CN105041493A - 柴油发动机在低空燃比状态下的扭矩修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柴油发动机在低空燃比状态下的扭矩修正方法，包括如下步骤：获取柴油发动机万有特性的台架实验数据；通过线性插值方法得到发动机在不同转速、喷油流量状态下的稳态空燃比表及容积效率表；通过最小二乘法拟合得到发动机的扭矩修正参数；对发动机当前的空燃比进行实时估算，得到瞬时空燃比；使用获得的稳态空燃比表并根据当前发动机转速、喷油流量线性插值计算得到对应工况下的实时稳态空燃比，并根据实时稳态空燃比和瞬时空燃比计算发动机扭矩的修正系数；利用修正系数对发动机提供的名义扭矩进行修正得到发动机修正后扭矩。本发明可显著提高自动变速箱在发动机处于低空燃比工况时的换档性能，降低其对发动机扭矩精度的依赖。

Description

柴油发动机在低空燃比状态下的扭矩修正方法

技术领域

本发明属于汽车变速器控制技术领域，尤其涉及一种适用于自动变速箱控制的柴油发动机在低空燃比状态下的扭矩修正方法。

背景技术

对汽车的自动机械变速箱(AMT)而言，发动机扭矩的精确与否决定着自动机械变速箱控制性能的好坏。然而，换档后，柴油发动机通常会处于低空燃比的状态，在该状态下由发动机控制器提供的名义扭矩信息通常精度较低，会明显高于发动机实际的输出扭矩。当车辆爬坡时，上述现象就会特别严重，从而造成变速箱控制器因使用了不精确的发动机扭矩信息而选档性能下降。现有的发动机在低空燃比状态下所提供的扭矩信息精度无法满足自动变速箱控制器对发动机扭矩精度的要求。由此可见，现有方法有待于进一步的改进和提高。

发明内容

本发明为避免直接使用发动机控制器提供的发动机扭矩信息所带来的不足之处，提供了一种在低空燃比状态下，对发动机扭矩进行修正的方法，以满足自动机械变速箱控制对扭矩精度的需求。

本发明所采用的技术方案为：

柴油发动机在低空燃比状态下的扭矩修正方法，包括如下步骤：

步骤1：获取柴油发动机万有特性的台架实验数据；

步骤2：利用步骤1中获得的柴油发动机万有特性的台架实验数据，通过线性插值方法得到发动机在不同转速、喷油流量状态下的稳态空燃比表及容积效率表；

步骤3：利用步骤1中获得的柴油发动机万有特性的台架实验数据，通过最小二乘法拟合得到发动机的扭矩修正参数P1、P2；

步骤4：在变速箱控制器软件中根据基于CAN总线的发动机ECU所发出的信号对发动机当前的空燃比进行实时估算，得到瞬时空燃比AFR_inst；

步骤5：使用步骤2中获得的稳态空燃比表AFR_stdMap并根据当前发动机转速ω_e〔t〕、喷油流量线性插值计算得到对应工况下的稳态空燃比，也就是实时稳态空燃比AFR_std，将该实时稳态空燃比AFR_std和步骤4中获取的瞬时空燃比AFR_inst输入下式计算得到发动机扭矩的修正系数F_c:

${\mathrm{AFR}}_{std}={\mathrm{AFR}}_{stdMap}({\mathrm{\ω}}_e\[t\],{\stackrel{\·}{m}}_f\[t\])$

F_c＝(1-P1-AFR_Inst ^P2)/(1-P1*AFR_std ^P2)

步骤6：将步骤5中得到的修正系数F_c输入下式，以对发动机提供的名义扭矩T进行修正，得到发动机修正后扭矩T_cor，T_cor＝T*F_c。

所述步骤3中，P1、P2的获取过程具体为：在发动机万有特性的台架实验数据中，不同的发动机负荷对应不同的空燃比和热效率，选取两个不同的发动机负荷点：负荷点1和负荷点2，根据负荷点1、2的热效率比例关系并利用下式以最小二乘法识别出对应的扭矩修正参数P1、P2，

BTE₁/BTE₂＝(1-P1*AFR_std1 ^P2)/(1-P1*AFR_std2 ^P2)

其中，BTE₁为负荷点1的热效率，BTE₂为负荷点2的热效率，AFR_std1为负荷点1的空燃比，AFR_std2为符合点2的空燃比；BTE₁、BTE₂、AFR_std1、AFR_std2均可从如上所述的发动机万有特性的台架实验数据中获知。

所述步骤4中，瞬时空燃比AFR_inst的获取过程具体为：根据发动机ECU发送的CAN报文信号，按照下式，在变速箱控制器中进行瞬时空燃比AFR_inst的实时计算，

${\mathrm{AFR}}_{Inst}={\stackrel{\·}{m}}_a/{\stackrel{\·}{m}}_f$

其中，为进气质量流量，为喷油流量，通过下式获得：

${\stackrel{\·}{m}}_a=\frac{P_{IM}*V_S*M_a*{\mathrm{\ω}}_e*{\mathrm{\η}}_v}{(273+T_{IM})*R}$

其中，P_IM为进气压力，V_s为发动机排量，M_a为空气摩尔质量，ω_e为发动机转速，η_v为实时容积效率，T_IM为进气温度，R为理想气体常数；

上式中，发动机排量V_s从发动机制造商处得出；空气摩尔质量M_a和理想气体常数R为空气特性对应的固定常数；进气压力P_IM、发动机转速ω_e、进气温度T_IM、喷油流量从发动机控制器在CAN总线上实时发送的报文中获得；实时容积效率η_v通过步骤2中获知的容积效率表并根据发动机转速ω_e、喷油流量线性插值计算得到，

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

在新兴市场，大多数发动机都配备了具有固定几何形状的涡轮增压器，但由于该类涡轮增压器常存在升压滞后的问题，发动机将会更频繁的在低空燃比状态下工作，因此，对于那些只具备简单的涡轮增压系统的发动机而言，本发明有助于提高在低空燃比状态下发动机扭矩的精度，从而提高了变速箱的性能。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为本发明中发动机扭矩修正计算方法示意图。

图3为本发明中选取两个不同的发动机负荷点后所作出的实验热效率和拟合热效率的关系图。

图4是使用本发明的方法进行扭矩修正的结果与使用扭矩测试设备测量得到的发动机实际输出扭矩的对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施例。

如图1及图2所示，柴油发动机在低空燃比状态下的扭矩修正方法，包括如下步骤：

步骤1：获取柴油发动机万有特性的台架实验数据；

步骤2：利用步骤1中获得的柴油发动机万有特性的台架实验数据，通过线性插值方法得到发动机在不同转速、喷油流量状态下的稳态空燃比map及容积效率map，

——稳态空燃比map

——体积效率map

ω_e——发动机转速

——喷油流量

步骤3：利用步骤1中获得的柴油发动机万有特性的台架实验数据，通过最小二乘法拟合得到发动机的扭矩修正参数P1、P2，具体为：在发动机万有特性的台架实验数据中，不同的发动机负荷对应不同的空燃比和热效率，如下表数据所示，

如图3所示，选取两个不同的发动机负荷点：负荷点1和负荷点2，并从如上所述的发动机万有特性的台架实验数据中获知负荷点1的热效率和空燃比、负荷点2的热效率和空燃比，根据负荷点1、2的热效率比例关系并利用下式以最小二乘法识别出对应的扭矩修正参数P1、P2，

BTE₁/BTE₂＝(1-P1*AFR_std1 ^P2)/(1-P1*AFR_std2 ^P2)

其中，BTE₁为负荷点1的热效率，BTE₂为负荷点2的热效率，AFR_std1为负荷点1的空燃比，AFR_std2为符合点2的空燃比；

步骤4：在变速箱控制器软件中根据基于CAN总线的发动机ECU所发出的信号对发动机当前的空燃比进行实时估算，得到瞬时空燃比AFR_inst，具体为：根据发动机ECU发送的CAN报文信号，按照下式，在变速箱控制器中进行瞬时空燃比AFR_inst的实时计算，

${\mathrm{AFR}}_{Inst}={\stackrel{\·}{m}}_a/{\stackrel{\·}{m}}_f$

其中，为进气质量流量，为喷油流量，通过下式获得：

${\stackrel{\·}{m}}_a=\frac{P_{IM}*V_S*M_a*{\mathrm{\ω}}_e*{\mathrm{\η}}_v}{(273+T_{IM})*R}$

其中，P_IM为进气压力，V_s为发动机排量，M_a为空气摩尔质量，ω_e为发动机转速，η_v为实时容积效率，T_IM为进气温度，R为理想气体常数；

上式中，发动机排量V_s从发动机制造商处得出；空气摩尔质量M_a和理想气体常数R为空气特性对应的固定常数；进气压力P_IM、发动机转速ω_e、进气温度T_IM、喷油流量从符合J1939定义发动机控制器的CAN总线报文中获得，其中，进气压力P_IM、进气温度T_IM从IC报文中获得，发动机转速ω_e从EEC1报文中获得，喷油流量从LFE报文中获得；实时容积效率η_v通过步骤2中获知的容积效率表并根据发动机转速ω_e、喷油流量线性插值计算得到。

步骤5：使用步骤2中获得的稳态空燃比表并根据发动机转速、喷油流量线性插值计算得到对应工况下的稳态空燃比，也就是实时稳态空燃比，将该实时稳态空燃比和步骤4中获取的瞬时空燃比输入下式计算得到发动机扭矩的修正系数，

F_c＝(1-P1*AFR_Inst ^P2)/(1-P1*AFR_std ^P2)

步骤6：将步骤5中得到的修正系数F_c输入下式，以对发动机提供的名义扭矩T进行修正，得到发动机修正后扭矩T_cor，T_cor＝T*F_c,之后将修正后的发动机扭矩提供给变速箱选档控制模块。

如图4所示，曲线1是根据步骤5中，实时插值计算得到的实时稳态空燃比；曲线2是步骤4中实时计算得到的瞬时空燃比；曲线3为未经修正的发动机控制器发送的名义扭矩信号；曲线4为经过本发明的扭矩修正方法修正后的发动机扭矩；曲线5为使用扭矩测试设备实测的发动机扭矩值；曲线6为实测的发动机转速；

从图4可以明显的看出，修正后的发动机扭矩更接近于扭矩测量仪测得的实际扭矩，因此，该算法可大大提高在低空燃比状态下发动机扭矩的精度。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.柴油发动机在低空燃比状态下的扭矩修正方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：获取柴油发动机万有特性的台架实验数据；

步骤2：利用步骤1中获得的柴油发动机万有特性的台架实验数据，通过线性插值方法得到发动机在不同转速、喷油流量状态下的稳态空燃比表及容积效率表；

步骤3：利用步骤1中获得的柴油发动机万有特性的台架实验数据，通过最小二乘法拟合得到发动机的扭矩修正参数P1、P2；

步骤4：在变速箱控制器软件中根据基于CAN总线的发动机ECU所发出的信号对发动机当前的空燃比进行实时估算，得到瞬时空燃比AFR_inst；

步骤5：使用步骤2中获得的稳态空燃比表AFR_stdMap并根据当前发动机转速ω_e〔t〕、喷油流量线性插值计算得到对应工况下的稳态空燃比，也就是实时稳态空燃比AFR_std，将该实时稳态空燃比AFR_sts和步骤4中获取的瞬时空燃比AFR_inst输入下式计算得到发动机扭矩的修正系数F_c：

${\mathrm{AFR}}_{std}={\mathrm{AFR}}_{stdMap}({\mathrm{\ω}}_e\[t\],{\stackrel{\·}{m}}_f\[t\])$

F_c＝(1-P1*AFR_Inst ^p2)/(1-P1*AFR_std ^P2)

步骤6：将步骤5中得到的修正系数F_c输入下式，以对发动机提供的名义扭矩T进行修正，得到发动机修正后扭矩T_cor，T_cor＝T*F_c。

2.根据权利要求1所述的柴油发动机在低空燃比状态下的扭矩修正方法，其特征在于：所述步骤3中，P1、P2的获取过程具体为：在发动机万有特性的台架实验数据中，不同的发动机负荷对应不同的空燃比和热效率，选取两个不同的发动机负荷点：负荷点1和负荷点2，根据负荷点1、2的热效率比例关系并利用下式以最小二乘法识别出对应的扭矩修正参数P1、P2，

BTE₁/BTE₂＝(1-P1*AFR_std1 ^P2)/(1-P1*AFR_std2 ^P2)

其中，BTE₁为负荷点1的热效率，BTE₂为负荷点2的热效率，AFR_std1为负荷点1的空燃比，AFR_std2为符合点2的空燃比；BTE₁、BTE₂、AFR_std1、AFR_std2均可从如上所述的发动机万有特性的台架实验数据中获知。

3.根据权利要求1所述的柴油发动机在低空燃比状态下的扭矩修正方法，其特征在于：所述步骤4中，瞬时空燃比AFR_inst的获取过程具体为：根据发动机ECU发送的CAN报文信号，按照下式，在变速箱控制器中进行瞬时空燃比AFR_inst的实时计算，

${\mathrm{AFR}}_{Inst}={\stackrel{\·}{m}}_a/{\stackrel{\·}{m}}_f$

其中，为进气质量流量，为喷油流量，通过下式获得：

${\stackrel{\·}{m}}_a=\frac{P_{IM}*V_s*M_a*{\mathrm{\ω}}_e*{\mathrm{\η}}_v}{(273+T_{IM})*R}$

其中，P_IM为进气压力，V_s为发动机排量，M_a为空气摩尔质量，ω_e为发动机转速，η_v为实时容积效率，T_IM为进气温度，R为理想气体常数；

上式中，发动机排量V_s从发动机制造商处得出；空气摩尔质量M_a和理想气体常数R为空气特性对应的固定常数；进气压力P_IM、发动机转速ω_e、进气温度T_IM、喷油流量从发动机控制器在CAN总线上实时发送的报文中获得；实时容积效率η_V通过步骤2中获知的容积效率表并根据发动机转速ω_e、喷油流量线性插值计算得到，