CN103603731A - 基于离子电流的发动机转矩估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于离子电流的发动机转矩估计方法，其主要步骤如下：（1）通过发动机台架试验获得缸内压力，计算发动机指示转矩；（2）分析离子电流信号与指示转矩的关系；（3）标定损失转矩系数；（4）计算发动机的有效转矩：首先根据获得的离子电流信号以及离子电流信号和指示转矩的拟合函数计算发动机的指示转矩，再根据发动机的参数计算发动机的损失转矩，指示转矩与发动机损失转矩之差即为发动机的有效转矩估计值。本发明通过离子电流计算发动机转矩，不需要转矩传感器和缸内压力传感器，降低了成本，解决了传感器安装困难的问题。

Description

基于离子电流的发动机转矩估计方法
技术领域
本发明属于汽车控制技术，特别涉及基于离子电流的发动机转矩估计方法。
背景技术
混合动力汽车能源管理策略协调发动机和电动机的工作，控制动力输出，是混合动力汽车控制领域研究的重点。目前，并联式混合动力汽车的能源管理主要是基于转矩或功率的控制，其中基于功率的控制，在功率分配时会受到发动机和电动机转速变化的影响，而转矩控制只需考虑发动机和电动机在状态切换时的转矩需求，相对简单。这种基于转矩控制的混合动力汽车能源管理策略，在协调控制时，首先需要对发动机的转矩进行估计。
目前获得发动机输出转矩的方法主要有：（1）利用转矩传感器直接测量；（2）利用发动机曲轴瞬时转速进行转矩重构；（3）利用缸压传感器在线计算。转矩传感器的安装需要对车辆进行较大的改动，而且转矩传感器价格昂贵；基于发动机曲轴瞬时转速的转矩重构算法复杂，对曲轴瞬时转速测量结果要求高，对系统软硬件要求较高；采用气缸压力传感器成本高，耐用性差，且受发动机安装空间的限制，难于直接将传感器安装在发动机上来执行控制任务。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明提出了一种精度较高、成本较低且能实时估计发动机转矩的基于离子电流的发动机转矩估计方法。
为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种基于离子电流的发动机转矩估计方法，包括以下步骤：
（1）    计算发动机指示转矩T i
根据发动机台架试验得到发动机缸内压力，绘制p-V图，计算平均指示压力p mi 。
根据公式（1）计算发动机指示转矩：
Figure 2013105757013100002DEST_PATH_IMAGE001
Figure 671531DEST_PATH_IMAGE002
V s 为气缸容积；i为发动机的气缸数；
Figure 2013105757013100002DEST_PATH_IMAGE003
为发动机的行程数。
（2）    分析离子电流信号与指示转矩的关系
根据发动机台架试验获得离子电流信号，并对同一工况的离子电流信号进行多循环平均处理，提取第二峰值的峰值电压，通过第二峰值的峰值电压和指示转矩拟合函数。
（3）    标定损失转矩系数
发动机的损失转矩T 损 与发动机的转速、进排气歧管压力有关，其估计的表达式：
Figure 930212DEST_PATH_IMAGE004
（2）
式中，d i （i=0,1,…,4）为待拟合的系数；n为发动机转速，单位为r/min；p 1 为进气歧管内气体压力，单位为kPa；p 2 为排气歧管内气体压力，单位为kPa。
确定系数d i 的具体步骤如下:
（a）发动机在给定的工况下运转，当冷却水和机油温度达到正常值时，立即切断供油，同时将电力测功机转换为电动机，以给定转速n倒拖发动机，测出此时的进气歧管压力p 1 ，和排气歧管压力p 2 ，此时的电力测功机转矩值为T 损 ；在该过程中尽可能维持冷却水和机油温度不变；
（b）用步骤（a）同样的方法获得一系列的发动机转速n进气歧管压力p 1 排气歧管压力p 2 电力测功机的转矩值T 损 ；
（c）将步骤（a）（b）获得的实验数据进行拟合，得到d i 的值。
（4）    计算发动机有效转矩T e
（a）确定发动机的指示转矩T i
根据获得的离子电流信号以离子电流信号和指示转矩拟合函数计算发动机的指示转矩T i 。
（b）确定发动机的损失转矩T 损
根据由发动机控制单元读取的进气歧管压力p l 排气歧管压力p 2 发动机转速n，根据公式（2）得到发动机的损失转矩T 损 。
（c）确定发动机有效转矩T e
发动机的有效转矩估计值为指示转矩与发动机损失转矩之差，即
Figure DEST_PATH_IMAGE005
本发明的优越功效在于：
1）  通过离子电流计算发动机转矩，不需要转矩传感器和缸内压力传感器，降低了成本，解决了传感器安装困难的问题；
2）  精度较高、成本较低且能实时估计发动机转矩。
附图说明
图1为本发明的实现流程图；
图2为建立离子电流信号与指示转矩的关系的流程图。
具体实施方式
请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明提供了一种基于离子电流的发动机转矩估计方法，包括以下步骤：
（1）    计算发动机指示转矩T i
根据发动机台架试验得到发动机缸内压力，绘制p-V图，计算平均指示压力p mi 。
根据公式（1）计算发动机指示转矩：
Figure 461392DEST_PATH_IMAGE001
V s 为气缸容积；i为发动机的气缸数；为发动机的行程数。
（2）    分析离子电流信号与指示转矩的关系
如图2所示，根据发动机台架试验获得离子电流信号，并对同一工况的离子电流信号进行多循环平均处理，提取第二峰值的峰值电压，通过第二峰值的峰值电压和指示转矩拟合函数。
（3）    标定损失转矩系数
发动机的损失转矩T 损 与发动机的转速、进排气歧管压力有关，其估计的表达式：
Figure 189548DEST_PATH_IMAGE004
（2）
式中，d i （i=0,1,…,4）为待拟合的系数；n为发动机转速，单位为r/min；p 1 为进气歧管内气体压力，单位为kPa；p 2 为排气歧管内气体压力，单位为kPa。
确定系数d i 的具体步骤如下:
（a）发动机在给定的工况下运转，当冷却水和机油温度达到正常值时，立即切断供油，同时将电力测功机转换为电动机，以给定转速n倒拖发动机，测出此时的进气歧管压力p 1 ，和排气歧管压力p 2 ，此时的电力测功机转矩值为T 损 ；在该过程中尽可能维持冷却水和机油温度不变；
（b）用步骤（a）同样的方法获得一系列的发动机转速n进气歧管压力p 1 排气歧管压力p 2 电力测功机的转矩值T 损 ；
（c）将步骤（a）（b）获得的实验数据进行拟合，得到d i 的值。
（4）    计算发动机有效转矩T e
（a）确定发动机的指示转矩T i
根据获得的离子电流信号以离子电流信号和指示转矩拟合函数计算发动机的指示转矩T i 。
（b）确定发动机的损失转矩T 损
根据由发动机控制单元读取的进气歧管压力p l 排气歧管压力p 2 发动机转速n，根据公式（2）得到发动机的损失转矩T 损 。
（c）确定发动机有效转矩T e
发动机的有效转矩估计值为指示转矩与发动机损失转矩之差，即
Figure DEST_PATH_IMAGE007
。

Claims (6)

1.一种基于离子电流的发动机转矩估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算发动机指示转矩；
分析离子电流信号与指示转矩的关系；
标定损失转矩系数；
计算发动机有效转矩。
2.如权力要求1所述的基于离子电流的发动机转矩估计方法，其特征在于，所述步骤（1）中根据发动机台架试验得到发动机缸内压力，绘制p-V图，计算平均指示压力p mi ，根据公式（1）计算发动机指示转矩T i ：
Figure 2013105757013100001DEST_PATH_IMAGE001
Figure 529522DEST_PATH_IMAGE002
其中：V s 为气缸容积；i为发动机的气缸数；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为发动机的行程数。
3.如权力要求1所述的基于离子电流的发动机转矩估计方法，其特征在于，所述步骤（2）中获得离子电流信号，并分析离子电流信号与指示转矩的关系，通过离子电流信号和指示转矩拟合函数。
4.如权力要求3所述的基于离子电流的发动机转矩估计方法，其特征在于，对同一工况的离子电流信号进行多循环平均处理，提取第二峰值的峰值电压，通过第二峰值的峰值电压和指示转矩拟合函数。
5.如权力要求1所述的基于离子电流的发动机转矩估计方法，其特征在于，所述步骤（3）中通过发动机台架试验获得发动机转速、进排气压力和损失转矩数据，根据试验数据拟合得到发动机的损失转矩与发动机的转速、进排气歧管压力的关系。
6.如权力要求1所述的基于离子电流的发动机转矩估计方法，其特征在于，所述步骤（4）中首先根据获得的离子电流信号以及离子电流信号和指示转矩想拟合函数计算发动机的指示转矩，再根据发动机的参数计算发动机的损失转矩，指示转矩与发动机损失转矩之差即为发动机的有效转矩估计值。
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