[發明專利]一種自感知力和位移的壓電閥及位移控制方法

有效

• 申請號: 202010105219.3
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111188942B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 董維杰;李錚;楊磊
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;中國北方車輛研究所
• 主分類號: F16K37/00
• 分類號: F16K37/00;F16K31/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種自感知力和位移的壓電閥及位移控制方法，建立閥芯位移、輸出力、壓電執行器的壓電電荷和壓電執行器驅動電壓之間的關系模型，提供根據壓電電荷與驅動電壓自感知估測閥芯位移和輸出力的算法。壓電閥包括壓電疊堆執行器、上蓋、底座、移動端、預緊用碟簧墊片、正八邊形墊塊，配合使用控制系統中的采樣電阻、電流積分器和帶有遲滯補償算法的前饋PID控制器，實現無需傳感器的閥芯位移閉環控制和輸出力實時測量。本發明的壓電執行器兼作驅動器和傳感器，無需額外的傳感器即可同時檢測閥芯的位移和輸出力；控制器中增加遲滯補償算法，提高控制精度和響應速度；采用電流積分法獲得壓電電荷，能夠靈活調整參數來補償壓電漏電流以長期穩定工作。

技術領域

本發明屬于流體測控技術領域，涉及汽車變速箱中電控壓電閥技術，特別是采用解耦算法從壓電執行器獲得閥芯位移和輸出力信號，在無附加傳感器的情況下實現閉環位移控制的方法。

背景技術

電磁閥是變速箱中的關鍵部件，通常電磁閥僅能實現二位控制，不能連續調節，因此需要多個電磁閥開閉動作共同控制檔位變換。隨著智能閥門技術的發展，壓電閥成為電磁閥的理想替代產品。壓電閥具有精度高、響應快、功耗小、壽命長、結構緊湊、環保節能等優點。通過改變驅動電壓，壓電閥閥芯位置能夠連續變化，所需的壓電閥數量較電磁閥大大減少。

壓電閥閥芯在工作過程中需要精確定位其位置，以實現多位控制；同時也需要感知腔內壓力，將壓力數據傳遞給車輛電子控制器(ECU)。通常位移和壓力需要由額外的傳感器測量，專利CN 1434217A公開了一種壓電驅動的伺服閥，其中位置信號需要由外部位移傳感器測量。專利CN 101319688A公開了一種智能壓電型電液伺服閥，通過閉環壓電陶瓷驅動器中自帶的位移傳感器測量閥芯位移。專利CN 103032296A公開了一種基于蝶形傳感器閥的壓電泵，在壓電疊堆泵送液體的同時通過蝶形傳感器測量閥的輸出壓力和流量。但上述壓電閥需安裝獨立傳感器，增加了閥的體積和復雜度。

本發明引入壓電自感知方法，壓電閥作為執行器的同時也作為傳感器工作，無需外部傳感器，具有節省變速箱空間，降低成本，降低安裝與維護難度的優點。

發明內容

本發明的目的是提供一種壓電閥中閥芯位移和力自感知測量方法及位移控制方法，還提供一種新型位移-力自感知壓電閥。利用壓電閥電學端口的電壓和電荷估測機械端口的力和位移，不需要使用額外的傳感器實現閉環位移控制。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種自感知力和位移的壓電閥，所述的壓電閥1包括移動端2，預緊用碟簧墊片3，上蓋4，內外螺紋5，預緊螺釘6，底座7，正八邊形墊塊8，壓電疊堆執行器9。

所述的壓電疊堆執行器9為驅動元件，由于壓電陶瓷的抗拉強度很低，因此需要在使用過程中施加約750N的預緊力。

所述的上蓋4和底座7通過內外螺紋5連接，上蓋4為圓柱筒狀結構。

所述的壓電疊堆執行器9為驅動元件，設于上蓋4內部，壓電疊堆執行器9的上端設有移動端2，移動端2在電壓驅動下對外輸出位移和力，壓電疊堆執行器9的下端墊有正八邊形墊塊8，正八邊形墊塊8上有方形凹槽，用于保持壓電疊堆9穩固。

所述的移動端2為T形結構，其大頭端部與壓電疊堆執行器9接觸，小頭端部伸出上蓋4，移動端2中部與上蓋4之間安裝金屬碟簧墊片3，用于提供所需的預緊力，同時不會過分阻礙移動端2的運動。

所述的正八邊形墊塊8下方安裝有預緊螺釘6，預緊螺釘6設于底座7內，旋轉預緊螺釘6能夠將正八邊形墊塊8頂起，配合碟簧墊片3可以調整預緊力大小，正八邊形墊塊8在預緊過程中不能旋轉，避免壓電疊堆9受到剪切力。

一種自感知力和位移的壓電閥的位移控制方法，包括以下步驟。