CN102320294A - 基于混合动力技术专用的发动机ecu - Google Patents
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Abstract
一种基于混合动力技术专用的发动机ECU主要包括九大技术特征：1.开放的关键变量数据接口和CAN通讯协议；2.面向外部输出扭矩/转速/功率接口的控制策略；3.发动机目标工作点和工作区域控制；4.发动机自动启停控制；5.兼容串、并、混联式混合动力系统；6.兼容单、双、3、4、6缸汽油发动机；7.具备发动机先进技术的应用平台；8.自动代码生成技术平台；9.针对混合动力汽车发动机的常态工作区域的特定优化标定。
Description
技术领域
本发明涉及发动机ECU尤其是基于混合动力技术上的发动机ECU。
背景技术
随着传统燃油汽车排放所造成的空气质量日益恶化和石油资源的渐趋匮乏，开发低排放、低油耗的新能源汽车成为当今汽车工业界的紧迫任务。由此人们越来越关注其他燃料的汽车和电动汽车的开发，例如燃料电池汽车（FuelCell Vehicle 简称FCV）、纯电动汽车（Electric Vehicle 简称EV）和混合动力汽车（Hybrid ElectricVehicle 简称HEV）。但是FCV目前存在着成本、技术和氢能源基础设施建设等问题，离产业化至少需要十至十五年的时间。EV 虽然也是实现汽车零排放的一大途径，但是由于目前动力电池技术上并未取得突破性的进展，而且电动汽车依然存在在续驶里程短和充电时间长等问题。HEV 虽然不能实现零排放，但针对以上FCV、EV 所存在的问题，HEV 在目前环境更具有更强大的优势，在世界范围内成为新型汽车开发的热点。
21世纪后，各国加快了HEV的概念产品化的进程，相继推出了不同形式的HEV产品。丰田的Prius，本田的Insight，通用的Precept，福特的Prodigy，戴姆勒克莱斯勒的ESx3， 日产的Tino等都是具有代表性的车型，其中Prius和Insight己是成熟的产品，截止2008年12月，丰田Prius全球销量已经超过了100万辆。
我国也非常重视混合动力电动汽车的研究与开发，有关工作开始于上个世纪90年代。在“十五”期间，科技部组织北京理工大学、清华大学、东风汽车公司等国内多家企业、高校和科研机构进行联合攻关，确定了以燃料电池汽车(FCEV)、混合动力电动汽车(HEV)纯电动汽车(BEV)车型为“三纵”，多能源动力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、动力蓄电池及其管理系统三种共性技术为“三横”的“三纵三横”的研发布局；之后，节能与新能源汽车的研发又被列入“十一五”863计划重大项目。目前，国内汽车企业已将混合动力汽车作为未来主流竞争型产品在战略上高度重视，一汽、东风、上汽、长安、奇瑞、比亚迪等都已投入了大量的人力、物力，一些混合动力车型已完成样车开发，并有部分车型已经实现小批量上市。但是，尽管经过“十五”和“十二五”的研发过程，混合动力汽车技术已经取得了一定的成果，形成了相当的技术实力、产业化基础和生产能力，但是，部分关键技术、特别是电子控制技术及相关产品仍然掌握在美日等国家手中，国内技术水平尚不能与国际先进水平看齐。作为混合动力汽车核心技术的动力总成电子控制技术，大体上包括三项关键技术，分别是混合动力专用发动机控制技术、混合动力机电耦合变速器控制技术、多能源混合动力总成控制技术。
发明内容
本发明具备以下九大技术特征：
1. 开放的关键变量数据接口和CAN通讯协议
要优化混合动力汽车动力总成的各项性能指标，需要混合动力系统各子部件控制系统实现协调控制，因此，发动机ECU开放关键变量数据接口和CAN通讯协议是极其必要的。然而，目前各主要的发动机管理系统ECU供应商出于产品技术保密及商务因素，对发动机ECU的数据接口和通讯协议一般是封闭的，导致发动机控制对于混合动力整车动力总成控制系统成为一个“黑箱”，对整车性能的优化提升造成了极大的阻碍。
基于技术自主的发动机控制策略，可根据整车对发动机ECU的需求提供发动机ECU内部关键控制变量，定制特定的CAN通讯协议。将发动机系统的关键变量如外部扭矩需求、发动机转速、燃油消耗率等数据接口开放，供混合动力汽车的整车主控制器或混合动力系统其他附件的控制器利用，以实时地掌握、管理发动机系统状态，更加方便地进行混合动力系统的整车控制。
2. 面向外部输出扭矩/转速/功率接口的控制策略
基于电子节气门的发动机控制系统，具备扭矩模型和发动机转速闭环控制模型，能根据外部转矩/转速/功率需求进行目标控制，为串联、并联、混联等各种类型混合动力汽车整车控制器提供直接的能量分配控制接口。在工作时，通过CAN总线接收整车控制器发来的发动机功率指令及具体需求数值，精确快速响应整车对发动机的转矩/转速/功率需求。
3. 发动机目标工作点和工作区域控制
根据对项目所用的发动机进行充分的实验研究和性能测试，以及在发动机动态台架上对发动机进行基础标定工作，混合动力汽车专用发动机ECU内含较为精确的发动机模型和万有特性数据。目标扭矩控制模块和目标转速控制模块可实现发动机运行工作点的目标控制，控制发动机工作于整车控制器要求的最经济工作点或工作区域。
4. 发动机自动启停控制
大多混合动力汽车的控制策略需要反复启停发动机。混合动力汽车专用发动机ECU通过CAN接收整车发出的指令，控制发动机启动和停机。同时，ECU根据实际的发动机工况进行相关发动机附件控制，进行快速启停的环境准备。如需快速启动发动机时，控制油泵等处于工作状态，关闭发动机强制冷却控制等。为自动启停功能优化的标定数据，保证自动起停过程中的排放尽可能降至最低水平。
5. 兼容串、并、混联式混合动力系统
该混合动力汽车专用发动机ECU能适用于包括串、并、混联式在内的不同类型的混合动力系统。根据不同类型混合动力系统的特征、工作模式及动力需求，定制特定的发动机控制策略，并与混合动力系统中的其它附件进行实时通讯交互，以达到不同类型混合动力系统的要求。
6. 兼容单、双、3、4、6缸汽油发动机
混合动力汽车专用发动机ECU硬件资源丰富，能支持多达6缸的汽油发动机关键外围器件驱动。ECU平台底层程序包含对单、双、3、4、6缸发动机的控制，并且兼容接口灵活简单，能根据不同缸数发动机的控制需求快速切换控制模块。目前，兼容的各种缸数发动机控制系统已在实际项目中进行验证并通过验收，可精确实时控制的转速上限达到10000rpm，并具备发动机冷启动时预喷油多点火等功能。
7. 具备发动机先进技术的应用平台
混合动力汽车专用发动机ECU具备VVT、VVL、GDI、EGR、Turbo等较先进的发动机技术的控制资源，可支持混合动力汽车配置上述技术的发动机，进一步提升混合动力汽车的动力性、经济性，降低排放。
8. 自动代码生成技术平台
混合动力汽车专用发动机ECU基于自主研发的“一键式自动代码生成编译链接平台”开发。该平台能在MATLAB环境下一键生成可执行代码及通用标准的标定文件，直接下载到ECU芯片中，并进行标定。控制策略开发人员无需了解底层开发环境、手动编辑C代码及标定文件，可以专注于算法开发，实现控制算法功能模块的开发、仿真、实验验证的快速迭代，大大缩短了混合动力汽车的开发和供货周期。控制策略的自动代码生成技术，避免了人工编辑代码引入额外bug的可能，提高了代码可靠性。
9. 针对混合动力汽车发动机的常态工作区域的特定优化标定
针对每种混合动力汽车发动机所处的常态工作区域，进行特定优化标定。根据混合动力汽车发动机的典型工作点、工作曲线或工作区域，优化发动机万有特性，使混合动力汽车发动机实现最佳的经济性和排放指标。
附图说明
图1混合动力汽车专用发动机ECU控制单元核心算法主框架。
具体实施方式
如图1所示混合动力专用发动机ECU控制单元核心算法框架：发动机扭矩计算的输入量为三大部分分别是：混合动力系统扭矩需求、其他扭矩需求、扭矩损失。其中混合动力系统扭矩需求通过发动机工况点选择、外部扭矩需求转换判断外部扭矩需求。其他扭矩需求为环境条件、电器负载、发动机启停、怠速控制、发动机转速限制及保护。通过发动机扭矩计算实现输出量为内部扭矩需求。扭矩需求实现方式为电子节气门开度、点火提前角、喷油脉宽、断油控制、增压器控制。
Claims (9)
1.一种基于混合动力技术专用的发动机ECU，其特征是： 包括九大技术特征开放的关键变量数据接口和CAN通讯协议；面向外部输出扭矩/转速/功率接口的控制策略；发动机目标工作点和工作区域控制；发动机自动启停控制；兼容串、并、混联式混合动力系统；兼容单、双、3、4、6缸汽油发动机；具备发动机先进技术的应用平台；自动代码生成技术平台；针对混合动力汽车发动机的常态工作区域的特定优化标定。
2.根据权利要求1所述的一种基于混合动力技术专用的发动机ECU，其特征是： 根据整车对发动机ECU的需求提供发动机ECU内部关键控制变量，定制特定的CAN通讯协议，将发动机系统的关键变量如外部扭矩需求、发动机转速、燃油消耗率等数据接口开放，供混合动力汽车的整车主控制器或混合动力系统其他附件的控制器利用。
3.根据权利要求1所述的一种基于混合动力技术专用的发动机ECU，其特征是：基于电子节气门的发动机控制系统，具备扭矩模型和发动机转速闭环控制模型，能根据外部转矩/转速/功率需求进行目标控制，为串联、并联、混联等各种类型混合动力汽车整车控制器提供直接的能量分配控制接口。
4.根据权利要求1所述的一种基于混合动力技术专用的发动机ECU，其特征是：内含较为精确的发动机模型和万有特性数据，目标扭矩控制模块和目标转速控制模块可实现发动机运行工作点的目标控制，控制发动机工作于整车控制器要求的最经济工作点或工作区域。
5.根据权利要求1所述的一种基于混合动力技术专用的发动机ECU，其特征是：混合动力汽车专用发动机ECU通过CAN接收整车发出的指令，控制发动机启动和停机，ECU根据实际的发动机工况进行相关发动机附件控制，进行快速启停的环境准备。
6.根据权利要求1所述的一种基于混合动力技术专用的发动机ECU，其特征是：根据不同类型混合动力系统的特征、工作模式及动力需求，定制特定的发动机控制策略，并与混合动力系统中的其它附件进行实时通讯交互，以达到不同类型混合动力系统的要求。
7.根据权利要求1所述的一种基于混合动力技术专用的发动机ECU，其特征是：混合动力汽车专用发动机ECU硬件资源丰富，能支持多达6缸的汽油发动机关键外围器件驱动，ECU平台底层程序包含对单、双、3、4、6缸发动机的控制，并且兼容接口灵活简单，能根据不同缸数发动机的控制需求快速切换控制模块。
8.根据权利要求1所述的一种基于混合动力技术专用的发动机ECU，其特征是：混合动力汽车专用发动机ECU具备VVT、VVL、GDI、EGR、Turbo等较先进的发动机技术的控制资源。
9.根据权利要求1所述的一种基于混合动力技术专用的发动机ECU，其特征是：针对每种混合动力汽车发动机所处的常态工作区域，进行特定优化标定，根据混合动力汽车发动机的典型工作点、工作曲线或工作区域，优化发动机万有特性，使混合动力汽车发动机实现最佳的经济性和排放指标。
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| CN201110156015A CN102320294A (zh) | 2011-06-12 | 2011-06-12 | 基于混合动力技术专用的发动机ecu |
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| CN (1) | CN102320294A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103569117A (zh) * | 2012-08-09 | 2014-02-12 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 在使用发动机启停自动控制装置时辅助驾驶员 |
| CN104345724A (zh) * | 2013-08-01 | 2015-02-11 | 比亚迪股份有限公司 | 用于汽车的自动启停装置的实现方法及系统 |
| CN103573421B (zh) * | 2012-08-09 | 2018-04-17 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 辅助驾驶员使用发动机启停自动控制装置的方法和设备 |
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2011
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