专利名称：在高压共轨系统中控制轨压的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明的各实施方式涉及发动机领域，并且更具体地，涉及一种在高压共轨系统中控制轨压的方法和装置。
背景技术：
高压共轨系统是一种用于柴油发动机的供油系统。该系统在高压油泵、实时压力传感器和电子控制单元组成的闭环系统中，可以将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开。它是由高压油泵将高压燃油输送到公共供油管中，通过实时压力传感器测量公共供油管内的压力来实现精确控制，使得公共供油管内的压力大小与发动机的转速无关，从而大幅度减小柴油发动机公共供油管内的压力随发动机转速变化的程度。电子控制单元控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于公共供油管压力和电磁阀开启时间的长短。通常，将公共供油管内的压力称为共轨压力，或者简称为轨压。在共轨系统中，共轨压力不仅决定了喷油压力的高低，而且是喷油计量的重要参数，其稳定性和过渡响应直接影响发动机启动、怠速、加速等性能。所以确保精确地对轨压信号进行采样、滤波和控制具有重要意义。在现有技术中，已经开发出多种用于使得高压共轨系统中的实际轨压符合于期望轨压的方法，其中一种惯用方法是利用实际测量的高压共轨系统的轨压作为反馈，并采用 PID控制算法使实际轨压满足期望轨压。然而，由于不能准确地测量高压共轨系统中的实际测量轨压，因而在后续对轨压进行PID控制时无法得知期望轨压和实际有效轨压之间的差已升。当采用存在误差的实际测量轨压进行PID控制时，可能会导致原本稳定的轨压产生较大波动。这些误差在经过多次循环放大后，会导致PID控制产生冗余控制，并大大影响轨压控制的精度，严重时甚至出现PID控制反而会造成轨压显著波动的情况。
发明内容
因此，在尽量不改变高压共轨系统现有配置的前提下，如何实现更为方便、准确地测量高压共轨系统中的有效轨压成为一项亟待解决的问题。为此，本发明提供了一种基于曲轴转角来测量轨压的方法和装置，并且还提供了一种基于曲轴转角测量的有效轨压值， 来控制轨压的方法和装置。根据本发明的一个实施方式，提供了一种在高压共轨系统中控制轨压的方法，包括-基于曲轴转角获取的轨压测量值，包括将实时测量的实际轨压进行滤波以形成输入轨压；在预定义的曲轴转角间隔对所述输入轨压进行采样以形成采样信号；选择位于所述高压共轨系统的轨压平稳区内的所述采样信号作为所述轨压的特征采样点；对所述特征采样点进行滤波以生成所述轨压的测量值；
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-基于所述轨压测量值，生成计算控制所述高压共轨系统的PID控制量，包括设置所述高压共轨系统的期望轨压；基于所述期望轨压与所述轨压的测量值之间的差值，计算控制所述高压共轨系统的PID控制量。根据本发明的另一实施方式，其中所述高压共轨系统中的轨压平稳区对应于所述曲轴转角到达上止点前35-10度内的区域。根据本发明的另一实施方式，提供了一种在高压共轨系统中控制轨压的装置，包括-测量器，用于基于曲轴转角来测量轨压，包括输入轨压形成器，用于将实时测量的实际轨压进行滤波以形成输入轨压；采样信号形成器，用于在预定义的曲轴转角间隔对所述输入轨压进行采样以形成采样信号；特征采样点选择器，用于选择位于所述高压共轨系统的轨压平稳区内的所述采样信号作为所述轨压的特征采样点；轨压信号生成器，用于对所述特征采样点进行滤波以生成所述轨压的测量值；-PID控制器，用于基于所述轨压测量值，生成计算控制所述高压共轨系统的PID 控制量，包括设置器，设置所述高压共轨系统的期望轨压；控制量计算器，用于基于所述期望轨压与所述轨压的测量值之间的差值，计算控制所述高压共轨系统的PID控制量。根据本发明的另一实施方式，还包括轨压平稳区选择器，用于选择所述曲轴转角到达上止点前35-10度内的区域作为所述高压共轨系统中的轨压平稳区。采用根据本发明的各实施方式，可以在尽量不改变高压共轨系统现有配置的前提下，在高压共轨系统中方便、准确地测量有效轨压数据，并且还可以以易于部署的方式实现控制高压共轨系统中的轨压。
结合附图并参考以下详细说明，本发明各实施方式的特征、优点及其他方面将变得更加明显，在附图中图1示意性示出了在高压共轨系统中实际测量的轨压信号的曲线图；图2示意性示出了根据现有技术的对实际测量的轨压信号进行采样和滤波的轨压信号的曲线图；图3示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角来测量轨压的方法的流程图；图4示意性示出了根据本发明一个实施方式的、在触发信号的一个周期期间选取多个触发点的方法的流程图；图5示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角进行采样的轨压信号的曲线图；图6示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角进行采样和滤波的轨压信号的曲线图；图7示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角来测量轨压的装置的框图8示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角来测量轨压的装置的具体实现细节；图9示意性示出了根据现有技术的一种控制轨压的装置的框图；图10示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角获取的轨压测量值而控制轨压的方法的流程图；以及图11示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角获取的轨压测量值而控制轨压的装置的框图。
具体实施例方式下面参考附图详细描述本发明的各实施方式。附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施方式的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。 也应当注意，在有些作为备选的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。在下文中，将仅以4行程的柴油发动机中的高压共轨系统作为应用环境的示例， 来示出根据本发明实施方式的基于曲轴转角来测量轨压的方法。应当理解，本发明还可以应用于具有其他行程数量的发动机的高压共轨系统中。此外，尽管本说明书中以6个气缸发动机作为具体示例，根据本发明的方法和装置还可以应用于具有包括但不限于6气缸的发动机中，也即可以应用于具有其他数量气缸的发动机的高压共轨系统中。根据本发明的一个实施方式，还提供了一种基于曲轴转角测量的有效轨压值，来控制轨压的方法和装置。本发明的一个原理在于，精确地测量高压共轨系统中的轨压，并利用这种高度准确的轨压信号作为反馈输入PID控制器，这样可以大大提高PID控制的精度并保证在发动机正常运行期间稳定地提供与期望轨压相匹配的实际轨压。然而在发动机的实际运行过程中，高压共轨系统的轨压实测信号会出现周期性的波动，每个波动周期主要分为轨压平稳区和轨压波动区。应当注意，处于轨压平稳区中的轨压测量值对于发动机的整体性能控制是有意义的，而在实际控制中并不特别关注处于轨压波动区中的轨压测量值。为简便起见，在下文中将处于轨压平稳区内的轨压简称为有效轨压。测量有效轨压时，需要通过滤波处理过滤掉轨压波动区中的数据，保留轨压平稳区中的数据用作进一步的后续操作。尽管现有技术中已经开发出了测量有效轨压的方法，然而这些方法的采样数据中通常包括大量位于轨压波动区中的噪声数据，由于无法有效剔除噪声数据，因而造成轨压测量的准确性不够高。由于不能满足精确测量高压共轨系统中的有效轨压，有可能导致无法准确进行控制轨压和保持轨压稳定性的后续操作。参见图1，该图示意性示出了在高压共轨系统中实际测量的轨压信号的曲线图 100。应当注意，实际测量的轨压是通过设置于高压共轨系统的公共供油管内的实时感器实时感测的轨压值。图1中的曲线110是依据实时感测的轨压值随时间变化而绘制的曲线。图1中所示坐标的横轴表示时间轴，该坐标的纵轴表示轨压信号。从图1中所示可见，实际测量的轨压110随着时间周期性地上下波动，并且包括波峰(对应于轨压平稳区) 和波谷(轨压波动区)两部分。图1中示出了 8个轨压波动周期。轨压平稳区对应于高压共轨系统中非喷油的工作区间，在此区间中轨压包含轻微波动。而由于喷油导致在轨压波动中存在较大波动，此时燃油从高压共轨系统的公共供油管中喷出，而造成压力大大降低并产生了轨压信号中的波谷。这种波动的周期较小并属于高频波动，且不能通过轨压控制进行补偿。图2示意性示出了根据现有技术的对实际测量的轨压信号进行采样和滤波的轨压信号的曲线图200，其中示出了 8个轨压波动周期。实际测量的轨压如曲线210所示，该曲线210的测量方法与图1中实际测量的轨压110的测量方法相同。图2中以“*”表示的多个采样点220示出了基于特定时间间隔对实际测量的轨压210进行的采样。图2所示示例中采用了基于特定时间间隔进行采样的方式，例如以每隔0. 001秒进行采样，之后对10 个连续采样点的采样轨压值求平均，由此得到周期为0. 01秒的多个采样点220。从图2中可见，基于时间变量来采样轨压时，多个采样点220中的某些位于轨压平稳区中，而某些则位于轨压波动区中。并且随着发动机曲轴转速的变化，在0.01秒内曲轴旋转经过的角度是不同的。当曲轴转速发生变化时，每个波动周期内的轨压平稳区和轨压波动区所对应的时间也会发生变化。也即，当曲轴正在以转速1旋转时，若以0.01秒为周期采样轨压时有可能使得较多的采样点落入轨压平稳区；而当曲轴以另一转速2旋转时， 若继续以0. 01秒为周期采样轨压，则很可能会出现大量采样点不在轨压平稳区内的情况。应当注意，在高压共轨系统的每个波动周期中，轨压平稳区内的轨压更能代表对于后续控制操作有意义的轨压，此区间内的轨压大小与发动机的工作状态具有直接相关性，因而属于轨压测量和控制中需要被采样的区间范围。然而，轨压波动区内的信号是会造成轨压测量误差的噪声信号，即使对该区间内的轨压进行了采样，这些采样也属于需要被剔除的异常数据，因而在采样和控制中应当尽量避开。另外，这种基于时间进行采样的方法没有考虑当前泵油和喷油相对于曲轴的相位，此时采样的轨压瞬时信号点的位置可能出现在轨压信号剧烈波动的区域，导致即使轨压信号平稳时也会得出轨压正在波动的错误结论。例如图2中曲线230示出了滤波后的轨压曲线，由于此时某些采样点(例如噪声采样点240和噪声采样点250)位于轨压波动区， 导致了滤波后的轨压信号也出现了波动，造成采样结果不准确。在采样过程中，应当避免在轨压波动区内进行采样。根据本发明的一个实施方式，考虑了在采样过程中尽量采样轨压平稳区内的轨压值(也即，采样图1所示的轨压较为平稳的波峰区域中的轨压)，并且尽可能地避免采样轨压波动区中的数据(也即，避免采样图1所示的剧烈震荡的波谷附近范围内的轨压)，以便减少对高压共轨系统中轨压的测量值产生干扰。为了更清楚地阐述本发明的实施方式，现在简述4个行程的工作过程，并分析高压共轨系统中的轨压平稳区与4个行程之间的关系。对于4行程柴油机而言，柴油机的工作是由进气、压缩、燃烧膨胀和排气这四个过程来完成的，这四个过程构成了一个工作循环。 在一个工作循环中，曲轴旋转720度，曲柄上下行进两次。
1.进气行程该行程的任务是使气缸内充满新鲜空气。当进气行程开始时，活塞位于上止点。随着曲轴旋转，曲柄使活塞从上止点向下止点移动，同时，利用与曲轴相连的传动机构使进气阀打开。随着活塞向下运动，气缸内活塞上面的容积逐渐增大造成气缸内的空气压力低于进气管内的压力，因此外面空气就不断地充入气缸。当活塞向下运动接近下止点时，进入气缸的气流仍具有很高的速度，惯性很大，为了利用气流的惯性来提高充气量，进气阀在活塞过了下止点以后关闭。2.压缩行程在此行程中，活塞从下止点向上止点运动，这个行程的作用为1)提高空气的温度；幻为气体膨胀做功创造条件。当活塞上行、进气阀关闭以后，气缸内的空气受到压缩。压缩终点的温度远高于燃油的自燃温度，足以保证喷入气缸的燃油自行发火燃
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JyCi。应当注意，喷入气缸的燃油并不是立即发火的，而且经过物理化学变化之后才发火，这段时间大约有0. 001-0. 005秒，称为发火延迟期。因此，要在曲轴旋转至上止点前 35-10度的曲轴转角时开始将雾化的燃油喷入气缸，并使曲轴在上止点后5-10度时，在燃烧室内达到最高燃烧压力，迫使活塞向下运动。3.做功行程此时大部分喷入燃烧室内的燃料都燃烧了。燃烧时放出大量的热量，因此气体的压力和温度便急剧升高，活塞在高温高压气体作用下向下运动，并通过曲柄使曲轴转动，对外做功。随着活塞的下行，气缸的容积增大，气体的压力下降，工作行程在活塞行至下止点，排气阀打开时结束。4.排气行程排气行程的功用是把膨胀后的废气排出去，以便充填新鲜空气，为下一个循环的进气作准备。当工作行程活塞运动到下止点附近时，排气阀开起，活塞在曲轴和连杆的带动下，由下止点向上止点运动，并把废气排出气缸外。由上可知，四行程柴油机，在一个工作循环中，只有一个行程做功，其余三个行程都是为做功行程创造条件的辅助行程。在多缸发动机中，所有气缸的做功行程并不同时进行，而是尽可能地有一个均勻的做功间隔。例如6缸发动机，在完成一个工作循环中，曲轴旋转两周即720度，曲轴转角每旋转120度就有一个气缸做功。在上文参见图1和图2示出的示例中，一个轨压波动周期对应于6缸发动机中一个气缸的做功。因而多缸发动机曲轴运转均勻，工作平稳，并可获得足够大的功率。应当注意，基于发动机自身特性的区别，轨压平稳区所对应的曲轴转角范围也不尽相同。通常，当曲轴距上止点前约35-10度附近并且在喷油嘴喷油前后，高压共轨系统中的轨压最高并且相对平稳，此时也即处于前文所述的轨压平稳区。由于轨压平稳区总是伴随着4行程柴油发动机的压缩行程出现的，因而可以设计一种仅对轨压平稳区区间内的轨压进行采样的机制。从柴油发动机的基本原理可知，轨压平稳区仅在每个工作循环中曲轴转角位于特定角度时(例如，压缩行程中曲轴在上止点前35-10度范围内)出现，因而可以采用曲轴转角作为采样轨压信号的触发。在下文中，将参见图3至图11详述根据本发明的实施方式的方法和装置。图3示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角来测量轨压的方法的流程图300。在步骤S302中，将实时测量的实际轨压进行滤波以形成输入轨压。应当注意，可以通过实时压力传感器来获取高压共轨系统中的实时轨压信号，并且采用例如低通滤波器来过滤实时轨压信号中的噪声，以形成输入的待采样的轨压信号。
在步骤S304中，在预定义的曲轴转角间隔对输入轨压进行采样以形成采样信号。 在一个实施方式中，可以基于曲轴转角的中断进行采样。例如，在曲轴每次旋转特定角度 (例如，6度等)时进行采样。由于曲轴包括特定数量的轮齿，还可以在曲轴每次旋转特定数量的轮齿时进行采样。例如，对于6缸柴油机而言，曲轴旋转一周包括3个轨压波动周期，采用以曲轴旋转特定角度时触发采样，则无论曲轴转速如何，在一个波动周期内获得的采样点的数量均相同。具体而言，在曲轴包括60个轮齿的情况下，若在曲轴每次旋转1个轮齿时触发一次采样，则曲轴旋转一周可以获得60个采样点(对应于3个轨压波动周期)；若在曲轴每次旋转2个轮齿时触发一次采样，则曲轴旋转一周可以获得30个采样点(对应于3个轨压波动周期)。应当注意，通常对于包括60个轮齿的曲轴，该曲轴实际上包括“60-2”也即58个轮齿。缺少的两个轮齿可以标识出曲轴每次旋转的开始和结束位置。在其他具体实现中， 缺齿数量包括但不限于2个，而是还可以具有其他数量的缺齿。应当注意，尽管本说明书中采用以具有60个轮齿的曲轴作为示例，在其他备选实施方式中，曲轴还可以包括其他数量的轮齿。只要作为采样间隔的旋转角度是固定的，则每个波动周期内获得采样点数量恒定。在步骤S306中，选择位于高压共轨系统中的轨压平稳区内的采样信号作为轨压的特征采样点。从上文中针对轨压平稳区与曲轴转角位置的关系可知，对于一般柴油发动机而言，高压共轨系统中的轨压平稳区对应于曲轴转角到达上止点前35-10度内的区域。 则可以选择在曲轴转角到达上止点前35-10度内区域中的采样点的数值，作为轨压的特征采样点。此时的特征采样点可以从整体上反映高压共轨系统中对于控制轨压有效的轨压值。通过选择特征采样点的方法，可以快速有效地剔除轨压平稳区以外的“噪声采样点(例如图2中所示的位于轨压波动区中的噪声采样点240和250) ”，从而达到准确测量轨压的目的。继而在步骤S308中，对特征采样点进行滤波以生成轨压的测量值。步骤S306所得的特征采样点已经能够较好地反映轨压平稳区内的轨压值，在步骤S308中的处理可以进一步滤除噪声采样点以便获得更准确的测量值。在一个实施方式中，在预定义的曲轴转角间隔对输入轨压进行采样以形成采样信号包括将曲轴转角信号转换为周期性地触发对输入轨压进行采样的触发信号；响应于触发信号中的各触发点来对输入轨压进行采样。由于曲轴转角对应于特定数量的轮齿，可以采用多种方式将曲轴转角信号转换为轮齿转动的信号，并将曲轴旋转经过特定数量的轮齿作为触发采样的触发信号；或者，还可以直接以曲轴旋转经过特定角度时，触发对轨压进行采样。根据本发明的一个实施方式，触发信号是方波信号。例如，可以在曲轴每次转动一个轮齿(或者旋转经过其他数量的轮齿) 时，触发一次采样。还可以采用例如方波来描述曲轴的转动，例如，将曲轴每次旋转一个轮齿的开始点对应于方波信号的下降沿(或者上升沿)，由此形成连续的方波信号。根据本发明的一个实施方式，可以在方波信号的一个周期内设置至少一个触发点。例如，可以将方波信号的下降沿设置为触发点，也可以将方波信号的上升沿设置为触发点，此时在一个方波周期内，仅进行一次采样。根据本发明的一个实施方式，还可以将方波信号的下降沿和上升沿均设置为触发点，此时在一个方波周期内，则进行两次采样。例如，对于具有60个轮齿的曲轴，若设置方波信号下降沿(或上升沿)为触发点时，曲轴旋转一周可以获得60个采样点；而将方波的下降沿和上升沿均设置为触发点时， 曲轴旋转一周可以获得120个采样点，此时采样间隔更小。根据本发明的一个实施方式，还可以考虑在一个方波周期内设置更多数量的触发点。在一个实施方式中，在方波信号的一个周期内设置至少一个触发点包括在方波信号的周期开始时设置定时器；定时器以预定时间间隔产生中断以生成触发点，直到在方波信号的周期内产生了预定数量的触发点、或者方波信号的周期结束为止。根据一个实施方式，可以选择在一个触发信号周期T期间设置N(N为正整数)个触发点，例如在一个触发信号周期期间，每隔时间ΔΤ进行一次采样，以便增加采样点的数量。应当注意，N和Δ T的数值与触发信号的周期T之间应该满足如下关系Δ TX (N-I)彡 T 公式 1当ΔΤΧ (N-I) > T时，无法满足在一个触发信号周期T内完成N次间隔为ΔΤ的采样。另外应当注意，当ΔΤΧ (N-I) =T时，一个周期的最后一个采样点恰好与紧邻的下一周期的第一个采样点重合。为了便于计算，通常将间隔ΔT设置为大大小于触发信号周期T的数值。现在参见图4来说明如何在作为触发信号的方波周期期间选择多个触发点。图4 示意性示出了根据本发明一个实施方式的、在触发信号的一个周期期间选取多个触发点的方法的流程图400。在步骤S402中，首先判断Ν(Ν为正整数)是否大于等于1，如果N等于 1，则在触发信号的方波的一个周期内仅选择一个触发点。当N大于1时，则表示在触发信号的方波的一个周期内选择多个触发点。在步骤S404中，响应于接收到曲轴转角下降沿，设置计数器值=N-I0继而在步骤S406中，执行采样并且设置计数器的值减1，之后在步骤S408中启动超时时间为ΔΤ的定时器，以便在经过△ T之后触发进行下一次采样。在步骤S410中，判断此时计数器的值是否大于0，如果大于0则操作返回步骤S406以触发下一次采样；否则操作结束。通过图4 所示的流程，可以实现在在触发信号周期期间选取多个触发点的方法。应当注意，图4所示的方法假定N和Δ T的数值与触发信号的周期T之间满足公式1，当未知N、ΔΤ和T的关系是否满足公式1时，还可以设置其他的停止条件，例如，在方波信号的周期内产生了预定数量N个触发点、或者方波信号的周期结束时，停止操作。下面参见图5和图6并对比图2来叙述根据本发明实施方式的方法相对于现有技术的优势。图5示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角进行采样的轨压信号的曲线图500。图5示出了 2个轨压波动周期的轨压信号，其中曲线510对应于曲轴转角信号，而采样点520是在曲轴转过特定转角时获得的多个采样点。从图5中可见，曲轴转角信号510的曲线的周期均勻分布，尽管由多个采样点连接而成的轨压曲线530也存在位于波峰附近的轨压平稳区和波谷附近的轨压波动区，然而该曲线530相对于图2中滤波后的轨压230所示的曲线要平滑得多。图5中的采样点520也即由图3中步骤S304所获得的采样信号，在后续操作中， 还需要选择轨压平稳区内的特征采样点，并将特征采样点滤波得出最终测量结果。现在参考图6详细说明这一过程。图6示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角进
10行采样和滤波的轨压信号的曲线图600。图6示出了 8个轨压波动周期，其中曲线610示出了实际测量的轨压曲线，以“*”表示的多个点620是选择得出的特征采样点，以黑色圆点表示的多个点630是特征采样点的滤波值，而曲线640表示滤波后的轨压曲线。从图6中可见，滤波后的轨压曲线640是一条较为平滑的曲线，其中已经剔除了位于轨压波动区内的噪声采样点。因而，如图6中所示的结果可以更为准确地表示高压共轨系统中的有效轨压。通过对比图2可知，同样的轨压波动经不同的处理方法最后得到的结果有很大的差异，本发明的基于曲轴转角来测量轨压的方法得出的轨压波动明显小于基于时间采样的轨压波动，而且无论转速如何变化均可得到较为理想的滤波结果。这可以为后续的轨压PID控制提供更加精确的输入数据。图7示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角来测量轨压的装置的框图700。如图7所示，该装置包括输入轨压形成器710，用于将实时测量的实际轨压进行滤波以形成输入轨压；采样信号形成器720，用于在预定义的曲轴转角间隔对输入轨压进行采样以形成采样信号；特征采样点选择器730，用于选择位于高压共轨系统的轨压平稳区内的采样信号作为轨压的特征采样点；轨压信号生成器740，用于对特征采样点进行滤波以生成轨压的测量值。并且输入轨压形成器710、采样信号形成器720、特征采样点选择器730和轨压信号生成器740依次连接。根据本发明的一个实施方式，其中采样信号形成器720还可以包括触发信号生成器722，用于将曲轴转角信号转换为周期性地触发对输入轨压进行采样的触发信号；采样器724，用于响应于触发信号中的各触发点来对输入轨压进行采样；以及触发点生成器 726，用于在方波信号的一个周期内设置至少一个触发点。根据本发明的一个实施方式，还可以包括轨压平稳区选择器750，用于选择曲轴转角到达上止点前35-10度内的区域作为高压共轨系统中的轨压平稳区，并且该轨压平稳区选择器750连接至特征采样点选择器730。根据本发明的一个实施方式，其中触发信号是方波信号。根据本发明的一个实施方式，其中触发点是以下中的至少一个方波信号的上升沿、方波信号的下降沿。根据本发明的一个实施方式，其中所示触发点生成器包括启动器，用于在方波信号的周期开始时设置定时器；中断生成器，用于定时器以预定时间间隔产生中断以生成触发点，直到在方波信号的周期内产生了预定数量的触发点、或者方波信号的周期结束为止。图8示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角来测量轨压的装置的具体实现细节800。如图8所示，实时压力传感器802用于实时测量高压共轨系统的实际轨压，第一滤波器804用于将来自实时压力传感器802的实际轨压进行滤波以形成输入轨压806，转换模块814将原始曲轴信号812转换为方波信号816，A/D转换器808接收来自第一滤波器804的输入轨压806，并且接收来自转换模块814的方波信号816作为触发，将基于方波816采样的采样数据输入缓存器810，均值器820将来自缓存器810的数据转换为采样信号，选择器8M基于特定的曲轴转角生成中断，并选择位于高压共轨系统的轨压平稳区内的采样信号作为轨压的特征采样点，并且第二滤波器拟6对来自选择器824的轨压的特征采样点进行滤波，以生成轨压的测量值828。尽管图8中详细示出了一种在高压共轨系统中基于曲轴转角来测量轨压的装置CN 102182574 A
说明书
9/11 页 的具体实现细节，应当注意，该示出仅仅是本发明的一个具体实施方式
，还可以采用其他的设备、装置、模块、组件、电路等来实现本发明的其他实施方式。 在上文中已经详细阐明了如何基于高压共轨系统中的曲轴转角，来更方便准确地获取高压共轨系统中轨压的方法和装置。并且如上文所说明，共轨压力不仅决定了喷油压力的高低，而且是喷油计量的重要参数，其稳定性和过渡响应直接影响发动机启动、怠速、 加速等性能。所以确保精确地对轨压信号进行采样、滤波和控制具有重要意义。现在将说明如何采用基于曲轴转角获得的轨压测量值，来在高压共轨系统中控制轨压的方法和装置。参见图9，该图示意性示出了根据现有技术的一种控制轨压的装置的框图900。在现有技术中，通常采用轨压的PID控制来实现获得与期望轨压相匹配的稳定的实际轨压。为简单起见，在此仅简述PID控制的原理。PID是比例(P)、积分(I)、微分⑶控制算法，但并不是必须同时具备这三种算法，可以只具备其中的一个或者多个算法。比例 (P)、积分⑴、微分⑶控制算法各有作用比例反应系统的基本(当前)偏差e(t)；积分反应系统的累计偏差；微分反映系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-l)。PID算法是一个闭环控制算法，因而在实现时必须在硬件上具有闭环控制，也即形成反馈。例如对于高压共轨系统而言，如果需要控制高压共轨系统中的轨压，就需要设置测量实际轨压的测量装置，并将测量结果反馈到控制路线上。如图9中所示，整个操作流程中，控制信号形成一个回路PID控制器910接收期望轨压(如箭头A所示)和实际轨压(如箭头B所示)，在经过PID控制器910的处理后输出控制量(如箭头C所示)，此时的控制量并非可以由共轨系统930直接处理的信号，而仅仅是与实际输出轨压相关联的一个控制信号；该控制量经过驱动电路920的处理之后， 可以转换为共轨系统930可识别的驱动信号(如箭头D所示)；该驱动信号继而被输入共轨系统930中用于以常规方式驱动共轨系统930以形成实际轨压(如箭头E所示)；由于 PID控制是一种环路控制，实际轨压在经过基于时间的采样装置940进行采样后，采样得出的测量轨压又被输入PID控制器910的输入端进行反馈。然而，如图9所示的PID控制的输入是期望轨压和实际轨压的差值，当基于时间的采样装置940在采样中引入了轨压波动区中不平稳的瞬态不可控的压力波动信息时，会导致原本稳定的轨压产生较大波动，PID控制器就会产生冗余控制，影响轨压控制的精度。根据本发明的一个实施方式，提出了一种在高压共轨系统中控制轨压的方法，该方法采用上文中参见图1至图8描述的在高压共轨系统中基于曲轴转角来测量轨压的方法和装置，测量高压共轨系统中的轨压，并且将获得的测量轨压反馈至PID控制器的输入端， 以便实现对轨压的精确控制。图10示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角获取的轨压测量值而控制轨压的方法的流程图1000。如图10所示，首先要执行基于曲轴转角获取的轨压测量值的步骤(也即，如框图1010所包括的步骤S1002至S1008)，该步骤与上文中参见图3所示步骤类似，在此不再赘述。接着，在步骤S1010至S1012中，基于轨压测量值，生成计算控制高压共轨系统的 PID控制量。如步骤S1010所示，设置高压共轨系统的期望轨压。这里的期望轨压是最终希望在高压共轨系统中获得的最终轨压，而由于高压共轨系统本身状态等原因，在实际工作时需要利用轨压的测量值进行回路控制。在步骤S1012中，基于期望轨压与轨压的测量值
12之间的差值，计算控制高压共轨系统的PID控制量。根据本发明的一个实施方式，如图10中框图1010所示的在高压共轨系统中基于曲轴转角来测量轨压的方法，可以采用上文中所述的基于曲轴转角测量轨压的任意方法来实现，并且本领域技术人员可以基于高压共轨系统的不同特性和状态，来选择和/或组合上述用于基于曲轴转角来测量轨压的方法中的部分和/或全部特征。根据本发明的一个实施方式，该方法还包括将PID控制量用于高压共轨系统，以形成受控的实际轨压；将受控的实际轨压作为实时测量的实际轨压进行反馈形成回路。根据本发明的一个实施方式，其中将PID控制量用于高压共轨系统，以形成受控的实际轨压包括将PID控制量经驱动电路转换为驱动量，用于驱动高压共轨系统以获得受控的实际轨压。根据本发明的一个实施方式，提供了一种在高压共轨系统中控制轨压的装置，包括测量器，用于基于曲轴转角来测量轨压；以及PID控制器，用于基于轨压测量值，生成计算控制高压共轨系统的PID控制量。其中测量器包括输入轨压形成器，用于将实时测量的实际轨压进行滤波以形成输入轨压；采样信号形成器，用于在预定义的曲轴转角间隔对输入轨压进行采样以形成采样信号；特征采样点选择器，用于选择位于高压共轨系统的轨压平稳区内的采样信号作为轨压的特征采样点；轨压信号生成器，用于对特征采样点进行滤波以生成轨压的测量值。其中PID控制器包括设置器，设置高压共轨系统的期望轨压；控制量计算器，用于基于期望轨压与轨压的测量值之间的差值，计算控制高压共轨系统的PID控制量。应当注意，根据本发明的一个实施方式，测量器可以采用上文中所述的在高压共轨系统中基于曲轴转角来测量轨压的任意装置来实现，例如采用参考图7和图8所述的装置来实现。并且本领域技术人员可以基于高压共轨系统的不同特性和状态，来选择和/或组合上述用于基于曲轴转角来测量轨压的装置中的部分和/或全部特征。根据本发明的一个实施方式，PID控制量被输入至高压共轨系统，以形成受控的实际轨压；受控的实际轨压被作为实时测量的实际轨压进行反馈形成回路。根据本发明的一个实施方式，还包括驱动电路，用于将PID控制量转换为驱动量，用于驱动高压共轨系统以获得受控的实际轨压。现在参见图11进一步详述根据本发明的装置的具体实现，图11示意性示出了根据本发明一个实施方式的基于曲轴转角获取的轨压测量值而控制轨压的装置的框图1100。 整个操作流程中，控制信号形成一个回路PID控制器1110接收期望轨压(如箭头A所示) 和实际轨压(如箭头B所示)，在经过PID控制器1110的处理后输出控制量(如箭头C所示)，此时的控制量并非可以由共轨系统1130直接处理的信号而仅仅是与实际输出轨压相关联的一个控制信号；该控制量经过驱动电路1120的处理之后，可以转换为共轨系统1130 可识别的驱动信号(如箭头D所示)；该驱动信号继而被输入共轨系统1130中用于以常规方式驱动共轨系统1130以形成实际轨压(如箭头E所示)；由于PID控制是一种环路控制，实际轨压在经过基于曲轴转角的采样装置1140进行采样后，采样得出的测量轨压又被输入PID控制器1110的输入端进行反馈。由于此时基于曲轴转角的采样装置940在采样中不会引入轨压波动区中的压力波动信息，因而在PID控制器的控制下，经过反馈控制的高压共轨系统可以输出更接近于期望轨压的平稳的轨压，PID控制器产生精确的控制量以便提高轨压控制的精度。应当注意，术语“连接”、“耦合”或其任何变体的意思是两个或更多元件之间直接的或间接的任何连接或耦合，并且可以涵盖“连接”或“耦合”在一起的两个元件之间存在一个或多个中间元件的情况。元件之间的耦合或连接可以是物理的、逻辑的或其组合。如在此使用的，通过使用一个或多个导线、线缆和/或印刷电路连接，以及通过使用电磁能(诸如， 具有作为非限制性但不穷举性示例的无线电频率区域中的、微波区域中的和光(可见和不可见二者)区域中的波长的电磁能)，可以将两个元件视为“连接”或“耦合”在一起。本发明可以采取硬件实施方式、软件实施方式或既包含硬件组件又包含软件组件的实施方式的形式。在优选实施方式中，本发明实现为软件，其包括但不限于固件、驻留软件、微代码等。受益于前述描述和相关联附图中呈现的教导，本发明实施方式领域技术人员可以想到本发明的其他实施方式和很多改进。因此，应当理解，本发明的实施方式并不限于公开的特定实施方式，并且修改和其他实施方式意在包括到所附权利要求的范围内。而且，尽管上文描述和关联服务在元素和/或功能的某些示例性组合的上下文中描述了示例性实施方式，但是应当理解，在不脱离所附权利要求范围的前提下，备选实施方式可以提供元素和 /或功能的不同组合。就这一点，例如，能够想到上文显式描述的元素和/或功能的不同组合，并且记载在所附权利要求的某些中。尽管在此使用了特定术语，但是仅在通用描述方面使用这些术语，而不是用于限制。
权利要求
1.一种在高压共轨系统中控制轨压方法，包括 -基于曲轴转角获取的轨压测量值，包括 将实时测量的实际轨压进行滤波以形成输入轨压；在预定义的曲轴转角间隔对所述输入轨压进行采样以形成采样信号； 选择位于所述高压共轨系统的轨压平稳区内的所述采样信号作为所述轨压的特征采样点；对所述特征采样点进行滤波以生成所述轨压的测量值； -基于所述轨压测量值，生成计算控制所述高压共轨系统的PID控制量 设置所述高压共轨系统的期望轨压；基于所述期望轨压与所述轨压的测量值之间的差值，计算控制所述高压共轨系统的 PID控制量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述高压共轨系统中的轨压平稳区对应于所述曲轴转角到达上止点前35-10度内的区域。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在预定义的曲轴转角间隔对所述输入轨压进行采样以形成采样信号包括将曲轴转角信号转换为周期性地触发对所述输入轨压进行采样的触发信号； 响应于所述触发信号中的各触发点来对所述输入轨压进行采样。
4.根据权利要求2所述的方法，其中在预定义的曲轴转角间隔对所述输入轨压进行采样以形成采样信号包括将曲轴转角信号转换为周期性地触发对所述输入轨压进行采样的触发信号； 响应于所述触发信号中的各触发点来对所述输入轨压进行采样。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述触发信号是方波信号。
6.根据权利要求5所述的方法，在所述方波信号的一个周期内设置至少一个触发点。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述触发点是以下中的至少一个所述方波信号的上升沿、所述方波信号的下降沿。
8.根据权利要求6所述的方法，其中在所述方波信号的一个周期内设置至少一个触发点包括在所述方波信号的所述周期开始时设置定时器；所述定时器以预定时间间隔产生中断以生成触发点，直到在所述方波信号的所述周期内产生了预定数量的触发点、或者所述方波信号的所述周期结束为止。
9.根据权利要求1至8所述的方法，还包括将所述PID控制量用于所述高压共轨系统，以形成受控的实际轨压； 将所述受控的实际轨压作为所述实时测量的实际轨压进行反馈形成回路。
10.根据权利要求9所述的方法，其中将所述PID控制量用于所述高压共轨系统，以形成受控的实际轨压包括将所述PID控制量经驱动电路转换为驱动量，用于驱动所述高压共轨系统以获得受控的实际轨压。
11.一种在高压共轨系统中控制轨压的装置，包括 -测量器，用于基于曲轴转角来测量轨压，包括输入轨压形成器，用于将实时测量的实际轨压进行滤波以形成输入轨压； 采样信号形成器，用于在预定义的曲轴转角间隔对所述输入轨压进行采样以形成采样信号；特征采样点选择器，用于选择位于所述高压共轨系统的轨压平稳区内的所述采样信号作为所述轨压的特征采样点；轨压信号生成器，用于对所述特征采样点进行滤波以生成所述轨压的测量值； -PID控制器，用于基于所述轨压测量值，生成计算控制所述高压共轨系统的PID控制量，包括设置器，设置所述高压共轨系统的期望轨压；控制量计算器，用于基于所述期望轨压与所述轨压的测量值之间的差值，计算控制所述高压共轨系统的PID控制量。
12.根据权利要求11所述的装置，还包括轨压平稳区选择器，用于选择所述曲轴转角到达上止点前35-10度内的区域作为所述高压共轨系统中的轨压平稳区。
13.根据权利要求11所述的装置，其中所述采样信号形成器包括触发信号生成器，用于将曲轴转角信号转换为周期性地触发对所述输入轨压进行采样的触发信号；采样器，用于响应于所述触发信号中的各触发点来对所述输入轨压进行采样。
14.根据权利要求12所述的装置，其中所述采样信号形成器包括触发信号生成器，用于将曲轴转角信号转换为周期性地触发对所述输入轨压进行采样的触发信号；采样器，用于响应于所述触发信号中的各触发点来对所述输入轨压进行采样。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述触发信号是方波信号。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述采样信号形成器还包括 触发点生成器，用于在所述方波信号的一个周期内设置至少一个触发点。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述触发点是以下中的至少一个所述方波信号的上升沿、所述方波信号的下降沿。
18.根据权利要求16所述的装置，其中所述触发点生成器包括 启动器，用于在所述方波信号的所述周期开始时设置定时器；中断生成器，用于所述定时器以预定时间间隔产生中断以生成触发点，直到在所述方波信号的所述周期内产生了预定数量的触发点、或者所述方波信号的所述周期结束为止。
19.根据权利要求11至18所述的装置，其中所述PID控制量被输入至所述高压共轨系统，以形成受控的实际轨压； 所述受控的实际轨压被作为所述实时测量的实际轨压进行反馈形成回路。
20.根据权利要求19所述的装置，还包括驱动电路，用于将所述PID控制量转换为驱动量，用于驱动所述高压共轨系统以获得受控的实际轨压。
全文摘要
本发明涉及一种在高压共轨系统中控制轨压的方法和装置。该方法，包括-基于曲轴转角获取的轨压测量值，包括将实时测量的实际轨压进行滤波以形成输入轨压；在预定义的曲轴转角间隔对输入轨压进行采样以形成采样信号；选择位于高压共轨系统的轨压平稳区内的采样信号作为轨压的特征采样点；对特征采样点进行滤波以生成轨压的测量值；-基于轨压测量值，对高压共轨系统中的轨压进行PID控制设置高压共轨系统的期望轨压；基于期望轨压与轨压的测量值之间的差值，计算PID控制量；基于PID控制量控制高压共轨系统，以获得受控的实际轨压。本发明还涉及与方法相应的装置。
文档编号F02D41/14GK102182574SQ20111003549
公开日2011年9月14日 申请日期2011年2月1日 优先权日2011年2月1日
发明者刘兴义, 李大明, 桑海浪, 王秀雷, 聂文平 申请人:潍柴动力股份有限公司