CN106066222A - 一种发动机转矩估计的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种发动机转矩估计的方法和系统，该系统包括：处理器，分别与处理器连接的缸压传感器和转速传感器，以及与处理器通过串行外设接口SPI总线连接的控制器；缸压传感器，用于实时采集发动机的缸压信息，并将缸压信息发送至处理器；转速传感器，用于采集安装在曲轴上的信号盘的转速信息，并将转速信息发送至处理器；处理器，用于获取发动机的缸压信息和转速信息，并根据缸压信息和转速信息计算得到发动机的转矩估计信息，能够减少发动机转矩估计的计算复杂度。

Description

一种发动机转矩估计的方法和系统

技术领域

本申请涉及新能源领域，尤其涉及一种发动机转矩估计的方法和系统。

背景技术

混合动力技术是现代车用动力系统的里程碑，标志着电驱动技术在车用动力单元得到一席之地。混合动力依据动力源的组成部件和布置结构形式，有并联式、串联式和混联式等几种构型。对于并联式混合动力来说，发动机和电机都可以驱动车辆，这种构型中，两个动力单元转速是同一个转速，与车速是直接相关的，因此，其优化上需要增加转矩这个自由度。串联式混合动力构型中，动力系统被称为APU(Auxiliary Power Unit，辅助动力单元)，一般动力电池进行能量存储，而车辆驱动完全来自驱动电机。这样，发动机的工作工况与整车的运行工况不是直接耦合，发动机工况可以通过转速和转矩两个量进行优化来完成，从而可以大幅度降低发动机的油耗和排放。混联式混合动力构型中，一般通过行星齿轮机构进行发动机和电机的转速和转矩协调，发动机也需要转速和转矩两个维度进行优化。

现有对发动机转矩的优化，主要包括根据发电机转矩反向推导发动机转矩的方法进行发动机转矩的估计，或者利用线性观测器，非线性观测器，神经网络观测器的方法估算得到；但是，这些方法要么依托于精准的模型要么需要庞大的计算量，从而增加发动机转矩估计的复杂度。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种发动机转矩估计的方法和系统，能够减少发动机转矩估计的计算复杂度。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

一方面，提供一种发动机转矩估计系统，该系统包括：处理器，分别与所述处理器连接的缸压传感器和转速传感器，以及与所述处理器通过串行外设接口SPI总线连接的控制器；所述缸压传感器，用于实时采集发动机的缸压信息，并将所述缸压信息发送至所述处理器；所述转速传感器，用于采集安装在曲轴上的信号盘的转速信息，并将所述转速信息发送至所述处理器；所述处理器，用于获取发动机的缸压信息和转速信息，并根据所述缸压信息和所述转速信息计算得到所述发动机的转矩估计信息。

另一方面，提供一种发动机转矩估计方法，应用于处理器，包括：实时采集发动机的缸压信息和转速信息；根据所述缸压信息和所述转速信息计算得到所述发动机的转矩估计信息。

采用本发明实施例的发动机转矩估计的方法和系统，该系统包括：处理器，分别与所述处理器连接的缸压传感器和转速传感器，以及与所述处理器通过串行外设接口SPI总线连接的控制器；所述缸压传感器，用于实时采集发动机的缸压信息，并将所述缸压信息发送至所述处理器；所述转速传感器，用于采集安装在曲轴上的信号盘的转速信息，并将所述转速信息发送至所述处理器；所述处理器，用于获取发动机的缸压信息和转速信息，并根据所述缸压信息和所述转速信息计算得到所述发动机的转矩估计信息。这样，通过缸压信息和转速信息得到转矩估计信息，计算简单，无需庞大的计算量，从而减少发动机转矩估计的计算复杂度。

附图说明

图1是本申请一示例性实施例示出的一种混合动力车辆的模式切换说明图；

图2是本申请一示例性实施例示出的一种发动机转矩估计系统的结构示意图；

图3是本申请一示例性实施例示出的另一种发动机转矩估计系统的结构示意图；

图4是本申请一示例性实施例示出的一种发动机转矩估计方法的流程示意图；

图5是本申请一示例性实施例示出的一种基于发动机转矩估计的混合动力系统应用的流程示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

需要说明的是，本发明实施例可以应用于混合动力系统中，该混合动力系统中，发动机包括三种驱动模式，即EV(Electric Vehicle，电机)模式-纯电动驱动模式、ICE(Internal Combustion Engine，内燃机)模式-内燃机驱动模式、HEV(Hybrid ElectricVehicle，混合动力)模式-混合动力驱动模式，例如，本发明实施例可以应用于混合动力车辆中，图1为一种混合动力车辆的模式切换说明图，驾驶员可以在EV模式、ICE模式和HEV模式之间进行切换，混合动力车辆采集油门踏板信号、刹车踏板信号、动力电池的SOC(Stateof Charge，荷电状态)值、车速及档位信号，根据驾驶员选择的模式进行计算后，得到发动机转速、转矩，驱动电机转速、转矩，发电机转速、转矩，离合器信号，电液伺服刹车压力等信息，在本发明实施例中，只有在发动机切换至ICE模式和HEV模式时，才需要进行发动机转矩的估计。

图2为本发明实施例提供的一种发动机转矩估计系统，如图2所示，该系统包括：处理器201，分别与该处理器201连接的缸压传感器202和转速传感器203；

该缸压传感器202，用于实时采集发动机的缸压信息，并将该缸压信息发送至该处理器。

其中，该缸压传感器202可以是PSG(Pressure Sensor Glow plug，预热塞型缸压传感器)。

该转速传感器203，用于采集安装在曲轴上的信号盘的转速信息，并将该转速信息发送至该处理器。

其中，发动机上用于产生转速信号的信号盘通常是60减2齿，这样采集到的转速信号两个信号之间的转角是6°，对于进行发动机转矩的估计远远不够，因此，采用倍频的方法将6°分隔成为16份，每两份之间的间隔0.375°，这样内燃机曲轴转一圈精度就变成了0.375°/360°，从而满足对发动机转矩的估计的精度。

该处理器201，用于获取发动机的缸压信息和转速信息，并根据该缸压信息和该转速信息计算得到该发动机的转矩估计信息。

在本实施例中，该处理器201可以通过以下方式计算得到发动机的转矩估计信息：对该转速信息进行倍频处理，并检测机油温度，根据该缸压信息、该机油温度和倍频后的转速信息得到曲轴箱的压力值，并根据该倍频后的转速信息构建曲柄连杆机构的力臂模型，并根据该力臂模型和该压力值得到气体作用力矩，该处理器根据该倍频后的转速信息构建往复惯性力模型，并根据往复惯性力模型和通过对内燃机台架的标定法得到的往复惯性力臂得到往复惯性力矩，根据该倍频后的转速信息构建旋转惯性力模型，并根据旋转惯性力模型和通过对内燃机台架的标定法得到的旋转惯性力臂得到旋转惯性力矩，根据该转速信息和该机油温度通过对内燃机台架的标定法得到该内燃机的摩擦力矩，根据该气体作用力矩、该往复惯性力矩、该旋转惯性力矩以及该摩擦力矩得到该发动机的转矩估计信息。

需要说明的是，上述各力矩(即气体作用力矩、往复惯性力矩、旋转惯性力矩以及该摩擦力矩)可以通过各力值与力臂的乘积获得，例如，往复惯性力矩为往复惯性力臂与往复惯性力的乘积得到的。

在本实施例一种可能的实现方式中，在得到气体作用力矩、往复惯性力矩、旋转惯性力矩以及摩擦力矩后，处理器101将该气体作用力矩、该往复惯性力矩、该旋转惯性力矩以及该摩擦力矩相加得到该发动机的转矩估计信息。

可选地，如图3所示，该系统还包括：与该处理器201通过SPI(Serial PeripheralInterface，串行外设接口)总线连接的发动机控制器204以及与该发动机控制器204连接的整车控制器205。

该整车控制器205，用于配置目标转矩信息；

该发动机控制器204，用于接收所述处理器发送的转矩估计信息，并从该整车控制器中205获取目标转矩信息，并判断该转矩估计信息和该目标转矩信息的偏差值是否大于或者等于预设阈值；在确定该转矩估计信息和该目标转矩信息的偏差值大于或者等于该预设阈值时，调整该发动机的转速和油门开度，以使得该转矩估计信息与该目标转矩信息的偏差值小于该预设阈值。

其中，上述目标转矩信息可以由操作人员根据实际需求预先设置在控制器中，控制器在确定该转矩估计信息和该目标转矩信息的偏差值大于或者等于该预设阈值时，可以根据该偏差值通过闭环控制调整该发动机的转速和油门开度。

需要说明的是，在HEV模式下，通过发动机和电机共同进行转速和转矩的协调，因此，处理器可以根据目标转矩信息进行转矩分配，将一部分转矩分配给控制电机的控制器作为电机的目标转矩，另一部分分配给控制发动机的控制器作为发动机的目标转矩，分配给电机控制器的目标转矩经过电机控制进行相应的转矩闭环控制达到目标转矩，分配给发动机部分的目标转矩，则通过本发明实施例调整该发动机的转速和油门开度，以进行相应的转矩闭环控制达到目标转矩。

其中，对于柴油发动机通过调整油门开度可以调整喷油量，对于汽油发动机，通过调整油门开度可以调整进气量，以使得转矩估计信息与目标转矩信息的偏差值小于该预设阈值。

采用上述系统，通过缸压信息和转速信息得到转矩估计信息，计算简单，无需庞大的计算量，从而减少发动机转矩估计的计算复杂度。

图4为本发明实施例提供的一种发动机转矩估计方法，如图4所示，应用于处理器，包括：

S401、实时采集发动机的缸压信息和转速信息。

S402、根据该缸压信息和该转速信息计算得到该发动机的转矩估计信息。

在本步骤中，根据该缸压信息和该转速信息得带该发动机的转矩估计信息可以包括以下步骤：对该转速信息进行倍频处理；检测机油温度，并根据该缸压信息、该机油温度和该倍频后的转速信息得到曲轴箱的压力值；根据该倍频后的转速信息构建曲柄连杆机构的力臂模型，并根据该力臂模型和该压力值得到气体作用力矩；根据该倍频后的转速信息构建往复惯性力模型，并根据往复惯性力模型和通过对内燃机台架的标定法得到的往复惯性力臂得到往复惯性力矩；根据该倍频后的转速信息构建旋转惯性力模型，并根据旋转惯性力模型和通过对内燃机台架的标定法得到的旋转惯性力臂得到旋转惯性力矩；根据该转速信息和该机油温度通过对内燃机台架的标定法得到该内燃机的摩擦力矩；根据该气体作用力矩、该往复惯性力矩、该旋转惯性力矩以及该摩擦力矩得到该发动机的转矩估计信息。

可选地，在根据该缸压信息和该转速信息得到该发动机的转矩估计信息后，将该转矩估计信息发送至发动机控制器，以便该发动机控制器从该整车控制器中获取目标转矩信息，并判断该转矩估计信息和该目标转矩信息的偏差值是否大于或者等于预设阈值，并在确定该转矩估计信息和该目标转矩信息的偏差值大于或者等于该预设阈值时，调整该发动机的转速和油门开度，以使得该转矩估计信息与该目标转矩信息的偏差值小于该预设阈值。

其中，该发动机控制器调整该发动机的转速和油门开度包括以下步骤：根据该偏差值通过闭环控制调整该发动机的转速和油门开度。

可选地，根据该气体作用力矩、该往复惯性力矩、该旋转惯性力矩以及该摩擦力矩得到该发动机的转矩估计信息包括以下步骤：将该气体作用力矩、该往复惯性力矩、该旋转惯性力矩以及该摩擦力矩相加得到该发动机的转矩估计信息。

下面对本实施例应用在混合动力系统进行说明，如图5所示，在混合动力模式下，操作人员可以选择ICE模式或者HEV模式，在ICE模式下，处理器获取目标转矩信息以及从缸压传感器和转速传感器采集的缸压信息和转速信息，并根据缸压信息和转速信息计算得到转矩估计信息，并将该转矩估计信息发送至发动机控制器，该发动机控制器判断该转矩估计信息和该目标转矩信息的偏差值是否大于或者等于预设阈值；在确定该转矩估计信息和该目标转矩信息的偏差值大于或者等于该预设阈值时，调整该发动机的转速和油门开度，以使得该转矩估计信息与该目标转矩信息的偏差值小于该预设阈值；在HEV模式下，通过发动机和电机共同进行转速和转矩的协调，因此，处理器可以根据目标转矩信息进行转矩分配，将一部分转矩分配给控制电机的控制器作为电机的目标转矩，另一部分分配给控制发动机的发动机控制器作为发动机的目标转矩，分配给电机控制器的目标转矩经过电机控制进行相应的转矩闭环控制达到目标转矩，分配给发动机部分的目标转矩，则通过本发明实施例调整该发动机的转速和油门开度，以进行相应的转矩闭环控制达到目标转矩。

需要说明的是，上述方法的实现过程具体详见上述装置中各模块的实现过程，在此不再赘述。

采用上述方法，通过缸压信息和转速信息得到转矩估计信息，计算简单，无需庞大的计算量，从而减少发动机转矩估计的计算复杂度。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种发动机转矩估计系统，其特征在于，包括：处理器，分别与所述处理器连接的缸压传感器和转速传感器，以及与所述处理器通过串行外设接口SPI总线连接的控制器；

所述缸压传感器，用于实时采集发动机的缸压信息，并将所述缸压信息发送至所述处理器；

所述转速传感器，用于采集安装在曲轴上的信号盘的转速信息，并将所述转速信息发送至所述处理器；

所述处理器，用于获取发动机的缸压信息和转速信息，并根据所述缸压信息和所述转速信息计算得到所述发动机的转矩估计信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：与所述处理器通过串行外设接口SPI总线连接的发动机控制器以及与所述发动机控制器连接的整车控制器；

所述整车控制器，用于配置目标转矩信息；

所述发动机控制器，用于接收所述处理器发送的转矩估计信息，并从所述整车控制器中获取目标转矩信息，判断所述转矩估计信息和所述目标转矩信息的偏差值是否大于或者等于预设阈值；在确定所述转矩估计信息和所述目标转矩信息的偏差值大于或者等于所述预设阈值时，调整所述发动机的转速和油门开度，以使得所述转矩估计信息与所述目标转矩信息的偏差值小于所述预设阈值。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器，具体用于对所述转速信息进行倍频处理，检测机油温度，并根据所述缸压信息、所述机油温度和所述倍频后的转速信息得到曲轴箱的压力值，根据所述倍频后的转速信息构建曲柄连杆机构的力臂模型，并根据所述力臂模型和所述压力值得到气体作用力矩，根据所述倍频后的转速信息构建往复惯性力模型，并根据往复惯性力模型和通过对内燃机台架的标定法得到的往复惯性力臂得到往复惯性力矩，根据所述倍频后的转速信息构建旋转惯性力模型，并根据旋转惯性力模型和通过对内燃机台架的标定法得到的旋转惯性力臂得到旋转惯性力矩，根据所述转速信息和所述机油温度通过对内燃机台架的标定法得到所述内燃机的摩擦力矩，根据所述气体作用力矩、所述往复惯性力矩、所述旋转惯性力矩以及所述摩擦力矩得到所述发动机的转矩估计信息。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述处理器，具体用于将所述气体作用力矩、所述往复惯性力矩、所述旋转惯性力矩以及所述摩擦力矩相加得到所述发动机的转矩估计信息。

5.根据权利要求1至4任一项所述的系统，其特征在于，所述发动机控制器，具体用于根据所述偏差值通过闭环控制调整所述发动机的转速和油门开度。

6.一种发动机转矩估计的方法，其特征在于，应用于处理器，包括：

实时采集发动机的缸压信息和转速信息；

根据所述缸压信息和所述转速信息计算得到所述发动机的转矩估计信息。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在根据所述缸压信息和所述转速信息得到所述发动机的转矩估计信息后，所述方法还包括：

将所述转矩估计信息发送至发动机控制器，以便所述发动机控制器从所述整车控制器中获取目标转矩信息，并判断所述转矩估计信息和所述目标转矩信息的偏差值是否大于或者等于预设阈值，并在确定所述转矩估计信息和所述目标转矩信息的偏差值大于或者等于所述预设阈值时，调整所述发动机的转速和油门开度，以使得所述转矩估计信息与所述目标转矩信息的偏差值小于所述预设阈值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述缸压信息和所述转速信息得带所述发动机的转矩估计信息包括：

对所述转速信息进行倍频处理；

检测机油温度，并根据所述缸压信息、所述机油温度和所述倍频后的转速信息得到曲轴箱的压力值；

根据所述倍频后的转速信息构建曲柄连杆机构的力臂模型，并根据所述力臂模型和所述压力值得到气体作用力矩；

根据所述倍频后的转速信息构建往复惯性力模型，并根据往复惯性力模型和通过对内燃机台架的标定法得到的往复惯性力臂得到往复惯性力矩；

根据所述倍频后的转速信息构建旋转惯性力模型，并根据旋转惯性力模型和通过对内燃机台架的标定法得到的旋转惯性力臂得到旋转惯性力矩；

根据所述转速信息和所述机油温度通过对内燃机台架的标定法得到所述内燃机的摩擦力矩；

根据所述气体作用力矩、所述往复惯性力矩、所述旋转惯性力矩以及所述摩擦力矩得到所述发动机的转矩估计信息。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述气体作用力矩、所述往复惯性力矩、所述旋转惯性力矩以及所述摩擦力矩得到所述发动机的转矩估计信息包括：

将所述气体作用力矩、所述往复惯性力矩、所述旋转惯性力矩以及所述摩擦力矩相加得到所述发动机的转矩估计信息。