专利名称：一种外部电动egr电流过载保护系统及其控制方法
技术领域：
本发明属于电控发动机控制系统领域，具体是指一种外部电动EGR电流过载保护系统及其控制方法。
背景技术：
目前，面对环境恶化的压力以及强制性排放法规的不断升级，排放物的限值也在不断降低。为了有效的减少排放物，柴油机采用了多种排气后处理技术。EGR(Exhaust GasRecirculation,废气再循环技术)就是其中的一种。在EGR技术中，为了降低发动机Nox的排放，EGR系统会向新鲜空气中掺入燃烧后的废气。由于NOx的生成条件是高温富氧，因此采用EGR系统可从以下两方面抑制Nox的生成。一方面，废气的引入使混合气热容量增大，造成相同量的混合气升高同样温度所需热量增多，从而降低了最高燃烧温度；另一方面，废气对新鲜空气的稀释也相应降低了氧的浓度。现阶段EGR系统根据动力源可主要分为两类，一类是以真空气源为动力的气动EGR，另一类则是以电机为动力的电动EGR。相对气动EGR,电动EGR具有更快的响应速度，可获得更好的瞬态控制效果。也正因为该原因才使得电动EGR获得越来越广泛的应用。传统外部EGR系统的结构不意图如图1所不,其原理是:废气从排气管通过EGR系统进入进气管，再通过调整EGR系统的阀座升程来改变气流通道的截面积，进而控制从排气管进入进气管的废气流量。为使发动机在各种工况下都达到最佳性能，EGR系统的阀座位置需要实时调节。其控制目标则是由发动机管理系统提供，既可以采用以新鲜空气进气流量为控制目标的实时闭环控制，也可采用根据发动机状态确定的开环控制。但无论采用何种控制，对于EGR系统的位置控制系统而言，输入的都是阀座的目标位置，输出都是驱动电机的驱动信号，而该驱动信号大多米用PWM (脉宽调制)信号。现有电动EGR位置控制算法多采用PID闭环控制，即以目标位置为输入，再根据EGR传感器实测的阀座位置计算得到位置误差，采用PID算法计算得到PWM驱动占空比。该算法可满足对EGR位置控制的基本需求。控制算法中除应考虑位置控制这一基本功能外，还应具有防机械冲击、防电流过载等保护功能。防机械冲击功能的基本原理在于在阀座落座时应限制其速度，避免快速落座，因为阀座落座时速度过快可能会导致阀座损坏，进而破坏阀座的密封性。防电流过载功能的基本原理在于应限制驱动电流的峰值，因为过高的驱动电流产生的热量将导致驱动电机温度过高,并使驱动电机损坏,丧失正常功能。现有防电流过载功能硬件上主要依靠电流传感器检测实际驱动电流，再根据软件算法实现过载保护。现阶段常用的电流过载保护算法可主要分为两类，第一类是采用唯一且较低的单驱动电流限制峰值保护算法，实际使用的驱动电流必须始终低于该限制峰值。由于采用了较低的驱动电流限制峰值，因此第一类电流过载保护算法的优点是发热量较小、安全性较高，其缺点是驱动响应能力较差，无法产生较大的驱动力，从而使EGR系统的阀座无法实现快速位置调节。第二类是采用动态的双阶段驱动电流限制峰值保护算法，该算法中有两个不同的驱动电流限制峰值及对应的有效时间，高驱动峰值对应高有效时间，低电流峰值对应低有效时间。在该算法中，实际驱动电流可超过高限制峰值，但是一旦持续时间超过高有效时间，则应当立刻采用低限制峰值对驱动电流进行限幅，且该低限制峰值将在低有效时间内持续有效。当低限制峰值对应的低有效时间结束后，高限制峰值将再次被采用，并重新根据实际驱动电流是否超过高限制峰值进行计时。综上所述，该动态的双阶段驱动电流限制峰值保护算法与单驱动电流峰值保护算法相比，其优点是允许驱动电流短时间内达到较高值，从而使驱动电机在瞬态过程可短时间提供更大的驱动力矩；其缺点是低限制峰值持续时间必须为低有效时间，且该低有效时间的时长较长，而这一限制条件完全限制了驱动电机受低限制峰值限制时的驱动能力。
发明内容
本发明的目的在于克服目前EGR系统设计不合理，以及采用双阶段驱动电流限制峰值保护算法或单驱动电流峰值保护算法时所存在的驱动响应能力较差、无法产生较大驱动力以及低有效时间的时长较长的缺陷，提供一种设计合理，能有效克服以上缺陷的外部电动EGR电流过载保护系统。本发明的另一目的是提供上述外部电动EGR电流过载保护系统的控制方法。本发明的目的通过下述技术方案实现:一种外部电动EGR电流过载保护系统，主要由内部设置有EGR位置控制模块的EGR系统，与EGR位置控制模块相连接的电流过载保护控制模块，以及与电流过载保护控制模块相连接的EGR驱动电路组成，所述的EGR位置控制模块则与发动机管理模块相连接。为了较好的实现本发明，所述EGR系统有阀座调节系统，用于实时监测阀座实际开合度的阀座位置传感器，以及与阀座调节系统相连接并用于调节阀座升程的驱动电机构成；所述的EGR位置控制模块则与阀座调节系统相连接。所述电流过载保护控制模块内置至少包括有控制PWM占空比高限制峰值、低限制峰值、升温阈值、降温阈值、最长升温时间、热负荷系数、热负荷时间及控制占空比限制值，且该控制PWM占空比高限制峰值取值范围为15% 100%、低限制峰值取值范围为5% 50%、升温阈值取值范围为10% 80%、降温阈值取值范围为5% 60%、最长升温时间取值范围为
0.5s 20s、最长降温时间取值范围为5s 30s。为了确保本发明能达到最佳的使用效果，上述的控制PWM占空比高限制峰值取值为30%、低限制峰值取值为15%、升温阈值取值为25%、降温阈值取值为10%、最长升温时间取值为5s、最长降温时间取值为20s。一种外部电动EGR电流过载保护系统的控制方法，主要包括以下步骤:(I)根据PWM占空比实时计算和更新热负荷系数；(2)根据所获得的热负荷系数更新控制占空比限制值；(3)判定当前控制占空比与控制占空比限制值的关系，并根据其结果实时更新PWM占空比。进一步地，步骤(I)所述的“根据PWM占空比实时计算和更新热负荷系数”具体是指:当前PWM占空比IIS升温阈值时，首先按照“热负荷时间=当前热负荷系数X最长升温时间”来计算热负荷时间；其次，再判定是否该热负荷时间〈最长升温时间？若该热负荷时间〈最长升温时间，则对热负荷时间累加，得到累加后的热负荷时间，并根据“热负荷系数=累加后的热负荷时间/最长升温时间”计算得出最终的热负荷系数；若该热负荷时间 > 最长升温时间，则热负荷时间不变，并根据“热负荷系数=热负荷时间/最长升温时间”计算得出最终热负荷系数。当前PWM占空比II〈升温阈值时，则继续判定是否当前PWM占空比II彡降温阈值？若当前PWM占空比IIS降温阈值，则首先按照“热负荷时间=当前热负荷系数X最长降温时间”来计算热负荷时间；其次，再判定是否该热负荷时间>0 若该热负荷时间>0，则对热负荷时间累减，得到累减后的热负荷时间，并根据“热负荷系数=累减后的热负荷时间/最长降温时间”计算得出最终的热负荷系数；若该热负荷时间< 0，则热负荷时间不变，并根据“热负荷系数=热负荷时间/最长降温时间”计算得出最终的热负荷系数；若当前PWM占空比II >降温阈值时，则其最终的热负荷系数保持不变。步骤(2)所述的“根据所获得的热负荷系数更新控制占空比限制值”是指:当得出的最终的热负荷系数> 100%时，则采用PWM占空比低限制峰值作为控制占空比限制值；当得出的最终的热负荷系数< O时，则采用PWM占空比高限制峰值作为控制占空比限制值；0〈当前热负荷系数〈100%时，维持当前限制值不变。步骤(3)所述的“判定当前控制占空比与控制占空比限制值的关系，并根据其结果实时更新PWM占空比”是指:首先判定是否PWM占空比I >控制占空比限制值？是，则取“PWM占空比II =控制占空比限制值”进行更新；否，则取“PWM控制占空比II =PWM占空比I ”进行更新。本发明较现有技术相比具有以下优点及有益效果:(I)本发明无需采用传统的电流传感器，因此其整体结构非常简单，制作成本和维护成本较为低廉。(2)本发明不仅能在保证热负荷安全的前提下，充分发挥驱动电机的驱动能力，而且还能根据实际热负荷状态随时对驱动能力进行切换，以确保驱动电机更安全、快速的恢复到高峰值限制状态。(3)本发明的相应时间极短，能彻底的克服传统双阶段驱动电流限制峰值保护算法或单驱动电流峰值保护算法所存在的驱动响应能力较差、无法产生较大的驱动力以及低有效时间的时长较长的缺陷。
图1为EGR系统的原理示意图。图2为本发明的系统结构原理图。图3为本发明的控制方法流程图。图4为本发明应用过程时序图。以上附图中的附图标记名称分别为:1- EGR系统，2—EGR 位置控制模块，3—电流过载保护控制模块，4—EGR驱动电路，5—发动机管理模块。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例图1、2所示，本发明的外部电动EGR电流过载保护系统包括有废气再循环利用的EGR系统I，与发动机管理模块5相连接的EGR位置控制模块2，与EGR位置控制模块2相连接的电流过载保护控制模块3，以及与电流过载保护控制模块3相连接的EGR驱动电路4。其中，EGR系统I为目前常用的技术，其包括阀座调节系统，用于实时监测阀座实际开合度的阀座位置传感器和与阀座调节系统相连接并用于调节阀座升程的驱动电机。运行时，阀座位置传感器实时监测阀座实际开度，并以电信号的形式提供给发动机管理模块5，发动机管理模块5则根据发动机状态计算得到EGR阀座目标位置，并反馈给EGR位置控制模块2。EGR位置控制模块2根据EGR系统I传感器提供的EGR阀座实际位置和发动机管理模块5所提供的EGR阀座目标位置，采用PID算法计算得到控制驱动电流的PWM占空比
I。电流过载保护控制模块3以PWM占空比I为输入，根据本发明的计算方法计算得到控制驱动电流的PWM占空比II。EGR驱动电路4受控于PWM占空比II，输出为EGR系统I。EGR系统I在驱动电流的作用下，调节阀座位置，并利用传感器向控制系统提供EGR阀座实际位置信号。为了确保使用效果，在电流过载保护控制模块3的内部至少要预先设定控制PWM占空比高限制峰值、低限制峰值、升温阈值、降温阈值、最长升温时间、热负荷系数、热负荷时间及控制占空比限制值。当然，根据实际控制情况，还可以预置其他相关的参数。如图3、4所示，当本发明应 用在EGR系统I时，其控制PWM占空比高限制峰值DHiMax取30%、低限制峰值DLowMax取15%、升温阈值DHiTemp取25%、降温阈值DLowTemp取10%、最长升温时间tHiMax取5s、最长降温时间tLowMax取20s，热负荷系数以aHeat表示，热负荷时间以tHeat表示，控制占空比限制值以DMax表示，PWM占空比I以DPWMl表示，PWM占空比II以DPWM2表示，则本发明对应控制方法入下:(1)根据PWM占空比实时计算和更新热负荷系数；(2)根据所获得的热负荷系数更新控制占空比限制值；(3)判定当前控制占空比与控制占空比限制值的关系，并根据其结果实时更新PWM占空比。其中，步骤(I)所述的“根据PWM占空比实时计算和更新热负荷系数”具体是指:当前PWM占空比II >升温阈值时，首先按照“热负荷时间=当前热负荷系数X最长升温时间”来计算热负荷时间；其次，再判定是否该热负荷时间〈最长升温时间？若该热负荷时间〈最长升温时间，则对热负荷时间累加，得到累加后的热负荷时间，并根据“热负荷系数=累加后的热负荷时间/最长升温时间”计算得出最终的热负荷系数；若该热负荷时间 >最长升温时间，则热负荷时间不变，并根据“热负荷系数=热负荷时间/最长升温时间”计算得出最终热负荷系数。当前PWM占空比II〈升温阈值时，则继续判定是否当前PWM占空比II彡降温阈值？若当前PWM占空比IIS降温阈值，则首先按照“热负荷时间=当前热负荷系数X最长降温时间”来计算热负荷时间；其次，再判定是否该热负荷时间>0 若该热负荷时间>0，则对热负荷时间累减，得到累减后的热负荷时间，并根据“热负荷系数=累减后的热负荷时间/最长降温时间”计算得出最终的热负荷系数。若该热负荷时间< 0，则热负荷时间不变，并根据“热负荷系数=热负荷时间/最长降温时间”计算得出最终的热负荷系数；若当前PWM占空比II >降温阈值时，则其最终的热负荷系数保持不变。步骤(2)所述的“根据所获得的热负荷系数更新控制占空比限制值”是指:当得出的最终的热负荷系数> 100%时，则采用PWM占空比低限制峰值作为控制占空比限制值；当得出的最终的热负荷系数< O时，则采用PWM占空比高限制峰值作为控制占空比限制值；0〈当前热负荷系数〈100%时，维持当前限制值不变。步骤(3)所述的“判定当前控制占空比与控制占空比限制值的关系，并根据其结果实时更新PWM占空比”是指:首先判定是否PWM占空比I >控制占空比限制值？是，则取“PWM占空比II =控制占空比限制值”进行更新；否，则取“PWM控制占空比II =PWM占空比I ”进行更新。其典型的工作过程如图4所示。O秒时，阀座位置目标开度和实际开度都为5%，对应驱动控制占空比PWM2为5%，热负荷系数为0%。5秒时，阀座目标开度增加为30%。由于目标位置开度大于实际开度，在EGR位置控制模块PID算法的作用下，控制占空比增加，阀座位置开度也随之增大。但是由于堵塞等故障，阀座实际位置卡滞在20%。此时，由于热负荷系数为0%，所以占空比限制值采用高限制峰值30%。所以PWM2的输出被限制在30%。同时，由于PWM2输出超过升温阈值25%，所以热负荷系数累加。10秒时，由于最长升温时间为5s，所以此时热负荷系数累加至100%。控制占空比限制值采用低限制峰值15%，PWM2输出也在该限制的作用下将为15%。受PWM2输出降低的影响，阀座位置也有所下降。15秒时，阀座位置目标开度由30%降为5%，此时在EGR位置控制模块PID算法的作用下，控制占空比减少，阀座位置开度也随之降低。当阀座位置实际开度维持在5%时，PWM2输出为5%。此时，由于PWM2输出低于降温阈值10%，热负荷系数累减。25秒时，阀座目标开度增加为30%。在EGR位置控制模块PID算法的作用下，控制占空比增加，阀座位置开度随之增大。同样由于堵塞等原因，阀座实际位置卡滞在20%左右。由于最长降温时间为20s，所以从第15秒时刻开始经过10秒后，热负荷系数降为50%，但占空比限制值仍采用低限制峰值。27.5秒时，由于最长升温时间为5s，所以从第25秒时刻开始经过2.5秒后，热负荷系数由原来的50%累加至100%。30秒时，阀座位置目标开度由30%降为5%，此时在EGR位置控制模块PID算法的作用下，控制占空比减少，阀座位置开度也随之降低。当阀座位置实际开度维持在5%时，PWM2输出为5%。此时，由于PWM2输出低于降温阈值10%，热负荷系数累减。50秒时，阀座目标开度增加为30%。在EGR位置控制模块PID算法的作用下，控制占空比增加，阀座位置开度随之增大。由于最长降温时间为20s，所以从第30秒时刻开始经过20秒后，热负荷系数由原来的100%累减至0%。控制占空比限制值采用高限制峰值30%。所以PWM2的输出被限制在30%。同时，由于PWM2输出超过升温阈值25%，所以热负荷系数累加。如上所述，便可以很好的实现本发明。
权利要求
1.一种外部电动EGR电流过载保护系统，其特征在于:主要由内部设置有EGR位置控制模块(2 )的EGR系统(I)，与EGR位置控制模块(2 )相连接的电流过载保护控制模块(3 )，以及与电流过载保护控制模块(3)相连接的EGR驱动电路(4)组成，所述的EGR位置控制模块(2)则与发动机管理模块(5)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种外部电动EGR电流过载保护系统，其特征在于:所述EGR系统(I)由阀座调节系统，用于实时监测阀座实际开合度的阀座位置传感器，以及与阀座调节系统相连接并用于调节阀座升程的驱动电机构成；所述的EGR位置控制模块(2)则与阀座调节系统相连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种外部电动EGR电流过载保护系统，其特征在于:所述电流过载保护控制模块 (3)内置至少包括有控制PWM占空比高限制峰值、低限制峰值、升温阈值、降温阈值、最长升温时间、最长降温时间、热负荷系数、热负荷时间及控制占空比限制值。
4.根据权利要求3所述的一种外部电动EGR电流过载保护系统，其特征在于:所述控制PWM占空比高限制峰值取值范围为15% 100%、低限制峰值取值范围为5% 50%、升温阈值取值范围为10% 80%、降温阈值取值范围为5% 60%、最长升温时间取值范围为0.5s 20s、最长降温时间取值范围为5s 30s。
5.根据权利要求4所述的一种外部电动EGR电流过载保护系统，其特征在于:所述控制PWM占空比高限制峰值取值为30%、低限制峰值取值为15%、升温阈值取值为25%、降温阈值取值为10%、最长升温时间取值为5s、最长降温时间取值为20s。
6.一种外部电动EGR电流过载保护系统的控制方法，其特征在于，主要包括以下步骤: (1)根据PWM占空比实时计算和更新热负荷系数； (2)根据所获得的热负荷系数更新控制占空比限制值； (3)判定当前控制占空比与控制占空比限制值的关系，并根据其结果实时更新PWM占空比。
7.根据权利要求6所述的一种外部电动EGR电流过载保护系统的控制方法，其特征在于，步骤(I)所述的“根据PWM占空比实时计算和更新热负荷系数”具体是指: 当前PWM占空比IIS升温阈值时，首先按照“热负荷时间=当前热负荷系数X最长升温时间”来计算热负荷时间；其次，再判定是否该热负荷时间〈最长升温时间？若该热负荷时间〈最长升温时间，则对热负荷时间累加，得到累加后的热负荷时间，并根据“热负荷系数=累加后的热负荷时间/最长升温时间”计算得出最终的热负荷系数；若该热负荷时间>最长升温时间，则热负荷时间不变，并根据“热负荷系数=热负荷时间/最长升温时间”计算得出最终热负荷系数； 当前PWM占空比II〈升温阈值时，则继续判定是否当前PWM占空比II彡降温阈值？若当前PWM占空比IIS降温阈值，则首先按照“热负荷时间=当前热负荷系数X最长降温时间”来计算热负荷时间；其次，再判定是否该热负荷时间>0 若该热负荷时间>0，则对热负荷时间累减，得到累减后的热负荷时间，并根据“热负荷系数=累减后的热负荷时间/最长降温时间”计算得出最终的热负荷系数；若该热负荷时间< 0，则热负荷时间不变，并根据“热负荷系数=热负荷时间/最长降温时间”计算得出最终的热负荷系数；若当前PWM占空比II >降温阈值时，则其最终的热负荷系数保持不变。
8.根据权利要求6所述的一种外部电动EGR电流过载保护系统的控制方法，其特征在于，步骤(2)所述的“根据所获得的热负荷系数更新控制占空比限制值”是指:当得出的最终的热负荷系数> 100%时，则采用PWM占空比低限制峰值作为控制占空比限制值；当得出的最终的热负荷系数< O时，则采用PWM占空比高限制峰值作为控制占空比限制值；0〈当前热负荷系数〈100%时，维持当前限制值不变。
9.根据权利要求8所述的一种外部电动EGR电流过载保护系统的控制方法，其特征在于，步骤(3)所述的“判定当前控制占空比与控制占空比限制值的关系，并根据其结果实时更新PWM占空比”是指:首先判定是否PWM占空比I≥控制占空比限制值？是，则取“PWM占空比II =控制占空比限 制值”进行更新；否，则取“PWM控制占空比II =PWM占空比I ”进行更新。
全文摘要
本发明公开了一种外部电动EGR电流过载保护系统，其特征在于主要由内部设置有EGR位置控制模块(2)的EGR系统(1)，与EGR位置控制模块(2)相连接的电流过载保护控制模块(3)，以及与电流过载保护控制模块(3)相连接的EGR驱动电路(4)组成，所述的EGR位置控制模块(2)则与发动机管理模块(5)相连接。本发明不仅能在保证热负荷安全的前提下，充分发挥驱动电机的驱动能力，而且还能根据实际热负荷状态随时对驱动能力进行切换，以确保驱动电机更安全、快速的恢复到高峰值限制状态。
文档编号F02D41/22GK103089461SQ20131002847
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者张科勋, 郝守刚, 李中, 褚全红, 白思春 申请人:常州易控汽车电子有限公司