致动器运动控制的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2014年3月20日递交的美国临时申请No.61/955963和2014年3月 20日递交的美国临时申请No.61/955942的权益，两者都通过引用而并入本文。
技术领域
[0003] 本公开设及螺线管启动致动器。
【背景技术】
[0004] 本章节中的叙述仅提供设及本公开的背景信息。因此，该类叙述不致力于构成现 有技术的承认。
[0005] 螺线管致动器可W被用于控制流体（液体和气体），或者用于定位或用于控制功 能。螺线管致动器的典型示例为燃料喷射器。燃料喷射器被用于将加压燃料注入歧管、进 气口、或直接注入内燃发动机的燃烧室。已知的燃料喷射器包括克服机械弹黃W打开位于 喷射器尖端的阀W允许燃料从中流动的电磁启动螺线管器件。喷射器驱动器电路控制流至 电磁启动螺线管器件的电流流动W打开和闭合喷射器。喷射器驱动器电路可W在峰值和保 持控制配置或饱和开关配置中操作。
[0006] 燃料喷射器的电枢响应于螺线管器件被电磁启动时产生的磁通量和磁力而运动。 电枢的运动克服弹黃启动枢轴的偏置力W实现燃料喷射器的打开。虽然产生的磁通量和磁 力理论上与施加至螺线管器件的电流成比例，但是燃料喷射器内的残余磁通量可导致偏离 期望值。残余磁通量归因于由于切换要求不同初始磁通量值的注入燃料质量速率所导致的 燃料喷射器内的持续祸流和磁滞。结果，在燃料注入事件期间，仅依靠施加至螺线管器件的 电流会导致对电枢运动和位置的不精确估计。
【发明内容】
[0007] 一种用于控制电磁致动器的致动的系统包括具有电线圈、磁巧和电枢的致动器。 可控驱动电路对用于驱动通过电线圈的电流来致动电枢的电功率流信号作出响应。控制模 块包括电枢运动观测器，其设置为基于致动器内的磁通量和对应于致动器的预定机械运动 方程确定致动器中的电枢运动参数并且基于电枢运动参数修改电功率流信号。
[000引本申请进一步提供W下方案。
[0009] 方案1. 一种用于控制电磁致动器的方法，所述电磁致动器包括电线圈、磁巧和邻 近于磁巧的电枢，所述方法包括：
[0010] 在电线圈被电流通电时确定致动器内的磁通量；
[0011] 基于电枢在磁巧和电枢之间的气隙附近的磁通量和表面积确定作用在电枢上的 磁力；
[0012] 将磁力作为外力函数施加在对应于致动器的机械运动方程上W确定至少一个电 枢运动参数；W及
[0013] 基于所述至少一个电枢运动参数控制致动器。
[0014] 方案2.根据方案1所述的用于控制电磁致动器的方法，其中确定致动器内的磁通 量包括基于探查线圈电压确定磁通量。
[0015] 方案3.根据方案1所述的用于控制电磁致动器的方法，其中确定致动器内的磁通 量包括基于电线圈电压确定磁通量。
[0016] 方案4.根据方案1所述的用于控制电磁致动器的方法，其中确定致动器内的磁通 量包括基于磁场传感器信号确定磁通量。
[0017] 方案5.根据方案1所述的用于控制电磁致动器的方法，其中确定作用在电枢上的 磁力包括根据W下关系确定磁力：
[001引
[0019] 其中fmag为磁力，
[0020] S。为电枢在气隙附近的表面积， /\
[0021] B。为电枢在气隙附近的通量密度，
[002引 y。为自由空间的磁导率，并且
[002引b为校正因子，其为电枢位置S和通量9的函数。
[0024] 方案6.根据方案1所述的用于控制电磁致动器的方法，其中机械运动方程由W下 关系表不：
[0025]
[0026] 其中fmag为作用在电枢上的磁力，
[0027]m为电枢的运动质量，
[002引S为电枢位置，并且
[0029]f为作用在电枢上的合力。
[0030] 方案7.根据方案1所述的用于控制电磁致动器的方法，其中所述至少一个电枢运 动参数包括位置。
[0031] 方案8.根据方案1所述的用于控制电磁致动器的方法，其中基于所述至少一个电 枢运动参数控制致动器包括在电枢位置控制模块中的反馈中提供所述至少一个电枢运动 参数。
[0032] 方案9.根据方案8所述的用于控制电磁致动器的方法，其中所述电枢位置控制模 块包括电枢运动观测器。
[003引方案10.-种用于控制燃料喷射器的致动的系统，包括：
[0034] 包括电线圈、磁巧和电枢的燃料喷射器；
[0035] 响应于功率流信号W驱动通过电线圈的电流来致动电枢的可控驱动电路拟及
[0036] 设置为确定燃料喷射器中的电枢运动参数并基于电枢运动参数修改功率流信号 的控制模块。
[0037] 方案11.根据方案10所述的用于控制燃料喷射器的致动的系统，其中所述控制模 块包括设置为基于燃料喷射器内的磁通量确定所述电枢运动参数的电枢运动观测器。
[003引方案12.根据方案11所述的用于控制燃料喷射器的致动的系统，还包括相互磁性 禪联至电线圈的探查线圈，所述控制模块还被设置为基于探查线圈确定燃料喷射器内的所 述磁通量。
[0039] 方案13.根据方案11所述的用于控制燃料喷射器的致动的系统，还包括设置在燃 料喷射器内的通量路径内的磁阻传感器，所述控制模块还被设置为基于磁阻传感器确定燃 料喷射器内的所述磁通量。
[0040] 方案14.根据方案11所述的用于控制燃料喷射器的致动的系统，还包括设置在燃 料喷射器内的通量路径内的霍尔效应传感器，所述控制模块还被设置为基于霍尔效应传感 器确定燃料喷射器内的所述磁通量。
[0041] 方案15.根据方案11所述的用于控制燃料喷射器的致动的系统，其中所述电枢运 动观测器被设置为：
[0042] 在电线圈被电流通电时确定致动器内的磁通量；
[0043] 基于电枢在磁巧和电枢之间的气隙附近的磁通量和表面积确定作用在电枢上的 磁力；化及
[0044] 将磁力作为外力函数施加在对应于致动器的机械运动方程上W确定所述电枢运 动参数。
[0045] 方案16.根据方案15所述的用于控制燃料喷射器的致动的系统，其中根据W下关 系确定作用在电枢上的磁力：
[0046]
[0047] 其中fmag为磁力，
[0048] S。为电枢在气隙附近的表面积， / \
[0049] B。为电枢在气隙附近的通量密度^， \a/
[0化0] y。为自由空间的磁导率，并且
[0化1] b为校正因子，其为电枢位置S和通量口的函数。
[0052] 方案17.根据方案15所述的用于控制燃料喷射器的致动的系统，其中机械运动方 程由W下关系表示：
[0053]
[0054] 其中fmw为作用在电枢上的磁力，
[0化5] mi为电枢的第一部分的运动质量，
[0化6] m2为电枢的第二部分的运动质量，
[0057] 在电枢的第一部分运动时，ki(s)等于1，
[0化引在电枢的第一和第二位置被解禪时，k2(S)等于0,并且在所述第一和第二部分禪 联时，k2(S)等于1，
[0化9] C为可W是电枢位置和温度的函数的粘性阻巧系数，
[0060] p为燃料喷射器处的燃料压力，
[0061]k为作用在电枢上的弹黃的弹黃常数，其可W为电枢位置和温度的函数，
[0062]S为电枢位置，
[006引 fpip为在关闭位置作用在电枢上的取决于位置和燃料压力的力，
[0064] fpi为弹黃的预加载荷，其可W为温度的函数，并且
[00化]T为温度。
[0066] 方案18.-种用于控制电磁致动器的致动的系统，包括：
[0067] 包括电线圈、磁巧和电枢的致动器；
[0068] 响应于电功率流信号W驱动通过电线圈的电流来致动电枢的可控驱动电路拟及
[0069] 控制模块，所述控制模块包括电枢运动观测器，所述电枢运动观测器设置为基于 致动器内的磁通量和对应于致动器的预定机械运动方程确定致动器中的电枢运动参数并 且基于电枢运动参数修改电功率流信号。
【附图说明】
[0070] 现在将通过示例的方式结合附图描述一个或多个实施例，在附图中：
[0071] 图1示出根据本公开的燃料喷射器和启动控制器的示意性剖视图；
[0072] 图2示意性示出根据本公开的用于估计图1的燃料喷射器10内的磁力的瞬态电 枢模型；
[0073] 图3-1不出根据本公开的、在存在磁通量时图1和2的燃料喷射器10的电枢部分、 机械弹黃和电磁组件24的示意性剖视图；
[0074] 图3-2示出根据本公开的沿着图3-1中的横截面A-A的气隙附近的电枢部分21 ; W及
[0075] 图4示出根据本公开的位置控制模块。
【具体实施方式】
[0076] 本公开结合应用于线性运动燃料喷射器的示例性应用来描述当前要求保护的主 题的构思。然而，要求保护的主题更广泛地适用于采用在磁巧内诱导磁场W产生作用在可 移动电枢上的吸引力的电线圈的任意线性或非线性电磁致动器。典型的示例包括流体控制 螺线管、在内燃发动机上采用的汽油或柴油或CNG燃料喷射器W及用于定位和控制的非流 体螺线管致动器。
[0077] 现在参见附图，其中图示仅为了示出某些示例性实施例，并且不为