CN107697052A - 一种商用车空气处理单元控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种商用车空气处理单元控制方法。在精确计算压气机充气量和再生回流空气量基础上，实现车辆各种复杂运行工况下的系统压力和再生阀值的自适应控制，该控制方法的主流程包括7大步骤：基于空压机特性图谱，实时计算空压机排量F1；基于再生节流阀流量特性图谱，实时计算再生节流阀流量F2；计算干燥罐使用程度；正常工况识别；特殊工况识别；工作状态判断；执行器控制状态判断。本发明同现有技术相比，考虑到了车辆运行中出现的各种复杂工况，处理方式细致，可完全保证车辆的正常安全运行。经试用于一汽解放新一代重型商用车，采用本发明的系统能够满足中国第一汽车集团公司企业标准的要求。

Description

一种商用车空气处理单元控制方法
技术领域
本发明属于汽车电子底盘控制技术领域，涉及一种商用车空气处理单元控制方法。
背景技术
目前商用车普遍使用压缩空气作为驱动力，以实现对车辆的制动系统、车门和空气悬架系统的控制。而商用车空气处理单元APU(Air Processing Unit)是用于提供干燥且洁净的压缩空气以保证车辆正常运行。传统的机械APU结构不能精确的控制系统的充气、卸荷和再生过程，无法保证压缩空气的质量。而电控APU能够精确计算压气机充气量和再生回流空气量，以实现充气、卸荷和再生的精确控制，保证空气质量。
在本发明以前的现有技术中，专利文献1(CN202438249U)中公开了一种电控式车用空气处理单元，所述空气干燥器总成的下部设有供压缩空气进入的进气通道，所述压缩空气经进气通道经空气干燥器总成的干燥筒干燥后，经空气干燥器总成下部的出气口进入各储气筒，所述各储气筒的工作压力由电控处理单元控制实现卸荷或建压。专利文献2(CN102536967A)中公开了一种车辆压缩空气系统的空气处理单元，具有：连接到压缩机上的压缩空气输入端(4a)；以其干燥器输入端(10a)连接到压缩空气输入端上的干燥器单元(10)；沿输送方向设置在干燥器单元后的输送止回阀(12)，其将输送区域(14)与随后的系统区域(15)分隔；用于给干燥器输入端排气的排气阀(16)，其具有气动的控制输入端(16a)且能在输送阶段的截止位置与再生阶段的通行位置之间切换；再生阀(18)，其在输送阶段截止并在再生阶段将系统区域与具有第一再生止回阀(22)和第一再生节流板(23)的第一再生路径(20)连接；在再生阀与排气阀的气动控制输入端之间构造有再生区域(19)，在再生区域中能够调整出如下的状态，其中再生阀截止时排气阀打开。专利文献3(CN102186706A)公开了一种用于车辆(2)的压缩空气制备装置(1)的控制装置(3)，其中，控制装置(3)发送用于调整压缩空气制备装置(1)的输送阶段和再生阶段的输出信号，其中，在输送阶段中压缩机(4)将压缩空气经过具有干燥剂(6a)的空气干燥器(6)输送至压缩空气存储器(8)，且在再生阶段中将压缩空气自压缩空气存储器(8)中引导出来通过空气干燥器(6)，以使干燥剂(6a)干燥。根据本发明作如下设置，即，控制装置(3)依赖于车辆(2)的目前的或未来的发动机负荷和/或目前的或未来的压缩空气消耗来调整再生阶段。在这种情况下，尤其地在滑行阶段中可实现干燥剂到较低的湿度上的过度的干燥，以便于在后面的路段区段中节省燃料。此外，可依赖于发动机负荷和/或使用阶段实现干燥剂的路段优化的再生。
对于专利文献1(CN202438249U)和专利文献2(CN102536967A公开的系统，是功能构架方面的创新发明，对在车辆运行中如何系统得控制APU方面没有相关描述。专利文献3(CNIO2536967A)公开的系统，提供一种电控APU结构，以及压气机充气量和再生回流空气量计算和控制方法。但没有考虑车辆运行中出现的各种复杂工况，处理方式过于简单，粗放，无法完全保证车辆的正常安全运行。
发明内容
针对上述现有技术状况，本发明的目的在于，在目前成熟的电控APU结构的基础上，提供一种实现空气处理单元的智能充气、再生、卸荷的判断和控制方法，以保证压缩空气质量。
现将本发明构思及技术解决方案叙述如下：
本发明的基本构思是，根据车辆复杂运行工况对系统的压力的不同需求，对进入再生的门限值的不同需求进行了相应的设计，例如，车辆空气悬架系统正在举升时需要大量的压缩空气，这时就需要APU提高系统额定压力，并尽量减少再生过程；且电控APU严重依赖CAN总线信息，当CAN总线信号出现异常时的隔离处理；以及当气压传感器或APU执行器出现故障时的特殊处理。
根据上述发明构思，本发明提出了一种商用车空气处理单元控制方法，基于商用车整车控制器(VCU)实现，保留传统机械APU充气、卸荷和再生三个基本过程，其特征在于：在精确计算空压机充气量和再生回流空气量基础上，实现车辆各种复杂运行工况下的系统压力和再生阀值的自适应控制，该控制方法的主流程图如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤1：基于空压机特性图谱，实时计算空压机排量F1；
空压机排量F1是通过查询空压机特性图谱计算得到，计算公式如下:
F1＝MAP(NP,P1)
其中，P1为储气筒压力，bar；
Np为空压机转速，rpm；
F1为空压机排量，L/min。
MAP为空压机特性图谱三维数据，MAP采用两次线性差值的方法进行计算，如图2所示，某一种空压机的特性图谱如图3所示。
步骤2：基于再生节流阀流量特性图谱，实时计算再生节流阀流量F2；
再生节流阀流量F2是通过查询再生节流阀流量特性图谱计算得到，计算公式如下:
F2＝CUV(P1)
其中，P1为储气筒压力，bar；
F2为再生节流阀流量，L/min；
CUV为再生节流阀流量特性图谱二维数据，CUV采用一次线性差值的方法进行计算，如图4所示，某一种空压机的特性图谱如图5所示；
步骤3：计算干燥罐使用程度UDD(Using Degree Of Desiccant)，所表征的含义为通过干燥器的空气体积；
UDD增量△UDD根据以下公式计算：
其中，F1为空压机排气流量，L/min；
P1为储气筒压力，bar；
P2为环境压力，bar；
UDD为干燥器使用程度，L；
UDD减量△UDD以下公式计算：
其中，F2为再生节流阀流量，L/min；
Rr为系统再生率，％；
UDD为干燥器使用程度，L；
步骤4：APU正常工况识别
根据发动机转速、车速、发动机输出扭矩、油门开度、离合器开关和空档开关等信号识别出包括发动机未起动、起动辅助、停车怠速、正常行驶、低车速、OverRun以及OverTake等APU正常工况；
步骤4.1：各工况的APU正常工况判断的说明如下表，参见图7：
步骤4,2：工况的状态转换，各转移条件如下表所示：
步骤5：APU特殊工况识别
根据发动机转速信号状态、钥匙门信号、UDD值、空气悬架举升状态、储气筒压力信号及状态识别出包括安全模式、机械模式、掉电再生模式、过压再生模式、转速失效保护模式、强制再生模式以及ECAS举升状态等APU特殊工况。
步骤5.1：各工况的APU特殊工况判断说明如下表参见如图8：
步骤5.2：各工况转换如下
步骤6：APU工作状态判断
VCU根据采集到的信息按照上述方法判断出APU当前所处的工况，然后根据当前工况得出系统切入和额定压力，以及相应的再生模式和再生阀值，实时进行充气、再生和卸荷控制，控制基本算法为：
步骤6.1：充气和卸荷判断：
系统压力低于切入压力时，APU控制状态为充气状态；系统压力高于额定压力时控制状态为卸荷；
步骤6.2：UDD再生判断：当系统处于卸荷状态，且再生模式为UDD再生，
如果当前UDD值大于等于当前工况UDD阀值，系统再生直至UDD减少至0；
步骤6.3：时间再生：当系统由充气状态进入卸荷状态，再生模式为压力再生时，系统再生，持续固定时间后停止再生；
步骤6.4：压力再生：当系统由充气状态进入卸荷状态，再生模式为压力再生时，系统再生，系统压力降低设定的压力降后停止再生；
步骤6.5：优先级：
系统充气的优先级要高于再生，即充气条件满足时优先响应充气状态；
步骤7：执行器控制状态判断
依据系统计算得到的APU控制状态(包括充气，卸荷和再生)，进行执行器控制状态判断，APU控制状态与执行器控制状态对应方式如下表所示：
APU控制状态 控制阀工作状态 再生阀工作状态
充气 不工作 不工作
卸荷 工作 不工作
再生 工作 工作
本发明经试用于一汽解放新一代重型商用车，采用本发明的APU系统能够满足中国第一汽车集团公司企业标准Q/CACDC—6—2011的要求。
附图说明
图1：本发明方法主流程框图
图2：采用两次线性差值的方法进行计算的空压机三维数据MAP图
其中：Z轴代表空压机排量，X轴代表空压机转速，Y轴代表储气筒压力
xin，X轴输入变量；
xL，xin左侧X轴元素值；
xR，xin右侧X轴元素值；
yin，Y轴输入变量；
yL，yin左侧Y轴元素值；
yR，yin右侧Y轴元素值；
zLL，X轴为xL，Y轴为yL对应的MAP图表Z轴元素值；
zLR，X轴为xL，Y轴为yR对应的MAP图表Z轴元素值；
zRL，X轴为xR，Y轴为yL对应的MAP图表Z轴元素值；
zRR，X轴为xR，Y轴为yR对应的MAP图表Z轴元素值；
zL，zLL和zRL的线性插值；
zR，zLR和zRR的线性插值；
zout，MAP图表输出值，zL和zR的线性插值。
图3：一种空压机特性三维数据MAP图
图4：CUV图表查询方式
xin，X轴输入变量；
xL，xin左侧X轴元素值；
xR，xin右侧X轴元素值；
yL，yout左侧Y轴元素值；
yR，yout右侧Y轴元素值；
yout，CUV图表线性差值输出值。
图5：一种APU再生节流阀特性图谱
图6：一种电控APU系统结构图
图7：APU正常工况识别状态切换图
图8：APU特殊工况识别状态切换图
具体实施方案
下面结合附图，对本发明具体实施方式做进一步详细说明。
以一汽解放新一代重型商用车的空气处理单元控制方法为例：
参见图1：空气处理单元APU将控制用信息分别输入到入正常运行工况判断、特殊运行工况判断、控制状态判断单元；由控制状态判断单元根据不同判断分别输出信息到执行器控制状态处理、运行状态处理单元；执行器控制状态处理单元将处理后的信息也输入到运行状态处理单元；最终生成再生阀输出控制及诊断功能，以及控制阀输出控制及诊断功能。
参见图2：采用两次线性差值的方法进行计算的空压机三维数据MAP图，其中：Z轴代表空压机排量，X轴代表空压机转速，Y轴代表储气筒压力，当动态的空压机排量、空压机转速、储气筒压力参数实时产生后，通过各种插值处理，即可根据该图实时生成需要及时控制的空压机排量。
参见图3：一种空压机特性三维数据MAP图
参见图4：CUV为再生节流阀流量二维数据，CUV采用一次线性差值的方法进行计算，X轴代表储气筒压力，Y轴代表再生节流阀流量，yout为CUV图表线性差值输出值。
参见图5：某一种APU的再生节流阀流量特性二维数据CUV。
参见图6：一汽解放新一代重型商用车的电控APU系统结构图，VCU采集车辆各种运行信号，用于APU运行工况判断和APU工作状态判断。其中，VCU通过CAN总线采集发动机转速、发动机负荷等发动机运行信息以及环境温度和压力等环境信息；通过电信号采集空档开关、离合器踏板、车速以及油门开度等车辆运行信息；储气筒压力传感器为两路信号，可以配置为VCU直接连接传感器或通过CAN总线采集；VCU通过控制两个高端驱动电磁阀来实现充气、再生、卸荷过程。
参见图7：APU正常工况判断，各工况的说明如下表所示：
各转移条件如下表所示：
APU特殊工况判断如图8所示，各工况的说明如下表所示：
工况转换
VCU根据采集到的信息按照上述方法判断出APU当前所处的工况，然后根据当前工况得出系统切入和额定压力，以及相应的再生模式和再生阀值，实时进行充气、再生和卸荷控制。控制基本规定为：
充气和卸荷判断：系统压力低于切入压力时，APU控制状态为充气状态；系统压力高于额定压力时控制状态为卸荷。
再生判断：
UDD再生：当系统处于卸荷状态，如果当前UDD值大于等于当前工况UDD阀值，系统再生直至UDD减少至0。
时间再生：当系统有充气状态进入卸荷状态时，系统再生，持续固定时间后停止再生。
压力再生：当系统有充气状态进入卸荷状态时，系统再生，系统压力降低设定的压力降后停止再生。
优先级：系统充气的优先级要高于再生，即充气条件满足时优先响应充气状态。

Claims (4)

1.一种商用车空气处理单元控制方法，通过商用车整车控制器实现，保留传统机械充气、卸荷和再生三个基本过程，其特征在于：在精确计算空压机机充气量和再生回流空气量基础上，实现车辆各种复杂运行工况下的系统压力和再生阀值的自适应控制，具体包括以下步骤：
步骤1：基于空压机特性图谱，实时计算空压机排量F1；
空压机排量F1是通过查询空压机特性图谱计算得到，计算公式如下:
F1＝MAP(NP,P1)
其中，P1为储气筒压力，bar；
Np为空压机转速，rpm；
F1为空压机排量，L/min；
MAP为空压机特性图谱三维数据，MAP采用两次线性差值的方法进行计算；
步骤2：基于再生节流阀流量特性图谱，实时计算再生节流阀流量F2；
再生节流阀流量F2是通过查询再生节流阀流量特性图谱计算得到，计算公式如下:
F2＝CUV(P1)
其中，P1为储气筒压力，bar；
F2为再生节流阀流量，L/min；
CUV为再生节流阀流量特性图谱二维数据，CUV采用一次线性差值的方法进行计算；
步骤3：计算干燥罐使用程度UDD，所表征的含义为通过干燥器的空气体积；
UDD增量△UDD根据以下公式计算：
<mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>U</mi> <mi>D</mi> <mi>D</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>F</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>P</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>P</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，F1为空压机排气流量，L/min；
P1为储气筒压力，bar；
P2为环境压力，bar；
UDD为干燥器使用程度，L；
UDD减量△UDD以下公式计算：
<mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>U</mi> <mi>D</mi> <mi>D</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>F</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mn>10</mn> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，F2为再生节流阀流量，L/min；
Rr为系统再生率，％；
UDD为干燥器使用程度，L；
步骤4：APU正常工况识别
根据发动机转速、车速、发动机输出扭矩、油门开度、离合器开关和空档开关等信号识别出包括发动机未起动、起动辅助、停车怠速、正常行驶、低车速、OverRun以及OverTake的APU正常工况；
步骤5：APU特殊工况识别
根据发动机转速信号状态、钥匙门信号、UDD值、空气悬架举升状态、储气筒压力信号及状态识别出包括安全模式、机械模式、掉电再生模式、过压再生模式、转速失效保护模式、强制再生模式以及ECAS举升状态等APU特殊工况；
步骤6：APU工作状态判断
VCU根据采集到的信息按照上述方法判断出APU当前所处的工况，然后根据当前工况得出系统切入和额定压力，以及相应的再生模式和再生阀值，实时进行充气、再生和卸荷控制；
步骤7：执行器控制状态判断
依据系统计算得到的充气，卸荷和再生的APU控制状态，进行执行器控制状态判断，APU控制状态与执行器控制状态对应方式如下表所示：
APU控制状态 控制阀工作状态 再生阀工作状态 充气 不工作 不工作 卸荷 工作 不工作 再生 工作 工作
2.根据权利要求1所述的一种商用车空气处理单元控制方法，其特征在于：步骤4中所述的“各工APU正常工况识别”的具体况正常判断说明如下：
步骤4.1：APU各工况正常判断说明如下表所示：
步骤4,2：工况的状态转换，各转移条件如下表所示：
3.根据权利要求1所述的一种商用车空气处理单元控制方法，其特征在于：步骤5中所述的“APU特殊工况识别”的具体况正常判断说明如下：
步骤5.1：APU特殊工况判断说明如下表所示：
4.根据根据权利要求1所述的一种商用车空气处理单元控制方法，其特征在于：步骤6中所述的“APU工作状态判断”的具体步骤如下：
步骤6.1：充气和卸荷判断：系统压力低于切入压力时，APU控制状态为充气状态；系统压力高于额定压力时控制状态为卸荷；
步骤6.2：UDD再生判断：当系统处于卸荷状态，且再生模式为UDD再生，如果当前UDD值大于等于当前工况UDD阀值，系统再生直至UDD减少至0；
步骤6.3：时间再生：当系统由充气状态进入卸荷状态，再生模式为压力再生时，系统再生，持续固定时间后停止再生；
步骤6.4：压力再生：当系统由充气状态进入卸荷状态，再生模式为压力再生时，系统再生，系统压力降低设定的压力降后停止再生；
步骤6.5：优先级：系统充气的优先级要高于再生，即充气条件满足时优先响应充气状态。
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