用于驱动汽车中用的控制阀的压电执行器的校准方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种在汽车中用一个控制电路和末级操作的压电执行器（１）的校准方法，特别是该压电执行器是喷油阀的一部分。在该控制电路和末级运行过程中，用一个其频率随时间变化的位于大信号范围内的电校准脉冲加到压电执行器（１）上，并在校准脉冲的过程中确定和分析与频率有关的相应电阻抗变化，其中该末级被控制电路这样控制，使产生校准脉冲。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于驱动汽车控制阀的压电执行器的校准方法和装置。压电执行 器在汽车工业中主要作为计量装置尤其是喷油阀的计量装置的伺服驱动。压电执行器可实 现喷油阀中的控制阀的极快的开关，并因而例如在内燃机气缸的一个工作循环中实现多个 喷油过程。压电执行器用于汽车的其他方面例如制动设备中也在不断地增加。
技术介绍
内燃机的现代管理系统今日追求尽可能少排放和少耗油的运行以及(未来的)法 定框架条件的满足。内燃机的区段特性由于气体交换和燃烧动力学而具有非线性的特点和 明显的温度依赖性。混合气形成过程主要受气体交换、喷油量和喷油过程的影响。在这种 情况下，喷油元件的精确控制是头等重要的任务。其中，喷油量的精确性和喷油时间点是构 成理想燃烧过程的基本参数。像例如在高压储油罐或泵喷油系统中使用那样，现代喷油元 件在今天已经用压电控制的控制阀进行操作。压电控制的控制阀的优点不仅起着执行器方面的作用，而且在利用压电效应的情 况下还可作为传感器使用。由于这种压电元件的固有传感特性，因而可产生有关偏转、作用 力、磨损或空行程的信息。通过获取这些信息，便可借助执行机构的力平衡提出精确调节内 部系统压力和针阀行程的调节方案。但这类执行机构也存在压电元件本身的非线性和磁滞特性的缺点。确定压电元件 特性的材料系数_与通常的假设相反_不是独立的常数，因为这些已知数只在小信号条件 下描述“材料常数”即材料特性。但实际上，其大小是随温度、压力和其他边缘条件变化的， 所以对于像压电控制的喷油阀这类特别需要精确控制的复杂元件来说，在实际使用条件下 通过线性假定尤其是恒定压电模数…的假设不可能足够地预报其特性。例如在温度和负 荷变化时，压电执行器具有不同的膨胀系数(压电模数)，这在用现有线性调节方案和由于 技术原理压电执行器存在很高制造公差的条件下必须对全部工作点和使用寿命进行调节。为了确定压电元件的材料系数，一方面迄今已提出了一些小信号测量的方法，亦 即压电元件只被加上相当小的电能(例如几伏/毫米)。其中，特别是阻抗频谱测量法是 人所熟知的，用这种方法原则上可确定弹性的、介电的和压电的材料参数的完整数据组。为 此，将压电陶瓷试样在某一预定的频率范围内进行交变场作用，并用市售的阻抗分析器记 录该试样的阻抗与频率的函数关系。从不同几何形状的压电试体中测出谐振频率。通过不 同振荡模式的组合，可确定压电体的全部数据组。但即使已从别的测量中预先给出了规定 的材料系数而且只测一个试样，这种方法也是一种相当昂贵的试验方法。为此要花费在计 算方面的硬件费用在实验室试验之外实际上显然不可接受。另一方面，在大信号工况中的测量则是直接地测量在用相应场强控制时产生的压 电元件的偏转和力。在压电驱动的喷油阀运行过程中实施这种位移很小而力很大的花费大 的测量是有较大困难的。DE 198 04 196 Al提出了一种在运行中的喷油系统的压电机械系统的诊断方法， 这种方法实际上是利用机械部分系统的状态(压电元件的机械外围也属于该系统)以特性 方式来影响压电元件的电特性值，所以通过采集和分析这些电特性值就可识别压电机械系 统的机械功能的功能故障。压电元件用电压信号控制随时间变化的频率，然后从电阻抗过 程的极限值中确定谐振频率，这也是人所共知的。除了配置一个电流和/或电压检测器外， 还配置了一个频率发生器来产生正弦形的电压信号。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种方法和装置来校准汽车领域内使用的压电执行器，以 便可单个地确定并在必要时在运行中考虑相关工作点的非线性动态特性。这个目的是通过权利要求1所述的一种方法和权利要求9所述的一种装置来实现 的。本专利技术的诸多有利方案和改进可从下面的说明中、附图中和相关的权利要求中得知。本专利技术校准方法涉及一个在汽车中用一个控制电路和一个末级操作的压电执行 器，该压电执行器作为伺服驱动作用到控制阀上。在控制电路和末级运行过程中(即车载 或在线)，用一个位于压电执行器的大信号范围内的电校准脉冲加到压电执行器上，该脉冲 的频率随时间变化。在校准脉冲的过程中，确定并分析相应的与频率有关的电阻抗变化，在 这个时间间隔内，控制电路这样控制末级，即不是正常控制脉冲操作压电执行器，而是产生 特殊的校准脉冲。这样就可用简单的可测的值或也可用间接的值确定并保持在大信号范围 内的相应压电执行器的个性特性，并由此可很精确地进行校准。通过分析压电执行器的阻 抗特性即可推测压电执行器本身的非线性特征值和/或其周围的外部事件。根据本专利技术的一个有利方案，从求出的阻抗变化的极限值确定谐振频率(fp，fs)， 并从中推导压电耦合系数krff。然后用这个耦合系数确定大信号范围内压电执行器具有的 非线性的材料系数。根据一个可视为特别有利的改进，这个方案预先给出大信号范围内的压电执行器 的介电材料系数，并与求出的压电耦合系数一起用于确定非线性的压电的和/或弹性的材 料系数。亦即该方法可特别有利地用于这种情况即使另外确定或预先给定大信号电容或 大信号电介质常数，但不容许存取相应的小信号电容或小信号电介质常数。根据另一个方案，至少一个控制参数适合用于控制压电执行器，视求出的非线性 材料系数而定。这种情况有利于很精确地控制压电执行器。特别是当其用于计量流体时， 即使在最小量情况下也可很精确地计量流体。作为压电元件本身的非线性特性的确定的另一种或补充方案可通过分析控制电 路中的其他数据和/或由它确定的数据可推测一个与压电执行器连接的、机械运动的装置 中的事件或状态。这可实现如下的改进，即至少一个控制参数适合控制压电元件，视确定的 事件或状态而定。从而_除压电元件本身外_例如喷油器也可根据其实时状态亦即根据其 在运行中的实时的和单个的值作为整体进行跟踪。为了确定阻抗变化，检测在压电执行器上不断下降的电压及其耗用的电流，对上 述全部实施方案都是有利的，其中末级控制的压电执行器与位于接地处的电流测量电阻串 联。根据最后所述方案的有利改进，测出的电压信号被输入优先在控制电路中的处理器的 模拟输入端，该处理器通过扫描使电压信号数字化后进行分析处理。汽车内使用的压电执行器的本专利技术车载校准装置包括实施上述方法的手段。 附图说明下面参照附图来详细说明本专利技术的优选方案。图1带有一个压电执行器的喷油器和一个对应的控制装置；图2带有串并联振荡回路的压电执行器的现有技术的等效电路图；图3通过图2振荡回路模拟的压电的阻抗变化图；图4通过末级控制的压电执行器的框图；图5通过末级控制的压电执行器的电路图。具体实施例方式图1所示的喷油阀具有一个设计成压电执行器1的伺服驱动，压电执行器1具有η 个压电元件，η例如可约为200。压电执行器1具有第一自由端5和第二自由端7。压电执 行器1用其第一自由端5优先用焊接固定在喷油器的外壳3中。在其第二自由端7的范围 内，通过压电执行器1的伸长使它作用到喷油器的控制阀上。该控制阀包括一个销9和一 个优先与压电执行器1的行程相反的操纵装置11。此外，该控制阀包括一个与喷嘴弹簧15 连接的喷嘴针阀13和喷嘴本体17，喷嘴针阀13的阀座19在该喷嘴体体内构成。喷嘴弹簧 15是这样布置的，即它无需通过伺服驱动引起的力的作用即可把喷嘴针阀预压到其关闭位 置，在这个关闭位置内，喷嘴针本文档来自技高网...

【技术保护点】
汽车中借助一个控制电路和末级操作的压电执行器（１）的校准方法，该压电执行器作为伺服驱动作用到控制阀上，在该控制电路和末级的运行过程中，用一个位于大信号范围内的电校准脉冲加到压电执行器（１）上，该校准脉冲的频率随时间变化，并确定和分析与频率有关的相应的电阻抗变化，其中该末级被控制电路这样控制，使产生校准脉冲。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：C赖钦格，W施罗德，HJ韦霍夫，
申请(专利权)人：欧陆汽车有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]