一种供电电压自适应的电热塞控制系统的制作方法

本发明属于柴油发动机技术领域，尤其是涉及一种供电电压自适应的电热塞控制系统。

背景技术：

大功率低压缩比柴油机在低温环境下存在起动困难，及运行过程中燃烧不充分导致活塞烧蚀等现象，为解决这些问题通常给柴油机安装火焰进气预热装置，对于预热装置的主要执行部件电热塞，现有的设计均采用继电器对其控制。

这种控制方法缺点有二：一、对整车供电的要求比较高，供电电压必须维持电热塞的额定供电电压，以保证电热塞能工作在额定功率，满足点火要求同时又不被烧毁。根据gjbxxx，柴油机供电系统，在起动期间，电压最低可降至16v，起动后恢复28v，这样电热塞额定电压的选型若满足起动后电压，在起动期间16v电压下便不能正常工作；若满足起动电压，发动机起动后工作又容易被烧毁。二、继电器长期使用容易发生触点粘连故障，导致预热装置对电热塞控制失效，甚至烧毁电热塞。

因此，发明一种更好的电热塞控制系统或方法，使其适应柴油机整车供电电压的变化，在发动机起动和运行期间均能正常工作，是本领域技术人员需要解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种供电电压自适应的电热塞控制系统，以实现电热塞能够适应整车供电电压的变化，在发动机起动和运行工况均能满足点火要求，同时能稳定可靠工作。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种供电电压自适应的电热塞控制系统，包括电热塞、供电电压采集模块、cpu中央处理器、电平转化模块、功率驱动模块、mosfet功率管、采样电阻和电流采样模块，所述供电电压采集模块的输入端连接供电电源，其输出端连接至cpu央处理器的adc模块的输入端，所述cpu中央处理器的pca模块的输出端连接至电平转化模块的输入端，所述电平转化模块的输出端连接至功率驱动模块的输入端，所述功率驱动模块的输出端连接至mosfet功率管的栅极g，所述mosfet功率管的漏极d连接至电热塞的第一接口端，所述电热塞的第二端口连接电源电压vcc端，所述mosfet功率管的源极s分别连接至采样电阻的第一端口及电流采样模块的输入端，所述采样电阻的第二端口连接至地gnd端，所述电流采样模块的输出端连接至cpu中央处理器的adc模块的输入端；

所述cpu中央处理器采用pid算法对系统进行控制，包含如下处理步骤：

1)根据供电电压采集模块采集的电压信号和电流采样模块采集的电流信号计算电热塞的当前工作功率；

2)将计算得到的电热塞的当前工作功率与电热塞的额定功率相比较，计算偏差值，将偏差值作为pid控制算法的输入，pca模块根据pid控制算法的计算结果输出pwm脉宽调制信号作为控制量。

进一步的，所述cpu中央处理器还进行如下处理步骤：

判断电流采样模块采集的电热塞的工作电流是否大于设定电流值，若是，则通过pca模块输出持续低电平，控制mosfet功率管断开。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)实现电热塞能够适应整车供电电压的变化，在发动机起动和运行工况均能满足点火要求；提高了电热塞控制的供电电源适应性，满足了柴油发动机在起动运行工况的加温要求；

(2)取消了现有控制电路使用的继电器，避免了因继电器触电粘连导致的系统损坏，提升了系统可靠性，节约了开发成本；

(3)采用pid算法控制电热塞工作，提高了控制灵敏度和工作可靠性；

(4)实现在检测到电热塞电流过流时及时关断mosfet功率管输出，保护电热塞超负荷工作，延长了电热塞的使用寿命。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例电压自适应电热塞控制系统的组成图；

图2为本发明实施例电压自适应电热塞控制系统的工作流程图；

图3为本发明实施例pid控制算法示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种供电电压自适应的电热塞控制系统，包括电热塞、供电电压采集模块、cpu中央处理器、电平转化模块、功率驱动模块、mosfet功率管、采样电阻和电流采样模块，所述供电电压采集模块的输入端连接供电电源，其输出端连接至cpu央处理器的adc模块的输入端，所述cpu中央处理器的pca模块的输出端连接至电平转化模块的输入端，所述电平转化模块的输出端连接至功率驱动模块的输入端，所述功率驱动模块的输出端连接至mosfet功率管的栅极g，所述mosfet功率管的漏极d连接至电热塞的第一接口端，所述电热塞的第二端口连接电源电压vcc端，所述mosfet功率管的源极s分别连接至采样电阻的第一端口及电流采样模块的输入端，所述采样电阻的第二端口连接至地gnd端，所述电流采样模块的输出端连接至cpu中央处理器的adc模块的输入端。

基于上述系统的控制方法，如图2所示，具体步骤包括：

s1.系统上电，cpu央处理器的底层驱动及端口初始化；

s2.供电电压采集模块将采集的供电电源的电压信号u传输给cpu中央处理器的adc模块的输入端；

s3.电流采样模块通过采样电阻采集电热塞的工作电流i传输给cpu中央处理器的adc模块的输入端；

s4.判断是否过流，当采集到的电热塞工作电流i大于设定电流值ith时，cpu中央处理器通过pca模块输出持续低电平，控制mosfet功率管断开，电热塞停止工作，保护电热塞不被烧毁；

s5.计算电热塞的当前工作功率pt(单位：w)＝u(单位：v)*i(单位：a)；

s6.cpu中央处理器采用pid算法对系统进行控制：将计算得到的电热塞的当前工作功率与电热塞额定功率相比较，比较所得的偏差值作为pid控制算法的输入，pca模块根据pid控制算法的计算结果输出pwm脉宽调制信号作为控制量；

s7.输出的pwm脉宽调制信号通过电平转化模块和功率驱动模块作用在mosfet功率管的栅极g上；实现通过控制mosfet功率管的通断控制电热塞,mosfet功率管导通，电热塞供电启动工作；mosfet功率管断开，电热塞断电，停止工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种供电电压自适应的电热塞控制系统，包括电热塞、供电电压采集模块、CPU中央处理器、电平转化模块、功率驱动模块、MOSFET功率管、采样电阻和电流采样模块，所述CPU中央处理器采用PID算法对系统进行控制，包含如下处理步骤：1)根据供电电压采集模块采集的电压信号和电流采样模块采集的电流信号计算电热塞的当前工作功率；2)将计算得到的电热塞的当前工作功率与电热塞的额定功率相比较，计算偏差值，将偏差值作为PID控制算法的输入，PCA模块根据PID控制算法的计算结果输出PWM脉宽调制信号作为控制量。本发明实现电热塞能够适应整车供电电压的变化，在发动机起动和运行工况均能满足点火要求；提高了电热塞控制的供电电源适应性。

技术研发人员：姚素娟;褚全红;孟长江;白思春;范燕朝;杨俊恩;曹志义;李亚芬
受保护的技术使用者：中国北方发动机研究所（天津）
技术研发日：2018.10.30
技术公布日：2019.04.16