电动EGR阀防电流过载的控制方法及系统与流程

电动egr阀防电流过载的控制方法及系统
技术领域
1.本发明涉及一种控制方法及系统，尤其是一种电动egr阀防电流过载的控制方法及系统，具体地说是柴油机用电动egr阀防电流过载的控制方法及系统。


背景技术：

2.当前为了应对日益增长的环境保护需求，柴油机的排放法规也在不断的升级。目前，柴油机采用了多种后处理技术来满足严格的排放法规，egr（exhaust gas recirculation，废气再循环）就是其中的一项后处理技术，它将发动机排出的废气重新流向发动机进气管路，和新鲜空气一起混合后进入发动机的气缸内，这样可以降低发动机气缸内的燃烧温度和降低气缸内的氧浓度，由于nox（氮氧化物）的产生条件为高温富氧，因此，egr这项后处理技术可以明显减少柴油机尾气中的nox浓度。
3.对利用egr后处理技术的egr系统，需要严格控制流入气缸内的废气流量，废气流入过多会导致发动机的动力性严重下降，流入过少又会导致废气中nox含量增加，因此，柴油机的egr后处理技术需通过egr阀来控制流入气缸的废气流量。
4.egr阀主要分为气动式egr阀（以真空气源为动力）和电动式egr阀（以直流电机为动力），相较于气动式egr阀，电动egr阀具有更快的响应速度，可以获得更好的瞬态控制，从而可以更好的控制排放，因此，在目前的国六排放法规阶段，柴油机上的egr系统基本都是电动式egr阀。
5.目前，柴油机egr系统大多采用双闭环控制策略，即进气量闭环和egr阀位置闭环。对进气量闭环，即通过需求进气量和实际进气量两者差值进行pid控制，以计算出的pid分量和egr预控值相加得到egr阀的需求开度，然后输入给egr阀位置闭环，egr阀位置闭环基于输入的需求开度和egr阀位置传感器实时反馈的egr阀实际开度，进行pid闭环计算，以得到用于驱动egr阀内直流电机的占空比。
6.在上述基本的控制算法外，目前的egr位置闭环还考虑了落座缓冲和防电流过载的保护功能；其中，落座缓冲的基本原理是：在egr阀在接近阀座时，减缓其落座的速度，避免阀在落座时冲击损坏阀座。防电流过载的基本原理是：限制驱动占空比，从而减小电机的驱动电流，避免由于电流过大而损坏egr驱动电机。
7.目前，为防电流过载，主要在h桥驱动电路上增加一路采样电路，通过采样电路获得当前的回采电压，将回采电压转化为电流，然后将该电流限制在设置好的电流峰值内。
8.上述防电流过载的方法能够将egr阀的驱动电流限制到一个比较低的范围，使得电机的发热量较小，缺点是由于该电流峰值无法实现自适应，导致在某些需要大占空比的时候会被限制，造成egr阀的响应性差。尤其是在egr阀在释放卡滞冲击时，占空比被限制，卡滞冲击功能被减弱，影响卡滞故障的判断。
9.卡滞冲击功能是egr阀的一个重要功能，是判断阀卡滞的一个重要的前提，当发现egr阀卡在一个固定位置后，egr系统会进入卡滞冲击，即egr阀将使用大占空比进行冲阀，将卡滞的位置冲开，从而使egr阀恢复到一个正常状态。此时，若将占空比限制，则会导致阀
在卡滞位置无法冲开，进而报出卡滞故障。
10.综上，对增加驱动回采电路，不仅增加了硬件的成本，还有可能会对正常的驱动产生潜在的影响。


技术实现要素：

11.本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种电动egr阀防电流过载的控制方法及系统，其能自适应限制egr阀驱动电机的占空比，在保证egr阀位置闭环响应性的前提下，又可以保护驱动电机避免大电流的损坏，增加egr阀的使用寿命，降低成本。
12.按照本发明提供的技术方案，一种电动egr阀防电流过载的控制方法，所述控制方法包括：对一电动egr阀，基于所述电动egr阀当前工况下的工况占空比确定所述电动egr阀相应的工况驱动电流i
egr
；基于所确定的工况驱动电流i
egr
判定所述电动egr阀处于电流过载状态时，对所述电动egr阀进行电流限制控制，其中，进行电流限制控制时，基于工况驱动电流i
egr
确定当前工况下的占空比限值r
lim
，将占空比限值r
lim
与工况占空比中的较小者配置为电动egr阀当前工况下的驱动占空比，以基于所配置的驱动占空比在预设电流限制时间范围内驱动电动egr阀。
13.对基于工况占空比确定的工况驱动电流i
egr
，则有：生成所述电动egr阀的占空比-电流查表曲线，利用所生成的工况占空比在占空比-电流查表曲线查询确定与当前工况下工况占空比相对应的工况驱动电流i
egr
，其中，电动egr阀的占空比-电流查表曲线，基于对电动egr阀进行占空比-电流试验生成。
14.对电动egr阀进行占空比-电流试验时，测量电动egr阀在全占空比范围内不同工况占空比下的驱动测试电流，并基于所述驱动测试电流确定在相应工况占空比下的工况驱动电流i
egr
；利用试验时的工况占空比-工况驱动电流i
egr
，利用插值方式生成占空比-电流查表曲线。
15.对任一工况下的占空比限值r
lim
，则有：生成所述电动egr阀的电流-占空比限值查表曲线，利用所生成的电流-占空比限值查表曲线查询确定与工况驱动电流i
egr
相对应的占空比限值r
lim
，其中，在生成电动egr阀的电流-占空比限值查表曲线时，配置工况驱动第一电流阈值以及工况驱动第二电流阈值，在工况驱动电流i
egr
低于驱动第一电流阈值时，电流限制比例为100%；工况驱动电流i
egr
位于驱动第一电流阈值与驱动第二电流阈值之间时，电流限制比例逐步减少；工况驱动电流i
egr
大于驱动第二电流阈值时，电流限制比例保持一恒定值。
16.对基于工况驱动电流i
egr
确定当前工况下的占空比限值r
lim
，进行基于电机电池电压的修正，以得到占空比修正限值r
limcor
，其中，所述占空比修正限值r
limcor
为占空比限值r
lim
*fac，fac为电机电池电压修正系数；
进行电流限制控制时，将所述占空比修正限值r
limcor
与工况占空比中的较小者配置为电动egr阀当前工况下的驱动占空比。
17.对电机电池电压修正系数fac，则有：fac=u
nrm
/u
battu
其中，u
nrm
为电标准电池电压，u
battu
为当前的电池电压。
18.对电动egr阀，当所述电动egr阀的开度处于偏差过大状态和/或处于低电压状态时，则禁止进行电流限制控制。
19.计算电动egr阀的需求开度与电动egr阀的实际开度之间的开度偏差，若所述开度偏差大于预设开度偏差阈值，且开度偏差大于预设开度偏差阈值的时间超过预设偏差时间阈值时，则判定电动egr阀处于偏差过大状态。
20.对当前的电池电压u
battu
，若所述前的电池电压u
battu
低于预设电压阈值且低于预设电压阈值的时间超过预设电压时间阈值时，则判定处于低电压状态。
21.一种电动egr阀防电流过载的控制系统，包括防电流过载控制器，其中，对任一电动egr阀，防电流过载控制器利用上述所述的控制方法进行防电流过载控制。
22.本发明的优点：进行电流过载控制时，将占空比限值r
lim
与工况占空比中的较小者配置为电动egr阀当前工况下的驱动占空比，或者，将占空比修正限值r
limcor
与工况占空比中的较小者配置为电动egr阀当前工况下的驱动占空比，从而可有效实现对当前工况下的防电流过程，且在开度处于偏差过大状态和/或处于低电压状态时，则禁止进行电流限制控制，从而不仅能够保证egr阀位置闭环响应性，而且可以有效驱动直流电机，避免大电流的损坏，增加egr阀的使用寿命。此外，在电流过载控制时，增加任何的辅助电路，能够一定程度上节省硬件成本。
附图说明
23.图1为本发明的一种实施例流程图。
24.图2为本发明占空比-电流的一种实施例示意图。
25.图3为本发明驱动第一电流阈值以及驱动第二电流阈值的一种实施例示意图。
具体实施方式
26.下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
27.为了能自适应限制egr阀驱动电机的占空比，在保证egr阀位置闭环响应性的前提下，又可以保护驱动电机避免大电流的损坏，增加egr阀的使用寿命，对电动egr阀防电流过载的控制方法，本发明的一种实施例中，所述控制方法包括：对一电动egr阀，基于所述电动egr阀当前工况下的工况占空比确定所述电动egr阀相应的工况驱动电流i
egr
；基于所确定的工况驱动电流i
egr
判定所述电动egr阀处于电流过载状态时，对所述电动egr阀进行电流限制控制，其中，进行电流限制控制时，基于工况驱动电流i
egr
确定当前工况下的占空比限值r
lim
，将占空比限值r
lim
与工况占空比中的较小者配置为电动egr阀当前工况下的驱动占空比，以
基于所配置的驱动占空比在预设电流限制时间范围内驱动电动egr阀。
28.对电动egr阀，可采用现有常用的形式，一般地，电动egr阀包括阀体以及用于驱动阀体的直流电机，即直流电机提供阀体的动力，具体以能满足对柴油机进行egr的后处理为准。防电流过载控制，具体是指为对提供动力的直流电机的驱动电流控制。
29.电动egr阀工作时，可采用本技术领域常用的技术手段确定得到电动egr阀当前工况下的工况占空比，可进一步得到电动egr阀在当前工况下相应的工况驱动电流i
egr
。由上述说明可知，egr阀当前工况下的工况占空比，即为提供动力的直流电机驱动阀体时的占空比，工况驱动电流i
egr
即为直流电机驱动阀体时的电流。
30.本发明的一种实施例中，对基于工况占空比确定的工况驱动电流i
egr
，则有：生成所述电动egr阀的占空比-电流查表曲线，利用所生成的工况占空比在占空比-电流查表曲线查询确定与当前工况下工况占空比相对应的工况驱动电流i
egr
，其中，电动egr阀的占空比-电流查表曲线，基于对电动egr阀进行占空比-电流试验生成。
31.为了实现根据工况占空比得到相应的工况驱动电流i
egr
，一般需要预先构建电动egr阀的占空比-电流查表曲线，在构建得到占空比-电流查表曲线后，对电动egr阀的任一工况占空比，可通过占空比-电流查表曲线采用查询方式直接得到工况驱动电流i
egr
。
32.进一步地，对电动egr阀进行占空比-电流试验时，测量电动egr阀在全占空比范围内不同工况占空比下的驱动测试电流，并基于所述驱动测试电流确定在相应工况占空比下的工况驱动电流i
egr
；利用试验时的工况占空比-工况驱动电流i
egr
，利用插值方式生成占空比-电流查表曲线。
33.具体实施时，对占空比-电流试验的电动egr阀，与上述的电动egr阀一般为同一电动egr阀或同一类型的电动egr阀，具体可根据实际的情况选择，以能满足获取所需的占空比-电流查表曲线为准。
34.进行占空比-电流试验时，所述试验环境为实验室或其他的试验条件，试验环境可根据实际需要选择。电动egr阀在全占空比范围，具体是指对电动egr阀未有任何占空比限制，此时，电动egr阀相应的驱动占空比为0~100%。试验时，可采用电流钳测量电动egr阀在全占空比范围内不同工况占空比下的驱动测试电流i
测试
，所述驱动测试电流i
测试
即为直流电机在相应占空比下的驱动电流。
35.一般地，在试验时，选择部分工况占空比，如工况占空比采用等间隔的选择方式，间隔可为2%，此时，试验时，可获取50组相对应的工况占空比-驱动测试电流i
测试
。根据驱动测试电流与工况占空比的关系，可得到直流电机的有效工况驱动电流i
egr
，具体则有：i
egr =i
测试
*rps，其中，rps为选择的工况占空比。图2给出了50组试验参数的对应情况，即图2给出了占空比-电流的一种实施例。
36.由上述说明可知，试验时，获取了部分的工况占空比以及对应的工况驱动电流i
egr
，为了能生成占空比-电流查表曲线，基于所获取的工况占空比、工况驱动电流i
egr
，采用线性插值的方式即可得到所需的占空比-电流查表曲线。线性插值的方式可选择现有常用的技术手段，具体以能满足插值后生成占空比-电流查表曲线为准。
37.根据工况占空比确定相应的工况驱动电流i
egr
后，需判断电动egr阀是否处于电流
过载状态，当处于电流过载状态时，需对电动egr阀进行电流限制控制。具体实施时，电动egr阀是否处于电流过载状态，具体是指电动egr阀内直流电机是否处于过流状态，对电动egr阀进行电流限制，具体是指对直流电机的驱动电流进行限制，下述相应的说明，均可参考此处的说明，不再一一解释。
38.判定是否处于电流过载状态时，一般需预设过载电流阈值以及过载时间阈值，工况驱动电流i
egr
大于预设的过载电流阈值，且大于过载电流阈值的时间超过预设的过载时间阈值时，则可判定处于电流过载状态，否则，即可判断非处于电流过载状态。
39.本发明的一种实施例中，进行电流限制控制时，基于工况驱动电流i
egr
确定当前工况下的占空比限值r
lim
，将占空比限值r
lim
与工况占空比中的较小者配置为电动egr阀当前工况下的驱动占空比，以基于所配置的驱动占空比在预设电流限制时间范围内驱动电动egr阀。
40.由上述说明可知，工况占空比可根据电动egr阀当前的工况直接得到，对占空比限值r
lim
，一般与电动egr阀的工况相关，具体以能有效防止电流过载为准。具体实施时，将占空比限值r
lim
与工况占空比中的较小者配置为电动egr阀当前工况下的驱动占空比后，基于所配置的驱动占空比在预设电流限制时间范围内驱动电动egr阀，此时，即可实现控制电动egr处于非电流过载状态。
41.当超过电流限制时间范围时，则退出电流限制控制，退出电流限制控制时，即电动egr阀处于正常的工作状态，此时，直接利用工况占空比对直流电机进行驱动，进而实现对电动egr阀的阀体开度控制。
42.具体实施时，预设电流限制时间取值和范围可为：电流限制时间采用标定量形式进行标定取值，标定量的数据类型为uint8，精度为0.1，单位为秒（s）。取值范围规定（0，10s]，具体取值需要根据实际应用状况进行适应性标定。
43.为了确定当前工况下的占空比限值r
lim
，本发明的一种实施例中，对任一工况下的占空比限值r
lim
，则有：生成所述电动egr阀的电流-占空比限值查表曲线，利用所生成的电流-占空比限值查表曲线查询确定与工况驱动电流i
egr
相对应的占空比限值r
lim
，其中，在生成电动egr阀的电流-占空比限值查表曲线时，配置工况驱动第一电流阈值以及工况驱动第二电流阈值，在工况驱动电流i
egr
低于驱动第一电流阈值时，电流限制比例为100%；工况驱动电流i
egr
位于驱动第一电流阈值与驱动第二电流阈值之间时，电流限制比例逐步减少；工况驱动电流i
egr
大于驱动第二电流阈值时，电流限制比例保持一恒定值。
44.由上述说明可知，本发明的一种实施例中，给出了采用电流-占空比限值查表曲线确定占空比限值r
lim
的一种技术手段。在构建或生成电动egr阀的电流-占空比限值查表曲线，可根据电动egr阀的工作特性，配置相应的电流限制比例。
45.一般地，工况驱动第一电流阈值小于工况驱动第二电流阈值，工况驱动第一电流阈值、工况驱动第二电流阈值一般根据电动egr阀的工作特性确定。具体实施时，在工况驱动电流i
egr
低于驱动第一电流阈值时，电流限制比例为100%，此时，即不对电流限制。工况驱动电流i
egr
位于驱动第一电流阈值与驱动第二电流阈值之间时，电流限制比例逐步减少；工
况驱动电流i
egr
大于驱动第二电流阈值时，电流限制比例保持一恒定值。
46.采用上述方式确定不同工况驱动电流i
egr
下相对应的占空比限值r
lim
后，为了能快速得到任一工况驱动电流i
egr
下相对应的占空比限值r
lim
，一般可采用线性插值方式生成的电流-占空比限值查表曲线。
47.下面给出驱动第一电流阈值（为2a）、驱动第二电流阈值（为5a）等的一种具体实施情况，如图3所示，图3中示出了驱动第一电流阈值以及驱动第二电流阈值的一种实施例。
48.由图3所示的情况可知，在工况驱动电流i
egr
小于2a时，占空比不进行限制，即此时值为100%。当工况驱动电流i
egr
大于5a后，则占空比限制值稳定在40%。工况驱动电流i
egr
在2a~5a之间时，占空比限制值从100%逐渐变化为40%。
49.具体实施时，可根据电动egr阀的工作特性，配置驱动第一电流阈值、驱动第二电流阈值以及相应的占空比限制值，在确定占空比限制值后，线性插值后，即生成电流-占空比限值查表曲线，根据电流-占空比限值查表曲线即可查询当前工况下的占空比限值r
lim
。
50.本发明的一种实施例中，对基于工况驱动电流i
egr
确定当前工况下的占空比限值r
lim
，进行基于电机电池电压的修正，以得到占空比修正限值r
limcor
，其中，所述占空比修正限值r
limcor
为占空比限值r
lim
*fac，fac为电机电池电压修正系数；进行电流限制控制时，将所述占空比修正限值r
limcor
与工况占空比中的较小者配置为电动egr阀当前工况下的驱动占空比。
51.具体实施时，由于egr阀的直流电机驱动状态受电池电压的影响，因此，需对占空比限值r
lim
进行电池电压的修正。对电机电池电压修正系数fac，则有：fac=u
nrm
/u
battu
其中，u
nrm
为电标准电池电压，u
battu
为当前的电池电压。
52.对标准电池电压u
nrm
，规定如下：在12v车辆电气系统下，标准电池电压u
nrm
为14v；在24v车辆电气系统下，标准电池电压u
nrm
为28v。因此，根据电动egr阀所在车辆的电气系统情况，即可确定电标准电池电压u
nrm
的取值。在得到当前的电池电压后，即可得到电机电池电压修正系数fac，利用机电池电压修正系数fac可实现对空比限值r
lim
修正，得到占空比修正限值r
limcor
，进一步提高对电动egr阀进行防电流过载控制的可靠性。
53.在得到占空比修正限值r
limcor
后，进行电流限制控制时，将占空比修正限值r
limcor
与工况占空比中的较小者配置为电动egr阀当前工况下的驱动占空比，利用驱动占空比作为直流电机驱动控制的情况，可参考上述说明。
54.由上述说明可知，基于电动egr阀的工作特性，在特定工作场景下，为了保证电动egr阀工作的可靠性，则不能对电动egr阀的工况占空比进行限制。因此，对电动egr阀，当所述电动egr阀的开度处于偏差过大状态和/或处于低电压状态时，则禁止进行电流限制控制。
55.本发明的一种实施例中，计算电动egr阀的需求开度与电动egr阀的实际开度之间的开度偏差，若所述开度偏差大于预设开度偏差阈值，且开度偏差大于预设开度偏差阈值的时间超过预设偏差时间阈值时，则判定电动egr阀处于偏差过大状态。
56.具体实施时，可采用上述说明提到的双闭环控制方式计算得到电动egr阀的需求开度；对电动egr阀的实际开度，一般可通过开度传感器等方式确定得到。在得到电动egr阀的需求开度以及实际开度后，将两者作差即可得到开度偏差。
57.对预设偏差时间阈值，采用标定量形式进行标定取值，标定量的数据类型为uint8，精度为1，单位为秒。默认标定为10s，取值范围规定(0,255]，实际取值需要依据匹配的电动egr阀型号决定。预设开度偏差阈值、预设偏差时间阈值一般可根据实际的应用场景选择确定，具体以能确定电动egr阀在当前的场景下是否处于开度偏差过大状态为准。
58.本发明的一种实施例中，对当前的电池电压u
battu
，若所述前的电池电压u
battu
低于预设电压阈值且低于预设电压阈值的时间超过预设电压时间阈值时，则判定处于低电压状态。
59.由上述说明可知，当电池电压u
battu
小于低电压阈值9v（12v车辆电气系统）或者16v（24v车辆电气系统）的时间超过预设电压时间阈值时，则可以认为当前车辆处于一个低电压的状态。具体实施时，对预设电压时间阈值，采用标定量形式进行标定取值，标定量的数据类型为uint8，精度为1，单位为秒。默认标定为5s，取值范围规定(0,10]，即当监控到供电电压低于9v(12v车辆电气系统)或者16v（24v车辆电气系统）的时间超过5s时，则可认为当前处于低电压状态。预设电压时间阈值与蓄电池的供电能力有关，可根据匹配的车型进行具体标定。
60.具体实施时，先进行处于低电压状态的判断，当判断未处于低电压状态时，再进行开度偏差过大判断。
61.综上，可得到电动egr阀防电流过载的控制系统，本发明的一种实施例中，包括防电流过载控制器，其中，对任一电动egr阀，防电流过载控制器利用上述所述的控制方法进行防电流过载控制。
62.具体地，防电流过载控制器可为汽车的ecu，在利用防电流过载控制器进行电流过载控制时，由上述说明可知，需要预先生成电动egr阀的占空比-电流查表曲线以及电流-占空比限值查表曲线。电动egr阀工作时，根据工况占空比进行控制，具体控制过程可参考上述说明，此处不再赘述。
63.本发明进行电流过载控制时，将占空比限值r
lim
与工况占空比中的较小者配置为电动egr阀当前工况下的驱动占空比，或者，将占空比修正限值r
limcor
与工况占空比中的较小者配置为电动egr阀当前工况下的驱动占空比，从而可有效实现对当前工况下的防电流过程，且在开度处于偏差过大状态和/或处于低电压状态时，则禁止进行电流限制控制，从而不仅能够保证egr阀位置闭环响应性，而且可以有效驱动直流电机，避免大电流的损坏，增加egr阀的使用寿命。此外，在电流过载控制时，增加任何的辅助电路，能够一定程度上节省硬件成本。