CN104933226B - 一种发动机机油温度的控制计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发动机机油温度的控制计算方法，包括初值计算步骤、终值计算步骤、滤波时间常数计算步骤和滤波功能实现步骤，从而设计出一种算法，经过实车测试和标定，可以准确的计算出机油温度。可以提高发动机控制精度的同时节省整车成本。经过实验验证，能够准确的计算出各工况下的机油温度，完全满足系统需求。这样既可以降低成本，又可以保证发动机的排放和油耗性能，减少售后抱怨。
Description
技术领域
本发明属于汽车发动机系统控制领域，具体涉及一种模拟计算发动机机油温度的控制算法。
背景技术
随着环境的不断恶化以及资源的匮乏，对汽车领域的排放和油耗法规也越来越严格。因此对汽车发动机的开发以及控制也变得越来越严格和细致。VVT控制器能非常有效的降低油耗，优化排放，提高扭矩，在目前的汽油发动机领域，基本成为标配。机油压力超过阀值是VVT控制开启的必要条件之一，通常的电控系统都是通过机油温度来表征机油黏度和机油压力，只有当机油温度达到一定的值，VVT控制器才能正常进行工作。如果VVT控制器开启过早，会影响发动机燃烧的稳定性和冷机排放；如果开启过晚，则会导致油耗和排放升高。因此机油温度的计算就显得非常关键。
在传统的电控系统中，机油温度的计算一般采用以下方式：
1、增加机油温度传感器，可以准确的检测到机油温度；
2、机油温度直接用水温表示；
上述两种传统的机油温度计算方式都有一定的局限性：
方式一，成本高，为了VVT的工作特别增加一个传感器会增加成本，对于竞争激烈的汽车市场而言，这样的成本是非常有必要节省的。
方式二，偏差大。机油和发动机冷却液特性不一致，比热容也不一样，实际油温和水温两者之间是有差距的，如果用水温表征机油温度，就会导致VVT过早开启或者过晚开启。如果开启过早，会导致VVT执行器控制偏差大，从而使发动机燃烧不稳定，转速抖动大，排放超标，客户抱怨；如果VVT开启过晚，则会导致发动机低速扭矩小，油耗变高，性能变差。
针对传统机油温度计算上的一些局限性，结合多年来对电控系统的研究，特发明一种模拟计算机油温度的控制算法，经过实验验证，能够准确的计算出各工况下的机油温度，完全满足系统需求。这样既可以降低成本，又可以保证发动机 的排放和油耗性能，减少售后抱怨。
发明内容
本文中使用的变量如下：
Toil：实时机油温度 Toil_ini：初始机油温度值
k：采样频率(本发明中即为ECU软件代码的计算频率)
Toil_max：最终机油温度值 Tk：滤波时间常数
经过长时间对机油温度变化的观察，机油温度跟发动机的起始水温，进气温度，发动机转速，负荷(即充气效率)等关联性很大，结合多年来在EMS(发动机管理系统)方面的策略开发以及标定经验，从而设计出一种算法，经过实车测试和标定，可以准确的计算出机油温度。可以提高发动机控制精度的同时节省整车成本。
具体技术方案如下：
一种发动机机油温度的控制计算方法，其特征在于包括初值计算步骤、终值计算步骤、滤波时间常数计算步骤和滤波功能实现步骤。
所述初值计算步骤为在发动机启动时，测量水温和进气温度的差值，采集多组发动机的停机时间和停机机油温度数据，标定起动工况下的初始机油温度。
所述终值计算为计算固定工况下机油温度所能达到的最大值。
所述滤波时间常数计算步骤为对机油温度变化率的计算。
所述滤波功能实现步骤为将前三个步骤的计算值带入通过数学建模得到的实时机油温度公式中计算实时机油温度值的步骤。
以实际油温变化规律为基础，通过数学建模得到机油温度控制算法模型。
在初值计算步骤中设定MAP表标定温度，根据标定温度在终值计算中通过辅助CUR计算出修正系数。
在滤波实际常数计算步骤中采用T型滤波器对机油温度从初值向终值变化进行滤波。
建立以水温和进气温度为输入变量的二维表作为时间常数T的主要标定MAP，并增加发动机转速和发动机负荷作为输入的一维表进行修正。
实时机油温度的计算公式为Toil＝Toil_ini+k*(Toil_max-Toil_ini)/Tk，其中Toil为实时机油温度值，Toil_ini为机油初值温度，Toil_max为机油温度最大值，Tk为滤波时间常数，k为采样频率。
本发明在策略上主要分四个步骤来设计机油温度的计算模型：初值计算、终值计算、滤波时间计算和滤波功能实现。其具体设计思路如下：
一、初值计算(Toil_ini)
初值，顾名思义就是发动机起动时的初始机油温度，在整个控制算法中，初值计算最为关键，如果起始值偏差较大，在整个驾驶循环中，机油温度就很难算准。在本发明中，采用如下方法计算初值：
1、如果发动机启动时，水温，进气温度趋于一致(两者之差的绝对值小于一定阀值，该阀值可标定)，那么即可表明该发动机的停机时间足够长，机油温度和水温基本相等，则把水温赋值给机油温度；
2、如果发动机启动时，水温，进气温度之差超过设定的阀值，并且是水温小于进气温度，则表明该发动机的停机时间也足够长，并且随着环境温度的上升，进气温度升高较快，而水温和机油温度由于比热容比空气大的多，因此上升很慢，此时也可认为水温和机油温度基本相等，同样把水温赋值给机油温度；
3、如果发动机启动时，水温，进气温度之差超过设定的阀值，并且是水温大于进气温度，则表明该发动机停机时间很短，此时的机油温度不可预测性最大。此种情况下，我们设定一个MAP(二维查表)来标定该时候的机油温度，该MAP的输入条件就是水温和进气温度。经过实车测试，并且结合发动机的停机时间和停机机油温度，采集多组数据进行平均，就可以标定出该起动工况下的初始机油温度。
二、终值计算(Toin_max)
终值就是在固定工况下(固定的发动机转速，负荷)机油温度所能达到的最大值。在该算法中，终值的计算首先通过主MAP表计算主温度值，然后经过辅助CUR(一维查表)计算出修正系数，步骤如下：
1、通过设定一个MAP(二维查表)来标定不同工况下的机油温度终值。该MAP的两路输入变量为转速和负荷。在该MAP标定的时候，设定固定的发动机转速， 负荷，让发动机持续运转，到最后稳定下来的机油温度则为该工况点的终值机油温度，然后将该值填入MAP中对应点。
2、由于进气温度对机油温度终值也会有影响，再设定一个跟随进气温度变化的CUR(一维查表)来对终值进行修正。在主MAP表标定合理的情况下，该CUR主要通过冬季试验，夏季试验来标定。
三、滤波时间常数计算(Tk)
当机油温度的初值和终值确定之后，接下来就是设计机油温度的变化率了，在本发明中，
采用T型滤波器对机油温度从初值向终值变化进行滤波，其中的滤波时间常数T的设计就是关键部分。在发动机运转过程中，影响机油温度变化的因素主要是水温，进气温度。另外发动机转速、负荷也有影响。因此我们设计出一个以水温和进气温度为输入变量的二维表作为时间常数T的主要标定MAP，另外增加一个发动机转速作为输入的一维表、一个发动机负荷作为输入的一维表进行修正。
四、滤波功能实现
当上述三个值的计算功能都实现以后，接下来就是将上述计算值代入滤波器计算公式，
便可计算出实时的机油温度值(Toil)。
滤波器公式为new＝old+k*(in-old)/T
在本发明中，代进去相关变量，则得到实时机油温度的计算公式如下：
Toil＝Toil_ini+k*(Toil_max-Toil_ini)/Tk
附图说明
图1为本发明的机油温度计算逻辑；
图2为机油温度模型测试标定流程；
图3为水温油温差异对比图(1号为实测机油温度，2号为水温)；
图4为计算油温与实测油温对比(1号为实测油温，2号为计算油温)
具体实施方式
下面根据对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实 施例。
以传统的发动机控制系统为基础，增加机油温度计算的控制算法模型，最终在整车上进行验证。具体实施步骤如下：
1、策略实现。
以实际油温变化的规律为基础，根据图1的控制逻辑，通过建模工具matlab搭建机油
温度控制算法模型。模型搭建完全按照设计思路进行，根据水温，进气温度，发动机转速和负荷，分别搭建计算初值，终值，滤波时间常数等相关二维MAP，并给MAP赋予初始值。模型搭建之后就仿真生成代码，并将代码集成在整车ECU软件里。
2、实车测试。
1)采集大量数据，标定不同水温和进气温度下的机油温度的初值。
2)整车耐久转毂上，固定转速和负荷，标定不同转速和负荷下的机油温度的终值。
3)启动发动机，怠速，标定不同水温和进气温度下的机油温度的增长速率。
4)启动发动机，通过控制踏板开度来标定转速对机油温度增长速率的修正。
5)道路标定，通过控制车速、档位、开关空调等来标定负荷对机油温度增长速率的修正。
6)冬季试验和夏季试验，标定进气温度对机油温度终值的修正。
3、验证算法。
算法优化前：实测机油温度与用水温替代的机油温度偏差很大，此时计算的机油温度等于发动机水温，而发动机水温和测得的实际机油温度有较大差异，如图3所示。算法优化后：模拟计算的机油温度与实测机油温度值趋于一致，最大误差不超过5℃如图4所示。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种发动机机油温度的控制计算方法，其特征在于包括初值计算步骤、终值计算步骤、滤波时间常数计算步骤和滤波功能实现步骤；
所述初值计算步骤为在发动机启动时，标定发动机在起动工况下的初始机油温度；
所述终值计算为计算固定工况下机油温度所能达到的最大值；
所述滤波时间常数计算步骤为对机油温度变化率的计算；
发动机在起动工况下的初始机油温度标定方法如下：
当水温与进气温度之差的绝对值小于设定的阀值，则把水温赋值给机油温度；
当水温与进气温度之差超过设定的阀值，且水温小于进气温度，则把水温赋值给机油温度；
当水温与进气温度之差超过设定的阀值，且水温大于进气温度，则基于水温、进气温度、发动机停机时长在MAP中查找对应的初始油温，MAP的获取方法如下：
以水温及进气温度为输入条件，经实车测试，采集发动机在不同停时间下的停机机油温度，建立MAP表；
所述滤波功能实现步骤为将前三个步骤的计算值带入通过数学建模得到的实时机油温度公式中计算实时机油温度值的步骤。
2.根据权利要求1所述发动机机油温度的控制计算方法，其特征在于以实际油温变化规律为基础，通过数学建模得到机油温度控制算法模型。
3.根据权利要求1所述发动机机油温度的控制计算方法，其特征在于在初值计算步骤中设定MAP表标定温度，根据标定温度在终值计算中通过辅助CUR计算出修正系数。
4.根据权利要求3所述发动机机油温度的控制计算方法，其特征在于在滤波实际常数计算步骤中采用T型滤波器对机油温度从初值向终值变化进行滤波。
5.根据权利要求4所述发动机机油温度的控制计算方法，其特征在于建立以水温和进气温度为输入变量的二维表作为时间常数T的主要标定MAP，并增加发动机转速和发动机负荷作为输入的一维表进行修正。
6.根据权利要求1-5任一项所述发动机机油温度的控制计算方法，其特征在于实时机油温度的计算公式为Toil＝Toil_ini+k*(Toil_max-Toil_ini)/Tk，其中Toil为实时机油温度值，Toil_ini为机油初值温度，Toil_max为机油温度最大值，Tk为滤波时间常数，k为采样频率。
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