用于确定通过阀的流率的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于确定通过借助于脉冲宽度调制控制信号（C）所控制的开关阀（1）的流率（Q）的方法，所述脉冲宽度调制控制信号包括所述控制信号的更新周期（c）和控制循环（D），其特征在于：所述控制信号的更新周期（c）是所述控制循环（D）的除数，所述确定方法包括确定周期（d），所述确定周期（d）短于或等于控制信号（C）的更新周期（d）并且与控制信号（C）同步，所述确定周期（d）是确定通过所述开关阀（1）的所述流率（Q）的刷新周期。
【专利说明】
用于确定通过阀的流率的方法
技术领域
[0001]本发明涉及通过脉冲宽度调制信号来控制开关阀。更确切地，本发明涉及一种用于确定通过此类阀的流率(deb i t)的方法。【背景技术】
[0002]存在一种已知的方法，即使用脉冲宽度调制信号来按比例控制开关阀。此类阀通常返回到默认位置，例如，关闭位置，并且能够借助于控制信号被致动到另一个位置，例如， 打开位置。
[0003]需要对通过此类阀的流率有精确的认识。
[0004]存在一种已知的方法，即通过计算对于每个控制循环的流率值来估计通过由脉冲宽度调制控制信号所致动的开关阀的流率。还存在已知的文献US 2003/0005916 A1，其提出在每两个控制循环中计算流率值一次。然而，此瞬时分辨力对于一些应用似乎是不够的， 例如，控制燃料蒸气过滤器的排放阀。
【发明内容】
[0005]因此，本发明提出改进前述范例，并根据短于或等于控制周期的确定周期来计算流率值，所述确定周期是控制周期的除数。
[0006]本发明涉及一种用于确定通过借助于脉冲宽度调制控制信号所控制的开关阀的流率的方法，所述脉冲宽度调制控制信号包括更新控制信号的周期和控制循环，其特征在于:所述控制信号更新周期是所述控制循环的除数，所述确定方法包括确定周期，所述确定周期短于或等于控制信号更新周期并且与控制信号同步，所述确定周期是刷新对通过所述开关阀的所述流率的确定的周期。
[0007]根据另外的特征，所述方法包括以下步骤:-确定阀的位置，-确定通过阀的单元流率，以及 -通过单元流率在确定周期上的积分来估计流率。
[0008]根据另外的特征，根据确定周期的除数周期来执行确定位置和确定单元流率的步骤。
[0009]根据另外的特征，如果控制信号处于激活状态的时间超过打开反应时间，则将阀的位置视为打开，并且如果控制信号处于非激活状态的时间超过关闭反应时间，则将阀的位置视为关闭。
[0010]根据另外的特征，打开反应时间和/或关闭反应时间是温度、阀的上游侧与下游侧之间的压差和控制信号的最大振幅的函数。
[0011]根据另外的特征，如果阀的位置是打开的，则将单元流率视为等于最大流率，并且如果阀的位置是关闭的，则将单元流率视为等于零流率。
[0012]根据另外的特征，如果阀的位置已打开的时间超过起动时间，则将单元流率视为等于最大流率，并且所述单元流率包括在阀打开时的零流率与在阀打开后的起动时间之后所达到的最大流率之间的一阶起动瞬变过程，所述起动时间是阀的上游侧与下游侧之间的压差的函数。
[0013]根据另外的特征，如果阀位置已关闭的时间超过结束时间，则将单元流率视为等于零流率，并且所述单元流率包括在阀关闭时的最大流率与在阀关闭后的结束时间之后所达到的零流率之间的一阶结束瞬变过程，所述结束时间是阀的上游侧与下游侧之间的压差的函数。
[0014]根据另外的特征，最大流率是温度和阀的上游侧与下游侧之间的压差的函数。
[0015]根据另外的特征，将所述方法应用于燃料蒸气过滤器的排放阀。
[0016]本发明还涉及实施所述方法的装置。
[0017]本发明还涉及包括此装置的车辆。【附图说明】
[0018]本发明的其它特性、细节和优点将参考附图从下文仅以示例的方式所提供的详细描述更完全地显现，在附图中:-图1是阀处于其环境中的示意性图示，-图2示出脉冲波调制信号的原理，-图3示出工作循环的概念，-图4是进气回路和过滤器排放阀的示意性图示，-图5是根据现有技术的控制信号、所产生流率及其模型的对比时间曲线，-图6是根据本发明的控制信号、所产生流率及其模型的对比时间曲线，-图7示出由本发明所使用的各种模型。【具体实施方式】
[0019]图1示出本发明的典型环境。阀1定位在上游管线4与下游管线5之间。因此，只要上游侧4与下游侧5之间存在一些压差31，则其使得能够根据其打开或关闭位置在两个管线4与 5之间引导流体转移。阀1是开关阀。在控制信号不存在的情况下，其通常被返回到静止位置，例如，关闭位置。控制信号能够引起阀1的位置改变到相反位置，例如，打开位置。[0〇2〇] 处理单元3能够执行计算和处理，并且能够(例如)通过控制信号来选择性地控制阀1至其打开位置或者(例如)因控制信号不存在至其关闭位置F的运动。
[0021]所述处理单元3还接收从压力传感器231发送的指示压差31的测量值731和从温度传感器20发送的指示温度0的测量值70。
[0022]虽然阀1为开-关类型，但有可能使用脉冲宽度调制(英文为PWM)控制信号(6, C) 以已知的方式来提供比例控制。P丽信号(6, C)是二进制信号。原理是调制P丽信号(6, C) 处于高状态Cmax期间的时间间隔。因此，提供了时间比例性，以便模拟振幅比例性。[〇〇23]这在图2中示出，其包括呈时间T的函数的三条信号曲线。上部曲线S1是待施加的信号，在这种情况下为阶跃。中间曲线S2是相对应的PWM信号。下部曲线S3是如由负荷所接收的信号，其提供关于PWM信号S2的时间的积分，且大致再现信号S1。
[0024]用于特征化HVM信号的一个重要的量是占空比R，更确切地示于图3中。HVM控制信号通常在时间间隔或循环D内是离散化的。将每个循环的占空比R限定为信号处于高状态期间的时间L与循环D的总时间的比值:R = 100*L/D。此比值乘上100以表示为百分数。图3从上到下示出四条曲线Cl - C4,其为时间T的函数，且分别具有以下占空比R:C1，10%;C2， 30%; C3，50%;以及C4，90%。
[0025]本发明的一个特别应用涉及用于机动车辆的燃料蒸气过滤器的排放阀。如图4(其描绘机动车辆发动机16的燃料供应系统的局部图)中所示，蒸气过滤器11(也称为滤筒 (canister) 11)与燃料箱10相关联。过滤器11通过管线12连接到箱10,所述管线用于收集和存储过多的燃料蒸气。
[0026]标称燃料进气回路由进气阀15所表示，所述进气阀15通过向其供应燃料的管线13 连接到箱10,并通过能够用来将燃料注入至发动机16中的进气管线或歧管14连接到发动机 16。为了简单性起见，未示出添加空气并使其与燃料混合的部件。[〇〇27]过滤器11需要排气，使得其能够进行清洁。为此目的，提供额外管线4、5,所述管线将过滤器11连接到进气歧管14。因此，能够由进气系统使用存储在过滤器11中的燃料蒸气。 阀1能够用来控制过滤器11到进气歧管14中的排气，并且当所述排放阀1打开时将来自过滤器11的燃料蒸气注入至发动机16中。[〇〇28]处理单元3监控发动机并控制进气以及过滤器11的操作。为此目的，处理单元3借助于控制信号来至少控制进气阀15,并借助于另一个控制信号(6, C)来控制排放阀1。以常规方式，压力传感器加被放置在进气歧管14中，并将压力信号作供应给处理单元3。温度传感器20也被放置在进气歧管14中，并将温度信号70供应到处理单元3。未示出的其它传感器 (例如，富燃料传感器)也可有利地与处理单元3建立接口。
[0029]如果以此方式控制排放阀1以便使过滤器11排气，则从过滤器11朝进气歧管14注入燃料蒸气。为使得发动机控制能够有效地控制所准许的燃料量，应通知准确的蒸气量，使得这个量能够从标称回路13、15所准许的量减去这个量。为此目的，提供对通过排放阀1的流率Q的估计可以是有用的。
[0030]参考图5,详细示出了控制信号C的循环D。以示例的方式，循环D的持续时间可以是大约100 ms。在作为时间T的函数的同一图上示出关于控制信号C的实际获得的流率Qr。能够看到，所述流率Qr在阀1的上升/打开与下降/关闭两者期间有延迟地大致再现控制信号 C。为避免使对不同延迟时间的确定复杂化，迄今已使用简单化模型，估计流率Q被假设为在循环D内恒定。因此，如图5中所示，估计流率Q等于在所述循环D内的平均值Qmoy。这个平均值Qmoy是占空比R的递增函数。大致上，在阀1处于打开位置中的情况下，能够将Qmoy视为等于R.Qmax(其中Qmax是最大流率，也就是说在稳定状态下通过的流率)。因此，对于图1中所示的示例而言(其中占空比R = 20%)，确定流率Q等于流率Qmax的20%。
[0031]这个简单化模型忽略在循环D期间流率Q的变化。这在一些应用中是不利的。因此， 在应用到燃料蒸气过滤器11的排放阀1的示例中，在比循环D小10到100倍的周期上操作的富集度校正器持续地使用有时被高估且有时被低估的流率Q。这在对所准许进入的空气或燃料的流率的调整过程中产生了振荡，在某些情况下，特别是在减速期间，所述振荡甚至会导致发动机熄火。
[0032]本发明的一个目标是提出基于短得多的确定的刷新周期d来估计流率Q，所述刷新周期通常短于更新控制信号C的周期c，或控制周期c;也就是说，在图5的示例中，基于短于循环D的十分之一的周期c。以示例的方式，时期c的持续时间为10 ms。
[0033]控制信号C是脉冲宽度调变信号。这个信号具有两种状态，即高状态Cmax和低状态 Cmin。高状态被假设为对应于用于打开阀1的控制信号，而低状态被假设为对应于不存在控制信号，于是阀1返回到关闭状态。在这种情况下，将循环D分成10个控制周期c。在周期c内， 控制信号C保持Cmax或Cmin的相同值。这个值可以是这些周期c中的两者之间改变。在所图示的示例中，控制信号C在前两个周期c期间处于高状态Cmax，且在其它八个周期c期间处于低状态Cmin，也就是说其遵循20%的占空比。
[0034]这个控制信号C引起阀1打开，然后关闭。由于在阀1的上游侧4与下游侧5之间存在压差I所以此打开产生流率Qr。在图5和图6中，点曲线Qr描绘所获得的实际流率。
[0035]图5示出现有技术模型，其中流率Q被视为恒定，等于在循环D的持续时间内的平均流率Qmoy。
[0036]图6示出本发明的更详细模型，其中估计对于每个确定循环d的流率Q。
[0037]根据本发明的一个重要特性，此确定周期d被设定为比循环D的持续时间短得多， 且至少短于或等于控制信号C的更新周期c。确定周期d有利地与控制信号C同步。因此，例如，控制信号C的上升沿通常与周期d—致。
[0038]根据有利的实施例，确定周期d等于操作信号的更新周期c且叠加于其上。根据另一个实施例，流率Q的确定周期d是周期c的约数。
[0039]瞬时分辨力的此增加使得有可能获得流率Q的模型，所述模型更加忠实于实际的真实的流率Qr。
[0040]根据本发明的用于确定流率Q从而使得能够实现此分辨力特性的方法能够分为许多步骤。
[0041]首先，确定阀1的位置a。基于这个位置，接着确定通过阀1的单元流率q。最后，执行估计流率Q的步骤，该步骤使单元流率q在确定周期d内进行积分/平均。
[0042]为尽可能紧密地接近建模过程的真实情况，需要相对于确定周期d进行过采样。另夕卜，根据本发明的特性，有利地根据周期e来执行确定位置a和确定单元流率q的步骤，所述周期e是确定周期d的除数。如图7中所示，周期e在这种情况下是将确定周期d除以因子9。
[0043]现将参考图7来更充分地描述本发明的实施例。
[0044]图7在呈时间T的函数的图中从上至下示出四条曲线。[〇〇45]第一曲线描绘控制信号C。第二曲线描绘由这个控制信号C产生的阀1的位置a。第三曲线示出流率和计算单元流率q的模式。第四曲线示出在每个确定周期d上的估计流率Q。
[0046] 通过与图5和图6进行比较，在图7中已应用了水平缩放，以主要示出循环D的第一部分，其中控制信号C处于高/激活状态Cmax。[〇〇47]控制信号C在三个连续时期c期间处于激活状态Cmax，且在循环D的所有其它时期期间处于非激活/低状态Cmin。控制信号C在时刻七改变到激活状态Cmax，且在时刻t4改变到非激活状态Cmin。
[0048]所述方法的第一步骤是确定阀1的位置a。阀1是开关阀，且其位置a仅能够具有两个值:打开〇和关闭F。用来确定这个位置a的模型假设阀1的位置a有延迟地遵循控制信号C。 因此，第一延迟或打开反应时间Tro介于在控制信号C改变到激活状态Cmax时的时刻七与在阀1从关闭位置F改变到打开位置0时的时刻〖2之间。类似地，第二延迟或关闭反应时间Trf介于在控制信号C改变到激活状态Cmin时的时刻t4与在阀1从打开位置0改变到关闭位置F 时的时刻^之间。因此，这个模型能够用来确定阀1的位置a。如果控制信号C处于激活状态 Cmax的时间长于打开反应时间Tro,则阀1呈打开0,且如果控制信号C处于非激活状态Cmin 的时间长于关闭反应时间Trf，则阀1呈关闭F。[〇〇49]当已确定两个延迟Tro和Trf时，用于确定阀1的位置a的模型是完整的。[〇〇5〇]根据第一近似实施例，打开反应时间Tro和/或关闭反应时间Trf被视为恒定的。以示例的方式，打开反应时间Tro能够假设为等于在4-10 ms之间的值。类似地，一般更短的关闭反应时间Trf能够假设为等于在2-4 ms之间的值。
[0051]根据另一个更精确的实施例，通过至少一个环境变量的函数来确定打开反应时间 Tro和/或关闭反应时间Trf。被考虑用于本发明目的的环境变量包括温度0、阀1的上游侧4 与下游侧5之间的压差Jr和控制信号C的最大振幅Cmax。[〇〇52] 温度0是阀1附近的流体的温度。其可(例如)由温度传感器20进行测量。
[0053]压差31是阀1的上游侧4与下游侧5之间的压力差值。其可(例如)由分别定位在阀的上游5与下游5之间的两个压力传感器或由定位在下游5(如果上游压力大致恒定)的单个压力传感器2jt进行测量。[〇〇54]阀1的控制信号C的最大振幅Cmax指示可用功率。因此，在机动车辆中，这个振幅 Cmax通常与电池电压相关。
[0055] 这些环境变量31、0、Cmax中的每一者是通过所述方法、通过测量或通过估计来确定的。[〇〇56] 接着能够通过这三个环境变量3T、0、Cmax中的至少一者的第一函数F1来确定打开反应时间Tro。接着能够通过这三个环境变量31、0、Cmax中的至少一者的第二函数F2来确定关闭反应时间TrfJro = FI (Jr, 9，Cmax)且Trf = F2 (Jr, 9，Cmax)。[〇〇57]用于确定两个反应时间Tro、Trf的函数FI和F2通常经预先确定，并(例如)制成表或以任何其它形式存储在处理单元3中。这些函数F1、F2能够(例如)借助于阀1的理论模型来确定。然而，对于难以建模的反应时间Tro、Trf而言，有利地使用代表所用阀的标称阀1在测试台上确定这些函数F1、F2。
[0058]当已按这种方式确定了阀1的位置a时，则能够执行确定单元流率p的第二步骤。将流率模型用于这个目的。[〇〇59]根据第一实施例，简化流率模型，且假设只要阀1呈打开0,则建立最大流率Qmax， 以及只要阀1呈关闭F，则流率变成最小流率Qmin/零。
[0060]如果阀1完全关闭在关闭位置F中，则流率Qmin被假设为零。这个假设适用于说明书的其它部分。
[0061]根据这个简化的模型(对应于以点线示出的矩形曲线q’)，在当阀1呈打开0时的任何周期e内，单元流率q ’等于最大流率Qmax，且在当阀1呈关闭F时的任何周期e内等于最小流率Qmin及因此为零流率。
[0062]根据另一个实施例，流率模型被改善，因为在阀1打开之后其包括在最小流率Qmin 与最大流率Qmax之间的起动瞬变过程，其中逐步地建立流率。这个瞬变过程提供了逐步的转变，并可由1阶模型来提供，所述1阶模型在当阀1打开时具有最小/零流率Qmin的时刻t2 起动，且在具有最大流率Qmax的时刻t3终止，所述时刻t3比时刻t2晚起动时间Td。确定1阶模型的时间常数，使得起动瞬变过程符合给定的起动时间Td。[〇〇63]根据另一个实施例，其是前述实施例的替代或补充，以类似方式针对阀1的关闭来改善流率模型，因为其包括在最大流率Qmax与最小流率Qmin之间的结束瞬变过程，其中流率逐步减小。这个瞬变过程提供了逐步的转变，并可由1阶模型来提供，所述1阶模型在当阀 1关闭时具有最大流率Qmax的时刻t5起动，且在具有最小/零流率Qmin的时刻t6终止，所述时刻t6比时刻t5晚结束时间Tf。确定1阶模型的时间常数，使得起动瞬变过程符合给定的结束时间Tf。
[0064]根据第一实施例，起动时间Td和/或结束时间Tf可假设为恒定的。以示例的方式， 起动时间Td可假设为等于在4-20 ms之间的值。类似地，通常更短的结束时间Tf能够假设为等于在2-8 ms之间的值。
[0065]根据另一个更加改善的实施例，起动时间Td和/或结束时间Tf是阀1的上游侧与下游侧之间的压差:^的函数。[〇〇66]可接着通过环境变量JT的第一函数F3来确定起动时间Td。可接着通过环境变量JT的第二函数F4来确定结束时间TfJd = F3 (JT)且Tf = F4 (31)。
[0067]用于确定两个时间Td、Tf的函数F3和F4通常经预先确定，并(例如)制成表或以任何其它形式存储在处理单元3中。所述函数F3、F4能够(例如)借助于阀1的理论模型来确定。 可替代地，可使用代表所用阀的标称阀1在测试台上确定所述函数F3、F4。[〇〇68]上述各种实施例使用最大流率Qmax。这个最大流率Qmax可假设为恒定的。然而，有利的模型确定最大流率Qmax，所述最大流率Qmax是温度0以及阀1的上游侧4与下游侧5之间的压差n的函数。
[0069]因此，函数F5能够用来确定最大流率Qmax，其中Qmax = F5 (0，3i)。
[0070]用于确定最大流率Qmax的函数F5通常经预先确定，并(例如)制成表或以任何其它形式存储在处理单元3中。所述函数F5能够(例如)借助于阀1的理论模型来确定。所述函数 F5也可借助于由阀1的制造商所产生的图表来限定。替代地，可使用代表所用阀的标称阀1 在测试台上确定函数F5。[〇〇71]如上文所陈述，所述方法使用控制信号C，特别是为了知道状态发生变化的时刻七和t4。控制信号C由计算机产生，且因此能够经由接口传输到处理单元3。根据一个实施例， 所述计算机与处理单元3组合，并且所述接口是内部的。
[0072]当已根据所接受的流率模型确定了每个计算周期e的单元流率q时，最后一步实施单元流率在流率的每个确定周期d上的积分。这使得能获得所期望的结果，即具有周期为d 的瞬时分辨力的估计流率Q。这由图7的第四曲线Q所图示出。
【主权项】
1.一种用于确定通过借助于脉冲宽度调制控制信号(C)所控制的开关阀(1)的流率(Q) 的方法，所述脉冲宽度调制控制信号包括所述控制信号的更新周期(c)和控制循环(D)，其 特征在于:所述控制信号的更新周期(c)是所述控制循环(D)的除数，所述确定方法包括确 定周期(d)，所述确定周期(d)短于或等于所述控制信号(C)的所述更新周期(c)并且与所述 控制信号(C)同步，所述确定周期(d)是确定通过所述开关阀(1)的所述流率(Q)的刷新周 期。2.根据权利要求1所述的方法，其包括以下步骤:-确定所述阀(1)的位置(a)，-确定通过所述阀(1)的单元流率(q)，以及-通过所述单元流率(q )在确定周期(d )上的积分来估计所述流率(Q )。3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据呈所述确定周期(d)的除数的周期(e)来执行 确定位置(a )和确定单元流率(q )的步骤。4.根据权利要求2和3中的任一项所述的方法，其中，如果所述控制信号(C)处于所述激 活状态(Cmax)的时间长于打开反应时间(Tro)，则将所述阀(1)的位置(a)确定为打开(〇)， 并且如果所述控制信号(C)处于所述非激活状态(Cmin)的时间长于关闭反应时间(Trf)，则 所述阀(1)的位置(a)为关闭(F)。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述打开反应时间(Tro)和/或所述关闭反应时间 (Trf)是温度(0)、所述阀(1)的上游侧(4)与下游侧(5)之间的压差(JT)和所述控制信号(C) 的最大振幅(Cmax)的函数。6.根据权利要求2到5中的任一项所述的方法，其中，如果所述阀(1)的所述位置(a)呈 打开(〇)，则将所述单元流率(q)确定为等于最大流率(Qmax)，并且如果所述阀(1)的所述位 置(c〇呈关闭(F)，则将所述单元流率(q)确定为等于零流率。7.根据权利要求2到5中的任一项所述的方法，其中，如果所述阀(1)的所述位置(a)已 打开(〇)的时间超过起动时间(Td)，则将所述单元流率(q)视为等于最大流率(Qmax)，并且 所述单元流率包括在所述阀(1)打开时的所述零流率与在所述阀(1)打开后的起动时间 (Td)之后所达到的所述最大流率(Qmax)之间的一阶起动瞬变过程，所述起动时间(Td)是所 述阀(1)的上游侧与下游侧之间的压差(Jr)的函数。8.根据权利要求2到5或7中的任一项所述的方法，其中，如果所述阀(1)的所述位置(a) 已关闭(F)的时间超过结束时间(Tf)，则将所述单元流率(q)视为等于零流率，并且所述单 元流率包括在所述阀(1)关闭时的所述最大流率(Qmax)与在所述阀(1)关闭后的结束时间 (Tf)之后所达到的所述零流率之间的一阶结束瞬变过程，所述结束时间(Tf)是所述阀(1) 的上游侧与下游侧之间的压差(Jr)的函数。9.根据权利要求6到8中的任一项所述的方法，其中，所述最大流率(Qmax)是温度(0)以 及所述阀(1)的上游侧与下游侧之间的压差U)的函数。10.根据权利要求1到9中的任一项所述的方法，其被应用到燃料蒸气过滤器(11)的排 放阀(1)。11.一种装置，其实施根据权利要求1到10中的任一项所述的方法。12.—种车辆，其包括根据权利要求11所述的装置。
【文档编号】F02D41/00GK106030256SQ201580010910
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年2月19日
【发明人】T.科莱
【申请人】法国大陆汽车公司, 大陆汽车有限公司