【原创】闭环控制在电控发动机 中的应用( 下)

( 作者张宪辉单位：大连职业技术学院)

（接上期）

四、排放系统的闭环控制

        发动机排放系统的典型闭环控制是废气再循环(EGR)。废气再循环的目的是通过将一部分废气引入燃烧室，破坏混合汽成份以降低混合汽的燃烧温度，减少NOx的排放。但是，并不是任何条件和工况下EGR 都被允许工作，EGR 在减少 NOx 排放的同时也会影响到发动机运转的平稳性和动力输出，因此，EGR只能在发动机达到一定的工作温度且小负荷工况下才允许其工作。如此，对EGR实施闭环控制就显得尤为必要。

        在图7 所示的EGR 闭环控制中，执行元件是EGR 阀，反馈传感器是EGR 阀位置传感器。其控制原理为：动力控制模块(PCM) 接收发动机转速、进气压力传感器( 或空气流量计)等各种相关传感器的信号，发出指令控制EGR 阀的开启大小，位于EGR 线性电磁阀内部的EGR 阀位置传感器适时监测EGR阀的开启量，并将该信号反馈给PCM，PCM 将该信号与模块内部的目标值进行比较，对EGR 阀进行适时控制和修正，并会在EGR阀的动作出现严重偏差时记录故障信息。

图7 废气再循环闭环控制

五、涡轮增压系统的闭环控制

        为了保证涡轮增压系统运行的安全性和可靠性，实现对涡轮增压压力的精确控制，现今的电控发动机对其涡轮增压系统都采取了闭环控制，即涡轮增压旁通阀的闭环控制。

        现今的涡轮增压电控发动机之所以能够在1 700r/min左右涡轮就介入工作，很关键的一点就是在涡轮增压器的排气管路中增加了一个与涡轮管路并联的旁通管路，旁通管路中装有一个受真空或电力控制的旁通阀(图8)。当旁通阀开启量大时，大部分废气不冲击涡轮而是直接通过旁通阀排出，使得涡轮转速降低，增压压力减小；而当旁通阀近于关闭时，废气主要通过冲击涡轮后排出，使得涡轮转速激增，增压压力增加，从而使发动机在低转速时涡轮增压便可以开始工作。可见，在相应的工况下，只要调节旁通阀的开度大小，就可以实现对涡轮增压压力的控制。

图8 涡轮增压旁通阀的执行元件

        涡轮增压旁通阀的闭环控制流程如图9所示。动力控制模块(PCM)接收各种相关传感器的信号，发出指令给电磁阀，该电磁阀以电力直接驱动旁通阀或通过控制一个真空膜片间接驱动旁通阀，旁通阀开度的变化导致增压压力的改变，增压压力传感器负责对增压压力进行适时监测，并将该信号反馈给PCM，PCM将该信号与模块内部的目标值进行比较，对电磁阀进行适时调整，以使实际的增压压力不断向目标增压压力靠拢。

图9 涡轮增压旁通阀的闭环控制

六、充电系统的闭环控制

        对于汽车上电能的处理，过去车辆是由“发电机、蓄电池、用电设备”组成再简单不过的充电系统来实现的，而现今汽车则是由“电脑控制模块、发电机(模块)、蓄电池、电流传感器、用电设备、网络”等组成的电源管理系统来完成。

        如图10所示，为长安福特锐界汽车上所采用的电源管理系统的闭环控制。之所以把这一闭环控制纳入到电控发动机系统之中，是因为电控发动机( 动力) 控制模块PCM参与该闭环控制。该闭环控制系统主要由蓄电池、电流传感器BMS、车身控制模块BCM、动力控制模块PCM、发电机( 模块)、车辆电气负载、总线和硬线( 常规线路)等组成。

图10 充电系统的闭环控制

        采用该闭环控制的目的在于节油经济性的考虑。为实现这一目的，系统设定：通常情况下蓄电池的电量保持在满充电量的80% 左右，留出20%的可充电空间。其控制机理是：BCM 以LIN 线通讯的方式利用BMS 监控蓄电池的电量，并通过HS-CAN( 高速CAN 总线)将蓄电池的电量信息适时传输给PCM，PCM 以此为依据对发电机( 模块) 的工作状态进行控制和调整。这样，当车辆处于滑行状态时，PCM 会控制发电机( 模块)在发动机的运转带动下发电，为蓄电池充电，充分利用发动机的能量间接达到节油的目的，实现能量回收；而在车辆爬坡需要发动机大负荷运转时，PCM 则会控制发电机(模块) 不发电，以减小发动机的负载。可见，在该闭环控制系统中，执行元件是发电机( 模块)，反馈传感器是BMS。

结语

        闭环控制是根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式，它是在测量出实际与计划发生偏差时，按定额或标准来进行纠正的。从输出量变化取出控制信号作为比较量反馈给输入端控制输入量，一般取出量和输入量相位相反，所以叫负反馈控制，自动控制通常是闭环控制。

        正反馈和负反馈是闭环控制常见的两种基本形式。其中负反馈和正反馈从达到目的的角度讲具有相同的意义。从反馈实现的具体方式来看，正反馈和负反馈属于代数或者算术意义上的“加减”反馈方式，即输出量回馈到输入端后，与输入量进行加减的统一性整合后，作为新的控制输出，去进一步控制输出量。

        以上所例举的闭环控制仅仅是现代汽车采用闭环控制策略的一个缩影。目前，闭环控制在汽车的动力、车身、底盘、电气、舒适、安全系统等无处不在。相信随着人们对车辆控制要求的日益提高，闭环控制必将在汽车技术发展的道路上发挥越来越重要的作用。