電磁閥在汽車電子控制系統(tǒng)中具有廣泛應用,是變速箱控制系統(tǒng)內關鍵的執(zhí)行單元,它通過接收來自電子控制單元的驅動信號完成快速地閥心運動。電磁閥借助通電螺線管產生磁性改變閥孔開閉情況,從而改變壓力或流量,其物理結構如圖1(1)所示,電路原理中一般將電磁閥看成是電阻和電感串連的電路結構,對應的簡化電路模型如圖1(2)所示。
常見的電磁閥控制分成ON/OFF控制、PWM(脈沖寬度調制)開環(huán)控制和PWM閉環(huán)控制三種。前兩種控制簡易、且規(guī)定較低,PWM閉環(huán)控制可滿足電磁閥高電流精度控制的需求。電磁閥閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖2所示,輸入給出電流,活塞式常開電磁閥與取樣回來的電流做差值,再對差值開展PI(比例積分)調整,調配出新的PWM占空比,以產生穩(wěn)定電流來驅動電磁閥工作,這便是電磁閥電流閉環(huán)控制的原理。電磁閥依據流過螺線管的電流產生的磁場力來控制閥孔大小,進而建立相應的壓力,從而調節(jié)閥孔大小來改變流量。
電磁閥閉環(huán)控制系統(tǒng)的硬件解決方法簡圖如圖3所示,這個簡圖主要由微控制器芯片(uController)、電磁閥預驅模塊(SolenoidPre-DriverIC)、MOSFET和外圍電路構成。該方案中電磁閥驅動芯片電流檢測范圍0~3A,電流設置分辨率為0.125mA/bit,電流控制精度1%之內,具備第二條電流反饋途徑。內部集成采樣電阻和運算放大器,具備20Mhz的HSPI接口(適配SPI接口),電磁閥預驅芯片與微控制器根據SPI通信來獲取對應的指令,碳罐常開電磁閥同時向微控制器反饋導出電流、電壓、溫度與故障等,該芯片具備很全面的安全冗余設計,能夠實現ISO26262級別中ASILD的系統(tǒng)設計。
當電磁閥預驅芯片接到電流預設值命令后開始實行電流閉環(huán)調整工作,反饋是促進閉環(huán)控制的前提,系統(tǒng)將取樣的電流反饋給預驅芯片,預驅芯片將預設值與反饋值做差,通過在PI控制器進行控制,導出相應占空比的PWM。假如預設值與反饋值的差值為正,導出PWM占空比會增大,導出電流會增加;假如預設值與反饋值的差值為負,導出PWM占空比會減小,導出電流會降低。如此反復調整,完成電流的穩(wěn)定控制導出。
為了保證車輛具有較好的駕駛舒適度,電控常開電磁閥變速器控制系統(tǒng)對離合的控制要求很高。離合的精準控制有賴于對電磁閥的精確控制,以確保離合在所設計液壓系統(tǒng)中具有較好的持續(xù)可控制特性。因此,電磁閥驅動設計里電流的控制精度很重要。在硬件設計中,聯(lián)合電子會到三個層面去提升電流的控制精度。