CN105275699B - 一种电控共轨油泵试验台的标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压共轨油泵试验台的标定方法，装载于上位机PC的标定软件对控制***下达指令并根据控制器传递的信息驱动执行器动作，检测设备独立检测控制***中执行器的工作，首先对两路转子泵电流传感器和一路油轨压力传感器进行标定，通过控制器对目标压力进行标定并按目标波形驱动喷油电磁阀实现喷油动作，然后根据不同的泵型分别对高压泵电磁阀进行标定，之后开启电机高压泵开始供油，对共轨压力进行标定，成功建立压力后分6个阶段进行喷油器电磁阀的标定，经由上位机驱动喷油器完成喷射动作。按此方法进行标定，整个***不会因标定操作而产生损坏。

Description

一种电控共轨油泵试验台的标定方法

技术领域

本发明涉及一种电控油泵试验台的标定，用于共轨***试验台的标定调试。

背景技术

机械式喷油泵测试台向电控喷油泵的转化，可大量节省设备开支，获得了市场的青睐。通过在油泵试验台上加装一套控制***，控制***主要有传感器、执行器和控制器（ECU，Electronic control unit）三部分组成，ECU对传感器信号进行处理，发出命令，控制执行器进行相应的动作。此种转化，除了必须的硬件改造，还需要在投入使用之前对之进行标定匹配，以写进最优控制参数。

发明内容

本发明提供一种对于高压共轨***油泵试验台的标定***并给出对应的标定方法。

标定***除了控制***以外，还包括上位机、标定软件，通信设备和监测设备。通信设备根据实际情况可以是CAN模块及其转接线或者USB-RS232转接线，监测设备包括示波器和电流钳。上位机通过通信设备和控制***连接，标定软件安装在上位机中，对控制***下达指令并根据控制器传递的信息驱动执行器动作；监测设备独立监测控制***中执行器的工作情况。一般情况下传感器包括：压力传感器、转子泵电流传感器和凸轮传感器；执行器包括：高压泵电磁阀、喷油器电磁阀和压力调节阀。传感器和执行器的工作参数就是所要标定的内容，包括：传感器MAP标定，高压泵电磁阀驱动参数的标定，共轨工作压力标定以及喷油器电磁阀的驱动参数标定。油泵开始供油后，此时的油还是低压状态，不能喷射，油从各个回油路回到油箱；如果传感器还没有标定，则需要通过上位机将传感器MAP写入到控制器中，才能获取正确的工作参数；之后开始标定高压泵的参数，驱动高压泵，向共轨管中供高压油；再来标定共轨工作压力，使共轨管中的压力达到目标压力，通过调压阀和压力传感器对压力实行闭环控制；最后驱动喷油器，完成喷射。在此过程中监测设备用以监测喷油器的电流波形。

具体标定方法如下：传感器标定：传感器的标定包括两路转子泵电流传感器的MAP标定，一路油轨压力传感器的标定，凸轮传感器不需要标定。一般传感器的特性曲线都是固定的且需要借助第三方标准件或资料来进行的，传感器的标定只需要进行一次。随着所测物理量的变化，传感器的输出口会输出一个变化的电压值，这个电压值在控制器中被转换成对应的AD值。ECU采集到的AD值和传感器所测的物理量，有一个线性变化的范围，超过这个范围，即使所测物理量变化，AD值也不会产生变化。这最大和最小AD值可以通过改变所测物理量的大小来获得。由于在这个范围内，AD值和所测物理量是线性变化的，所以只要找出这个范围内的两组所测物理量和AD值的对应关系，通过简单的数学计算就可以得出类似Y=KX+B的MAP曲线。再将最大和最小AD值带入这个公式中获得最大和最小物理量，将这四个的数据按规定方式写入到ECU中，这个传感器标定就完成了。所有传感器标定完成之后，就可以按照具体参数驱动高压泵的电磁阀，对共轨管进行供油。正常供油后，通过控制器对目标压力进行标定并按目标波形驱动喷油电磁阀，完成喷油动作。

电控共轨油泵试验台针对不同的测试对象需要进行分别标定，标定内容包括：高压泵电磁阀的标定，共轨工作压力的标定和喷油器电磁阀标定。

传感器标定完成后，进行高压泵电磁阀参数的标定，不同的高压泵其电磁阀驱动需要标定的参数也不尽相同。电控共轨油泵试验台提供三种基本类型的高压泵驱动控制：Bosch的CP2泵型，转子泵型以及电装泵型。在试验台工作之前就要标定需要试验的泵型以及驱动其电磁阀的电压（12V/24V）。作为测试对象的标定，高压泵电磁阀的标定参数一般根据测试要求而定，并确认供油是否正常。一般情况下直接将参数输入到控制器就可以了。

Bosch的CP2泵型分为常开型和常闭型。驱动方式是通过凸轮信号来触发，等待供油延时角后，按标定的占空比驱动电磁阀。Bosch的CP2泵型需要标定以下参数：驱动占空比，驱动缸数，供油延时角，常开/常闭泵型。

转子泵型的标定通过调节持续通过两个电磁阀的电流大小，从而达到控制油量大小的目的，电流控制有开环和闭环两种，转子泵型需要标定以下参数：目标电流、电流的开环/闭环控制、闭环PWM控制的上限/开环的PWM值、闭环时的PID参数和控制频率。开环控制只需将参数输入进ECU即可，根据目标电流手动调节PWM值。闭环控制的PWM是由ECU根据采集到的实际电流值来自动调节的。闭环的PWM控制上限作为对电磁阀的保护，同时不能对控制产生影响。控制频率是对电磁阀驱动周期的一个细化，频率越高，占空比值的精度越高，控制越精确。

电装泵型的标定是通过凸轮信号来触发，等待供油延时角后，按其标定的驱动脉宽来驱动电磁阀。所以针对电装泵型所要标定的参数有：驱动脉宽，驱动缸数，供油延时角。

高压泵标定之后，开启电机后高压泵开始供油。此时压力调节阀处于完全打开状态，共轨管中不会建立压力。则需要对共轨工作压力进行标定，共轨压力控制有开环和闭环两种控制方式，需要标定的参数有：目标压力，开环/闭环参数，开环时的开环占空比，控制输出上限以及闭环时的闭环PID参数。开环控制只需要将目标值输入进ECU即可，根据目标压力手动调节PWM值。闭环控制的PWM是ECU根据采集到的实际的共轨压力来自动调节的。控制输出上限给调压阀提供保护，同时不能对设定的压力产生影响。当一定时间后压力达不到目标压力，会停止调压阀的控制，压力卸除。

成功建立压力后，开始驱动喷油器进行喷油，一般情况下喷油器驱动有目标波形，需要对电参数进行修正来调节波形以达到目标波形。调节波形时需要通过示波器和电流钳来实时的监测驱动波形。一般情况下驱动分为6个阶段：一次冲击T1，一次回落T2，二次冲击T3，高位维持T4，二次回落T5，中位维持T6。由于部分电磁阀的一些特性，维持阶段单一的占空比可能会出现“翘尾”的现象，需要采取变占空比的方式,所以T4和T6阶段的实际驱动是分为T41~T47及T61~T67来进行的。综合以上，正常驱动喷油器需要标定参数：驱动6阶段的脉宽，高位工作电压（控制***提供24、50、65、80四种），高位占空比（一组7参数），中位占空比（一组7参数），高/中位各占空比阶段脉宽，喷射频率。以上都标定完成后，通过上位机驱动喷油器，完成最终的喷射动作。

相对于其它的标定方法，该标定方法在对于高压泵电磁阀的标定方面不同泵型的电磁阀驱动参数完全分离，不会因为参数设置错误而导致电磁阀产生不可预知的动作；在驱动喷油器方面重在对实际喷射的波形控制，不要求按目标参数来驱动喷油器，而是根据实际波形来调整波形达到目标，在维持阶段采用7段变占空比的方式，并且可以标定每一段的脉宽，可以更好的控制波形，并对脉宽和频率作了限制；喷油器电磁阀的驱动参数完全单独设置，与高压泵电磁阀的工作状态无关，可以更方便地做测试。按标定的顺序进行，即使数据标定出现很大的错误，配合控制器内部的保护措施，整个***不会因为标定操作而产生损坏。

附图说明

图1 标定***框图

图2 标定方法图示

图3 喷油器驱动波形的标定参数

图4 喷油器高/中位变占空比图示

具体实施方式

以现有的一种共轨试验台控制***的标定为例。该共轨试验台控制***包括控制器ECU；两个电流传感器，用以对转子泵的电流闭环控制；一个油轨压力传感器，用以对共轨管中的压力的闭环控制；两路霍尔传感器，用以采集高压泵的凸轮信号；一个压力调节阀以及油路中其它必须的设备。可以测试的对象包括上述三种类型的高压泵和各类喷油器，最多可以同时驱动6路喷油器工作。

1、传感器的标定

***投入使用和调试之前，首先要进行传感器的标定，传感器的标定只需要在开始标定一次，后续不会因为***配置的改变而产生变化。

1)油轨压力传感器标定MAP

说明： 该MAP是ECU根据采集的油轨压力传感器电参数，获得当前油轨压力（单位：bar）的依据。若在油轨压力传感器特性不明确的情况下，可将最小电压值对应的压力设为0bar,将最大电压值对应的压力标为2000bar。

油轨压力传感器标定MAP

X_油轨压力传感器AD值参数	61	627
			Y_油轨压力（bar）	0	2000

由于不同压力传感器特性不同，对应的电参数也不一致，因此压力传感器标定MAP是通过试验计算得到的。具体的传感器电压值对应的AD值计算方法：

a)通过标定不同目标轨压， 读取当前传感器最小AD值和最大AD值。读取最小AD值方法是：由于目标轨压与AD值成线性关系，通过标定目标轨压能够读取对应AD值，当减小目标轨压时，对应AD值不在变化，此时的AD值就是最小AD值。同样方法，当增加目标轨压时，对应AD值不再变化，此时AD值就是最大AD值。

b)通过标定不同目标轨压，读取相应的AD值X和压力值Y,由于目标轨压与对应AD值是线性变化的，因此只需要读取两组X和Y的值（分别计为(x1，y1)、(x2，y2)）就能计算出传感器标定MAP线性变化关系，设为：

Y = kX + b

其中, k = (y2-y1)/(x2-x1) b = y2 – x2*(y2-y1)/(x2-x1)

c)将最小AD和最大AD值代入Y = kX + b公式中，计算压力值，然后由最小和最大AD值及对应的压力值构成压力传感器标定MAP

2)电流传感器标定MAP

说明：该MAP是ECU根据采集的电流传感器电参数，获得当前通过电磁阀电流（单位：mA）的依据。在传感器特性不明情况下，可将最小电压值对应的电流值设为0.5A，将最大电压值对应的电流值设为4.5A。

电流传感器标定MAP

X_电流传感器AD值参数	32	1000
			Y_驱动电流（mA）	156	4885

电流传感器标定MAP的方法同轨压传感器标定MAP方法类同，不再赘述。

2、高压泵参数标定

高压泵初步需要标定的参数具体标定的方式如下表：

所需标定的参数

注：驱动占空比/PWM参数对BOSCH的CP2泵和转子泵都有效，对BOSCH的泵的意义是针对整个驱动周期的占空比。当泵型选择为转子泵且开环控制时，表示在一个PWM控制周期内的范围的占空比；闭环控制时，表示在一个PWM控制周期内的范围的占空比上限。

以上表格内的参数标定完成后，同时将凸轮信号输入到控制器中后（8缸机需要两路不同的凸轮信号），BOSCH的CP2泵和电装泵就可以正常工作了。闭环控制的转子泵如果上位机采集到电流不稳定或者长时间不能达到目标电流时，则需要调整电流控制PID参数，两路电流闭环分别有其PID参数MAP。

3、共轨工作压力标定

高压泵开始工作后，此时压力调节阀是完全打开的，在共轨管里不会建立压力。压力调节阀的控制分为开环和闭环控制，标志位0表示闭环控制，1表示开环控制。同时标定目标压力（0~2200），单位bar

开环控制时由手动输入占空比值，上限值5000，建议慢慢增加，在不知道调压阀性能时，大幅度增加调压阀的驱动占空比会导致共轨管的压力非常大，造成危险。闭环控制时根据上位机标定的目标压力ECU会自动调节调压阀的开度，闭环控制的开度上限可以通过上位机设置，参数范围0~100，建议实际有效值不超过95.

闭环控制时如果压力不稳定或者长时间不能达到目标压力时，则需要调整调压阀控制PID参数，具体调试方法参考相关PID文档。实际压力与目标压力差值超过80bar且持续超过30s时，***认为存在故障，停止调压阀驱动。

4、喷油器电磁阀控制

喷油器电磁阀的驱动需要标定一次冲击T1，一次回落T2，二次冲击T3，高位维持T4，二次回落T5，中位维持T6，高位工作电压（控制***提供24、50、65、80四种），高位占空比（一组7参数,0~100），中位占空比（一组7参数,0~200），高/中位各占空比阶段脉宽，喷射频率。以上数据喷射总脉宽不能超过3000us，喷射频率每分钟不超过1500次，超过上限则按最大值实施。

驱动喷油器的电磁阀以后，用示波器和电流钳获取喷射的波形，看波形是不是所需要的波形，通过调节标定的参数可以对波形进行调整，具体如下：

1）、一次冲击T1：冲击脉宽时，高位长期打开，电流斜线上升，斜率与电磁阀的特性和高位工作电压有关，时间越长，电流所能达到的峰值越高。

2）一次回落T2:此时高位和中位都已经关闭，电流斜线下降，斜率与电磁阀的特性有关。时间越长，电流越低。

3）二次冲击T3：与T1时间的状态一致，电流斜线上升，区别在于开始时的电流初始值为T2结束时刻的值。

4）高位维持T4：理想状态下电流在某个值附近快速的波动。这个阶段事实上分为7个小段，每段的占空比独立设置，占空比越高电流越大。所以这个阶段的电流波形会根据实际情况产生变化。需要注意的是即使设定的每一阶段的占空比都相同，也会出现电流越来越大或者越来越小的可能，这个与电磁阀本身的特性有关，所以为了达到一个平稳的电流，将占空比脉宽分为7个小段，分别设定占空比值。

5）二次回落T5：与T2时间的状态基本一致，电流斜线下降，斜率与电磁阀的特性有关。时间越长，电流越低。

6）中午维持T6：与T4时间的状态基本一致，理想状态下电流在某个值附近快速的波动，不同之处在于波动围绕的值比较低。这个阶段事实上分为7个小段，每段的占空比独立设置，占空比越高，电流越大。所以这个阶段的电流波形会根据实际情况产生变化，具体说明同T4阶段。

7）高位工作电压：对波形的上升阶段会产生影响，电压越高，波形的斜率越大，上升的越快。对高位维持的波形也会产生影响，使其可能会出现维持电流缓慢下降或上升的情况，通过调整变占空比使电流平整。

8）高/中位各占空比阶段脉宽：对于有些电磁阀，高/中位维持时会产生电流的变化，所以通过这个参数和变占空比的标定，对电流的大小进行调节，目的使其维持平稳。

T1~T6这六个脉宽都可以设置为0，通过这种设置可以达到不同的波形，对于不同的喷油器电磁阀，需求的驱动波形不一样，而且同样的参数也会有不同的波形，所以要根据实际情况来调节。

Claims (1)

1.一种电控共轨油泵试验台的标定方法，上位机通过通信设备和控制***连接，标定软件安装在上位机中，对控制***下达指令并根据控制器传递的信息驱动执行器动作；监测设备独立监测控制***中执行器的工作情况，其中传感器包括压力传感器、转子泵传感器和凸轮传感器，执行器包括高压泵电磁阀、喷油器电磁阀和压力调节阀，其特征在于按下列步骤进行标定：

1）首先对传感器进行标定，传感器的标定只需要进行一次，包括两路转子泵传感器的MAP标定和一路油轨压力传感器的标定，传感器输出的电压值在控制器中被转换成对应的AD值，此AD值与传感器所测物理量在一个线性变化的范围内，遵循Y=KX+B的MAP曲线，寻找此范围内两组所测物理量和AD值的对应关系，即可确定此线性算式，再将最大和最小AD值带入这个公式中获得最大和最小物理量，将这四个数据按规定方式写入到ECU中；

2）进行高压泵电磁阀的标定，电控共轨油泵试验台提供Bosch的CP2泵型、转子泵型以及电装泵型三种高压泵驱动控制，其中，Bosch的CP2泵型通过凸轮信号触发，等待供油延时角后按标定的占空比驱动电磁阀，其需标定的参数有：驱动占空比、驱动缸数、供油延时角、常开/常闭泵型；转子泵型的标定通过调节持续通过两个电磁阀的电流大小实现油量大小的控制，其标定参数有：目标电流、电流的开环/闭环控制、闭环PWM控制的上限/开环的PWM值、闭环时的PID参数和控制频率，开环控制只需将参数输入进ECU，根据目标电流手动调节PWM值，闭环时的PWM有ECU根据采集到的实际电流值自动调节；电装泵性的标定通过凸轮信号触发，等待供油延时角后按标定的驱动脉宽驱动电磁阀，其标定参数有驱动脉宽、驱动缸数和供油延时角；

3）开启电机，高压泵开始供油，压力调节阀完全打开，此时共轨管内并未建立压力；

4）进行共轨工作压力标定，需要标定的参数有：目标压力、开环/闭环参数、开环时的开环占空比、控制输出上限以及闭环时的闭环PID参数，开环控制只需要将目标值输入进ECU即可，根据目标压力手动调节PWM值，闭环控制的PWM是ECU根据采集到的实际的共轨压力来自动调节；

5）成功建立压力后，驱动喷油器进行喷油；

6)进行喷油器电磁阀标定，通过标定一次冲击T1、一次回落T2、二次冲击T3、高位维持T4、二次回落T5，中位维持T6、高位工作电压、高位占空比、中位占空比和高/中位各占空比阶段脉宽，用示波器和电流钳获取喷射波形，通过修正电参数调节波形以达到目标波形；

7)通过上位机驱动喷油器，进行喷射动作。