CN105134398A - 用于台架试验的发动机控制方法、控制器及台架试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种用于台架试验的发动机控制方法、控制器及台架试验系统，其中方法包括获取发动机工作时的各项参数；根据获取的各项参数智能控制发动机包括如下至少一项：根据获取的空燃比和排气温度智能控制发动机的空燃比；根据获取的燃烧信号智能控制发动机的点火提前角，燃烧信号包括缸压峰值、放热50％曲轴转角和最大缸压曲轴转角中的至少一项；和根据获取的运转信号智能控制发动机的运转，运转信号包括发动机扭矩、发动机转速、增压压力、涡轮转速和发动机功率中的至少一项，本发明实施例无需进行标定或在线调整控制参数，就可以实现对发动机准确和安全的控制。

Description

用于台架试验的发动机控制方法、控制器及台架试验系统

技术领域

本发明涉及发动机控制技术领域，尤其涉及一种用于台架试验的发动机控制方法、控制器及台架试验系统。

背景技术

发动机台架试验可用于检验发动机整体和相关零部件的可靠性，也可用于验证发动机的性能是否达到设计指标等。发动机台架试验涉及的设备一般包括：发动机(作为试验对象)、测量控制系统和辅助系统等；其中，测量控制系统又可以包括：发动机控制器和各种传感器，各种传感器用于对发动机工作时的各种参数进行采集，发动机控制器用于基于各种传感器采集到的参数并结合控制模型(例如：充气模型、排温模型、扭矩模型)对发动机进行控制。

目前，在台架试验中，一般需要不断的根据实验情况对充气模型、排温模型和扭矩模型等控制模型进行标定，从而保证将发动机组装进整机时，对其控制的准确性和安全性，而标定工作是一项非常耗时耗力的工作，例如：充气模型的标定大约需要花费两个月的时间，排温模型的标定需要在整车轮毂试验室中标定，扭矩模型的标定大约需要一个月的时间，虽然如此，为了保证发动机用于整机时的高性能和安全性等，进行这样的标定工作是有必要的。

但是，目前在台架试验中，有些发动机一般不会组装进整机，其主要用于试验发动机的性能，以帮助修正发动机的设计或其它；这种情形在台架试验中，也需要对发动机做准确和安全的控制，否则所获得的结果将失去意义，但是此时若采用对发动机控制器进行标定的方式来保证控制的准确性和安全性，显然时间和成本上均是一大问题，因此一般采取的方式是由电控工程师在线监控发动机的运转，然后根据运转情况调整发动机控制器的控制参数，以满足发动机的各种台架试验需要，但是，这种方式对电控工程师要求非常高，不仅需要电控工程师具有非常高的电控技术水平，也要求电控工程师的经验非常丰富。

因此，现有技术中，如果不对发动机控制器进行标定或由电控工程师在线调整控制参数，将不容易实现对发动机的准确和安全的控制。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题是，提供一种用于台架试验的发动机控制方法、控制器及台架试验系统，无需标定或者在线调整控制参数就可以实现对发动机的准确和安全的控制。

本发明实施例为解决上述技术问题提供的技术方案如下：

一种用于台架试验的发动机控制方法，所述方法包括：

获取发动机工作时的各项参数；

根据所述获取的各项参数，智能控制所述发动机，包括如下至少一项：

根据获取的空燃比和排气温度，智能控制所述发动机的空燃比，所述获取的空燃比为线性空燃比或离散空燃比；

根据获取的燃烧信号，智能控制所述发动机的点火提前角，所述燃烧信号包括：缸压峰值、放热50％曲轴转角和最大缸压曲轴转角中的至少一项；

和，根据获取的运转信号，智能控制所述发动机的运转，所述运转信号包括：发动机扭矩、发动机转速、增压压力、涡轮转速和发动机功率中的至少一项。

其中，所述根据获取的空燃比和排气温度，智能控制所述发动机的空燃比，包括：

判断所述排气温度是否大于排气温度阈值；

当所述排气温度大于所述排气温度阈值时，根据所述排气温度，进行空燃比加浓保护；

当所述排气温度小于所述排气温度阈值时，根据所述获取的空燃比，进行空燃比当量闭环控制。

其中，所述根据所述排气温度，进行空燃比加浓保护，包括：根据所述排气温度，计算排气温度预测值，计算所述排气温度阈值和排气温度预测值的差值，根据计算得到的差值，确定空燃比控制量，根据所述确定的空燃比控制量，修正喷油脉宽，根据修正后的喷油脉宽，驱动所述发动机中喷油器。

其中，所述根据所述获取的空燃比，进行空燃比当量闭环控制，包括：根据所述获取的空燃比，采用比例-积分-微分算法将所述发动机的空燃比控制为14.7。

其中，所述根据获取的燃烧信号，智能控制所述发动机的点火提前角，包括：

判断所述缸压峰值是否大于爆震判断阈值；

当所述缸压峰值大于所述爆震判断阈值时，进行爆震控制；

当所述缸压峰值小于所述爆震判断阈值时，进行点火提前角优化控制。

其中，所述爆震控制，包括：

当所述缸压峰值大于所述爆震判断阈值且小于2倍所述爆震判断阈值时，控制所述发动机的点火提前角推迟0.75°；

当所述缸压峰值大于2倍所述爆震判断阈值且小于3倍所述爆震判断阈值时，控制所述发动机的点火提前角推迟1.5°；

或者，当所述缸压峰值大于3倍所述爆震判断阈值时，控制所述发动机的点火提前角推迟3°。

其中，所述点火提前角优化控制，包括：

当所述发动机工作于低负荷工况且所述最大缸压曲轴转角大于13°时，增大所述发动机的点火提前角；

当所述发动机工作于低负荷工况且所述最大缸压曲轴转角小于13°时，减小所述发动机的点火提前角；

当所述发动机工作于高负荷工况且所述放热50％曲轴转角大于8°时，增大所述发动机的点火提前角；

或者，当所述发动机工作于高负荷工况且所述放热50％曲轴转角小于8°时，减小所述发动机的点火提前角。

其中，所述根据获取的运转信号，智能控制所述发动机的运转，包括：

判断如下至少一项：所述发动机扭矩是否大于扭矩边界值、所述发动机转速是否大于转速边界值、所述增压压力是否大于增压压力边界值、所述涡轮转速是否大于涡轮转速边界值和所述发动机功率是否大于功率边界值；

当上述中任一项的判断结果为是时，减小所述发动机中节气门和/或增压器废气阀的开度。

一种用于台架试验的发动机控制器，包括：

参数获取模块，用于获取发动机工作时的各项参数；

智能控制模块，用于根据所述参数获取模块获取的各项参数，智能控制所述发动机；

所述智能控制模块包括如下至少一个控制单元：

空燃比智能控制单元，用于根据所述参数获取模块获取的空燃比和排气温度，智能控制所述发动机的空燃比，所述获取的空燃比为线性空燃比或离散空燃比；

点火提前角智能控制单元，用于根据所述参数获取模块获取的燃烧信号，智能控制所述发动机的点火提前角，所述燃烧信号包括：缸压峰值、放热50％曲轴转角和最大缸压曲轴转角中的至少一项；

和，运转智能控制单元，用于根据所述获取模块获取的运转信号，智能控制所述发动机的运转，所述运转信号包括：发动机扭矩、发动机转速、增压压力、涡轮转速和发动机功率中的至少一项。

其中，所述空燃比智能控制单元，包括：

排温判断子单元，用于判断所述排气温度是否大于排气温度阈值；

加浓保护子单元，用于当所述排温判断子单元判断到所述排气温度大于所述排气温度阈值时，根据所述排气温度，进行空燃比加浓保护；

当量闭环控制子单元，用于当所述排温判断子单元判断到所述排气温度小于所述排气温度阈值时，根据所述获取的空燃比，进行空燃比当量闭环控制。

其中，所述加浓保护子单元，具体用于：

根据所述排气温度，计算排气温度预测值，计算所述排气温度阈值和排气温度预测值的差值，根据计算得到的差值，确定空燃比控制量，根据所述确定的空燃比控制量，修正喷油脉宽，根据修正后的喷油脉宽，驱动所述发动机中喷油器。

其中，所述当量闭环控制子单元，具体用于：根据所述获取的空燃比，采用比例-积分-微分算法将所述发动机的空燃比控制为14.7。

其中，所述点火提前角智能控制单元，包括：

爆震判断子单元，用于判断所述缸压峰值是否大于爆震判断阈值；

爆震控制子单元，用于当所述爆震判断子单元判断到所述缸压峰值大于所述爆震判断阈值时，进行爆震控制；

点火提前角优化控制子单元，用于当所述爆震判断子单元判断到所述缸压峰值小于所述爆震判断阈值时，进行点火提前角优化控制。

其中，所述爆震控制子单元，具体用于：

当所述缸压峰值大于所述爆震判断阈值且小于2倍所述爆震判断阈值时，控制所述发动机的点火提前角推迟0.75°；

当所述缸压峰值大于2倍所述爆震判断阈值且小于3倍所述爆震判断阈值时，控制所述发动机的点火提前角推迟1.5°；

或者，当所述缸压峰值大于3倍所述爆震判断阈值时，控制所述发动机的点火提前角推迟3°。

其中，所述点火提前角优化控制子单元，具体用于：

当所述发动机工作于低负荷工况且所述最大缸压曲轴转角大于13°时，增大所述发动机的点火提前角；

当所述发动机工作于低负荷工况且所述最大缸压曲轴转角小于13°时，减小所述发动机的点火提前角；

当所述发动机工作于高负荷工况且所述放热50％曲轴转角大于8°时，增大所述发动机的点火提前角；

或者，当所述发动机工作于高负荷工况且所述放热50％曲轴转角小于8°时，减小所述发动机的点火提前角。

其中，所述运转智能控制单元，包括：

边界判断子单元，用于对如下至少一项进行判断：所述发动机扭矩是否大于扭矩边界值、所述发动机转速是否大于转速边界值、所述增压压力是否大于增压压力边界值、所述涡轮转速是否大于涡轮转速边界值和所述发动机功率是否大于功率边界值；

边界保护子单元，用于当所述边界判断子单元判断到上述中任一项的判断结果为是时，减小所述发动机中节气门和/或增压器废气阀的开度。

一种台架试验系统，包括：发动机、发动机控制器和与所述发动机连接的台架控制模组，其特征在于，还包括：均与所述发动机连接的排温传感器、氧传感器和燃烧分析模组，所述排温传感器、氧传感器、台架控制模组和燃烧分析模组均与所述发动机控制器的信号输入端连接，所述发动机控制器的控制信号输出端与所述发动机连接，所述发动机控制器为如权利要求9至16中任一项所述的发动机控制器。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例，根据空燃比结合排气温度进行空燃比智能控制，根据燃烧信号(包括：缸压峰值、放热50％曲轴转角和最大缸压曲轴转角中的至少一项)进行点火提前角智能控制，根据运转信号(包括：发动机扭矩、发动机转速、增压压力、涡轮转速和发动机功率中的至少一项)进行运转智能控制，以上基于发动机工作时的具体参数进行的自动化的控制，无需对发动机控制器进行标定，也无需电控工程师在线调整控制参数，就可以实现对发动机的准确和安全的控制。

附图说明

图1是本发明的用于台架试验的发动机控制方法的实施例的流程示意图；

图2是图1中步骤S102的实施例的流程示意图；

图3是图1中步骤S103的实施例的流程示意图；

图4是图1中步骤S104的实施例的流程示意图；

图5是本发明的用于台架试验的发动机控制方法的实施例的详细流程示意图；

图6是本发明的台架试验系统的实施例的结构示意图；

图7是图6中的发动机控制器的实施例的结构示意图；

图8是图7中的空燃比智能控制单元的实施例的结构示意图；

图9是图7中的点火提前角智能控制单元的实施例的结构示意图；

图10是图7中的运转智能控制单元的实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，是本发明的用于台架试验的发动机控制方法的实施例的流程示意图，其包括：

步骤S101、获取发动机工作时的各项参数。

步骤S102、根据步骤S101获取的空燃比和排气温度，智能控制发动机的空燃比。

其中，步骤S101获取的空燃比可以是线性空燃比或者离散空燃比(例如：两点式离散空燃比)，线性空燃比一般可以测量空燃比的范围在宽度和精度上比离散空燃比更好，因此步骤S102采用线性空燃比进行智能控制时，在速度和精度上均能得到提高。

其中，空燃比的采集可以由设置于发动机上的氧传感器执行，当氧传感器采集到空燃比之后，步骤S101可以从氧传感器中读取空燃比，从而实现获取。线性空燃比可以由线性氧传感器采集，离散空燃比可以由普通的氧传感器采集，例如：两点式氧传感器采集到的空燃比为两点式离散空燃比。

其中，排气温度的采集可以由设置于发动机上的排温传感器执行，步骤S101可以从排温传感器中读取排气温度，从而实现获取。

步骤S103、根据步骤S101获取的燃烧信号，智能控制发动机的点火提前角。

其中，燃烧信号可以包括：缸压峰值、放热50％曲轴转角和最大缸压曲轴转角中的至少一项。

其中，步骤S101可以从燃烧分析仪中获取燃烧信号。

其中，燃烧分析仪可以首先从缸压传感器中获取缸压传感器采集的发动机汽缸的缸压信号，从角标仪中获取角标仪采集的发动机曲轴的角标信号，然后对获取的缸压信号和角标信号进行分析，得到缸压与曲轴转角之间的对应关系图和放热率与曲轴转角之间的对应关系图，然后从得到的关系图中提取缸压峰值、放热率为50％时对应的曲轴转角(即放热50％曲轴转角)和最大缸压对应的曲轴转角(即最大缸压曲轴转角)组成燃烧信号。

步骤S104、根据步骤S101获取的运转信号，智能控制发动机的运转。

其中，运转信号可以包括：发动机扭矩、发动机转速、增压压力、涡轮转速和发动机功率中的至少一项。

其中，步骤S101可以从台架控制器中获取运转信号。

其中，在台架试验中，一般由传感器采集发动机扭矩、发动机转速、增压压力和涡轮转速，并将这些采集的数据上传至测功机，再由测功机将这些数据连同测功机计算的发动机功率汇总至台架控制器。

以上的步骤S102、步骤S103和步骤S104，可以选择执行其中的至少一个步骤。

本实施例，在空燃比控制时，根据空燃比和排气温度这两个参数进行智能控制；在点火提前角控制时，根据燃烧信号进行智能控制；在运转控制时，根据运转信号进行智能控制；基于这些参数的智能控制，无需对控制器进行标定，也无需电控工程师在线调整控制参数，就可以实现对发动机的准确和安全控制，以满足发动机不同台架试验的要求，从而有利于节省开发资源和缩短开发周期。

在图1的基础上，下面分别就其中的步骤S102、步骤S103和步骤S104展开说明。

如图2所示，是图1中步骤S102的实施例的流程示意图，其包括：

步骤S201、判断排气温度是否大于排气温度阈值。当排气温度大于排气温度阈值时，执行步骤S202，当排气温度小于排气温度阈值时，执行步骤S203。

步骤S202、根据排气温度，进行空燃比加浓保护。

其中，空燃比加浓保护可以是减小空燃比的控制，由于空燃比越小排气温度越低，因此当排气温度大于排气温度阈值时，可以采用减小空燃比的方式降低排气温度，从而控制发动机工作在正常状况。

其中，空燃比加浓保护可以包括：首先，根据获取的排气温度，并结合排温预测算法，计算得到排气温度预测值，例如：根据发动机的当前转速与负荷查表得到发动机的排气温度变化梯度，然后由当前排气温度及排气温度变化梯度计算出排气温度预测值；然后，根据排气温度阈值与排气温度预测值的差查表得到空燃比控制量；再然后，根据确定的空燃比控制量修正喷油脉宽，例如：当空燃比控制量相对于上次燃烧循环的空燃比控制量增大时，控制喷油脉宽增大，其增大比例等于空燃比控制量的增大比例，当空燃比控制量相对于上次燃烧循环的空燃比控制量减小时，控制喷油脉宽减小，其减小比例等于空燃比控制量的减小比例；最后，将修正后的喷油脉宽发送至发动机中的喷油器，控制喷油器的喷油量，实现空燃比和排气温度的控制。

其中，在空燃比加浓保护中也可以直接计算排气温度阈值与获取的排气温度的差，从而确定空燃比控制量，从而省略计算排气温度预测值的步骤，这种方式的好处是可以简化控制流程，而采用根据获取的排气温度结合排温预测算法计算排气温度预测值的方式的好处是：相当于对排气温度进行了修正，从而使得控制的准确性更高，更符合实际情况。

步骤S203，根据获取的空燃比，进行空燃比当量闭环控制。

其中，空燃比当量闭环控制可以是以获取的空燃比作为反馈量，将空燃比控制为当量空燃比的控制方式，其中当量空燃比可以为化学当量空燃比，化学当量空燃比的值是14.7，当将空燃比控制在14.7时，燃油可以与空气完全反应而烧掉，从而提高燃烧效率。

其中，空燃比当量闭环控制可以采用PID(ProportionIntegrationDifferentiation，比例-积分-微分)的方式进行，例如：首先计算实际空燃比与当量空燃比的差值，将该差值乘以比例项系数得到比例项控制量，差值乘以积分项系数后进行积分得到积分项控制量，差值乘以微分项系数后微分得到微分项控制量，然后将比例控制量、积分控制量、微分控制量三者相加得到空燃比当量闭环控制量，再然后利用该空燃比当量闭环控制量对喷油脉宽进行修正。

现有的对空燃比的控制方式是采用两点式离散空燃比结合充气模型的闭环控制方式，其在空燃比控制时，仅考虑了空燃比这一参数，并且需要不断标定充气模型才能使控制的准确性和安全性得到保证，与其相比，本实施例基于空燃比和排气温度这两个参数，根据排气温度与排气温度阈值的关系，利用空燃比越小排气温度越低这一特性进行空燃比加浓保护或者进行空燃比当量闭环控制，从而实现对发动机的准确和安全控制，另外本实施例采用线性空燃比时，可以进一步提高控制精度和速度。

如图3所示，是图1中步骤S103的实施例的流程示意图，其包括：

步骤S301、判断缸压峰值是否大于爆震判断阈值。当缸压峰值大于爆震判断阈值时，执行步骤S302，当缸压峰值小于爆震判断阈值时，执行步骤S303。

步骤S302、爆震控制。

步骤S303、点火提前角优化控制。

为了描述简便，以KP_PK表示缸压峰值，AI50表示放热50％曲轴转角，APMAX表示最大缸压曲轴转角，X表示爆震判断阈值。

其中，爆震控制可以根据KP_PK大于X的程度进行点火角控制，如表一所示的方式。

其中，点火提前角优化控制根据发动机工况、AI50和8°(度)的大小关系和APMAX与13°的大小关系进行点火角控制，如采用表二所示的方式。其中发动机工况包括：低负荷工况和高负荷工况，其中低负荷工况可以是指发动机缸内平均有效压力小于2bar(巴)时的情况，高负荷工况可以是指发动机缸内平均有效压力大于2bar时的情况，其中缸内平均有效压力＝发动机汽缸数量*扭矩/(318.3*发动机排量)，其中扭矩可以从运转信号中得到，汽缸数量和排量均为常数。

其中，推迟点火提前角0.75°可以是将点火提前角值在当前点火提前角值的基础上减小0.75°，1.5°和3°时类似。增大或减小点火提前角可以是将点火提前角值在当前点火提前角值的基础上增大或减小一个预设量。

表一、爆震控制策略的一种示例

条件	控制方式
		X<KP_PK<2X	推迟点火提前角0.75°
2X<KP_PK<3X	推迟点火提前角1.5°
		KP_PK<3X	推迟点火提前角3°

表二、点火提前角优化控制策略的一种示例

本实施例，在缸压峰值大于爆震判断阈值时，推迟点火提前角，从而避免发动机燃烧出现强烈爆震，进而保证发动机的安全性。在缸压峰值小于爆震判断阈值时，利用高负荷工况时点火提前角控制在使AI50％＝8°时热效率最高，或者在低负荷工况时点火提前角控制在使APMAX＝13°时热效率最高这种特性，将点火提前角控制在较优位置。

现有一般基于MAP图(点火控制曲线图)进行点火提前角控制，例如：通过传感器采集的信号来判断发动机的工作状态，从而在MAP图上找出发动机在此工作状态下所需的点火提前角，从而按此所需的点火提前角进行点火，然后根据采集的爆震信号修正点火提前角，控制发动机工作在较佳的点火时刻，然而本实施例直接采用缸压峰值、放热50％曲轴转角和最大缸压曲轴转角进行点火提前角控制，其与现有技术相比，实现算法更简单，更容易实现。

如图4所示，是图1中步骤S104的实施例的流程示意图，其包括：

步骤S401、根据运转信号，判断发动机的运转是否超出运转边界。当发动机的运转超出运转边界时执行步骤S402，当发动机的运转没有超出运转边界时继续判断。

其中，根据运信号，判断发动机的运转是否超出运转边界包括对如下至少一项的判断：发动机扭矩是否大于发动机扭矩边界值，发动机转速是否大于发动机转速边界值，增压压力是否大于增压压力边界值，涡轮转速是否大于涡轮转速边界值和发动机功率是否大于功率边界值。当其中的任一项的判断结果为是时，则可以认为动机的运转超出了运转边界。

步骤S402、减小发动机中的节气门开度或增压器废气阀开度。

其中，减小发动机的节气门度或增压器废气阀开度可以降低发动机的负荷，从而避免发动机的运转超出运转边界。

现有中，发动机扭矩、发动机转速、增压压力、涡轮转速和发动机功率等一般用于分析发动机的工作状态，进而标定MAP图，而本实施例，用这些参数来直接进行发动机运转的控制，其容易实现，且无需对发动机控制器进行边界控制标定，也无需在线调整边界运转控制参数，就可以实现发动机运转的准确和安全的控制。

图2至图4实施例的控制流程一般是不需要标定的，但是在某些特殊情况下，例如：控制参数严重偏离正常范围时，也可以进行简单标定，虽然此时也进行了标定，但是这种标定是低层度的，其对电控工程师的技术和经验等要求也不高，因此不会影响本发明实施例的效果。

以上对本发明实施例的用于台架试验的发动机控制方法进行了介绍，下面结合图5介绍该控制方法的一个详细实施例，以帮助本领域技术人员理解并实施本发明。在介绍该详细实施例之前，先结合图6对本发明实施例的台架试验系统进行说明，这样有助于本领域技术人员理解图5的方案。

如图6所示，是本发明的台架试验系统的实施例的结构示意图，其包括：发动机1、发动机控制器2、台架控制模组、燃烧分析模组、排温传感器5和氧传感器6。

其中，发动机1包括：节气门11、增压器废气阀12、点火线圈13、喷油器14和汽缸，上述各部件的形状、位置、结构以及各部件的相互关系等对于本领域技术人员而言是熟悉的，在此不赘。

其中，燃烧分析模组包括：角标仪、缸压传感器40、电荷放大器41和燃烧分析仪42，其中，燃烧分析模组中，缸压传感器采集对应汽缸的缸压后，将其经电荷放大器放大后输至燃烧分析仪，燃烧分析仪基于缸压数据和角标仪上传的角标信号分析出缸压峰值、放热50％曲轴转角和最大缸压曲轴转角，其中角标仪、缸压传感器40在发动机上的安装位置、安装方式等本领域技术人员是熟悉的，在此不赘述。

其中，台架控制模组包括：扭矩传感器、转速传感器、增压压力传感器、涡轮转速传感器、测功机31和台架控制器32，其中台架控制模组中，扭矩传感器、转速传感器、增压压力传感器和涡轮转速传感器分别将采集的发动机扭矩、发动机转速、增压压力和涡轮转速发送至测功机31，测功机31将这些参数及其测量到的发动机功率一起汇总至台架控制器32，其中，排温传感器5、氧传感器6、缸压传感器、扭矩传感器、转速传感器、增压压力传感器和涡轮转速传感器在发动机上的安装位置和安装方式等对于本领域技术人员是熟悉的，在此不赘述。

其中，排温传感器5、氧传感器6、燃烧分析仪42和台架控制器32的输出均与发动机控制器2的信号输入端连接，以将相关参数发送至发动机控制器2，发动机控制器2的控制信号输出端分别与节气门11、增压器废气阀12、点火线圈13和喷油器14连接，以对上述各部件进行控制。

在了解了图6的台架试验系统之后，下面结合图5说明本发明的用于台架试验的发动机控制方法的详细实施例，该方法流程的执行主体即是图6中的发动机控制器。

如图5所示，是本发明的用于台架试验的发动机控制方法的详细实施例的流程示意图，其包括：

数据采集步骤(步骤S50)：从氧传感器获取空燃比(步骤S501)，从排温传感器获取排气温度(步骤S502)，从燃烧分析仪获取燃烧信号(步骤S503)，从台架控制器获取运转信号(步骤S504)。其中，氧传感器可以为普通氧传感器或线性氧传感器，燃烧信号包括：缸压峰值、放热50％曲轴转角和最大缸压曲轴转角，运转信号包括：发动机扭矩、发动机转速、增压压力、涡轮转速和发动机功率。

空燃比智能控制步骤(步骤S51)：判断排气温度是否大于排气温度阈值(步骤S511)，当排气温度大于排气温度阈值时，首先根据该排气温度，并结合排温预测算法，计算排气温度预测值(步骤S512)，然后再计算排气温度阈值和排气温度预测值的差值(步骤S513)，再然后根据计算的差值确定空燃比控制量(步骤S514)，再然后根据确定的空燃比控制量修正喷油脉宽(步骤S515)，最后根据修正后的喷油脉宽，驱动喷油器(步骤S516)；当排气温度小于排气温度阈值时，根据空燃比，采用PID算法将发动机的空燃比控制在14.7，即进行空燃比当量闭环控制(步骤S517)。

点火提前角智能控制步骤(步骤S52)：判断缸压峰值(KP_PK)是否大于爆震判断阈值(X)(步骤S521)，当X<KP_PK<2X时，推迟点火提前角0.75°(步骤S522)，当2X<KP_PK<3X时，推迟点火提前角1.5°(步骤S523)，当KP_PK>3X时，推迟点火提前角3°(步骤S524)；当KP_PK<X时，判断发动机缸内平均有效压力是否大于2bar(步骤S525)，若发动机缸内平均有效压力大于2bar时，则继续判断最大缸压曲轴转角(APMAX)是否大于13°(步骤S526)，若大于13°，增大点火提前角(步骤S527)，若小于13°，减小点火提前角(步骤S528)；当发动机缸内平均有效压力小于2bar时，判断放热50％曲轴转角(AI50)是否大于8°(步骤S529)，若大于8°，增大点火提前角(步骤S527)，若小于8°，减小点火提前角(步骤S528)。

运转智能控制步骤(步骤S53)：判断发动机扭矩是否大于扭矩边界值(步骤S531)，发动机转速是否大于转速边界值(步骤S532)，增压压力是否大于增压压力边界值(步骤S533)，涡轮转速是否大于涡轮转速边界值(步骤S534)，发动机功率是否大于功率边界值(步骤S535)，当步骤S531至步骤S535中任一项的判断结果为是时，减小发动机中节气门的开度，和/或者，减小发动机中增压器废气阀的开度，即降低发动机的负荷(步骤S536)。

图5中各个步骤中涉及的排气温度阈值、爆震判断阈值、扭矩边界值、转速边界值、增压压力边界值、涡轮转速边界值和功率边界值等可以根据经验和相关标准预先设置。

图1至图5对本发明实施例的方法实施例进行了介绍，下面对本发明实施例的发动机控制器进行说明，该发动机控制器也即是图6中的发动机控制器，其可以用于执行图1至图5的方法流程。该发动机控制器可以采用硬件、软件或者硬件和软件结合的实现方式，其中硬件实现可以利用专用逻辑来实现，例如：超大规模集成电路、门阵列或者诸如现场可编程门阵列和可编程逻辑设备等可编程硬件设备的硬件电路实现，其中软件实现可以将执行功能的软件代码存储在存储介质中，然后由适当的指令执行设备(例如：微处理器)执行存储介质中的软件代码。

如图7所示，是本发明的用于台架试验的发动机控制器的实施例的结构示意图，该发动机控制器2包括：参数获取模块21和智能控制模块22，其中，参数获取模块21用于获取发动机工作时的各项参数，智能控制模块22用于根据参数获取模块21获取的各项参数，智能控制发动机。

其中，智能控制模块22可以包括如下至少一个控制单元：空燃比智能控制单元221、点火提前角智能控制单元222和运转智能控制单元223。

其中，空燃比智能控制单元221用于根据参数获取模块21获取的空燃比和排气温度，智能控制发动机的空燃比。其中，参数获取模块21可以通过与氧传感器和排温传感器分别连接，从而实现空燃比和排气温度的获取。其中，参数获取模块21获取的空燃比可以为线性空燃比或离散空燃比，线性空燃比一般可以测量空燃比的范围较离散空燃比(例如：两点式离散空燃比)的宽且精度更高，因此在智能控制时，采用线性空燃比将有助于提高空燃比控制的速度和精度。

其中，点火提前角智能控制单元222用于根据参数获取模块21获取的燃烧信号，智能控制发动机的点火提前角。其中燃烧信号包括：缸压峰值、放热50％曲轴转角和最大缸压曲轴转角中的至少一项。其中参数获取模块21可以通过与燃烧分析仪连接来实现燃烧信号的获取。

其中，运转智能控制单元223用于根据获取模块21获取的运转信号，智能控制发动机的运转。其中运转信号包括：发动机扭矩、发动机转速、增压压力、涡轮转速和发动机功率中的至少一项。其中参数获取模块21可以通过与台架控制器连接来实现运转信号的获取。

本实施例的各智能控制单元基于发动机工作时的一些参数自动对发动机的空燃比、点火提前角和运转进行智能控制，以使发动机工作在正常状态，此种控制方式，无需对各智能控制单元进行标定，也无需在线调整各智能控制单元的控制参数，因此容易实现、实现成本低、对电控工程师的要求也低，因此有利于节省开发资源和缩短开发周期。

下面分别结合图8至10分别对空燃比智能控制单元221、点火提前角智能控制单元222和运转智能控制单元223的结构等进行说明。

如图8所示，是图7中的空燃比智能控制单元221的实施例的结构示意图，其包括：排温判断子单元81、加浓保护子单元82和当量闭环控制子单元83，其中排温判断子单元81分别与加浓保护子单元82和当量闭环控制子单元83连接，根据其排温判断结果触发加浓保护子单元82或当量闭环控制子单元83工作。

其中，排温判断子单元81，用于判断排气温度是否大于排气温度阈值；其中，加浓保护子单元82，用于当排温判断子单元81判断到排气温度大于排气温度阈值时，根据排气温度，进行空燃比加浓保护；其中，当量闭环控制子单元83，用于当排温判断子单元81判断到排气温度小于排气温度阈值时，根据参数获取模块获取的空燃比，进行空燃比当量闭环控制。

其中，空燃比加浓保护可以是减小空燃比的控制，由于空燃比越小排气温度越低，因此当排气温度大于排气温度阈值时，可以采用减小空燃比的方式降低排气温度，从而控制发动机工作在正常状况。

其中，加浓保护子单元82进行空燃比加浓保护可以包括：首先，加浓保护子单元82根据参数获取模块获取的排气温度，并结合排温预测算法，计算得到排气温度预测值，例如：根据发动机的当前转速与负荷查表得到发动机的排气温度变化梯度，然后由当前排气温度及排气温度变化梯度计算出排气温度预测值；然后，加浓保护子单元82根据排气温度阈值与排气温度预测值的差查表得到空燃比控制量；再然后，加浓保护子单元82根据确定的空燃比控制量修正喷油脉宽，例如：当空燃比控制量相对于上次燃烧循环的空燃比控制量增大时，控制喷油脉宽增大，其增大比例等于空燃比控制量的增大比例，当空燃比控制量相对于上次燃烧循环的空燃比控制量减小时，控制喷油脉宽减小，其减小比例等于空燃比控制量的减小比例；最后，加浓保护子单元82将修正后的喷油脉宽发送至发动机中的喷油器，控制喷油器的喷油量，实现空燃比和排气温度的控制。

其中，加浓保护子单元82在空燃比加浓保护中也可以直接计算排气温度阈值与获取的排气温度的差，从而确定空燃比控制量，从而省略计算排气温度预测值的操作，这种方式的好处是可以简化控制流程，而采用根据获取的排气温度结合排温预测算法计算排气温度预测值的方式的好处是：相当于对排气温度进行了修正，从而使得控制的准确性更高，更符合实际情况。

其中，空燃比当量闭环控制可以是以获取的空燃比作为反馈量，将空燃比控制为当量空燃比的控制方式，其中当量空燃比可以为化学当量空燃比，化学当量空燃比的值是14.7，当将空燃比控制在14.7时，燃油可以与空气完全反应而烧掉，从而提高燃烧效率。

其中，当量闭环控制子单元83可以采用PID的方式进行控制，例如：当量闭环控制子单元83首先计算实际空燃比与当量空燃比的差值，然后当量闭环控制子单元83将该差值乘以比例项系数得到比例项控制量，将该差值乘以积分项系数后进行积分得到积分项控制量，将该差值乘以微分项系数后微分得到微分项控制量，再然后当量闭环控制子单元83将比例控制量、积分控制量、微分控制量三者相加得到空燃比当量闭环控制量，再然后当量闭环控制子单元83利用该空燃比当量闭环控制量对喷油脉宽进行修正。

现有的对空燃比的控制方式是采用两点式离散空燃比结合充气模型的闭环控制方式，其在空燃比控制时，仅考虑了空燃比这一参数，并且需要不断标定充气模型才能使控制的准确性和安全性得到保证，与其相比，本实施例基于空燃比和排气温度这两个参数，根据排气温度与排气温度阈值的关系，利用空燃比越小排气温度越低这一特性进行空燃比加浓保护或者进行空燃比当量闭环控制，从而实现对发动机的准确和安全控制，另外本实施例采用线性空燃比时，可以进一步提高控制精度和速度。

如图9所示，是图7中的点火提前角智能控制单元222的实施例的结构示意图，其包括：爆震判断子单元91、爆震控制子单元92和点火提前角优化控制子单元93，其中爆震判断子单元91分别与爆震控制子单元92和点火提前角优化控制子单元93连接，并根据爆震判断结果触发爆震控制子单元92和点火提前角优化控制子单元93工作。

其中，爆震判断子单元91，用于判断缸压峰值是否大于爆震判断阈值；爆震控制子单元92，用于当爆震判断子单元91判断到缸压峰值大于爆震判断阈值时，进行爆震控制；点火提前角优化控制子单元93，用于当爆震判断子单元91判断到缸压峰值小于爆震判断阈值时，进行点火提前角优化控制。

其中，爆震控制的策略和点火提前角优化控制的策略可以分别采用前述中的表一和表二所示的方式，在此不赘述。

本实施例，当爆震判断子单元91判断到缸压峰值大于爆震判断阈值时，由爆震控制子单元92采用推迟点火提前角的方式保证发动机燃烧不出现强烈爆震，保证发动机的安全性；当爆震判断子单元91判断到缸压峰值小于爆震判断阈值时，由点火提前角优化控制子单元93利用如下特征：在高负荷工况时，发动机的点火提前角控制在使放热50％曲轴转角等于8°时，热效率最高，在低负荷工况时，发动机的点火提前角控制在最大缸压曲轴转角等于13°时，热效率最高，对发动机的点火提前角进行控制，从而使点火提前角控制在较优位置。

现有一般基于MAP图(点火控制曲线图)进行点火提前角控制，例如：通过传感器采集的信号来判断发动机的工作状态，从而在MAP图上找出发动机在此工作状态下所需的点火提前角，从而按此所需的点火提前角进行点火，然后根据采集的爆震信号修正点火提前角，控制发动机工作在较佳的点火时刻，然而本实施例采用缸压峰值、放热50％曲轴转角和最大缸压曲轴转角进行点火提前角控制，其与现有技术相比，实现算法更简单，更容易实现。

如图10所示，是图7中的运转智能控制单元223的实施例的结构示意图，其包括：边界判断子单元101和边界保护子单元102，其中边界判断子单元101和边界保护子单元102连接，用于根据边界判断结果触发边界保护子单元102工作。

其中，边界判断子单元101用于对如下至少一项进行判断：发动机扭矩是否大于扭矩边界值、发动机转速是否大于转速边界值、增压压力是否大于增压压力边界值、涡轮转速是否大于涡轮转速边界值和发动机功率是否大于功率边界值。边界保护子单元102，用于当边界判断子单元101判断到上述中任一项的判断结果为是时，减小发动机中的节气门和/或增压器废气阀的开度，从而降低发动机的负荷。

现有中，发动机扭矩、发动机转速、增压压力、涡轮转速和发动机功率等一般用于分析发动机的工作状态，进而标定MAP图，而本实施例，用这些参数来直接进行发动机运转的控制，其容易实现，且无需对运转智能控制单元进行标定，也无需在线调整运转控制参数，就可以实现发动机运转的准确和安全的控制。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种用于台架试验的发动机控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取发动机工作时的各项参数；

根据所述获取的各项参数，智能控制所述发动机，包括如下至少一项：

根据获取的空燃比和排气温度，智能控制所述发动机的空燃比，所述获取的空燃比为线性空燃比或离散空燃比；

根据获取的燃烧信号，智能控制所述发动机的点火提前角，所述燃烧信号包括：缸压峰值、放热50％曲轴转角和最大缸压曲轴转角中的至少一项；

和，根据获取的运转信号，智能控制所述发动机的运转，所述运转信号包括：发动机扭矩、发动机转速、增压压力、涡轮转速和发动机功率中的至少一项。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据获取的空燃比和排气温度，智能控制所述发动机的空燃比，包括：

判断所述排气温度是否大于排气温度阈值；

当所述排气温度大于所述排气温度阈值时，根据所述排气温度，进行空燃比加浓保护；

当所述排气温度小于所述排气温度阈值时，根据所述获取的空燃比，进行空燃比当量闭环控制。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述排气温度，进行空燃比加浓保护，包括：根据所述排气温度，计算排气温度预测值，计算所述排气温度阈值和排气温度预测值的差值，根据计算得到的差值，确定空燃比控制量，根据所述确定的空燃比控制量，修正喷油脉宽，根据修正后的喷油脉宽，驱动所述发动机中喷油器。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述获取的空燃比，进行空燃比当量闭环控制，包括：根据所述获取的空燃比，采用比例-积分-微分算法将所述发动机的空燃比控制为14.7。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据获取的燃烧信号，智能控制所述发动机的点火提前角，包括：

判断所述缸压峰值是否大于爆震判断阈值；

当所述缸压峰值大于所述爆震判断阈值时，进行爆震控制；

当所述缸压峰值小于所述爆震判断阈值时，进行点火提前角优化控制。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述爆震控制，包括：

当所述缸压峰值大于所述爆震判断阈值且小于2倍所述爆震判断阈值时，控制所述发动机的点火提前角推迟0.75°；

当所述缸压峰值大于2倍所述爆震判断阈值且小于3倍所述爆震判断阈值时，控制所述发动机的点火提前角推迟1.5°；

或者，当所述缸压峰值大于3倍所述爆震判断阈值时，控制所述发动机的点火提前角推迟3°。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述点火提前角优化控制，包括：

当所述发动机工作于低负荷工况且所述最大缸压曲轴转角大于13°时，增大所述发动机的点火提前角；

当所述发动机工作于低负荷工况且所述最大缸压曲轴转角小于13°时，减小所述发动机的点火提前角；

当所述发动机工作于高负荷工况且所述放热50％曲轴转角大于8°时，增大所述发动机的点火提前角；

或者，当所述发动机工作于高负荷工况且所述放热50％曲轴转角小于8°时，减小所述发动机的点火提前角。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据获取的运转信号，智能控制所述发动机的运转，包括：

判断如下至少一项：所述发动机扭矩是否大于扭矩边界值、所述发动机转速是否大于转速边界值、所述增压压力是否大于增压压力边界值、所述涡轮转速是否大于涡轮转速边界值和所述发动机功率是否大于功率边界值；

当上述中任一项的判断结果为是时，减小所述发动机中节气门和/或增压器废气阀的开度。

9.一种用于台架试验的发动机控制器，其特征在于，包括：

参数获取模块，用于获取发动机工作时的各项参数；

智能控制模块，用于根据所述参数获取模块获取的各项参数，智能控制所述发动机；

所述智能控制模块包括如下至少一个控制单元：

空燃比智能控制单元，用于根据所述参数获取模块获取的空燃比和排气温度，智能控制所述发动机的空燃比，所述获取的空燃比为线性空燃比或离散空燃比；

点火提前角智能控制单元，用于根据所述参数获取模块获取的燃烧信号，智能控制所述发动机的点火提前角，所述燃烧信号包括：缸压峰值、放热50％曲轴转角和最大缸压曲轴转角中的至少一项；

和，运转智能控制单元，用于根据所述获取模块获取的运转信号，智能控制所述发动机的运转，所述运转信号包括：发动机扭矩、发动机转速、增压压力、涡轮转速和发动机功率中的至少一项。

10.如权利要求9所述的发动机控制器，其特征在于，所述空燃比智能控制单元，包括：

排温判断子单元，用于判断所述排气温度是否大于排气温度阈值；

加浓保护子单元，用于当所述排温判断子单元判断到所述排气温度大于所述排气温度阈值时，根据所述排气温度，进行空燃比加浓保护；

当量闭环控制子单元，用于当所述排温判断子单元判断到所述排气温度小于所述排气温度阈值时，根据所述获取的空燃比，进行空燃比当量闭环控制。

11.如权利要求10所述的发动机控制器，其特征在于，所述加浓保护子单元，具体用于：

根据所述排气温度，计算排气温度预测值，计算所述排气温度阈值和排气温度预测值的差值，根据计算得到的差值，确定空燃比控制量，根据所述确定的空燃比控制量，修正喷油脉宽，根据修正后的喷油脉宽，驱动所述发动机中喷油器。

12.如权利要求10所述的发动机控制器，其特征在于，所述当量闭环控制子单元，具体用于：根据所述获取的空燃比，采用比例-积分-微分算法将所述发动机的空燃比控制为14.7。

13.如权利要求9所述的发动机控制器，其特征在于，所述点火提前角智能控制单元，包括：

爆震判断子单元，用于判断所述缸压峰值是否大于爆震判断阈值；

爆震控制子单元，用于当所述爆震判断子单元判断到所述缸压峰值大于所述爆震判断阈值时，进行爆震控制；

点火提前角优化控制子单元，用于当所述爆震判断子单元判断到所述缸压峰值小于所述爆震判断阈值时，进行点火提前角优化控制。

14.如权利要求13所述的发动机控制器，其特征在于，所述爆震控制子单元，具体用于：

当所述缸压峰值大于所述爆震判断阈值且小于2倍所述爆震判断阈值时，控制所述发动机的点火提前角推迟0.75°；

当所述缸压峰值大于2倍所述爆震判断阈值且小于3倍所述爆震判断阈值时，控制所述发动机的点火提前角推迟1.5°；

或者，当所述缸压峰值大于3倍所述爆震判断阈值时，控制所述发动机的点火提前角推迟3°。

15.如权利要求13所述的发动机控制器，其特征在于，所述点火提前角优化控制子单元，具体用于：

当所述发动机工作于低负荷工况且所述最大缸压曲轴转角大于13°时，增大所述发动机的点火提前角；

当所述发动机工作于低负荷工况且所述最大缸压曲轴转角小于13°时，减小所述发动机的点火提前角；

当所述发动机工作于高负荷工况且所述放热50％曲轴转角大于8°时，增大所述发动机的点火提前角；

或者，当所述发动机工作于高负荷工况且所述放热50％曲轴转角小于8°时，减小所述发动机的点火提前角。

16.如权利要求9所述的发动机控制器，其特征在于，所述运转智能控制单元，包括：

边界判断子单元，用于对如下至少一项进行判断：所述发动机扭矩是否大于扭矩边界值、所述发动机转速是否大于转速边界值、所述增压压力是否大于增压压力边界值、所述涡轮转速是否大于涡轮转速边界值和所述发动机功率是否大于功率边界值；

边界保护子单元，用于当所述边界判断子单元判断到上述中任一项的判断结果为是时，减小所述发动机中节气门和/或增压器废气阀的开度。

17.一种台架试验系统，包括：发动机、发动机控制器和与所述发动机连接的台架控制模组，其特征在于，还包括：均与所述发动机连接的排温传感器、氧传感器和燃烧分析模组，所述排温传感器、氧传感器、台架控制模组和燃烧分析模组均与所述发动机控制器的信号输入端连接，所述发动机控制器的控制信号输出端与所述发动机连接，所述发动机控制器为如权利要求9至16中任一项所述的发动机控制器。