制的響應(yīng)速度快。與步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行器的控制系統(tǒng)相比，執(zhí)行器輸出的力矩大，精度高。
文檔編號(hào)F02D43/00GK101387236SQ20081022564
公開日2009年3月18日 申請日期2008年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月3日
發(fā)明者葉子青, 夏勝枝, 王恩華 申請人:北京汽車研究總院有限公司