用於控制電熱塞內溫度的電熱塞控制單元和方法

2023-09-23 13:31:00 2

專利名稱：用於控制電熱塞內溫度的電熱塞控制單元和方法
技術領域：
本發明涉及用於控制電熱塞(glow plug)內溫度的電熱塞控制單元和方法。
背景技術：
WO2007/033825示出了用於柴油機的一組電熱塞的控制。根據脈寬調製 信號，電熱塞周期性地與電源線連接。為了給電熱塞提供所需的能量，輸送 線路上的壓降通過測量電熱塞電流來計算。為控制它的溫度，單獨對每個電 熱塞計算。這種方法適合於陶瓷電熱塞，它的電阻關於所述溫度強烈地改變。 另一方面，這種方法採用基於多個測量的計算和包括風險的估計，該風險指 溫度的控制是錯誤的。

發明內容
因此，本發明的目的是提供新穎的電熱塞控制單元，該控制單元提供了 電熱塞溫度的精確控制。本發明的進一步目的是提供更準確控制電熱塞的方法。
本發明提供了 一種電熱塞控制單元，該單元包括用來將電源節點連接至 電熱塞的第一開關。電熱塞控制單元進一步包括用於測量電源線上的電壓的 電壓測量單元。電流測量單元構造成用於測量通過第一開關的電流，控制電 路構造成用於控制第一開關，以及在電流控制模式下，用於將通過第一開關 的電流調節至預定值。
與陶瓷電熱塞相比，金屬電熱塞在不同溫度狀況下的電阻相對穩定。本 發明的電熱塞控制單元設置了電流控制模式，其中，通過電熱塞的電流被直 接調節。電熱塞內的功率和溫度藉助於電流測量被相應地控制，且電流控制 無需補償壓降。壓降的補償需要一系列計算，其可能是4晉誤的，因為它們基 於電阻的估算和前期測量。電流控制才莫式優選用於金屬電熱塞，因為它們的 電阻高溫時相對穩定。
4在一個實施例中，第一開關包括電晶體，電流測量單元包括通過第一開 關的電晶體反射電流的電流反射鏡。電流反射鏡設置了通過第 一開關電流的 直接測量，其等於通過電熱塞的電流。
優選地，電熱塞控制單元包括電池和電源節點之間的第二開關。另外，
第二開關可開通和關閉電池與電熱塞之間的供給;f各徑。第二開關是冗餘設置 (redundant),以阻止獨立於控制電3各狀態的電流流動。
當第一開關關閉時，電流也被測量。這樣，就有可能在關閉期間，檢查 是否沒有電流流過第 一開關。
在一個實施例中，在電壓控制模式中，控制電路調節電熱塞中的電壓。 這種附加的模式優選地可用於陶資電熱塞。陶資電熱塞的電阻強烈地依賴於 電熱溫度。相應地，為了計算電熱塞中的功率，需要考慮電熱塞中的電壓。 這樣，支撐具有隨溫度變化的電阻值的電熱塞需要電壓控制模式。
在附加模式即功率控制^f莫式中，電熱塞中的功率^皮調整至預定值。由於 測量電壓依賴於該電阻，電熱塞的電阻改變可以被補償。
為了將功率調至預定值，基於通過第一開關的電流以及基於第一開關處 的電壓估計電熱塞中的功率。
本發明也涉及一種用於控制具有電熱塞控制單元的電熱塞的方法，其 中，提供了本發明的電熱塞控制單元以及測量通過第一開關的電流。然後， 在電流控制模式中，通過第一開關的電流被調整至預定值。
優選地，設置的電熱塞控制單元的第一開關包括電晶體。通過電流反射 鏡測量流過第一開關的電流，該反射器反射通過電晶體的電流。
本發明也提供了一種用於計算電熱塞中的功率方法。首先，提供了用於 多個電熱塞的電熱塞控制單元。電熱塞控制單元包括多個開關，每個開關用 來將電熱塞連"J妄至電源節點。測量通過電熱塞的電流，通過計算電源節點處 的壓降以及基於通過處於開通時的開關電流計算電熱塞處的電壓。基於電熱
塞處的計算電壓和通過電熱塞的測量電流，計算電熱塞中的功率。
如果開關組在開通時間交疊，電源節點處的壓降隨時間改變。由於測量 採樣的數目被限制， 一個採樣被用來估算一個完整周期的電壓。在這個期間， 當同時處於開通的開關數量不同時，壓降不同且該採樣不能為完整周期提供 正確值。這樣，為了補償這種效應，壓降基於同時處於開通的開關數量。


本發明將基於本發明實施例的附圖來進一步描述。
圖1示出了發動機控制模塊，其中，該模塊集成了電熱塞的控制裝置。 圖2示出了具有用於電熱塞集成控制裝置的第二發動機控制模塊。 圖3示出了對圖1進一步詳細描述的發動機控制模塊。 圖4示出了用於電熱塞溫度的詳細說明。
圖5示出了第一控制模式中控制裝置的示意圖。 圖6示出了第二控制模式中控制裝置的示意圖。 圖7示出了第三控制模式中控制裝置的示意圖。 圖8示出了第四控制模式中控制裝置的示意圖。 圖9示出了柴油才幾起動過程中電熱塞處的電壓。 圖IO示出了通過電熱塞的電流分布圖。 圖11示出了電熱塞的溫度分布圖。
附圖標記i兌明
la 第一高側開關
2b 第二高側開關
3a 第三高側開關
3b 第一高側開關
4a 高側開關
5 a 第 一單向激活開關(unidirectional enable switch )
5b 第二單向激活開關
6a、 6b 電源輸入開關
7a、 7b 電壓監測器
8a、 10a、 lla、 8b、 9b、 lib 電流監測器
12、 14、 16、 12b、 13b、 15b 電熱塞電壓監測器
16a、 18a、 19a、 16b、 17b、 19b 輸出端
20a、 20b 單向激活開關控制
22a、 24a、 25a 高側開關控制
30 接地參考端
100 控制模塊
101 電池102 電源線束塊(power supply wiring harness block)
103 發電坤幾和起動器塊
104 電熱塞控制單元
105 發動機控制模塊
106 電熱塞線束(glow plug wiring harness )
107 電熱塞和氣釭內腔(glow plugs and cylinders chambers )
108 阻性通道 110 控制單元
201 電熱塞控制單元
202 第一二極體
203 電晶體
204 電源節點
205 電源節點
206 第一電晶體
207 第二電晶體
208 第一二極體
209 第二二極體 220 節點
500 過衝控制電路
501 電壓定點糹交準
502 電壓估算
504 除法器
505 乘法器
507 PWM發生器
600 電壓控制單元
601、 602、 603 反饋
700 電流控制單元
701 電流定點4t準
702 電流估算
703 除法器
800 功率控制電路801 功率定點校準
802 功率估算
1000 殼體接地(chassis ground)
具體實施例方式
圖1示出了控制模塊100，其中，該模塊集成了用於電熱塞的控制裝置。 發動機控制模塊100包括電池101;電源線束塊102;發電機和起動器塊103; 控制單元110;電熱塞線束106;具有電熱塞A、 B、 C和D的電熱塞和氣缸 內腔(glow plug and cylinder chamber )107;以及電阻通道108。
作為系統電源的電池101，它的負極連接至殼體接地1000，以及它的正 極連接至發電機和起動器塊103。電池的負極和正極也連接至電源線束塊 102。電源線束塊102包括用於電源線的線束和保險絲。
線束塊102向控制單元110輸出供給信號pwr和gnd,控制單元110分 別在輸入6a、 30連接這些信號。控制單元110在它的輸入12a、 13a、 14a 以及15a處連接至電熱塞線束106，該電熱塞線束106提供與電熱塞和氣缸 內腔107的電熱塞A、 B、 C和D的連才妻。
電熱塞A、 B、 C和D進一步被連接至節點Nl，節點Nl經電阻通道 108將電熱塞連接到殼體接地1000。電阻通道108是將電池101的負極連接 至與電熱塞A、 B、 C和D相鄰的節點N1的、在殼體內的通道。
圖1示出了用於控制單元110的接地連接的可選項la。虛線表示第二可 選項lb，其中，控制單元110的輸入6a連4妻至節點Nl而不是連4妄至電源 線束塊102的輸出。
圖1示出了控制模塊100內電熱塞控制的完全集成。已經限定控制裝置 支持用於控制電熱溫度的各種方法。這些方法根據發動機狀況和環境狀況而 採用。控制裝置能夠處理金屬和陶瓷電熱塞^t支術。圖l示出了用於四缸和四 個電熱塞A、 B、 C和D的發動機控制。控制裝置是模塊化的，以便能用於 具有2、 3、 4、 6和8缸的柴油機的電熱塞系統。氣缸可分成組。
圖2示出了圖1中的發動機控制模塊，其中，控制單元IOO分成電熱塞 控制單元104和發動機控制模塊105。發動機控制模塊105控制發動機，例 如要噴射的燃料體積，而電熱塞控制單元104控制電熱塞的溫度。
電熱塞控制單元104經信號pwm和diag連接到發動才幾控制模塊。信號
8diag用於診斷目的，以將來自電熱塞控制單元104的錯誤信息發送至發動機 控制模塊105。通過信號pwm，發動機控制模塊105要求電熱塞控制單元104 加熱電熱塞。
控制裝置適用於圖1和圖2所示的電熱塞系統，而且由於通常限制與發 動機控制模塊相互作用，也可以在具有一些約束的獨立電熱塞控制單元內實現。
圖3中的示意圖示出了多缸電熱塞控制單元104。其中，符號a和b識 別兩個組之一，括號表示可選件，以及連字符…表示如果發動機氣缸數 量多時增加的元件。電熱塞控制單元201設計為用於具有八個電熱塞的發動 機。a組內的電熱塞稱為A、 B、 C和D，且b組內的稱為Ab、 Bb、 Cb、 Db。
電熱塞控制單元201包括第一單向激活開關5a和第二單向激活開關5b， 第一、第二、第三、第四、第五和第六高側開關la、 2b、 3a、 4a、 lb和4b。 各高側開關la、 2b、 3a、 4a、 lb和4 b包括n極增強MOS場效應電晶體203 和反激二極體202。電晶體203的漏極連接到二極體202的陰極，而電晶體 203的源極連接到二極體202的陽極。高側開關2a和3b沒有在圖3中顯示， 但也為分別將電源節點204和205連接至電熱塞B和Cb的高側開關。
每個單向激活開關5a和5b包括第一電晶體206和第二電晶體207，第 一二極體208和第二二極體209。第一電晶體206的源極連接到第一二極體 208的陽極。第一電晶體206的漏極連接到第一二極體208和第二二極體209 的陰極和第二電晶體207的漏極。第二電晶體207的源極連接到第二二極體 209的陽極。第一單向激活開關5a的第二電晶體207的源極連接到輸入6a， 而第一單向激活開關5a的第一電晶體206的源極連接到電源節點2(M。第二 單向激活開關5b的第二電晶體207的源極連接到輸入6b，而第二單向激活 開關5b的第一電晶體206的源極連接到節點205。
電源輸入端6a連接到節點pwr，以建立至電池101正極的4氐阻抗通道。
接地參考端30連接到節點gnd。這就建立了至電池負極的低阻抗返回 通道。節點gnd是用於所有涉及電壓的控制體系的參考節點。
第 一單向激活開關5a具有冗餘切斷能力(redundant switch off c叩ability ) 和反極性保護，反極性保護是電源輸入端6a處的直接電池連接所必需的。 通過單向激活開關5a，可不顧發動機控制模塊105的狀態而將流到電熱塞的 電流阻止。第一電晶體206和第二電晶體207的門極由用於第一單向激活開關5a 的第一單向激活開關控制20a的信號以及用於第二單向激活開關5b的第二 單向激活開關控制20b的信號控制。單向激活開關5a和5b被關閉(closed), 以在節點204和205處提供電壓。
輸出端16a連接到電熱塞A,輸出端18a連接到電熱塞C,輸出端19a 連接到電熱塞D，輸出端17b連接到電熱塞Bb,輸出端19b連接到電熱塞 Db。
高側開關la、 2b、 3a、 4a、 lb和4b的電晶體203的門極由高側開關控 制22a、 23a、 24a和25a的信號控制，這樣，高側開關la和高側激活開關(high side enable switch ) lb的電晶體門極由高側開關控制22a控制。高側激活開 關3a的電晶體門極由高側開關控制24a控制，高側激活開關2b的電晶體門 極由高側開關控制23a控制，以及高側激活開關4a和4b的電晶體門極由高 側開關控制25a控制。
高側開關la、 2b、 3a、 4a、 lb和4b經高側開關控制信號22a、 24a和 25b激活電熱塞A、 B、 C、 D、 E,以在電源節點204、 205處分別變換到輸 出16a、 18a、 19a、 16b、 17b和19b的電壓。它們也為開/關和關/開過渡提 供改變電壓轉換速度的能力，以限制功率損耗。電壓轉換速度依賴於環境狀 況。
高側開關控制22a、 23a、 24a和25a獨立地控制高側開關la、 2b、 3a、 4a、 lb和4b以向每個電熱塞A、 B、 C、 D、 Ab、 Bb、 Cb和Db傳遞電壓。 在該實施例中，高側開關控制22a、 23a、 24a和25a由脈寬調製信號驅動， 該脈寬調製信號將限定電流提供到電熱塞，當高側開關la、 2b、 3a、 4a、 lb 和4b開通時也提供限定電壓。
激活電壓監測器7a監測節點204處的電壓，激活電壓監測器7b監測節 點205處的電壓。在這個實施例中，在電熱塞的脈寬調製命令開通期間，電 壓監測器7a和7b輸出節點204和205的電壓最大和最小值。
在脈寬調製命令開通和關閉期間，電流監測器8a、 8b、 9b、 10a、 lla 和llb監測流過各高側開關la、 lb、 2b、 3a、 4a和4b的電流。電流監測器 8a和8b優選地為電流反射鏡，該電流反射鏡反射通過高側開關的電晶體202 的電流。在一個實施例中，每個電流監測器8a、 8b報告開通期間和關閉期 間的最大值。
10電晶體T示出了電流反射鏡用作電流監測器的實施例。電晶體T與高 側開關4b的電晶體203具有相同的尺寸。它的漏極連接至節點205，其中， 它的源極連接到節點220。門極由高側開關控制25a的信號控制。電阻R設 置在節點220和參考接地端30之間。電阻R可調以便節點220處的電壓至 輸出端19b的電壓具有相同的值。由於電晶體T與輸出端19b具有相同的尺 寸和電壓狀況，通過電晶體的電流與通過高側開關4b的電流相同。該電流 可通過節點220處的電壓除以電阻R的阻值計算出。
電流監測器8a、 10a、 lla、 8b、 9b和10b的輸出值與各個激活電壓監 測器7a和7b檢測的最大電壓值同時獲得，該最大電壓值用於高側開關控制 22a、 23a、 24a和25a處設置的每個脈寬調製命令。
在關斷期間，通過電流監測器8a、 8b測得的電流應為零。在這個期間 內通過電流監測器8a、 8b測得的電流對控制功能沒有影響，只是用於診斷 目的。
虛線210示出了可選連接，即節點204和205之間的短路。在這種情況 下，可取消第二單向激活開關5b，且節點205也由第一單向激活開關5a提
供電源。
當單向激活開關不工作時，偏置網絡21a和21b監測供給到高側開關 la、 2b、 3a、 4a、 lb和4b的電壓。這不會對控制功能產生影響，也是用於 診斷目的。
控制邏輯26提供控制方法，以基於分別從電壓監測器7a和7b以及電 流監測器8a、 10a、 lla、 8b、 9b和lib獲得的信息的發動機運行狀態，環境 狀況，電熱塞類型來驅動單向激活開關控制20a和20b以及高側開關控制 22a、 23a、 24a和25a。
第二電壓監測器12、 14、 15、 12b、 13b和15b提供了備選方法以在各 自的脈寬調製命令開通期間和關斷期間都監測輸出端16a、 18a、 19a、 16b、 17b和19b的輸出電壓。如果必要的話，在關閉期間所產生的信息以允許補 償發動機組和殼體接地1000之間的電壓接地漂移。
通過以下方面可以簡要地說明控制的功能目標目標溫度應迅速地達 到。然而，應避免危險溫度過調。另外，溫度應保持在一預定範圍內，該預 定範圍依賴於發動機的運行狀況。
圖4示出了溫度屏蔽實例，該溫度屏蔽限定了用於電熱塞的電熱溫度邊界條件。在時間t-0秒時，電熱塞的溫度接近零攝氏度。溫度的最大轉換速
度是每2.2秒1200度。從3秒開始，電熱塞的溫度必須達到700度，且必須 不低於這個溫度。從2.3秒至9秒，溫度必須不超出1200度，且9秒後，最 大溫度設置為1100度。
控制裝置允許經過脈寬調製輸出命令，脈寬調製輸出命令被設置成高側 開關控制信號22a、 23a、 24a和25a以便控制各電熱塞的溫度。根據發動機 運行狀況以及電熱塞技術，控制邏輯應選擇最有效方法以控制和驅動電熱 塞。
由該控制體系支撐的四種控制方法為l)起動過沖能量控制(inrush energy control )， 2)有效電壓閉環，3)有效電熱塞電流閉環，4)輸出功率閉環。
圖5示出了用於第一種方法的起動過衝能量控制的控制電路500的示意 總圖。控制電路500控制單個電熱塞的溫度用於八個電熱塞的電熱塞控制 包括八個這種控制電路500。控制電路500包括電壓定點校準501、電壓估 算502、熱狀態估算503、除法器504、乘法器505、積分器506、 PWM產 生裝置507和比較器508。 PWM表示脈寬調製信號。
電壓定點校準501接收發動機運行狀態，在這種情形下，發動機處於起 動過衝階段(inrushphrase)。電壓定點校準501輸出值電壓定點，該電壓設 置點表示給定發動機的運行狀態下的需求電壓。
電壓估算502接收來自電壓監測器7a的電壓，即在電源節點204處測 得的電壓。從該值，電壓估算502輸出代表電熱塞A的電壓估算值。估算的 電壓通過積分器506得到，積分器506首先計算估算電壓的平方，然後積分 平方運算的結果。通過該運算，從發動機起動以來提供給電熱塞的能量被求和。
熱狀態估算503接收發動機運行狀態和環境運行狀態，尤其是外界溫度 和風速。如果發動機運行狀態表明發動機剛剛起動，電熱塞溫度被估算為與 外界溫度相同。
電熱塞的估計溫度在積分器506中被作為初始值用於積分。總體能量與 比較器508中的能量預定目標值進行比較。如果能量低於目標能量，比較器 508向PWM發生器507發出輸出信號以開通高側開關la。
如果電熱塞處的電壓超出由電壓定點限定的閾值電壓，高側開關la將被關閉。為檢測這種狀況，除法器504用電壓設置值除以估算電壓並向乘法 器505輸出它的結果，乘法器505設置PWM發生器507， PWM發生器507 產生參數PWM佔空比、PWM頻率和PWM偏移。這些參數被用來產生高 側開關控制22a的信號。
當需要電熱塞的快速供能時，主要是在起動過衝階段，採用起動衝量能 量控制。控制電路將提供取決於環境和發動機運行狀況、估算的電熱塞初始 熱狀態以及電熱塞特性的能量數量。傳遞至電熱塞的實時能量稱為歸一化能 量，其通過對施加在電熱塞上的估算有效電壓的平方進行積分計算得到。控 制也限制施加到電熱塞的有效電壓以避免在這個階段期間過量熱梯度。
圖6是根據第二種方法、有效電壓閉環的控制電路的示意總圖。與上述 附圖中具有相同功能的部件具有相同的附圖標記。
根據發動機運行狀態和溫度目標，電壓控制600為每個電熱塞設置預定 有效電壓。電壓估算502接收由電壓監測器7a監測的電壓。通過這種反饋 信號，計算電熱塞A處的電壓。
電壓定點501的輸出值除以估算電壓，其結果被平方，然後作為該運行 周期的佔空比被輸出至PWM發生器507。 PWM發生器507限定了參數頻率、 偏移和佔空比，以產生第一高側開關控制22a的脈寬調製信號。根據在電熱 塞A處提供的限定電壓信號，電熱塞A被打開和關閉。
塊601 、 602和603反饋參數PWM偏移、PWM頻率和PWM佔空比。 該反饋用來確保這些參數不會超過上限。
為了計算應用到電熱塞的電壓，電熱塞線束106的壓降被補償。相應地， 電流監測器8a的輸出和電熱塞線束106的電阻值被輸入電壓估算502。
作為選擇，高側開關la的壓降也被補償。當高側開關5a開通時，壓降 可以通過電壓監測器7a和12a之間的差來計算。壓降隨著溫度而改變，相 應地，高側開關的估算溫度也可以被考慮。也應當考慮高度依賴於通過高側 開關la電流的壓降。因此，壓降應在不同電流時^^皮測量。
另外，在脈寬調製命令開通期間，採用電流監測器8a的反饋，沿著電 阻通道108的壓降也可以被補償。任意地，脈寬調製命令的佔空比也可以通 過上限被限制以避免過電 流。
圖7示出了用於第三種方法的電流控制電路700,第三種方法採用有效 電熱塞電流閉環。電流控制電路700包括電流定點校準701、電流估算702、
13除法器703、乘法505以及PWM發生器507。
電流估算702接收由電流監測器8a測得的電流。通過該反饋信號，計 算通過電熱塞A的電流。電流定點校準701的輸出除以估算電流，運行的結 果在乘法器505內平方，然後作為佔空比輸出至PWM發生器，PWM發生 器輸出用於產生第一高側開關控制22a的脈寬調製信號的參數頻率、偏移和 佔空比。根據這些信號開通或關閉電熱塞A,這些信號在電熱塞處提供限定 電流。
在脈寬調製命令開通期間，採用電流監測器8a的反饋，電流控制電路 700提供有效電流至電熱塞。如果等效電阻不過分依賴於提供給熱電熱塞A 的電源，那麼通常採用該方法。
相比較電壓閉環控制而言，不需要補償監測點和電熱塞之間的沿電阻通 道的壓降。
由功率控制電路800提供的第四種方法(輸出功率閉環)顯示在圖8中。 控制電路800包括功率定點校準801、功率估算802、除法器504以及PWM 發生器507。功率估算802接收電壓監測器7a測得的電壓和電流監測器8a 測得的電流。功率估算將這兩個值相乘從而輸出用於電熱塞A的估算功率。 在除法器504內，根據能量運行狀態，將估算功率除以功率定點校準801處 的輸出。
除法的結果用來在PWM發生器507內產生參數偏移、頻率和佔空比。 相比較第一種起動過沖能量控制而言，只調節實際被提供的功率。在起動過 衝能量控制，能量從起動過衝階段開始就^皮累積。
控制電路800在脈寬調製命令開通期間，採用電流監測器8a的反饋和 電壓監測器7a的反饋向每個電熱塞提供限定功率。
作為選擇，通過內部高側開關的壓降被補償，在進一步地選項中，採用 電流監測器8a的反饋補償通過外部線束的壓降，可選擇地，限制脈寬調製 命令的佔空比以避免過電流。
可通過以上描述的控制方法補償以下的電效應在命令重疊和PWM頻 率調製期間的供給電壓改變、接地漂移、高側開關開通電阻(Rdson)壓降、
線束損耗和電壓變化。
熱/流體動力學影響氣流冷卻效應，也可以補償燃燒熱釋放以及初始熱變化。
14藉助電壓監測器7a的反饋，控制方法2 )和4 )補償功率供給輸入端的 供給電壓變化。
也可以藉助脈寬調製命令關斷期間所測的輸出電壓監測器12、 14、 15、 12b、 13b、 15b的反饋，補償節點gnd和電池負極之間的接地漂移。
通過控制方法2)、 3)和4)，內部高側開關上的壓降也可以被補償。當 高側開關開通時，通過電壓監測器12、 14、 15、 12b、 13b和15b測量通過
高側開關的壓降。
在脈寬調製命令開通期間，由於電流監測器8a反饋實際電流，所有的 控制方法1 )、 2)和4)補償通過電源線束塊102的外部線束的壓降。在電 源線束塊102內，通過外部線束的壓降也可以通過流過高側開關的電流和與 電阻的乘積計算出，該電阻基於識別線束通道電阻值的參數。
圖9示出了高側開關的開關期間供電電壓的波形。電源節點204處的電 壓標記為V7，而電壓VA、 VB、 VC和VD表示各個電熱塞A、 B、 C和D 處的電壓。在電壓V7的圖中，電壓VB被複製從而表明這些電壓值的差別 △VI。在VA、 VB、 VC和VD的圖中，通過電熱塞A、 B、 C和D的各個 電流18、 19、 IlO和Ill用虛線畫出。
由於命令重疊，沿電源線束106的壓降影響通過電壓監測器7a測得的 電壓。結果，所監測電壓上的電壓梯度影響RMS值的計算但是不測量。由 於高側開關的命令，沿線束的壓降影響電源節點204處的電壓。這些命令部 分重疊，也就是說至少兩個高側開關同時打開。在這期間，電源節點204處 的電壓下降AV2。結果，監測電壓的電壓梯度影響RMS計算值的估算。
如圖7中信號V7所示。在用於電熱塞B的高側開關控制23a的開通期 間，電壓監測器7a在電源節點204處^f又採樣電壓V7—次。電壓V7的曲線 中的圓圈標記這種採樣。然而，在電熱塞B的高側開關的打開期間，由於電 熱塞D命令重疊，電壓V7變化。與只有電熱塞B起動相比，當兩個電熱塞 都起動時，電壓V7減少AV1。電壓的這種變化在計算驅動信號的實時有效 性RMS (均方才艮)時應該考慮。
為了計算實時RMS電壓，AV1和AV2的值Vsample，max，At=t2-tl被 評估。Vsample,min值被用於對最大值的相干檢查。
formula see original document page 15n〉 1是命令重疊的數量。
Isampie在脈寬調製命令開通/關斷期間通過電流監測器8a、 10a、 11a、8b、 9b、 llb測得。脈寬調製佔空比和脈寬調製偏移從PWM發生器507獲得， 這樣就可以計算出用於tl、 t2和t3的值。校準參數識別線束功率電源輸入 通道值和電熱塞束線電阻。通過這些值，評估At^2-tl， AV1和AV2，以 及電熱塞B處的校正效應電壓。
通過在熱狀態估算503中校準發動機運行狀態，控制方法1)補償氣流 冷卻效應和燃燒熱釋放。在這個塊中，在發動機循環期間，由於缸體內熱交 換的冷卻被考慮且與名義運行狀態進行比較，名義運行狀態通常在靜止空氣 中限定。
控制方法1 )通過監測自上次起動周期所經過的時間和環境運行狀況估 算電熱塞的初始熱狀態。為估算電熱塞的熱狀態，該周期與熱衰變模型相關。
圖10示出了起動過沖階段期間，從電池進入到四缸發動機電熱塞的總 電流。依照控制方法l)，第一電熱塞根據發動機初始運行狀態起動。其它電 熱塞在第 一 電熱塞之後起動。不同電熱塞起動之間的延遲限制了第 一單向激 活開關5a和線束塊102內共同線束通道內的峰值電流的重疊。起動過沖階 段以冷電熱塞開始。通過基於從發動機的上次起動周期經過的時間和環境運 行狀態來計算初始溫度。如圖10所示，很顯然，為減小電流峰值，採用延 遲方式起動四個電熱塞。
圖11示出了用於多個環境條件和電池電壓的溫度曲線。大多數曲線在 限定的範圍內。它們中的一部分在3.2s之後且不在特定的3s之後達到最小 目標溫度，但是這不認為是最重要的。
該控制在依賴於發熱操作條件下的溫度保持期間提供了能力，以設置脈 寬調製命令之間的延遲，目的是最小化有效電流以及相關的電磁兼容問題。
熱功能集成在發動機控制模塊內部，以為發動機的全部管理提供獨特的
A「2 二 (濯p/eC^Di'6W +
16解決方案並在成本上具有明顯的優勢。集成在發動機控制模塊內的熱功能提 供了與所有其它發動機控制功能相互作用的獨特可能性，其它發動機控制功
能提供了靈活的解決方案，以易於適應熱輔助系統的新要求，包括新的電熱
塞特性。控制體系提供了冗餘切斷功能(redundant switch off functionality )，
該功能允許消除直接電池連接中的外部繼電器。
控制方法提供了根據發動機運行狀態和電熱塞技術適用的幾種解決方 案，以確保目標溫度達到可接受的準確度。
控制方法提供了根據發動機運行狀態和電子輔助系統體系適用的不同 解決方案，以補償系統參數變化的影響和改善車輛電子系統的電磁兼容 (EMC )，系統參數變化能影響總體溫度控制準確性。
權利要求
1、一種電熱塞控制單元，包括第一開關(1a)，用來將電源節點(pwr)連接至電熱塞(A)，電壓測量單元(7a)，用來測量電源節點(pwr)處的電壓，電流測量單元(8a)，用來測量通過第一開關(1a)的電流，電流控制電路(700)，用來控制第一開關(1a)，以及在電流控制模式下用來調節通過第一開關(1a)的電流至預定值。
2、 如權利要求1所述的電熱塞控制單元，其中，所述第一開關(la) 包括電晶體(202),所述電流測量單元包括電流反射鏡，該電流反射鏡反射 通過所述第一開關(la)的電晶體(202)的電流。
3、 如權利要求1或2所述的電熱塞控制單元，包括位於電池(101)和 所述電源節點(pwr)之間的第二開關(5a)。
4、 如前述權利要求中任一項所述的電熱塞控制單元，其中，當所述第 一開關(la)切斷時，所述電流也被測量。
5、 如前述權利要求中任一項所述的電熱塞控制單元，其中，所述第一 開關(la)由脈寬調製命令控制。
6、 如權利要求5所述的電熱塞控制單元，進一步包括電壓控制電路 (700 ),其在電壓控制才莫式下用於將電熱塞處的電壓調至預定值。
7、 如前述權利要求任一項所述的電熱塞控制單元，進一步包括功率控 制單元(800)，其在功率控制模式下用於調節電熱塞處的功率至預定值。
8、 如權利要求7所述的電熱塞控制單元，其中，基於通過所述第一開 關Ua)的電流和在所述第一開關(la)處的電壓估算所述電熱塞(A)內 的功率。
9、 如前述權利要求中任一項所述的電熱塞控制單元，進一步包括起動 過沖控制單元(500),該起動過沖控制單元在起動過衝控制模式下用於將提 供給電熱塞的能量調至預定值。
10、 如前述權利要求中任一項所述的電熱塞控制單元，包括 第三開關(3a)，用於將電源節點(204)連接至第二電熱塞(C)， 電流測量單元(8a),用於測量通過所述第二開關(3a)的電流， 其中，所述控制電路(800)構造成用於控制所述第二開關(2a)以及在電流控制模式下也用來調節通過所述第一開關(la)的電流。
11、 如權利要求IO所述的電熱塞控制單元，包括電壓估算單元(7a)， 該電壓估算單元通過補償電源節點(pwr)處由通過所述第三開關(3a)的 電流產生的壓降來估算所述電熱塞處的電壓。
12、 一種用於控制電熱塞內溫度的方法，包括以下步驟 -提供根據權利要求1至11中任一項所述的電熱塞控制單元， -測量通過所述第一開關(la)的電流，-在電流控制模式下將通過所述第一開關(la)的電流調至預定值。
13、 根據權利要求12所述的方法，其中，所提供的電熱塞控制單元的所述第一開關(la)包括電晶體(202)， 並且，通過所述第一開關(la)的電流由電流反射鏡測量，該電流反射鏡反 射通過所述電晶體的電流。
14、 一種用於計算應用到電熱塞上的功率的方法，包括以下步驟 -設置用於多個電熱塞(A, B， C, D)的電熱塞控制單元(104),該電熱塞控制單元包括多個開關(la， lb, 2a， 2b， 3a， 3b， 4a， 4b)，各開關(la, lb， 2a， 2b， 3a， 3b， 4a, 4b)用來將電熱塞連接至電源節點(204)， -測量通過開關(la, lb， 2a, 2b， 3a， 3b， 4a， 4b)的電流， -基於通過同時打開的開關Ua， lb, 2a， 2b， 3a, 3b， 4a， 4b)的電流 計算電源節點(204)處的壓降而計算電熱塞處的電壓。-基於所計算的電熱塞處的電壓和所測量的通過電熱塞的電流而計算功
全文摘要
本發明提供一種用於控制電熱塞內溫度的電熱塞控制單元和方法。該電熱塞控制單元包括用於將電源線(pwr，gnd)連接至電熱塞的第一開關。該電熱塞控制單元進一步包括用來測量電源線處電壓的電壓測量單元。電流測量單元被構造成用來測量通過第一開關的電流，以及控制電路被構造成用來在電流控制模式下控制第一開關，以用來調節通過第一開關的電流。用於控制電熱塞內溫度的方法包括以下步驟提供所述電熱塞控制單元；測量通過所述第一開關的電流；在電流控制模式下將通過所述第一開關的電流調至預定值。
文檔編號F02P19/02GK101555857SQ20091013074
公開日2009年10月14日 申請日期2009年1月23日 優先權日2008年1月23日
發明者保羅·卡薩索, 安德烈·卡內夫, 安傑洛·阿金託, 斯蒂法諾·卡薩尼, 菲利波·帕裡西 申請人:Gm全球科技運作股份有限公司