具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器及其工作方法，包括脈沖變壓器、整流電路、DC/DC升壓電路、電感回饋電路以及控制器；脈沖變壓器原邊串聯(lián)在柴油ECU的噴嘴驅(qū)動回路中，脈沖變壓器副邊連接至整流電路的輸入端；整流電路的輸出端通過DC/DC升壓電路后連接至電感回饋電路的輸入端，所述電感回饋電路的輸出端與電池相連；所述升壓電路與控制器連接，通過控制器控制升壓電路的工作狀態(tài)；整流電路輸出端、升壓電路輸出端以及電池正極分別通過信號采樣電路與控制器連接，通過控制器測量電壓值。本發(fā)明柴油噴嘴仿真器將其接受的柴油ECU驅(qū)動電能回饋至電池上，既減少雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)電能消耗，節(jié)約寶貴的汽車電池電能。
【專利說明】具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器及其工作方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動機電子控制領域，特別涉及一種具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器及其工作方法。

【背景技術】
[0002]柴油噴嘴是高壓共軌柴油機中控制柴油噴射的關鍵部件，柴油噴嘴本質(zhì)是一種特殊的電磁閥，柴油噴嘴的等效電路可簡化為一個電感與電阻串聯(lián)的電路，電感值約為幾毫亨，電阻約為零點幾歐姆。在高壓共軌柴油機電子控制系統(tǒng)中，柴油噴嘴由柴油ECU(電子控制單元)驅(qū)動控制。為達到快速響應性，柴油噴嘴采用兩段電壓作用的峰值-恒流控制。在峰值階段，柴油ECU給噴嘴施加高于電池電壓VBattey數(shù)倍的高電壓VB(rast，使噴嘴電磁線圈中的電流急劇上升到預先設定的峰值電流，使噴嘴以最快速度開啟；當噴嘴開啟后，柴油ECU給噴嘴施加電池電壓VBattOTy，并采用脈寬調(diào)制(PWM)方法把噴嘴電磁線圈中的電流維持在一個較小的保持電流上，直至噴嘴關閉。
[0003]在不對高壓共軌柴油機的發(fā)動機內(nèi)部做任何改動的前提下，在柴油機上添加一套天然氣噴射裝置，把天然氣噴入柴油發(fā)動機的進氣道，就實現(xiàn)了柴油/天然氣雙燃料發(fā)動機。在柴油機的氣缸內(nèi)，柴油噴嘴噴入的柴油被壓燃，并連帶點燃氣缸內(nèi)的天然氣，這種燃燒方式被稱為摻燒。把柴油發(fā)動機變?yōu)椴裼?天然氣雙燃料發(fā)動機能同時取得經(jīng)濟性與環(huán)保性的好處。
[0004]為了雙燃料摻燒燃燒過程最優(yōu)，需要開發(fā)并行式主動摻燒電子控制系統(tǒng)，摻燒電控系統(tǒng)的核心是摻燒ECU。一方面，摻燒ECU控制天然氣噴射；另一方面摻燒ECU奪取柴油噴嘴的控制權，根據(jù)摻燒的特殊需求，主動控制柴油噴射。與此同時，原柴油機的柴油ECU則失去了柴油噴嘴的控制權。所以主動摻燒電控系統(tǒng)內(nèi)必須有一個切換控制器，切換柴油噴嘴控制權。純柴油模式時，柴油噴嘴由柴油ECU控制，摻燒模式時，柴油噴嘴由摻燒ECU控制。當摻燒時，雖然柴油ECU失去了與柴油噴嘴的連接，但需要一個物理存在的柴油噴嘴仿真器替代實際柴油噴嘴并與柴油ECU的噴嘴驅(qū)動電路相連，使柴油ECU仍像純柴油模式那樣如常工作，即在喪失柴油噴嘴控制權、不與真實柴油噴嘴連接后，不產(chǎn)生與柴油噴嘴有關的不必要的故障報警。顯然，用一個與柴油噴嘴驅(qū)動線圈電感值近似的電感就可以替代并仿真柴油噴嘴，但這在實踐中并不可行，因為柴油ECU的輸出驅(qū)動電流很大，用簡單的電感代替噴嘴，則柴油ECU輸出的電能都白白消耗在這個電感上，導致電感發(fā)熱嚴重，最終燒毀仿真器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的第一目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器，該柴油噴嘴仿真器將接受的柴油ECU驅(qū)動電能進行重新變換，以回饋至電池上，既保證仿真器不過熱，又節(jié)約寶貴的汽車電池電能。
[0006]本發(fā)明的第二目的在于提供上述柴油噴嘴仿真器的工作方法。
[0007]本發(fā)明的第一目的通過下述技術方案實現(xiàn):具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器，包括脈沖變壓器、整流電路、DC/DC升壓電路、電感回饋電路以及控制器；
[0008]所述脈沖變壓器的原邊串聯(lián)在柴油ECU的噴嘴驅(qū)動回來中，分別與柴油ECU驅(qū)動的高邊與低邊相連，所述脈沖變壓器的副邊連接至整流電路的輸入端；
[0009]所述整流電路的輸出端通過DC/DC升壓電路后連接至電感回饋電路的輸入端，所述電感回饋電路的輸出端與電池相連；所述DC/DC升壓電路與控制器連接，通過控制器控制DC/DC升壓電路的工作狀態(tài)；
[0010]其中整流電路輸出端、DC/DC升壓電路輸出端以及電池正極分別通過信號采樣電路與控制器連接，通過控制器測量電壓值。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述整流電路包括二極管DRl、二極管DR2和濾波電容Cl，所述二極管DRl和二極管DR2的陰極均與濾波電容Cl正極連接，所述濾波電容Cl負極接地，所述濾波電容Cl正極作為整流電路的輸出端；所述二極管DRl的陽極和二極管DR2的陽極分別作為整流電路的輸入端。
[0012]更進一步的，所述脈沖變壓器由無中心抽頭的原邊繞組和帶中心抽頭的副邊繞組構(gòu)成，所述脈沖變壓器的副邊兩端分別與整流電路中二極管DRl和二極管DR2的陽極連接，所述脈沖變壓器的副邊中心抽頭連接整流電路的濾波電容Cl負極并且接地。
[0013]優(yōu)選的，所述DC/DC升壓電路包括第一電感L1、功率場效應管Q、二極管Db以及穩(wěn)壓電容C2，所述第一電感LI的一端作為DC/DC升壓電路的輸入端連接整流電路的輸出端，另一端與功率場效應管Q的漏極連接后連接至二極管Db的陽極，二極管Db的陰極連接至穩(wěn)壓電容C2的正極，并且作為DC/DC升壓電路的輸出端F，穩(wěn)壓電容C2的負極接地；功率場效應管Q的柵極通過驅(qū)動芯片連接至控制器，通過控制器控制功率場效應管Q的工作狀態(tài)，源極接地。
[0014]更進一步的，所示控制器包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、PID控制模塊和PWM脈寬調(diào)制模塊，所述DC/DC升壓電路的輸出端F串聯(lián)電阻R3和電阻R4后接地，所述DC/DC升壓電路的輸出端F通過電阻R3與控制器輸入端口連接，將所述電阻R4上的分壓反饋至控制器的A/D轉(zhuǎn)換模塊中，作為控制器中PID控制模塊的測量值；所述電池的正極串聯(lián)電阻Rl和電阻R2后接地，電池的正極通過電阻Rl與控制器輸入端口連接，將所述電阻R2上的分壓反饋至A/D轉(zhuǎn)換模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊處理后的信號疊加一個電壓后作為PID控制模塊的給定值，所述PID控制模塊的輸出信號傳送到PWM脈寬調(diào)制模塊中，PWM脈寬調(diào)制模塊的輸出信號通過控制器的輸出端口傳送到驅(qū)動芯片中，通過驅(qū)動芯片傳送到功率場效應管Q。
[0015]更進一步的，所述DC/DC升壓電路的輸出端F串聯(lián)的電阻R3和電阻R4以及所述電池的正極串聯(lián)的電阻Rl和電阻R2滿足以下關系:R4/(R4+R3) ( R2/(R1+R2)。
[0016]優(yōu)選的，所述電感回饋電路包括串聯(lián)的第二電感L2和隔離二極管Df ;DC/DC升壓電路的輸出端通過第二電感L2和隔離二極管Df與電池相連。
[0017]優(yōu)選的，所述控制器為單片機、ARM模塊或者FPGA模塊。
[0018]本發(fā)明的第二目的通過以下技術方案實現(xiàn):具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器的工作方法，包括以下步驟:
[0019]S1、切換開關將柴油E⑶的輸出切換至連接柴油噴嘴仿真器，柴油E⑶的輸出端輸出驅(qū)動脈沖信號到脈沖變壓器的原邊，同時脈沖變壓器的副邊感應輸出電壓信號；脈沖變壓器的副邊感應輸出的電壓信號輸入到整流電路中進行整流，通過正流電路輸出正極性的整流電壓Ve;
[0020]S2、控制器分別測量出柴油噴嘴仿真器的整流電路輸出端、DC/DC升壓電路輸出端以及電池正極的電壓；
[0021]S3、通過控制器判斷整流電路輸出端的整流電壓Ve是否大于電池電壓VBattOTy ；
[0022]若是，則控制器控制DC/DC升壓電路無需工作，此時整流電路輸出的整流電壓Ve通過電感回饋電路對電池自然充電；
[0023]若否，則控制器控制DC/DC升壓電路進入工作狀態(tài)，對整流電壓Ve進行升壓，通過控制器輸出PWM脈沖至DC/DC升壓電路，通過DC/DC升壓電路對整流電路輸出的整流電壓進行升壓，使得DC/DC升壓電路輸出端的電壓Vf升高至大于電池電壓VBattOTy，DC/DC升壓電路的輸出端電壓Vf經(jīng)過電感回饋電路對電池進行充電。
[0024]優(yōu)選的，所述步驟S3中DC/DC升壓電路為基于電壓閉環(huán)反饋的DC/DC升壓控制方式，當步驟S3中控制器判斷出整流電壓Ve小于等于電池電壓VBattOTy時，則DC/DC升壓電路進入工作狀態(tài),進行以下操作:
[0025]S3-UDC/DC升壓電路的輸出端電壓Vf經(jīng)電阻R3和R4分壓后的電壓Vf i輸入至控制器的A/D轉(zhuǎn)換模塊處理后得到電壓Vf A，作為控制器中PID調(diào)節(jié)模塊的測量值；
[0026]S3-2、電池電壓VBattOTy經(jīng)分壓電阻R1和R2分壓后的電壓VBattOTy—工輸入至控制器的A/D轉(zhuǎn)換模塊得到電壓VBattOTy A，控制模塊在電壓VBattey A的基礎上疊加了電壓\，得到Vsrt=VBattery A+VM作為控制器中PID調(diào)節(jié)模塊的給定值；
[0027]S3-3、將測量值Vf A與給定值VBattOTy A的差值輸入到控制器中PID調(diào)節(jié)模塊的輸入端；控制器中PID調(diào)節(jié)模塊將其輸出傳送到PWM脈寬調(diào)制模塊中，PWM脈寬調(diào)制模塊輸出的PWM脈沖信號通過控制器的輸出端口傳送至驅(qū)動芯片，通過驅(qū)動芯片輸出的脈沖信號控制功率場效應管Q的導通與截止，通過功率場效應管Q的導通與截止控制DC/DC升壓電路中的第一電感LI的充電與放電，以對DC/DC升壓電路的輸出電壓進行升壓；
[0028]S3-4、根據(jù)步驟S3-2，PID調(diào)節(jié)模塊控制測量值Vf A和給定值Vset滿足:VF—A?Vset,使得VF—A>VBattey—A ;從而使得DC/DC升壓電路升壓后的電壓Vf大于電池電壓VBatte,y，完成升壓。
[0029]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下的優(yōu)點及效果:
[0030](I)本發(fā)明柴油噴嘴仿真器通過脈沖變壓器原邊的等效電感模仿柴油噴嘴驅(qū)動線圈電感，使柴油ECU輸出驅(qū)動連接在仿真器上與連接在實際柴油噴嘴的驅(qū)動電流波形一致。并且在該柴油噴嘴仿真器中設置有電感回饋電路，將其接受的柴油ECU驅(qū)動電能進行變化后回饋至電池上，將柴油ECU驅(qū)動的電能回收到電池中，既減少雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)電能消耗，節(jié)約寶貴的汽車電池電能，又避免仿真器發(fā)熱，使仿真器能安裝在實際發(fā)動機上應用。
[0031](2)本發(fā)明柴油噴嘴仿真器通過控制器獲取柴油ECU輸出驅(qū)動工作信息和仿真器內(nèi)的電壓變化信息，根據(jù)仿真器內(nèi)的電壓信息控制DC/DC升壓電路的工作，在仿真器內(nèi)整流后的電壓大于電池電壓時，控制器不需要啟動DC/DC升壓電路就可以直接對電池進行充電，將電能反饋回電池中，在仿真器內(nèi)整流后的電壓小于電池電壓時，控制器啟動DC/DC升壓電路進行升壓，使得升壓后的電壓大于電池電壓，使柴油噴嘴仿真器能自動適應不同峰值工作電壓的各種型號柴油噴嘴，提高摻燒電控系統(tǒng)的通用性。
[0032](3)本發(fā)明柴油噴嘴仿真器的控制器將電池電壓處理后的電壓疊加上小電壓后作為控制器內(nèi)部PID調(diào)節(jié)模塊的給定值，將升壓電路輸出端的電壓處理后作為PID調(diào)節(jié)模塊的測量值，通過PID調(diào)節(jié)模塊的控制作用確保DC/DC升壓電路的輸出電壓大于電池電壓，SP使脈沖變壓器整流電壓較低時，仍能保持對電池回饋充電。
[0033](4)本發(fā)明柴油噴嘴仿真器的電感回饋電路中在第二電感L2與電池間設置二極管Df，通過二極管Df保證電流只從第二電感L2流入電池，電池不會給仿真器反向充電。另外DC/DC升壓電路中的二極管Db保證電流只從第一電感LI流向電容C2，不會反向從電容C2流回第一電感LI。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是柴油/天然氣雙燃料發(fā)動機的并行式主動摻燒電子控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2是燃燒模式切換控制板原理示意圖；
[0036]圖3是本發(fā)明柴油噴嘴仿真器電路結(jié)構(gòu)組成原理圖；
[0037]圖4是本發(fā)明DC/DC升壓閉環(huán)控制示意圖；
[0038]圖5是本發(fā)明DC/DC升壓閉環(huán)控制中加入比例換算環(huán)節(jié)的示意圖；
[0039]圖6是本發(fā)明柴油噴嘴仿真器的工作流程圖。

【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0041]實施例
[0042]如圖1所示為柴油/天然氣雙燃料發(fā)動機的并行式主動摻燒電子控制系統(tǒng)，當工作在純柴油模式時，由原廠柴油的ECU控制柴油噴油嘴；當工作在雙燃料摻燒燃燒模式時，由摻燒ECU控制柴油噴嘴。為實現(xiàn)燃燒模式選擇，減少對摻燒ECU的電磁騷擾，摻燒電控系統(tǒng)中有一個獨立于柴油ECU和摻燒ECU的燃燒模式切換控制板。如圖2所示，柴油噴嘴仿真器安裝在燃燒模式切換控制板上，切換板上的切換開關，負責切換柴油ECU的輸出是與柴油噴嘴連接還是與仿真器連接。當摻燒燃燒模式時，柴油ECU實際驅(qū)動的是柴油噴嘴仿真器。
[0043]如圖3所示，本實施例公開了一種具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器，包括脈沖變壓器TR、整流電路、DC/DC升壓電路、電感回饋電路以及控制器；脈沖變壓器TR的原邊串聯(lián)在柴油ECU的噴嘴驅(qū)動回來中，分別與柴油ECU驅(qū)動的高邊與低邊相連，所述脈沖變壓器的副邊連接至整流電路的輸入端；整流電路的輸出端通過DC/DC升壓電路后連接至電感回饋電路的輸入端，所述電感回饋電路的輸出端與電池相連；DC/DC升壓電路與控制器連接，通過控制器控制DC/DC升壓電路的工作狀態(tài)。其中脈沖變壓器TR原邊與柴油ECU驅(qū)動的低邊相連的一端、整流電路輸出端、DC/DC升壓電路輸出端以及電池的正極分別通過信號采樣電路與控制器連接，通過控制器測量電壓值。
[0044]如圖3中所示，本實施例中脈沖變壓器TR由無中心抽頭的原邊繞組和帶中心抽頭的副邊繞組構(gòu)成，當柴油/天然氣雙燃料發(fā)動機工作在雙燃料摻燒模式時，脈沖變壓器TR的原邊串聯(lián)接入柴油ECU的噴嘴驅(qū)動回路中，分別與柴油ECU驅(qū)動的高邊和低邊相連。當柴油ECU的高邊與低邊同時開通輸出驅(qū)動脈沖時，電流流入脈沖變壓器TR的原邊，同時脈沖變壓器TR的副邊感應輸出電壓。在本實施例中將脈沖變壓器TR原邊與柴油ECU的低邊連接的一端標記為A端。將脈沖變壓器TR副邊的兩端分別標記為B和D端，中心抽頭端標記為C端。其中本實施例通過脈沖變壓器TR原邊的等效電感模仿柴油噴嘴驅(qū)動線圈電感，使柴油ECU輸出驅(qū)動連接在仿真器上與連接實際柴油噴嘴的驅(qū)動電流波形一致。
[0045]本實施例整流電路包括二極管DRl、二極管DR2和濾波電容Cl，二極管DRl和二極管DR2的陰極均與濾波電容Cl正極連接，所述濾波電容Cl負極接地，所述濾波電容Cl正極作為整流電路的輸出端；所述肖特基二極管DRl的陽極和肖特基二極管DR2的陽極分別作為整流電路的輸入端。其中脈沖變壓器的副邊B端和D端分別與整流電路中二極管DRl和二極管DR2的陽極連接，脈沖變壓器的副邊中心抽頭C端連接整流電路的濾波電容Cl負極并且接地。在本實施例中，當柴油ECU的高邊與低邊同時開通輸出驅(qū)動脈沖時，電流流入脈沖變壓器TR的原邊，同時脈沖變壓器TR的副邊感應輸出電壓，此時脈沖變壓器TR副邊B、C、D三端的電壓關系為電壓Vbc經(jīng)二極管DRl輸出；當柴油E⑶的高邊驅(qū)動關閉，流經(jīng)脈沖變壓器TR原邊的電流下降，此時B、C、D三端的電壓關系為VB〈VC〈VD，電壓Vdc經(jīng)二極管DR2輸出，即不管原邊電流是增大或減小，副邊都有電壓輸出。因此本實施例可以通過DRU DR2、Cl構(gòu)成整流電路，把柴油ECU在進行輸出電流PWM控制時，在脈沖變壓器TR副邊上所產(chǎn)生的極性交替變化的電壓變?yōu)檎龢O性電壓施加到濾波電容Cl上。不同廠家柴油ECU所采用的峰值電壓、電流標準不同，從而在濾波電容Cl上產(chǎn)生的整流電壓Ve也差異很大。
[0046]本實施例的DC/DC升壓電路包括第一電感L1、功率場效應管Q、二極管Db以及穩(wěn)壓電容C2，第一電感LI的一端作為DC/DC升壓電路的輸入端連接整流電路的輸出端，另一端與功率場效應管Q的漏極連接后連接至二極管Db的陽極，二極管Db的陰極連接至穩(wěn)壓電容C2的正極，并且作為DC/DC升壓電路的輸出端F，穩(wěn)壓電容C2的負極接地；功率場效應管Q的柵極通過驅(qū)動芯片連接至控制器，通過控制器控制功率場效應管Q的工作狀態(tài)，源極接地。
[0047]如圖4所示，本實施例控制器包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、PID控制模塊和PWM脈寬調(diào)制模塊，DC/DC升壓電路的輸出端F串聯(lián)電阻R3和電阻R4后接地，DC/DC升壓電路的輸出端F通過電阻R3與控制器輸入端口連接，將所述電阻R4上的分壓Vf」反饋至A/D轉(zhuǎn)換模塊中，A/D轉(zhuǎn)換模塊處理后的信號作為控制器PID控制模塊的測量值Vf A ；電池的正極串聯(lián)電阻Rl和電阻R2后接地，電池正極通過電阻Rl與控制器輸入端口連接，將所述電阻R2上的分壓VBatteryJ反饋至A/D轉(zhuǎn)換模塊，并且疊加一個小電壓Vm后作為PID控制模塊的給定值Vsrt,其中Vsrt = VBattery A+VM, PID控制模塊的輸出信號傳送到PWM脈寬調(diào)制模塊中，控制器通過驅(qū)動芯片連接DC/DC升壓電路中的功率場效應管Q的柵極，PWM脈寬調(diào)制模塊的輸出信號通過控制器的輸出端口傳送到驅(qū)動芯片中，通過驅(qū)動芯片傳送到功率場效應管Q的柵極，通過驅(qū)動芯片輸出的脈沖信號控制功率場效應管Q的工作狀態(tài)。
[0048]本實施例中電感回饋電路包括串聯(lián)的第二電感L2和隔離二極管Df ;DC/DC升壓電路的輸出端G端通過第二電感L2和隔離二極管Df與電池相連。
[0049]本實施例中所采用的控制器為單片機Mega 8，當然也可以采用ARM模塊、FPGA模塊等具有控制處理功能的器件。本實施例所采用的用于驅(qū)動功率場效應管Q的驅(qū)動芯片為IR2103S，當然也可以采用內(nèi)部帶電壓升壓自舉功能的其他驅(qū)動芯片。
[0050]在本實施例中脈沖變壓器原邊A端、整流電路輸出端E端、DC/DC升壓電路輸出端F端以及電池的正極G端分別通過信號采樣電路與單片機連接，通過單片機測量脈沖變壓器原邊A端、整流電路輸出端E端、DC/DC升壓電路輸出端F端以及電池正極上的電壓VA、VE>VF和VBattey。由測量A端電壓VA，單片機能判斷柴油ECU是否輸出驅(qū)動脈沖，從而知道柴油E⑶是否在工作。并且本實施例單片機通過比較VE、Vf和￥-,@電壓大小，知道脈沖變壓器TR副邊的整流電壓是否高于電池電壓VBattey。當單片機檢測到VE>VBattey，則升壓電路無需工作，功率場效應管Q處于斷開狀態(tài)，此時整流電壓經(jīng)過電感L1、L2對電池自然充電。當單片機檢測到VE〈VBattOTy，則由單片機控制輸出PWM脈沖信號至DC/DC升壓電路中的功率場效應管Q，以控制功率場效應管Q的導通與截止，從而通過功率場效應管Q的導通與截止控制第一電感LI的充電與放電,通過第一電感LI充放電實現(xiàn)升壓目的,從而確保DC/DC升壓電路輸出的電壓Vf能夠滿足:VF>VBattOTy。使得電壓Vf經(jīng)過電感L2對電池充電。
[0051]在本實施例中當DC/DC升壓電路采用基于電壓閉環(huán)反饋的DC/DC升壓控制方式，DC/DC升壓電路的輸出端電壓Vf經(jīng)電阻R3和R4分壓后的電壓Vf i輸入至控制器的A/D轉(zhuǎn)換模塊處理后得到電壓Vf a，作為控制器中PID調(diào)節(jié)模塊的測量值；電池電壓VBattey經(jīng)分壓電阻R1和R2分壓后的電壓VBattOTy」輸入至控制器的A/D轉(zhuǎn)換模塊得到電池電壓測量值VBatt?yA，控制模塊在電池電壓測量值VBattey—A的基礎上疊加了電壓VM，得到Vsrt = VBattery A+VM作為控制器中PID調(diào)節(jié)模塊的給定值；其中Vfj^P VBattey a的量程范圍一致。在本實施例中單片機中的PID調(diào)節(jié)模塊的控制測量值Vf a和給定值Vsrt滿足:VF—A ^ Vset,從而使得VF—A>VBattOTy—A成立；保證DC/DC升壓電路升壓后的電壓Vf大于電池電壓VBattOTy，完成升壓的目的。其中本實施例中電阻R1' R2> R3和R4滿足以下關系R4/ (R4+R3) = R2/ (R1+R2)，以使得Vf至Vf A的電壓值變換關系和VBatt?y至VBattey—A的電壓值變換關系保持一致，從而在VF—A>VBattOTy—A成立時，保證VF>VBattey能夠成立。當然本實施例中電阻R1' R2> R3和R4滿足R4/ (R4+R3)〈R2/(R1+R2)也可使得在Vf A>VBattOTy A成立時，保證VF>VBattOTy能夠成立，因為在這種情況下Vf至Vf a的電壓值變化比例關系相對于VBattOTy至VBattey—A的電壓值變化比例關系來說更大，在VF—A>VBattery_A滿足的情況下，VF>VBattey肯定能成立。本實施例中電阻HR3和R4也可以均不滿足上述兩種情況，如圖5所示，此時可以通過單片機內(nèi)部軟件編程對A/D轉(zhuǎn)換后的電壓做進一步比例換算，在VF—A>VBattey—A成立時，保證VF>VBattOTy也成立，例如通過比例換算后使得Vf至Vf a的電壓值變換關系和VBattey至VBattey—A的電壓值變換關系一致，或者使得Vf至VF—A的電壓值變化比例關系大于VBattwy至VBattOTy—A的電壓值變換比例關系。
[0052]在本實施例中串聯(lián)在第一電感LI與電容C2間的二極管Db保證電流只從第一電感LI流向C2，不會反向從電容C2流回LI。串聯(lián)在第二電感L2與電池間的二極管Df保證電流只從L2流入電池，電池不會給柴油噴嘴仿真器反向充電。
[0053]如圖6所示，本實施例還公開了上述具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器的工作方法，包括以下步驟:
[0054]S1、單片機上電初始化，切換開關將柴油E⑶的輸出切換至連接柴油噴嘴仿真器，柴油ECU的輸出端輸出驅(qū)動脈沖信號到脈沖變壓器的原邊，同時脈沖變壓器的副邊感應輸出電壓信號；脈沖變壓器的副邊感應輸出的電壓信號輸入到整流電路中進行整流，通過正流電路輸出正極性的整流電壓Ve ;
[0055]S2、單片機檢測脈沖變壓器原邊與柴油E⑶驅(qū)動的低邊相連的一端A、整流電路輸出端E、DC/DC升壓電路輸出端F以及電池的正極G的電壓；
[0056]S3、通過單片機判斷整流電路輸出端輸出的整流電壓Ve是否大于電池電壓V.v Battery，
[0057]若是，則單片機控制DC/DC升壓電路無需工作，即控制DC/DC升壓電路中功率場效應管Q處于截止狀態(tài)，此時整流電路輸出的整流電壓Ve通過DC/DC升壓電路中的第一電感LI以及電感回饋電路中的第二電感L2對電池自然充電；
[0058]若否，則單片機控制DC/DC升壓電路進入工作狀態(tài)，對整流電壓Ve進行升壓控制，通過單片機輸出PWM脈沖至DC/DC升壓電路，通過DC/DC升壓電路對整流電路輸出的整流電壓進行升壓，使得DC/DC升壓電路輸出端的電壓Vf升高至大于電池電壓VBattOTy，DC/DC升壓電路的輸出端電壓Vf經(jīng)過電感回饋電路對電池進行充電。
[0059]在本實施例步驟S3中DC/DC升壓電路為基于電壓閉環(huán)反饋的DC/DC升壓控制方式，在步驟S3中控制器判斷出整流電壓Ve小于等于電池電壓VBattey時，進行以下操作:
[0060]S3-UDC/DC升壓電路的輸出端電壓Vf經(jīng)電阻R3和R4分壓后的電壓Vf i輸入至單片機的A/D轉(zhuǎn)換模塊處理后得到電壓Vf A，作為單片機中PID調(diào)節(jié)模塊的測量值；
[0061]S3-2、電池電壓VBattOTy經(jīng)分壓電阻R1和R2分壓后的電壓VBattOTy—工輸入至單片機的A/D轉(zhuǎn)換模塊得到電壓VBattOTy A，控制模塊在電壓VBattey A的基礎上疊加了電壓\，得到Vsrt=VBattery A+VM作為單片機中PID調(diào)節(jié)模塊的給定值；
[0062]S3-3、將測量值Vf A與給定值VBattOTy A的差值輸入到單片機中PID調(diào)節(jié)模塊的輸入端；單片機中PID調(diào)節(jié)模塊將其輸出傳送到PWM脈寬調(diào)制模塊中，PWM脈寬調(diào)制模塊輸出的PWM脈沖信號通過單片機的輸出端口傳送至驅(qū)動芯片，通過驅(qū)動芯片IR2103S產(chǎn)生較大電流的高電壓脈沖控制功率場效應管Q的導通與截止，通過功率場效應管Q的導通與截止控制DC/DC升壓電路中的第一電感LI的充電與放電，通過第一電感LI的充放電將DC/DC升壓電路的輸出端電壓Vf升高至大于電池電壓VBattey，DC/DC升壓電路的輸出端電壓Vf經(jīng)過電感回饋電路中的第二電感L2對電池進行充電。其中當功率場效應管Q導通時,通過第一電感LI電磁場儲能，當功率場效應管Q的截止時，通過第一電感LI放電；其中第二電感L2的作用是緩沖，當DC/DC升壓過高時也不至于直接對電池充電，避免過大的充電電流。
[0063]S3-4、根據(jù)步驟S3-2，不管電池電壓如何變化，PID調(diào)節(jié)模塊都能控制測量值Vf A和給定值Vset滿足:VF—A 一 Vset，使得VF—A>VBatte,y—A ;從而使得DC/DC升壓電路升壓后的電Svf大于電池電壓VBattOTy，實現(xiàn)將電能回饋到電池中。
[0064]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器，其特征在于，包括脈沖變壓器、整流電路、DC/DC升壓電路、電感回饋電路以及控制器； 所述脈沖變壓器的原邊串聯(lián)在柴油ECU的噴嘴驅(qū)動回來中，分別與柴油ECU驅(qū)動的高邊與低邊相連，所述脈沖變壓器的副邊連接至整流電路的輸入端； 所述整流電路的輸出端通過DC/DC升壓電路后連接至電感回饋電路的輸入端，所述電感回饋電路的輸出端與電池相連；所述DC/DC升壓電路與控制器連接，通過控制器控制DC/DC升壓電路的工作狀態(tài)； 其中整流電路輸出端、DC/DC升壓電路輸出端以及電池正極分別通過信號采樣電路與控制器連接，通過控制器測量電壓值。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器，其特征在于，所述整流電路包括二極管DRl、二極管DR2和濾波電容Cl，所述二極管DRl和二極管DR2的陰極均與濾波電容Cl正極連接，所述濾波電容Cl負極接地，所述濾波電容Cl正極作為整流電路的輸出端；所述二極管DRl的陽極和二極管DR2的陽極分別作為整流電路的輸入端。
3.根據(jù)權利要求2所述的具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器，其特征在于，所述脈沖變壓器由無中心抽頭的原邊繞組和帶中心抽頭的副邊繞組構(gòu)成，所述脈沖變壓器的副邊兩端分別與整流電路中二極管DRl和二極管DR2的陽極連接，所述脈沖變壓器的副邊中心抽頭連接整流電路的濾波電容Cl負極并且接地。
4.根據(jù)權利要求1所述的具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器，其特征在于，所述DC/DC升壓電路包括第一電感L1、功率場效應管Q、二極管Db以及穩(wěn)壓電容C2，所述第一電感LI的一端作為DC/DC升壓電路的輸入端連接整流電路的輸出端，另一端與功率場效應管Q的漏極連接后連接至二極管Db的陽極，二極管Db的陰極連接至穩(wěn)壓電容C2的正極，并且作為DC/DC升壓電路的輸出端F，穩(wěn)壓電容C2的負極接地；功率場效應管Q的柵極通過驅(qū)動芯片連接至控制器，通過控制器控制功率場效應管Q的工作狀態(tài)，源極接地。
5.根據(jù)權利要求4所述的具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器，其特征在于，所示控制器包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、PID控制模塊和PWM脈寬調(diào)制模塊，所述DC/DC升壓電路的輸出端F串聯(lián)電阻R3和電阻R4后接地，所述DC/DC升壓電路的輸出端F通過電阻R3與控制器輸入端口連接，將所述電阻R4上的分壓反饋至控制器的A/D轉(zhuǎn)換模塊中，作為控制器中PID控制模塊的測量值；所述電池的正極串聯(lián)電阻Rl和電阻R2后接地，電池的正極通過電阻Rl與控制器輸入端口連接，將所述電阻R2上的分壓反饋至A/D轉(zhuǎn)換模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊處理后的信號疊加一個電壓后作為PID控制模塊的給定值，所述PID控制模塊的輸出信號傳送到PWM脈寬調(diào)制模塊中，PWM脈寬調(diào)制模塊的輸出信號通過控制器的輸出端口傳送到驅(qū)動芯片中，通過驅(qū)動芯片傳送到功率場效應管Q。
6.根據(jù)權利要求4所述的具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器，其特征在于，所述DC/DC升壓電路的輸出端F串聯(lián)的電阻R3和電阻R4以及所述電池的正極串聯(lián)的電阻Rl和電阻 R2 滿足以下關系:R4/(R4+R3) ( R2/(R1+R2)。
7.根據(jù)權利要求1所述的具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器，其特征在于，所述電感回饋電路包括串聯(lián)的第二電感L2和隔離二極管Df ;DC/DC升壓電路的輸出端通過第二電感L2和隔離二極管Df與電池相連。
8.根據(jù)權利要求1至7任一項所述的具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器，其特征在于，所述控制器為單片機、ARM模塊或者FPGA模塊。
9.具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器的工作方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、切換開關將柴油ECU的輸出切換至連接柴油噴嘴仿真器，柴油ECU的輸出端輸出驅(qū)動脈沖信號到脈沖變壓器的原邊，同時脈沖變壓器的副邊感應輸出電壓信號；脈沖變壓器的副邊感應輸出的電壓信號輸入到整流電路中進行整流，通過正流電路輸出正極性的整流電壓Ve; 52、控制器分別測量出柴油噴嘴仿真器的整流電路輸出端、DC/DC升壓電路輸出端以及電池正極的電壓； 53、通過控制器判斷整流電路輸出端的整流電壓Ve是否大于電池電壓VBatt?y； 若是，則控制器控制DC/DC升壓電路無需工作，此時整流電路輸出的整流電壓Ve通過電感回饋電路對電池自然充電； 若否，則控制器控制DC/DC升壓電路進入工作狀態(tài)，對整流電壓Ve進行升壓，通過控制器輸出PWM脈沖至DC/DC升壓電路，通過DC/DC升壓電路對整流電路輸出的整流電壓進行升壓，使得DC/DC升壓電路輸出端的電壓Vf升高至大于電池電壓VBattOTy，DC/DC升壓電路的輸出端電壓Vf經(jīng)過電感回饋電路對電池進行充電。
10.根據(jù)權利要求9所述的具有電能回饋功能的柴油噴嘴仿真器的工作方法，其特征在于，所述步驟S3中DC/DC升壓電路為基于電壓閉環(huán)反饋的DC/DC升壓控制方式，當步驟S3中控制器判斷出整流電壓Ve小于等于電池電壓VBattey時，則DC/DC升壓電路進入工作狀態(tài)，進行以下操作: S3-UDC/DC升壓電路的輸出端電壓Vf經(jīng)電阻R3和R4分壓后的電壓Vf i輸入至控制器的A/D轉(zhuǎn)換模塊得到電壓Vf A，作為控制器中PID調(diào)節(jié)模塊的測量值； S3-2、電池電壓VBattOTy經(jīng)分壓電阻R1和R2分壓后的電壓VBattOTy—工輸入至控制器的A/D轉(zhuǎn)換模塊得到電壓VBattey A，控制模塊在電壓VBattey A的基礎上疊加了電壓VM，得到Vsrt =VBattery_A+V?作為控制器中PID調(diào)節(jié)模塊的給定值； S3-3、將測量值Vf a與給定值VBattOTy—A的差值輸入到控制器中PID調(diào)節(jié)模塊的輸入端；控制器中PID調(diào)節(jié)模塊將其輸出傳送到PWM脈寬調(diào)制模塊中，PWM脈寬調(diào)制模塊輸出的PWM脈沖信號通過控制器的輸出端口傳送至驅(qū)動芯片，通過驅(qū)動芯片輸出的脈沖信號控制功率場效應管Q的導通與截止，通過功率場效應管Q的導通與截止控制DC/DC升壓電路中的第一電感LI的充電與放電，以對DC/DC升壓電路的輸出電壓進行升壓； S3-4、根據(jù)步驟S3-2，PID調(diào)節(jié)模塊控制測量值Vf A和給定值Vset滿足:VF A ^ Vset,使得VF_A>VBattery_A ;從而使得DC/DC升壓電路升壓后的電壓Vf大于電池電壓VBattwy，完成升壓。
【文檔編號】F02D41/26GK104265476SQ201410401582
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權日:2014年8月14日
【發(fā)明者】肖兵, 何紅芬 申請人:華南理工大學