2.4.4　共軌系統軌壓的控制

共軌系統最突出的優勢在于其供油壓力可以獨立于柴油機的轉速,也就是說,可以實現在整個轉速區域內的穩定供油壓力。特別是在柴油機低速區,傳統的供油設備所實現的供油壓力一般較低,因此無法實現較好的燃油霧化效果,而使用共軌系統則可以在基本工作性能上改變這種情況。

由于對共軌系統來說,軌壓獨立于轉速,因此必須針對其軌壓的建立和釋放的過程,建立獨立的控制機制,才能使軌壓穩定在需要的范圍內,為柴油機工作提供保障。

(1)目標軌壓脈譜

共軌系統的目標軌壓脈譜 RailPre是一個二維脈譜,它根據每次噴油量和轉速確定共軌系統的目標軌壓,見表2?14。

對于目標軌壓的設置,主要是根據試驗效果來決定。但也要滿足共軌系統性能試驗中確定的范圍,超出范圍則實際上系統無法實現。表2?14被用于提供軌壓目標。ECU控制層軟件必須設置一個獨立工作的部分,該部分的功能就是通過對當前工況狀態的檢測,通過查表獲得當前目標軌壓;再根據對當前軌壓的檢測,獲得實際量與目標量的差值;然后通過控制調整,使得當前軌壓值逐漸與目標值接近一致。

(2)目標軌壓的PID控制

通過一個實例來說明目標軌壓的控制方式。這一實例是針對共軌系統高壓油泵上的比例電磁閥的控制強度調整來實現軌壓穩定的。在柴油機運行時,共軌系統高壓油泵上的比例電磁閥受ECU對應的PWM輸出驅動控制,當PWM輸出較強時,會有更多的高壓油被傳輸到共軌,使共軌壓力上升;而當PWM輸出較弱時,共軌壓力會下降。

從前文對PID控制的介紹中可以明確了解,對于共軌系統軌壓的控制可以通過如下方法來實現:

① 獲得目標軌壓。通過查找 RailPre脈譜來得到目標軌壓。RailPre是二維脈譜,根據每次供油量和轉速確定共軌系統的目標軌壓。

② 設定PID控制任務。按照柴油機的控制策略要求,制作一個任務函數。該任務函數按照PID控制策略實現對于軌壓的PID調整。具體的過程是:通過當前軌壓傳感器采樣,得到軌壓值A_RailP。根據當前軌壓和目標軌壓,結合前兩次本PID任務中得到的數據,完成PID數據處理,得到本次的PID輸出。針對本任務,輸出的應該是一個用于調節的百分數改變量。當然,必須給本PID任務分配一個任務號。

③ 設定一個定時執行本PID任務的機制。依賴的PID控制模型的處理時間間隔必須是常量。也就是說,必須定時執行本PID的控制任務。可以在ECU的實時中斷服務中設置定時執行本任務的機制。

④ 對PID的比例系數和積分系數做實用化的擴展。在實際的電控柴油機PID控制試驗中發現,能夠實現較理想的PID控制效果的PID參數往往其針對的范圍是有限的。例如對軌壓的控制,可以針對一個具體目標軌壓和一個確定的輸出油量找到較理想的比例系數和積分系數,但如果當前目標軌壓和(或)輸出油量變化了,則達到較好控制效果的PID系數也會改變。

為了滿足這種控制需求,常采用建立系數脈譜的做法:針對軌壓的小范圍變化,處理函數通過查找PID系數脈譜,獲得當前工況下的PID系數,用于實現PID控制。為此需要設置兩個對應的二維脈譜RaPrPID_P和 RaPrPID_I:

RaPrPID_P——軌壓控制PID比例系數脈譜;

RaPrPID_I——軌壓控制PID積分系數脈譜。

這兩個脈譜的結構是根據每次供油量和目標軌壓在數據區提供PID比例系數和積分系數。這些比例系數和積分系數的具體值也都是根據專門試驗確定的。

(3)軌壓PID控制函數和任務

在此根據前面的要求,具體來實現軌壓控制的函數,并建立對這一函數做定時調用的任務。控制軌壓是通過控制比例電磁閥來實現的,而控制比例電磁閥是通過PWM方式實現的。

假設利用第2個PWM驅動通道來進行軌壓調節的驅動,第2個PWM驅動通道輸出函數為 PWM_OUT2。這一函數的說明為:

　　當執行本函數時,就會將第2個PWM驅動通道輸出的脈沖信號的占空比調節為SPS(單位是百分數)。

① 軌壓控制的函數 RailPrePID()。建立用于軌壓PID控制的函數,它的定義為:

　　這一函數針對軌壓控制的函數功能類似于下列函數:

　　但兩者不同的是 RailPrePID()針對第2個脈寬控制輸出口實施控制,是針對軌壓控制而建立的。另外,由于我們這里希望通過執行任務的方式來實現PID調用,因此我們不采用形式參數,而是用全局變量的方式來傳遞目標軌壓。針對這一函數的使用,也需要定義一全局數組變量A_Rail_PID_Array[]。

int A_Rail_PID_Array[0]~int A_Rail_PID_Array[4];

這一數組4個元素的作用分別為:

A_Rail_PID_Array[0]——PID比例項系數;

A_Rail_PID_Array[1]——PID積分項系數;

A_Rail_PID_Array[2]——上次目標偏差;

A_Rail_PID_Array[3]——上次PWM占空比。

對于PID比例項系數和PID積分項系數,可通過調用脈譜來確定。

　　本函數所利用的全局變量: A_InjOilMo、A_ShaPeCr1、A_GoalPre、A_Rail。本函數所改變的全局變量:A_GoalPre、A_Rail_PID_Array[]、A_RailPreDr。本函數使用的脈譜: RailPre、RaPrPID_P、RaPrPID_I。

② 軌壓PID控制任務的建立。為了讓 RailPrePID()函數真正實現對軌壓的調整,我們建立能夠讓它等時間間隔工作的機制。為此我們賦予它一個任務編號52,并設置一個用于計時的全局變量A_RaPr_Time。在實時中斷擴展函數中為它設置每20ms激活一次的功能。

　　在任務調度擴展函數中,加入此任務的執行。

　　采用任務調度的方式,會使軌壓PID控制函數被執行的時間比它被激活的時間稍晚些。由于PID控制策略的等間隔要求,用任務調試的方式會使執行時間有少量的不定性。為減小這種影響,應將PID控制任務的優先級設定得高一些。實際應用效果證明了采用任務調度的方式對PID過程做控制能夠得到理想的效果。