电动可变气门正时闭环控制系统及其控制方法与流程

1.本发明属于汽车动力系统控制的技术领域。更具体地，本发明涉及一种电动可变气门正时闭环控制系统。本发明还涉及该控制系统采用的控制方法。


背景技术：

2.随着科技的发展，人们对汽车的动力性能以及低排放有了更高的要求。可变气门技术可以调节进排气气门的打开关闭时刻，譬如提前打开进气气门，晚关排气气门，从而达到提高动力性能和增加燃油充分性的效果。减少排放，提高燃油经济性和增强驾驶舒适性。内燃机是当今热效率最高且应用最为广泛的动力机械，其燃烧的是汽油，而石油是汽油的主要源泉。随着世界上汽车的逐渐增加，内燃机对石油的消耗量也日益增加，石油的供需矛盾日趋明显。另外，石油燃烧的排放物是大气污染的罪魁祸首之一，而大气的污染不仅对人体有害，还会改变大气的成分和比重，引起全球气候的变化，造成全球性的危害。所以，提高汽车的动力性能和减少排放成了当今非常重要的课题。
3.现有技术存在的问题和缺陷：传统内燃机的气门开启时刻是不会改变的，这样存在一个问题：发动机无论在什么负荷工况下，气门开启时刻都是一样的，这样就导致小负荷和大负荷用同样的进气量，造成能源的浪费，热效率低。
4.为了节能减排，提高动力性能和燃油效率，现在很多燃油车使用的是液压式可变气门正时系统。但是由于系统结构和工作原理的限制，液压式vvt存在以下缺陷：
5.1、低速低温时，根本无法调相；
6.2、调相的反应速度缓慢且精度低；
7.3、机油消耗量较大；
8.4、相位闭环在发动机ecu里，增加了发动机ecu的负担。


技术实现要素：

9.本发明提供一种电动可变气门正时闭环控制系统，其目的是提高汽车的动力性能和减少排放。
10.为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
11.本发明的电动可变气门正时闭环控制系统，包括电机、evvt控制器、发动机ecu，所述的evvt控制器和发动机ecu与can总线连接；所述的控制系统向evvt控制器反馈实际相位信号和电机实际转速信号；所述的evvt控制器通过闭环控制电机的转速和转向。
12.所述的发动机ecu根据凸轮轴信号和曲轴信号，按照配气策略计算出气门正时角度，即当前需要的目标相位角度，并通过can总线传输给evvt控制器。
13.所述的电机通过霍尔信号传感器向evvt控制器反馈电机实际转速信号。
14.所述的电机与减速器相连接；所述的减速器与凸轮轴相连接；电机通过一定减速比降速控制凸轮轴转动；所述的凸轮轴通过凸轮轴传感器向发动机ecu发送凸轮轴信号。
15.发动机的曲轴通过曲轴传感器向发动机ecu发送曲轴信号。
16.为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的电动可变气门正时闭环控制系统的控制方法。该方法的信号传递关系为：
17.1)、所述的can总线向evvt控制器输入端输入目标相位；
18.2)、所述的evvt控制器将目标相位，与控制系统反馈的实际相位进行比较、综合，得到位置环；
19.3)、所述的evvt控制器将位置环与控制系统反馈的曲轴转速进行比较、综合，得到目标速度；
20.4)、所述的evvt控制器将目标速度与控制系统反馈的电机实际速度进行比较、综合，得到速度环；
21.5)、所述的evvt控制器将速度环的占空比、方向信号输出给电机。
22.在所述的2)中，所述的控制系统反馈的实际相位，是evvt控制器将电机的霍尔信号传感器反馈的霍尔信号、凸轮轴传感器反馈的凸轮轴信号以及曲轴传感器反馈的曲轴信号进行比较、综合得出。
23.在所述的3)中，所述的控制系统反馈的曲轴转速，是由曲轴传感器产生的信号。
24.在所述的4)中，所述的控制系统反馈的电机实际速度，是由电机的霍尔信号传感器产生的信号。
25.本发明采用上述技术方案，采用evvt不仅可以通过调节进排气气门的打开关闭时刻来提高动力性能和燃油燃烧充分性，从而达到减少排放，提高燃油经济性，还能提高驾驶的舒适性；另外，还能克服现有技术中液压vvt低速低温无法调相、调相缓慢且精度低的缺点。
附图说明
26.附图所示内容简要说明如下：
27.图1为本发明的结构示意图；
28.图2为本发明的控制系统信号传递关系示意图。
具体实施方式
29.下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
30.如图1所示的本发明的结构，为一种电动可变气门正时闭环控制系统，包括电机、evvt控制器、发动机ecu，所述的evvt控制器和发动机ecu与can总线连接。所述的evvt即电动可变气门正时系统。
31.为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现提高汽车的动力性能和减少排放的发明目的，本发明采取的技术方案为：
32.如图1所示，本发明的电动可变气门正时闭环控制系统向evvt控制器反馈实际相位信号和电机实际转速信号；所述的evvt控制器通过闭环控制电机的转速和转向。
33.本发明的evvt控制器采用相位和速度双闭环控制相位角度。所述的evvt控制器将目标相位和实际相位进行比较形成相位闭环，并且与凸轮轴速度一起计算出电机目标速
度。
34.本发明的有益效果是：evvt不仅可以通过调节进排气气门的打开、关闭时刻，来提高动力性能和增加燃油充分性，从而达到减少排放，提高燃油经济性，还能提高驾驶舒适性；另外，还能克服液压vvt低速低温无法调相、调相缓慢且精度低的缺点。
35.所述的发动机ecu根据凸轮轴信号和曲轴信号，按照配气策略计算出气门正时角度，即当前需要的目标相位角度，并通过can总线传输给evvt控制器。
36.所述的电机通过霍尔信号传感器向evvt控制器反馈电机实际转速信号。
37.所述的evvt控制器实时采集曲轴凸轮轴信号和霍尔信号，通过霍尔信号实时计算电机实际转速，通过曲轴凸轮轴信号和霍尔信号计算当前实际相位角度。
38.控制系统通过调节凸轮轴的正时角度来调整进气量、排气量和气门开闭时间。与电机的霍尔信号传感器反馈的实际相位进行比较，形成相位闭环，并且与凸轮轴速度一起计算出电机目标速度。
39.所述的电机与减速器相连接；所述的减速器与凸轮轴相连接；电机通过一定减速比降速控制凸轮轴转动；所述的凸轮轴通过凸轮轴传感器向发动机ecu发送凸轮轴信号。
40.凸轮轴相对曲轴转动的角度，即凸轮轴的正时角度。
41.发动机的曲轴通过曲轴传感器向发动机ecu发送曲轴信号。
42.将电机目标速度与实际转速进行比较形成速度闭环，得出占空比信号和转向信号，再通过6步换相法控制桥式电路，来实现对电机的控制。
43.为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的电动可变气门正时闭环控制系统的控制方法。该方法的信号传递关系为：
44.1)、所述的can总线向evvt控制器输入端输入目标相位；
45.2)、所述的evvt控制器将目标相位，与控制系统反馈的实际相位进行比较、综合，得到位置环；
46.3)、所述的evvt控制器将位置环与控制系统反馈的曲轴转速进行比较、综合，得到目标速度；
47.4)、所述的evvt控制器将目标速度与控制系统反馈的电机实际速度进行比较、综合，得到速度环；
48.5)、所述的evvt控制器将速度环的占空比、方向信号输出给电机。
49.在所述的2)中，所述的控制系统反馈的实际相位，是evvt控制器将电机的霍尔信号传感器反馈的霍尔信号、凸轮轴传感器反馈的凸轮轴信号以及曲轴传感器反馈的曲轴信号进行比较、综合得出。
50.在所述的3)中，所述的控制系统反馈的曲轴转速，是由曲轴传感器产生的信号。
51.在所述的4)中，所述的控制系统反馈的电机实际速度，是由电机的霍尔信号传感器产生的信号。
52.在整个工作过程中，相位闭环控制都在evvt里，发动机ecu只需要提出需求的目标相位角度，不需要做闭环控制，这样大大减小了发动机ecu的负担。
53.evvt控制器实时采集曲轴凸轮轴信号以及电机霍尔信号，快速并精确的跟随目标相位角度。电动vvt根本不受发动机转速限制，解决了液压vvt低转速、低温无法调相，以及调相缓慢和精度低的问题。
54.上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。