CN106198032B - 用于检测车辆中的冲击水平的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于检测车辆中的冲击水平的方法。一种用于基于气缸中的燃烧压力检测车辆中的冲击水平的方法包括：确定根据IMEP的协方差确定燃烧的稳定性的IMEP参数；确定PPP参数，PPP参数改变IMEP的协方差并根据当燃烧压力到达最高点时曲柄的旋转角度的变化来确定燃烧的稳定性；确定BD参数，BD参数改变IMEP的协方差和曲柄的旋转角度并且根据当设定范围量的燃料在气缸中燃烧时曲柄的旋转角度的变化来确定燃烧的稳定性；确定RPM参数，RPM参数根据发动机的RPM的变化确定冲击水平。

Description

用于检测车辆中的冲击水平的方法
技术领域
本公开整体涉及基于燃烧压力检测车辆中的内燃机的冲击水平的方法。更具体地，本公开涉及提供用于估计在汽油发动机车辆运转时发动机的每分钟转数(RPM)的变化的新指标的方法。
背景技术
汽油车辆在内燃机中具有可变气门正时设备以通过增加气门重叠来增加内部排气再循环(EGR)气体的量。因此，减少泵送损失，并且可增加燃料效率。
然而，当气门重叠过度增加时，内部EGR气体的量会迅速增加，因此劣化燃烧稳定性、爆震等。特别是，当燃烧稳定性劣化时，会引起诸如车辆的冲击的操作性问题。因此，燃烧稳定性是确定气门重叠的量的重要条件。在此，冲击是指当发动机直接连接至变速箱(transmission)时随着发动机的振动力激励车辆的驱动系统而发生的前后振动。
在这种情况下，发动机的振动力与发动机的RPM的变化成比例。因此，必须减小发动机的RPM的变化以减少车辆的冲击。
发动机的RPM的变化与发动机的输出扭矩相关，并且发动机的输出扭矩与发动机的气缸中的燃烧压力相关。
传统技术使用平均指示有效压力(IMEP)的协方差COVIMEP来确定燃烧稳定性，该协方差COVIMEP从IMEP(其表示气缸中的燃烧压力)的统计计算来获得。COVIMEP的定义如下：
COVIMEP(IMEP的协方差)＝IMEP的标准偏差/IMEP的平均值
然而，当基于气缸中的燃烧压力确定燃烧稳定性时，燃烧稳定性不与发动机的RPM的变化相对应。因为COVIMEP可能不能以最佳水平评估RPM的变化，所以在研发车辆时难以为车辆的冲击建立参考。
此外，燃烧稳定性可能根据发动机的变化、车辆的积累英里数等而改变。因此，仅使用根据气缸的燃烧压力的COVIMEP在评估发动机的RPM的变化(其可代表车辆的冲击水平)上具有限制。
因此，本公开提供用于检测车辆中的冲击水平的新的指标。该指标基于气缸中的燃烧压力，但是还考虑影响燃烧压力的参数和用于测量发动机RPM的效果的参数。
上述内容仅旨在帮助理解对本公开的背景技术，而并非旨在表示本公开落在本领域的技术人员已知的现有技术的范围内。
发明内容
本发明构思的一个方面提供能够在研发车辆时提供基准的指标，该指标可准确评估发动机的RPM的变化。在车辆研发阶段中，本公开的目的在于使用指标实现燃烧稳定性(其可减小冲击)。
根据本发明构思的示例性实施方式，一种用于基于气缸中的燃烧压力检测车辆中的冲击水平的方法包括：确定根据IMEP的协方差确定燃烧的稳定性的IMEP参数；确定PPP参数，其改变IMEP的协方差并根据当燃烧压力达到最高点时曲柄的旋转角度的变化来确定燃烧的稳定性；确定BD参数，其影响IMEP的协方差和当燃烧压力达到最高点时的曲柄的旋转角度并且根据在设定范围量的燃料在气缸中燃烧时曲柄的旋转角度的变化来确定燃烧的稳定性。RPM参数根据发动机的RPM的变化确定冲击水平。根据基于气缸中的燃烧压力检测车辆中的冲击水平的方法，可准确地估计发动机RPM的变化，并且因此，在研发车辆时可准确地考虑燃烧稳定性。
附图说明
通过结合附图进行的以下详细描述，将更清楚地理解本公开的上述和其他目的、特性以及其他优点。
图1是示出当使用本公开的指标改变点火定时时车辆的RPM的变化相对指标的变化的曲线图。
图2是示出当应用每个参数的下限时的结果的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来描述根据本发明构思的示例性实施方式的基于燃烧压力检测车辆中的冲击水平的方法。
与传统技术相比，本发明构思的一个方面提供用于基于气缸中的燃烧压力来准确评估发动机RPM的变化的新指标。
本公开在新指标中包括多个参数，这些参数与发动机RPM的变化相关联，如下：
[(IMEP参数)+(PPP参数)+(BD参数)]×(RPM参数)
以下将描述包括在本公开的指标中的每个参数。
首先，平均指示有效压力(IMEP)参数是IMEP的变化的参数，其确定燃烧本身的稳定性。
IMEP参数通过以下等式(1)体现：
(max{COVIMEP,COVmin}/COVthd)A (1)
其中，IMEP表示气缸内部的平均燃烧压力；COVIMEP表示IMEP的变化系数；COVmin表示COVIMEP的设定最小值；COVthd表示COVIMEP的设定阈值；以及A表示权重值(其表现IMEP参数对车辆的冲击的贡献程度)。
IMEP是气缸内部的平均燃烧压力，并且COVIMEP是从IMEP的统计计算获得的。COVIMEP如下定义：
COVIMEP＝IMEP的标准偏差/IMEP的平均值
根据本发明的指标包括IMEP参数，因为COVIMEP是用于确定燃烧本身的稳定性的参数，并且燃烧的稳定性与由燃烧所引起的发动机扭矩的变化相关。
由于从发动机输出的非均匀性扭矩导致出现车辆的冲击。使用来自燃烧的扭矩和来自发动机运动系统(engine moving system)的扭矩来估计从发动机输出的扭矩，如以下表达式：
从发动机输出的扭矩＝来自燃烧的扭矩+来自发动机运动系统的扭矩
在这种情况下，来自燃烧的扭矩通过将燃烧的爆炸力与曲轴(crankshaft)的有效半径相乘来体现，如以下表达式：
来自燃烧的扭矩＝燃烧的爆炸力×曲轴的有效半径
在根据本公开的指标中，本公开进一步包括确定曲轴的有效半径的气缸峰值压力位置(PPP)参数，曲轴的有效半径影响对来自燃烧的扭矩的评估。
下面将详细地描述PPP参数。
如在等式(1)中示出的IMEP参数包括在根据本公开的指标中。在等式(1)中，COVmin被设置为考虑即使当计算IMEP参数时所测量的值与PPP参数和BD参数的值相比较低也可能出现冲击的情况。换言之，COVmin意味着COVIMEP的设定最小值。
当PPP参数或BD参数的值较高时，可能在车辆中出现冲击，即使测量的COVIMEP的值与PPP参数的值或BD参数的值相比较低。因此，如果不设置COVIMEP的下限，则测量的COVIMEP的值可能很低，而不管PPP参数和BD参数，并且因此，指标值可能很低。换言之，即使由于PPP参数和BD参数可能导致车辆中出现冲击，但指标可能不能代表出现冲击的程度，因为IMEP参数值减小。因此，COVmin可防止以上情况。
当考虑根据本公开的指标来研发车辆时，指标的参考值被设置为1。大于1的指标值意味着出现冲击的风险高，而小于1的值意味着出现冲击的风险低。
如果测量的值COVIMEP不具有下限，则指标的值可能被测量为小于1。然而，实际上，不同于指标的值，由于PPP参数和BD参数导致出现冲击的风险可能会高。
COVthd意味着为防止冲击出现的COVIMEP的设定阈值。换言之，COVthd是为防止车辆中出现冲击的指导值并且是从车辆测试中获得的实验值。理想地，COVthd可被设为2.8。
此外，IMEP参数中使用的A、PPP参数中使用的B、BD参数中使用的C、以及RPM参数中使用的D和E意味着根据影响车辆中的冲击的贡献水平的参数的权重值。
通常，权重值可被配置为PPP参数>IMEP参数>BD参数。理想地，权重值基本上被设置为A＝3、B＝4、和C＝1.5，但这些值可根据发动机的冲击水平不同地设置。
包括在由本公开提出的指标中的PPP参数将描述如下。
PPP参数影响COVIMEP，并且可根据当气缸中的压力达到最高点时曲柄的旋转角度的变化来确定燃烧本身的稳定性。换言之，当计算来自燃烧的扭矩时，需要考虑曲轴的有效半径，并且PPP是确定曲轴的有效半径的参数。因为PPP参数影响发动机扭矩输出，所以本公开在指标中包括PPP参数。
PPP参数通过以下等式(2)体现：
(max{PPP,PPPmin}/PPPthd)B (2)
其中，PPP表示当气缸内部的压力达到最高点时曲柄的旋转角度；PPPmin表示PPP的设定最小值；PPPthd表示为防止出现冲击的PPP的设定阈值；以及B表示权重值(其表现PPP对车辆中的冲击的贡献程度)。
PPPmin是PPP的设定最小值，设定PPPmin的原因与COVmin的情况相同。就是说，即使PPP的值很低，也可能由于其他参数导致在车辆中出现冲击。因此，由于所测量的PPP的值很低，可能导致由本公开提出的指标被测量为小于1。因此，PPPmin对于防止以上情况是必需的。
与COVthd的情况相同，PPPthd是为防止车辆中出现冲击的指导值，并且是从车辆测试中获得的实验值。PPPthd的值可被设定为33度。
下面，燃烧持续时间(BD)参数描述如下。
BD参数通过以下等式(3)体现：
(max{BD,BDmin}/BDthd)C (3)
其中，BD表示当设定范围量的燃料在气缸中燃烧时曲柄的旋转角度的变化；BDmin表示BD的设定最小值；BDthd表示为防止冲击出现的BD的阈值；以及C是指权重值(其表现BD参数对车辆中的冲击的贡献程度)。
在这种情况下，BD是从气缸中燃烧的燃料量是燃料总量的5％时到气缸中燃烧的燃料量是燃料总量的90％时曲柄旋转角度的变化。
BD参数将详细描述如下。
BD是指从气缸中出现燃烧的点(燃烧燃料总量的5％)到燃烧完成的点(燃烧燃料总量的90％)曲柄旋转角度的变化。
在这种情况下，因为BD的值较低，将PPP提高并且将COVIMEP提高。换言之，因为BD参数影响IMEP参数和PPP参数，所以由本发明提出的指标包括BD参数。在此，即使BD的值较低，可能由于其他参数而出现冲击。因此，设定BD的值的下限：BDmin。BDthd是指导值并且是从车辆测试获得的实验值。BDthd可被设定为33度。
在下文中将描述RPM参数。
RPM参数根据发动机的RPM的变化考虑冲击。
具体地，RPM参数由以下等式(4)体现：
D/nE (4)
其中，n表示发动机的RPM，并且D和E表示根据发动机的变量。
RPM参数考虑随着发动机的RPM的增加测量的IMEP参数、PPP参数、和BD参数的值减小。
RPM参数包括在由本公开提出的指标中使得指标被普遍使用。换言之，当研发车辆时考虑该指标，指标的参考值被设置为1以提供用于每个车辆的发动机的RPM的统一研发基准。
在车辆的冲击的情况下，因为发动机RPM增加，出现冲击的程度减小。因此，在发动机RPM高的区域需要减小权重值，而在发动机RPM低的区域需要增加权重值。通过这样做，可根据RPM不同地设定IMEP参数、PPP参数、和BD参数分别对指标的贡献程度。
D和E是用于将本发明的指标调整为1的调节参数。可为每个发动机不同地设定这些值。
最后，由本公开提出的指标被表示如下：
[(max{COVIMEP,COVmin}/COVthd)A+(max{PPP,PPPmin}/PPPthd)B
+(max{BD,BDmin}/BDthd)C]×D/nE
图1是示出当使用本公开的指标改变点火定时时车辆的RPM的变化相对指标的变化的曲线图，其中，对于以上等式，权重值被设置为A＝3、B＝4、C＝1.5、D＝6.3、和E＝0.38。如图1所示，车辆的RPM的变化与本公开的指标的变化相对应。
就是说，所计算的指标与发动机的RPM的变化程度相对应。当指标的值高时，RPM的变化高。相反，当指标值低时，RPM的变化低。
图2是示出当应用每个参数的下限时同时A＝3、B＝4、C＝1.5、D＝6.3、E＝0.38、COVmin＝2.2、PPPmin＝28、BDmin＝27、COVthd＝2.8、PPPthd＝33度、并且BDthd＝33度时的结果的曲线图。如图2所示，通过将参数设定为其下限本发明的指标的值收敛到接近0.7。
虽然出于说明性的目的已经公开了本发明构思的示例性实施方式，然而，本领域中的技术人员将认识到，在没有背离所附权利要求中所公开的本发明的范围和实质的前提下，可进行各种变形、添加以及替换。

Claims (10)

1.一种用于基于气缸内部的燃烧压力来检测车辆中的冲击水平的方法，所述方法包括以下步骤：
确定平均指示有效压力IMEP参数，所述IMEP参数根据IMEP的协方差的变化来确定燃烧稳定性；
确定缸内压力峰值位置PPP参数，所述PPP参数改变IMEP的协方差并且根据当所述气缸中的所述燃烧压力到达最高点时曲柄的旋转角度的变化来确定所述燃烧稳定性；
确定燃烧持续时间BD参数，所述BD参数改变当所述气缸中的所述燃烧压力到达最高点时所述曲柄的旋转角度以及所述IMEP的协方差并且根据当设定范围量的燃料在所述气缸中燃烧时所述曲柄的旋转角度的变化来确定所述燃烧稳定性；以及
确定每分钟转数RPM参数，所述RPM参数根据发动机的RPM的变化来确定冲击水平，
其中，所述冲击水平是使用以下等式计算的：
[(IMEP参数)+(PPP参数)+(BD参数)]×(RPM参数)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述IMEP参数通过以下等式体现：
(max{COVIMEP,COVmin}/COVthd)A，
其中，IMEP表示所述气缸中的所述平均指示有效压力，COVIMEP表示所述IMEP的协方差，COVmin表示COVIMEP的设定最小值，COVthd表示为了防止冲击出现的COVIMEP的设定阈值，以及A表示所述IMEP参数对所述冲击的贡献程度。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，COVmin用于在即使所述IMEP参数具有比所述PPP参数和所述BD参数更小的值时也能够确定在所述车辆中是否出现所述冲击。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述PPP参数通过以下等式体现：
(max{PPP,PPPmin}/PPPthd)B，
其中，PPP表示当所述气缸中的所述燃烧压力达到最高点时所述曲柄的旋转角度，PPPmin表示PPP的设定最小值，PPPthd表示为防止出现所述冲击的PPP的设定阈值，以及B表示PPP对所述车辆中的所述冲击的贡献程度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，PPPmin用于在即使所述PPP参数具有比所述IMEP参数和所述BD参数更小的值时也能够确定在所述车辆中是否出现所述冲击。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述BD参数通过以下等式体现：
(max{BD,BDmin}/BDthd)C，
其中，BD表示当所述设定范围量的燃料在所述气缸中燃烧时所述曲柄的旋转角度的变化，BDmin表示BD的设定最小值，BDthd表示为防止出现所述冲击的BD的阈值，以及C表示所述BD参数对所述车辆中的所述冲击的贡献程度。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，BD是所述曲柄从所述气缸中燃烧的燃料量是所述燃料的总量的5％的点到所述气缸中燃烧的所述燃料量是所述燃料的总量的90％的点的旋转角度的变化。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，BDmin用于在即使所述BD参数具有比所述IMEP参数和所述PPP参数更小的值时也能够确定所述车辆中是否出现所述冲击。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述RPM参数通过以下等式体现：
D/nE，
其中，n表示所述发动机的RPM，并且D和E是用于将所述冲击水平调整为1的调节参数。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述RPM参数确定所述冲击水平，其中，随着所述发动机的RPM增加，所述IMEP参数、所述PPP参数和所述BD参数减小。
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