一種控制用于驅(qū)動清洗泵的直流螺線管致動器的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種控制用于驅(qū)動清洗泵的直流螺線管致動器的裝置和方法，其中，該裝置包括：第一開關(guān)，耦合在所述直流螺線管致動器的一端與輸入電壓源之間；第二開關(guān)，耦合在所述直流螺線管致動器的另一端與地之間；以及控制器，用于在所述清洗泵處于運行狀態(tài)時向所述第一和第二開關(guān)施加控制信號，以在第一時間段內(nèi)每隔預(yù)定的時間使所述第一和第二開關(guān)同時導(dǎo)通，在第二時間段內(nèi)使所述第一和第二開關(guān)中的至少一個截止，并且使所述第一和第二時間段以預(yù)定的頻率進行重復(fù)。所述預(yù)定時間小于所述直流螺線管致動器的反應(yīng)時間，所述第二時間段的持續(xù)時間大于所述直流螺線管致動器的反應(yīng)時間，并且根據(jù)所述直流螺線管致動器的輸入電壓調(diào)整所述第一和第二開關(guān)同時導(dǎo)通的時間與該同時導(dǎo)通的時間和所述預(yù)定時間之和的比率，以使所述直流螺線管致動器的工作電流保持穩(wěn)定。
【專利說明】—種控制用于驅(qū)動清洗泵的直流螺線管致動器的裝置和方
法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制用于驅(qū)動清洗泵的直流螺線管致動器的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]清洗泵是一種常用的工業(yè)設(shè)備，尤其可以應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。當(dāng)前，有多種致動器可以用來對清洗泵進行驅(qū)動，其中直流螺線管致動器是常用的一種，因為其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，且制造成本低。
[0003]為了使清洗泵具有良好的性能，需要對直流螺線管致動器(電磁線圈)進行有效控制。在常規(guī)直流螺線管致動器的控制中，工作電流幅值在不同的輸入電壓下會發(fā)生變化，這導(dǎo)致清洗泵的性能下降。因此，為了獲得穩(wěn)定的控制電流，必須向直流螺線管致動器提供恒定的電壓，然而在清洗泵工作期間難以提供這種恒定電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種新穎的控制用于驅(qū)動清洗泵的直流螺線管致動器的裝置和方法，其能夠在不同的輸入電壓下使直流螺線管致動器的工作電流幅值基本保持不變，由此可以解決在輸入電壓發(fā)生變化的情況下進行穩(wěn)定控制的問題。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種控制用于驅(qū)動清洗泵的直流螺線管致動器的裝置，包括:第一開關(guān)，耦合在所述直流螺線管致動器的一端與輸入電壓源之間；第二開關(guān)，耦合在所述直流螺線管致動器的另一端與地之間；以及控制器，用于在所述清洗泵處于運行狀態(tài)時向所述第一和第二開關(guān)施加控制信號，以在第一時間段內(nèi)每隔預(yù)定的時間使所述第一和第二開關(guān)同時導(dǎo)通，在第二時間段內(nèi)使所述第一和第二開關(guān)中的至少一個截止，并且使所述第一和第二時間段以預(yù)定的頻率進行重復(fù)，其中所述預(yù)定時間小于所述直流螺線管致動器的反應(yīng)時間，所述第二時間段的持續(xù)時間大于所述直流螺線管致動器的反應(yīng)時間，并且根據(jù)所述直流螺線管致動器的輸入電壓調(diào)整所述第一和第二開關(guān)同時導(dǎo)通的時間與該同時導(dǎo)通的時間和所述預(yù)定時間之和的比率，以使所述直流螺線管致動器的工作電流保持穩(wěn)定。
[0006]在本發(fā)明的一個實施例中，所述控制器被配置成向所述第一開關(guān)施加第一脈寬調(diào)制信號，所述第一脈寬調(diào)制信號的周期為所述第一和第二開關(guān)同時導(dǎo)通的時間與所述預(yù)定時間之和，所述第一脈寬調(diào)制信號的占空比為所述第一和第二開關(guān)同時導(dǎo)通的時間與該同時導(dǎo)通的時間和所述預(yù)定時間之和的比率，并且所述控制器被配置成向所述第二開關(guān)施加第二脈寬調(diào)制信號，所述第二脈寬調(diào)制信號的周期為所述第一和第二時間段之和，所述第二脈寬調(diào)制信號的占空比為所述第一時間段與所述第一和第二時間段之和的比率。
[0007]在本發(fā)明的另一實施例中，所述控制器被配置成向所述第一開關(guān)施加高電平信號以使其保持導(dǎo)通，并且所述控制器配置為在所述第一時間段內(nèi)向所述第二開關(guān)施加脈寬調(diào)制信號并且在所述第二時間段內(nèi)向所述第二開關(guān)施加低電平信號以使其截止，所述脈寬調(diào)制信號的周期為所述第一和第二開關(guān)同時導(dǎo)通的時間與所述預(yù)定時間之和，所述脈寬調(diào)制信號的占空比為所述第一和第二開關(guān)同時導(dǎo)通的時間與該同時導(dǎo)通的時間和所述預(yù)定時間之和的比率。
[0008]在本發(fā)明的另一實施例中，所述裝置還可以包括保護電路，所述保護電路與所述直流螺線管致動器并聯(lián)耦合。
[0009]在本發(fā)明的另一實施例中，所述第一和第二開關(guān)同時導(dǎo)通的時間與所述預(yù)定時間的比率DCl由下式確定
[0010]DCl=(Ue/Uin) X 100%
[0011]其中Ue為所述直流螺線管致動器的期望工作電壓，且Uin為輸入電壓。
[0012]在本發(fā)明的另一實施例中，所述控制器被配置成根據(jù)環(huán)境溫度的高低調(diào)整所述預(yù)定頻率。
[0013]在本發(fā)明的另一實施例中，使所述預(yù)定頻率和所述第一時間段與所述第一和第二時間段之和的比率優(yōu)化匹配以與清洗泵的機械響應(yīng)相一致，從而使所述清洗泵獲得最佳流
量范圍。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種控制用于驅(qū)動清洗泵的直流螺線管致動器的方法，包括:在所述清洗泵處于運行狀態(tài)時，在第一時間段內(nèi)每隔預(yù)定的時間向所述直流螺線管致動器提供輸入電壓；在第二時間段內(nèi)停止向所述直流螺線管致動器提供輸入電壓；以及以預(yù)定的頻率重復(fù)所述第一和第二時間段，其中所述預(yù)定時間小于所述直流螺線管致動器的反應(yīng)時間，所述第二時間段的持續(xù)時間大于所述直流螺線管致動器的反應(yīng)時間，并且根據(jù)所述直流螺線管致動器的輸入電壓調(diào)整向所述直流螺線管致動器提供輸入電壓的時間與該提供輸入電壓的時間和所述預(yù)定時間之和的比率，以使所述直流螺線管致動器的工作電流保持穩(wěn)定。
[0015]在本發(fā)明的一個實施例中，所述方法進一步包括使所述預(yù)定頻率和所述第一時間段與所述第一和第二時間段之和的比率優(yōu)化匹配以與清洗泵的機械響應(yīng)相一致，從而使所
述清洗泵獲得最佳流量范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]本發(fā)明的其它特點、優(yōu)點和益處通過以下結(jié)合附圖的詳細描述將變得更加顯而易見。其中:
[0017]圖1示出了按照本發(fā)明一個實施例的控制用于驅(qū)動清洗泵的直流螺線管致動器的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2示出了按照本發(fā)明一個實施例的控制用于驅(qū)動清洗泵的直流螺線管致動器的控制過程示意圖；
[0019]圖3示出了按照本發(fā)明一個實施例的控制用于驅(qū)動清洗泵的直流螺線管致動器的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0020]下面，將結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的各個實施例。
[0021]圖1示出了按照本發(fā)明一個實施例的控制用于驅(qū)動清洗泵的直流螺線管致動器的裝置10的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，裝置10包括開關(guān)S1和S2、以及控制器110。其中，開關(guān)SI耦合在輸入電壓源Uin和直流螺線管致動器20的一端Dl之間，開關(guān)S2耦合在地GND和直流螺線管致動器20的另一端D2之間。在此為了便于理解，將直流螺線管致動器20示為電阻R和電感L的串聯(lián)組合。
[0022]控制器110用于在清洗泵處于運行狀態(tài)時通過開關(guān)S1和S2對直流螺線管致動器20進行控制。接下來，結(jié)合圖2詳細說明直流螺線管致動器20的控制過程。
[0023]具體而言，控制器110用于向開關(guān)S1和S2施加控制信號，以在時間段h內(nèi)每隔預(yù)定的時間tint使開關(guān)S1和S2同時導(dǎo)通，在時間段t2內(nèi)使開關(guān)S1和S2中的至少一個截止，并且使時間段和t2以預(yù)定的頻率&進行重復(fù)。其中，使tint小于直流螺線管致動器20的反應(yīng)時間，使t2大于直流螺線管致動器20的反應(yīng)時間，從而使直流螺線管致動器20在時間段h內(nèi)處于通電狀態(tài)，在時間段t2內(nèi)處于斷電狀態(tài)。由此，通過直流螺線管致動器20的不斷通斷電來控制流體在清洗泵中的吸入和排出。
[0024]此外，可以通過調(diào)整開關(guān)S1和S2同時導(dǎo)通的時間tm與間隔時間tint和導(dǎo)通時間之和tm+tint的比率DCl來改變直流螺線管致動器20的工作電流變化率。例如，增加DCl可以使直流螺線管致動器20具有更大的工作電流。在本發(fā)明中，可以根據(jù)直流螺線管致動器20的輸入電壓來調(diào)整DCl。在一個范例中，DCl可以由下面的表達式給出:
[0025]DCl=(Ue/Uin) X 100%
[0026]其中Ue為直流螺線管致動器20的期望工作電壓，且Uin為輸入電壓。
[0027]由此，即使在輸入電壓發(fā)生變化的情況下也能夠使直流螺線管致動器20具有穩(wěn)定的工作電流。
[0028]在本發(fā)明的一個實施例中，可以將控制器110配置成向開關(guān)S1施加高頻脈寬調(diào)制信號，而向開關(guān)S2施加低頻脈寬調(diào)制信號。其中，高頻脈寬調(diào)制信號的周期IZf1為tcn與tint之和，占空比DCl為tm與(ton,tint)之比；而低頻脈寬調(diào)制信號的周期1/F0為t1與t2之和，占空比DCO為t1與(t1+t2)之比。
[0029]在本發(fā)明的另一個實施例中，可以將控制器110配置成向開關(guān)S1施加高電平信號以使其保持導(dǎo)通，而以間隔的方式向開關(guān)S2施加高頻脈寬調(diào)制信號。具體而言，在時間段ti內(nèi)向開關(guān)S2施加高頻脈寬調(diào)制信號，而在第二時間段t2內(nèi)向開關(guān)S2施加低電平信號以使其截止。與上一個實施例相比，在本實施例中控制器110只需要輸出高頻脈寬調(diào)制信號。
[0030]作為一個范例，上述高頻脈寬調(diào)制信號的周期可以在0.67ms — 1ms的范圍內(nèi)，占空比可以在0-100%的范圍內(nèi)；上述低頻脈寬調(diào)制信號的周期可以在50ms-200ms的范圍內(nèi)，占空比可以在10%—50%的范圍內(nèi)。
[0031]如本領(lǐng)域所公知的，環(huán)境溫度對清洗泵中的流體流量有直接的影響。為了盡可能的降低這一影響，在發(fā)明中采用了自適應(yīng)性頻率控制(AFC)技術(shù)來補償環(huán)境溫度的變化。實際上，控制器110可以根據(jù)環(huán)境溫度的高低來調(diào)整頻率&從而使清洗泵中的流體流量在環(huán)境溫度發(fā)生變化的情況下基本保持穩(wěn)定。在一個范例中，控制器110采用查詢表和/或預(yù)定的數(shù)學(xué)關(guān)系，依據(jù)來自溫度傳感器的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)頻率&的大小以補償環(huán)境溫度的變化。
[0032]如上所述，直流螺線管致動器20通斷電一次為一個工作循環(huán)，其工作頻率(即，頻率fo)和占空比(即DC0，為&與&#2)之比)受控制器110的控制，這直接決定清洗泵的工作頻率和工作效率。當(dāng)頻率&增大時，清洗泵的工作頻率會增加，則在單位時間內(nèi)清洗泵吸入和排出流體的次數(shù)相應(yīng)增加；然而通電時間ti和斷電時間t2均會減小(在恒定DCO的條件下)，這直接會導(dǎo)致清洗泵的工作效率降低(原因在于清洗泵的機械響應(yīng)滯后于直流螺線管致動器的控制響應(yīng))，故清洗泵的流量未必增加。當(dāng)頻率fo減小時，通電時間^和斷電時間t2均會增加(在恒定DCO的條件下)，則清洗泵的工作效率有所增加；盡管泵的工作效率增加了，但單位時間內(nèi)吸入和排出流體的次數(shù)減少了，故清洗泵的流量未必增加。因此，使頻率f(l和DCO優(yōu)化匹配以與清洗泵的機械響應(yīng)相一致，從而使清洗泵獲得最佳流量范圍。
[0033]另外，裝置10還可以包括續(xù)流二極管120，其陰極與直流螺線管致動器20的一端Dl耦合，其陽極與直流螺線管致動器20的另一端D2耦合。在本發(fā)明中，續(xù)流二極管120用于在直流螺線管致動器20處于斷電狀態(tài)時將在其中產(chǎn)生的感應(yīng)電流消耗掉，從而對裝置10中的部件進行保護。
[0034]參見圖3，其示出了按照本發(fā)明一個實施例的控制用于驅(qū)動清洗泵的直流螺線管致動器的方法300的流程圖。
[0035]如圖3所示，在步驟S310中，在清洗泵處于運行狀態(tài)時，在時間段h內(nèi)每隔預(yù)定的時間tint向直流螺線管致動器20提供輸入電壓。然后，在步驟S320中，在時間段t2內(nèi)停止向直流螺線管致動器20提供輸入電壓。最后，在步驟S330中，以預(yù)定的頻率&重復(fù)時間段h和t2。其中，使tint小于直流螺線管致動器20的反應(yīng)時間，使t2大于直流螺線管致動器20的反應(yīng)時間，并且根據(jù)直流螺線管致動器20的輸入電壓調(diào)整向直流螺線管致動器20提供輸入電壓的時間、與tm+tint的比率DCl。在一個范例中，DCl可以由下面的表達式給出:
[0036]DCl=(Ue/Uin) X 100%
[0037]其中Ue為直流螺線管致`動器20的期望工作電壓，且Uin為輸入電壓。
[0038]由此，即使在輸入電壓發(fā)生變化的情況下也能夠使直流螺線管致動器20具有穩(wěn)定的工作電流。
[0039]在本發(fā)明的一個實施例中，每隔預(yù)定的時間tint使直流螺線管致動器20的一端Dl與輸入電壓源Uin耦合，并且在時間段^內(nèi)使直流螺線管致動器20的另一端D2與地GND耦合，而在時間段t2內(nèi)使直流螺線管致動器20的2另一端Dl與地GND斷開。
[0040]在本發(fā)明的另一個實施例中，使直流螺線管致動器20的一端Dl與輸入電壓源Uin耦合，并且在時間段h內(nèi)每隔預(yù)定的時間tint使直流螺線管致動器20的另一端D2與地GND耦合，而在時間段內(nèi)t2使直流螺線管致動器20的另一端D2與地GND斷開。
[0041 ] 此外，方法300還可以包括根據(jù)環(huán)境溫度的高低來調(diào)整頻率&，從而使清洗泵中的流體流量在環(huán)境溫度發(fā)生變化的情況下基本保持不變。而且，該方法還可以包括使頻率fo和h與^一^)之比優(yōu)化匹配以與清洗泵的機械響應(yīng)相一致，從而使清洗泵獲得最佳流量范圍。其它變形
[0042]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面描述的實施例中，利用續(xù)流二極管來保護裝置10中的部件，然而本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明的其它實施例中，也可以采用其它適當(dāng)?shù)谋Ｗo電路，例如由電容和電阻并聯(lián)構(gòu)成的保護電路來保護裝置10中的部件。
[0043]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上面公開的各個實施例可以在不偏離本發(fā)明的本質(zhì)的情況下做出各種變形和改變，這些變形和改變都應(yīng)落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)由所附的權(quán)利要求書來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種控制用于驅(qū)動清洗泵的直流螺線管致動器的裝置，包括: 第一開關(guān)，耦合在所述直流螺線管致動器的一端與輸入電壓源之間； 第二開關(guān)，耦合在所述直流螺線管致動器的另一端與地之間；以及 控制器，用于在所述清洗泵處于運行狀態(tài)時向所述第一和第二開關(guān)施加控制信號，以在第一時間段內(nèi)每隔預(yù)定的時間使所述第一和第二開關(guān)同時導(dǎo)通，在第二時間段內(nèi)使所述第一和第二開關(guān)中的至少一個截止，并且使所述第一和第二時間段以預(yù)定的頻率進行重復(fù)， 其中所述預(yù)定時間小于所述直流螺線管致動器的反應(yīng)時間，所述第二時間段的持續(xù)時間大于所述直流螺線管致動器的反應(yīng)時間，并且 其中根據(jù)所述直流螺線管致動器的輸入電壓調(diào)整所述第一和第二開關(guān)同時導(dǎo)通的時間與該同時導(dǎo)通的時間和所述預(yù)定時間之和的比率，以使所述直流螺線管致動器的工作電流保持穩(wěn)定。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述控制器被配置成向所述第一開關(guān)施加第一脈寬調(diào)制信號，所述第一脈寬調(diào)制信號的周期為所述第一和第二開關(guān)同時導(dǎo)通的時間與所述預(yù)定時間之和，所述第一脈寬調(diào)制信號的占空比為所述第一和第二開關(guān)同時導(dǎo)通的時間與該同時導(dǎo)通的時間和所述預(yù)定時間之和的比率，并且 其中所述控制器被配置成向所述第二開關(guān)施加第二脈寬調(diào)制信號，所述第二脈寬調(diào)制信號的周期為所述第一和第二時間段之和，所述第二脈寬調(diào)制信號的占空比為所述第一時間段與所述第一和第二時間段之和的比率。`
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述控制器被配置成向所述第一開關(guān)施加高電平信號以使其保持導(dǎo)通，并且 其中所述控制器被配置成在所述第一時間段內(nèi)向所述第二開關(guān)施加脈寬調(diào)制信號并且在所述第二時間段內(nèi)向所述第二開關(guān)施加低電平信號以使其截止，所述脈寬調(diào)制信號的周期為所述第一和第二開關(guān)同時導(dǎo)通的時間與所述預(yù)定時間之和，所述脈寬調(diào)制信號的占空比為所述第一和第二開關(guān)同時導(dǎo)通的時間與該同時導(dǎo)通的時間和所述預(yù)定時間之和的比率。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的裝置，還包括保護電路，所述保護電路與所述直流螺線管致動器并聯(lián)耦合。
5.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的裝置，其中所述第一和第二開關(guān)同時導(dǎo)通的時間與所述預(yù)定時間的比率DCl由下式確定
DCl=(Ue/Uin) X 100% 其中Ue為所述直流螺線管致動器的期望工作電壓，且Uin為輸入電壓。
6.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的裝置，其中所述控制器被配置成根據(jù)環(huán)境溫度的高低調(diào)整所述預(yù)定頻率。
7.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的裝置，其中使所述預(yù)定頻率和所述第一時間段與所述第一和第二時間段之和的比率優(yōu)化匹配以與清洗泵的機械響應(yīng)相一致，從而使所述清洗泵獲得最佳流量范圍。
8.—種控制用于驅(qū)動清洗泵的直流螺線管致動器的方法，包括: 在所述清洗泵處于運行狀態(tài)時，在第一時間段內(nèi)每隔預(yù)定的時間向所述直流螺線管致動器提供輸入電壓；以及 在第二時間段內(nèi)停止向所述直流螺線管致動器提供輸入電壓；以及 以預(yù)定的頻率重復(fù)所述第一和第二時間段， 其中所述預(yù)定時間小于所述直流螺線管致動器的反應(yīng)時間，所述第二時間段的持續(xù)時間大于所述直流螺線管致動器的反應(yīng)時間，并且 其中根據(jù)所述直流螺線管致動器的輸入電壓調(diào)整向所述直流螺線管致動器提供輸入電壓的時間與該提供輸入電壓的時間和所述預(yù)定時間之和的比率，以使所述直流螺線管致動器的工作電流保持穩(wěn)定。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中每隔所述預(yù)定的時間使所述直流螺線管致動器的一端與輸入電壓源耦合，并且在所述第一時間段內(nèi)使所述直流螺線管致動器的另一端與地耦合，而在所述第二時間段內(nèi)使所述直流螺線管致動器的所述另一端與地斷開。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中使所述直流螺線管致動器的一端與輸入電壓源耦合，并且在所述第一時間段內(nèi)每隔所述預(yù)定的時間使所述直流螺線管致動器的另一端與地耦合，而在所述第二時間段內(nèi)使所述直流螺線管致動器的所述另一端與地斷開。
11.如權(quán)利要求8-10中任一項所述的方法，其中向所述直流螺線管致動器提供輸入電壓的時間與所述預(yù)定時間的比率DCl由下式確定
DCl=(Ue/Uin) X 100% 其中Ue為所述直流螺線管致動器的期望工作電壓，且Uin為輸入電壓。
12.如權(quán)利要求8-10中任一項所述的方法，還包括根據(jù)環(huán)境溫度的高低調(diào)整所述預(yù)定頻率。`
13.如權(quán)利要求8-10中任一項所述的方法，還包括使所述預(yù)定頻率和所述第一時間段與所述第一和第二時間段之和的比率優(yōu)化匹配以與清洗泵的機械響應(yīng)相一致，從而使所述清洗泵獲得最佳流量范圍。
【文檔編號】F04B49/06GK103867423SQ201210525995
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月10日
【發(fā)明者】陳靜, 顏幫華, 郭軍, 肖斌 申請人:博世汽車柴油系統(tǒng)有限公司