CN107893706A - 一种连续可变气门系统及其控制方法 - Google Patents
一种连续可变气门系统及其控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107893706A CN107893706A CN201711117859.0A CN201711117859A CN107893706A CN 107893706 A CN107893706 A CN 107893706A CN 201711117859 A CN201711117859 A CN 201711117859A CN 107893706 A CN107893706 A CN 107893706A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- valve
- mrow
- msub
- servomotor
- control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
- F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
- F02D13/0203—Variable control of intake and exhaust valves
- F02D13/0207—Variable control of intake and exhaust valves changing valve lift or valve lift and timing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/0002—Controlling intake air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
- F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
- F02D2013/0296—Changing the valve lift only
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/0002—Controlling intake air
- F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
- F02D2041/1433—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using a model or simulation of the system
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D2200/00—Input parameters for engine control
- F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
- F02D2200/023—Temperature of lubricating oil or working fluid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D2200/00—Input parameters for engine control
- F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
- F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
- F02D2200/1002—Output torque
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D2200/00—Input parameters for engine control
- F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
- F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
- F02D2200/101—Engine speed
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Abstract
本发明公开了一种连续可变气门系统及其控制方法，本发明主要包括：期望升程计算；伺服电机扭矩计算模型；伺服电机电流计算；伺服电机PWM占空比计算；可变气门升程机构；调整进排气门升程；气门升程传感器数据采集；气门升程观测器估计值计算。本发明针对可变气门升程调节过程中高实时性要求，及强抗干扰性，提出了通过模型前馈结合状态观测器反馈控制的气门升程控制方法，可以很好的解决气门升程调整过程中非线性控制问题，提高机构的响应速度，对气门运动过程中环境状态变化具有自适应能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种系统及其控制方法，具体为一种连续可变气门系统及其控制方法，属于汽车电子控制应用技术领域。
背景技术
面对石油资源短缺和环境污染的双重压力，人们对汽车提出了更高的要求即更好的燃油经济性、更低的排放性以及更佳的动力性。现代高科技的发展已将汽车发动机的节能、增效、低排放作为“节能—高效—环保”一体化课题进行综合研究和技术开发。配气相位固定不变的限制已越来越显得不适应节能和排放要求。而在众多的新技术中，全可变气门驱动技术已成为汽车发动机的研究重点方向之一。
完全可变气门技术包括连续可变气门正时技术和连续可变气门升程技术，可以根据发动机不同工况实施不同的配气相位和气门升程，满足发动机在高转速与低转速、大负荷与小负荷时的要求，全面提高发动机在动力性、经济性和怠速稳定性等方面的综合性能。具体来说，可变气门技术在部分负荷时利用进气门早关或进气门升程减小的方法控制进入缸内的混合气体，实现无节气门的负荷控制方式，从而减少泵气损失、改善汽油机燃油经济性。而且，由于气门升程较小，提高流过气门的气流速度，可以改善汽油机低速小负荷工况下燃油与空气的混合，进而改善燃烧过程。传统发动机的气门驱动机构，其配气相位一般根据某一狭小工况范围内发动机性能的局部优化而确定，在整个工作过程中固定不变，且气门运动规律完全由凸轮型线决定。全可变气门机构根据发动机转速、负荷的变化通过各种技术途径使气门升程从0到最大值连续可变，配气相位在180度曲轴转角内连续变化，其可控制的参数多，因而可以同时优化汽油机的动力性、经济性和怠速稳定性，以及降低排放。
连续可变气门系统结构复杂，在控制过程中具有以下特点：
1)、运动特性复杂
连续可变气门在配气机构工作过程中，气门弹簧的基本作用是抵消从动件的惯性力，使气门等从动件在整个工作期间能够与凸轮始终保持接触。在发动机高转速下，不适当的气门弹簧可能会造成气门的“弹跳”现象，弹簧的动力响应还可能产生弹簧振颤现象。在连续可变气门升程机构工作过程中，气门进行的是高速往复运动，运动惯性可能会造成气门与其他部件的脱离。由于脱离后只有气门弹簧力，气门落座速度过大，会造成气门高速冲击气门座，造成气门“弹跳”现象。气门不断往复以高速冲击气门座还会造成气门的过度磨损和疲劳破坏。气门加速度过大会损害配气机构部件；而气门加速度过小，则会造成不能快速地完成气门的开启和关闭，从而会影响发动机的充气效率以及燃烧效率。随着转速的增加，一些较低加速度值的凸轮曲线会发生突变，会导致配气机构的振动。因此连续可变气门需要具备高实时性的控制要求。
2)、内部工作过程的非线性特点和强时变性
连续可变气门升程机构存在自身的固有频率，这使得连续可变气门升程机构在运动过程中表现出非线性系统的特征，特别是在过渡过程末期易造成系统反复振荡。气门开闭时间以及开启持续时间会随着气门升程的增大而变化。进气门关闭延迟角会影响进入气缸内新鲜可燃混合气的充气效率，从而导致发动机的输出功率和转矩发生变化。以上因素使得难以采用精确的数学模型对连续可变气门系统进行表达和控制。
现阶段对连续可变气门系统的升程控制普遍采用PID控制。传统PID控制器通过调节比例、积分和微分三个参数来进行可变气门升程的控制。通过传感器测量气门的实际升程，并计算实际升程与期望升程的偏差作为PID控制器输入，控制器根据此偏差计算控制量，并产生PWM波驱动可变升程机构，完成可变气门升程的反馈控制。PID控制在实际应用的过程中，需要对比例、积分和微分三个参数进行大量的调整寻优，以保证控制效果的稳定性和快速相应行。
PID控制本质上是一种基于误差来消除误差的控制算法，根据误差的比例、积分、微分的线性组合来构造控制信号。该算法的原理决定了，PID控制的调节过程总是落后于干扰作用，存在一个滞后环节。使得PID控制总是在误差已经产生之后才进行调节，如果扰动已经发生，但是没有产生偏差，调节器无法开始工作并进行调节。并且PID控制器参数所能适用的控制对象范围不够大，使PID调节器的鲁棒性不够强。由于内燃可变气门正时机构存在复杂的运动学特性、非线性、时变性，发动机转速、负荷及其它运行条件的变化，都会导致可变气门升程的性能数发生变化剧烈。PID控制器的调节时滞，使得可变气门升程控制准确性和稳定性难以得到保证。因此，针对上述问题提出一种连续可变气门系统的控制方法。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种连续可变气门系统的控制方法，通过基于模型的前馈结合状态观测器反馈的控制方法来实现可变气门升程的快速稳定调节。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种连续可变气门系统，包括摇臂推动轴，所述摇臂推动轴的外侧套装偏心凸轮控制轴，且所述偏心凸轮控制轴的底端的所述摇臂推动轴的外侧套装有弹簧；所述摇臂推动轴的底端设置有气门，与所述气门相对的另一端的所述摇臂推动轴的底端设置有挺柱；所述摇臂推动轴的顶端侧壁上设置有凸轮轴。
一种连续可变气门系统的控制方法，采用基于模型的前馈控制和基于状态观测的反馈控制来实现气门的控制，包括以下步骤：
步骤A、气门升程传感器实际可变气门升程采集计算步骤：用于采集并计算可变气门升程系统中当前的气门升程；
步骤B、气门升程主动扰动观测步骤：根据控制系统当前的气门升程数据，构造气门控制系统中气门升程主动扰动观测器，通过气门升程主动扰动观测器的数学模型近似估计气门升程的物理模型，利用此观测器得到气门控制系统中气门升程的估计值、以及气门升程扰动补偿量；
步骤C、目标气门升程计算步骤：用于计算当前工况点所需要的开启的目标气门升程；
步骤D、伺服电机的扭矩计算：伺服电机用于控制进排气门的升程开启，通过伺服电机的转速和扭矩控制，可以达到期望的气门升程；
步骤E、伺服电机的电流计算步骤：在伺服电机的需求扭矩输出的基础上，根据电机特性将电机的需求扭矩转化为伺服电机的电流输出；
步骤F、伺服电机的PWM占空比计算步骤：伺服电机电流转化为PWM占空比步骤，用于根据伺服电机的电气特性，将伺服电机需求电流转化为伺服电机PWM占空比；
步骤G、调整进排气门升程步骤：伺服电机按照目标PWM占空比工作时，转动一定的角度，通过机械联动部分将伺服电机的旋转运动转变为气门开启动作，实现气门升程的调节功能；
步骤H、气门升程传感器数据采集步骤：安装的气门升程传感器采集气门开启的高度信号，经过计算得到实际气门的开启位移，作为气门升程状态观测器的输出信号；
步骤I、气门升程的反馈控制步骤：用于根据期望的气门升程与当前实际气门升程的之间偏差，确定伺服电机的输出扭矩的反馈调节量，与伺服电机前馈控制量相加后，经过伺服电机电机计算模块以及伺服电机PWM占空比计算模块得到最终的电机控制执行量，最后提交给电机控制器驱动电机工作。
优选的，所述步骤D中，根据所期望的气门升程计算伺服电机需要输出的功率，按照当前工况点计算出伺服电机的转速和扭矩输出量。
优选的，所述步骤H中，气门升程状态观测器估计值计算模块，采用现代控制理论中状态观测器的方法，并将系统的扰动作为一个新的状态变量对一般的状态观测器进行扩张，从而得到气门升程扩张状态观测器对可变气门升程系统进行观测与跟踪，得到最终气门升程响应观测值与系统扰动观测值。
优选的，所述的状态观测器采用线性化的扰动状态观测器，相比非线性化的状态观测器其调整参数的个数大幅减少，一般只需要调整ω0、b0、ωc 3个参数，使得它在工程应用的适应性和简易性大大增强；
以上模型各参数含义如下：
Z1(K+1):当前时刻气门升程的观测值；Z1(K):上一时刻气门升程的观测值；Z2(K+1):当前时刻气门升程变化率的观测值；Z2(K):上一时刻气门升程变化率的观测值；Z3:气门升程的扰动观测值；b0:可变气门升程系统的物理特性参数；ω0:扰动状态观测器的观测频率，单位rad/s；y:可变气门升程系统输出的实际气门升程；T0:可变气门升程系统的控制周期，单位s；ωc:扰动观测器的控制频率，单位rad/s。
一种连续可变气门系统的控制方法，控制程序包括以下步骤：
1)系统初始参数设置：有关前馈控制器以扰动观测器的工作参数设定；
2)传感器数据采集：包括实际气门升程、发动机转速、发动机扭矩、水温、油温等传感器数据采集；
3)前馈控制量计算：基于控制器内保存的MAP参数计算所需的电机扭矩和气门升程目标值；
4)扰动观测器计算：基于扰动观测算法计算气门升程估计值以及扰动量；
5)驱动电机控制调整：提供电机运行所需PWM占空比；通过电机驱动VVL系统工作产生不同的气门升程。
本发明的有益效果是：本发明提出了一种简便的基于数学模型的状态观测器能够适时的反映可变气门升程系统的时变特性，利用该观测器可以预估出可变气门升程系统的各种扰动情况并加以实现补偿，在此基础上实现对可变气门升程系统的精确控制。基于主动扰动观测的可变气门升程控制方法可以很好地用于连续可变气门系统的气门升程控制，并显示出良好的工程应用前景。
附图说明
图1为本发明连续全可变气门升程控制结构图；
图2为本发明的控制系统框图；
图3为本发明的程序控制流程图；
图4为本发明实施例使用效果图。
图中：1、凸轮轴，2、摇臂推动轴，3、偏心凸轮控制轴，4、气门，5、挺柱，6、弹簧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4所示，一种连续可变气门系统，包括摇臂推动轴2，所述摇臂推动轴2的外侧套装偏心凸轮控制轴3，且所述偏心凸轮控制轴3的底端的所述摇臂推动轴2的外侧套装有弹簧6；所述摇臂推动轴2的底端设置有气门4，与所述气门4相对的另一端的所述摇臂推动轴2的底端设置有挺柱5；所述摇臂推动轴2的顶端侧壁上设置有凸轮轴1。
一种连续可变气门系统的控制方法，采用基于模型的前馈控制和基于状态观测的反馈控制来实现气门的控制，包括以下步骤：
步骤A、气门升程传感器实际可变气门升程采集计算步骤：用于采集并计算可变气门升程系统中当前的气门升程；
步骤B、气门升程主动扰动观测步骤：根据控制系统当前的气门升程数据，构造气门控制系统中气门升程主动扰动观测器，通过气门升程主动扰动观测器的数学模型近似估计气门升程的物理模型，利用此观测器得到气门控制系统中气门升程的估计值、以及气门升程扰动补偿量；
步骤C、目标气门升程计算步骤：用于计算当前工况点所需要的开启的目标气门升程；
步骤D、伺服电机的扭矩计算：伺服电机用于控制进排气门的升程开启，通过伺服电机的转速和扭矩控制，可以达到期望的气门升程；
步骤E、伺服电机的电流计算步骤：在伺服电机的需求扭矩输出的基础上，根据电机特性将电机的需求扭矩转化为伺服电机的电流输出；
步骤F、伺服电机的PWM占空比计算步骤：伺服电机电流转化为PWM占空比步骤，用于根据伺服电机的电气特性，将伺服电机需求电流转化为伺服电机PWM占空比；
步骤G、调整进排气门升程步骤：伺服电机按照目标PWM占空比工作时，转动一定的角度，通过机械联动部分将伺服电机的旋转运动转变为气门开启动作，实现气门升程的调节功能；
步骤H、气门升程传感器数据采集步骤：安装的气门升程传感器采集气门开启的高度信号，经过计算得到实际气门的开启位移，作为气门升程状态观测器的输出信号；
步骤I、气门升程的反馈控制步骤：用于根据期望的气门升程与当前实际气门升程的之间偏差，确定伺服电机的输出扭矩的反馈调节量，与伺服电机前馈控制量相加后，经过伺服电机电机计算模块以及伺服电机PWM占空比计算模块得到最终的电机控制执行量，最后提交给电机控制器驱动电机工作。
其中，所述步骤D中，根据所期望的气门升程计算伺服电机需要输出的功率，按照当前工况点计算出伺服电机的转速和扭矩输出量。
其中，所述步骤H中，气门升程状态观测器估计值计算模块，采用现代控制理论中状态观测器的方法，并将系统的扰动作为一个新的状态变量对一般的状态观测器进行扩张，从而得到气门升程扩张状态观测器对可变气门升程系统进行观测与跟踪，得到最终气门升程响应观测值与系统扰动观测值。
其中，所述的状态观测器采用线性化的扰动状态观测器，相比非线性化的状态观测器其调整参数的个数大幅减少，一般只需要调整ω0、b0、ωc3个参数，使得它在工程应用的适应性和简易性大大增强；
以上模型各参数含义如下：
Z1(K+1):当前时刻气门升程的观测值；Z1(K):上一时刻气门升程的观测值；Z2(K+1):当前时刻气门升程变化率的观测值；Z2(K):上一时刻气门升程变化率的观测值；Z3:气门升程的扰动观测值；b0:可变气门升程系统的物理特性参数；ω0:扰动状态观测器的观测频率，单位rad/s；y:可变气门升程系统输出的实际气门升程；T0:可变气门升程系统的控制周期，单位s；ωc:扰动观测器的控制频率，单位rad/s。
一种连续可变气门系统的控制方法，控制程序包括以下步骤：
1)系统初始参数设置：有关前馈控制器以扰动观测器的工作参数设定；
2)传感器数据采集：包括实际气门升程、发动机转速、发动机扭矩、水温、油温等传感器数据采集；
3)前馈控制量计算：基于控制器内保存的MAP参数计算所需的电机扭矩和气门升程目标值；
4)扰动观测器计算：基于扰动观测算法计算气门升程估计值以及扰动量；
5)驱动电机控制调整：提供电机运行所需PWM占空比；通过电机驱动VVL系统工作产生不同的气门升程。
实施例一：
如图4所示，为本发明基于主动抗扰的可变气门升程控制效果。利用式(1)的控制器算法，进行气门升程的闭环控制。扰动观测器的参数经过计算调整后，观测频率取值为4rad/s，控制频率一般取值为观测频率的5-6倍，本例中为20rad/s。控制周期取值为0.01s。可变气门升程系统的物理特性参数利用仿真模型获取，取值为380。
整个气门升程的变化过程根据发动机的运行工况发生改变，为了验证在整个发动机工况内的控制效果，使得气门升程的调整范围在0-16mm之间，红色实线代表期望的气门升程。不同工况下期望的气门升程通过如前所述的扭矩计算模型和升程计算模型得出，反映了VVL系统对于发动机运行工况的气门升程工作要求。蓝色虚线为VVL系统在控制过程中实际气门升程曲线，由图可知，在0-5秒的发动机运行时间内，实际气门升程曲线都能够很好的跟随期望的气门升程曲线。0-0.6秒时间段中，气门升程从初始值0.13开始增加，由于初始阶段气门升程的变化率比较大，并且气门运动加速度大，综合对气门升程形成比较大的扰动，因此控制效果存在稍许滞后，但控制偏差不大仍然在允许范围内。在0.6-1.3秒的控制时间内，实际气门升程对期望气门升程的跟随效果非常理想，因此气门控制过渡的快速性和稳定性都很好。在整个控制周期的气门运动过程来看，采用扰动观测的控制方法，能够将引起气门升程变化的因素进行综合观测，在观测基础上的补偿作用对改善气门控制的响应特性起到了重要作用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种连续可变气门系统，包括摇臂推动轴(2)，其特征在于：所述摇臂推动轴(2)的外侧套装偏心凸轮控制轴(3)，且所述偏心凸轮控制轴(3)的底端的所述摇臂推动轴(2)的外侧套装有弹簧(6)；所述摇臂推动轴(2)的底端设置有气门(4)，与所述气门(4)相对的另一端的所述摇臂推动轴(2)的底端设置有挺柱(5)；所述摇臂推动轴(2)的顶端侧壁上设置有凸轮轴(1)。
2.一种连续可变气门系统的控制方法，其特征在于：采用基于模型的前馈控制和基于状态观测的反馈控制来实现气门的控制，包括以下步骤：
步骤A、气门升程传感器实际可变气门升程采集计算步骤：用于采集并计算可变气门升程系统中当前的气门升程；
步骤B、气门升程主动扰动观测步骤：根据控制系统当前的气门升程数据，构造气门控制系统中气门升程主动扰动观测器，通过气门升程主动扰动观测器的数学模型近似估计气门升程的物理模型，利用此观测器得到气门控制系统中气门升程的估计值、以及气门升程扰动补偿量；
步骤C、目标气门升程计算步骤：用于计算当前工况点所需要的开启的目标气门升程；
步骤D、伺服电机的扭矩计算：伺服电机用于控制进排气门的升程开启，通过伺服电机的转速和扭矩控制，可以达到期望的气门升程；
步骤E、伺服电机的电流计算步骤：在伺服电机的需求扭矩输出的基础上，根据电机特性将电机的需求扭矩转化为伺服电机的电流输出；
步骤F、伺服电机的PWM占空比计算步骤：伺服电机电流转化为PWM占空比步骤，用于根据伺服电机的电气特性，将伺服电机需求电流转化为伺服电机PWM占空比；
步骤G、调整进排气门升程步骤：伺服电机按照目标PWM占空比工作时，转动一定的角度，通过机械联动部分将伺服电机的旋转运动转变为气门开启动作，实现气门升程的调节功能；
步骤H、气门升程传感器数据采集步骤：安装的气门升程传感器采集气门开启的高度信号，经过计算得到实际气门的开启位移，作为气门升程状态观测器的输出信号；
步骤I、气门升程的反馈控制步骤：用于根据期望的气门升程与当前实际气门升程的之间偏差，确定伺服电机的输出扭矩的反馈调节量，与伺服电机前馈控制量相加后，经过伺服电机电机计算模块以及伺服电机PWM占空比计算模块得到最终的电机控制执行量，最后提交给电机控制器驱动电机工作。
3.根据权利要求2所述的一种连续可变气门系统的控制方法，其特征在于：所述步骤D中，根据所期望的气门升程计算伺服电机需要输出的功率，按照当前工况点计算出伺服电机的转速和扭矩输出量。
4.根据权利要求2所述的一种连续可变气门系统的控制方法，其特征在于：所述步骤H中，气门升程状态观测器估计值计算模块，采用现代控制理论中状态观测器的方法，并将系统的扰动作为一个新的状态变量对一般的状态观测器进行扩张，从而得到气门升程扩张状态观测器对可变气门升程系统进行观测与跟踪，得到最终气门升程响应观测值与系统扰动观测值。
5.根据权利要求4所述的一种连续可变气门系统的控制方法，其特征在于：所述的状态观测器采用线性化的扰动状态观测器，相比非线性化的状态观测器其调整参数的个数大幅减少，一般只需要调整ω0、b0、ωc3个参数，使得它在工程应用的适应性和简易性大大增强；
<mrow>
<mfenced open = "{" close = "">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>K</mi>
<mo>+</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>K</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>K</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>b</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mi>u</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>0</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<mn>2</mn>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>y</mi>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>(</mo>
<mi>K</mi>
<mo>)</mo>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>K</mi>
<mo>+</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>K</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<msubsup>
<mi>&omega;</mi>
<mn>0</mn>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>y</mi>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>(</mo>
<mi>K</mi>
<mo>)</mo>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mi>c</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<mo>(</mo>
<mrow>
<mi>y</mi>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mrow>
<mi>K</mi>
<mo>+</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mrow>
<mi>K</mi>
<mo>+</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mo>)</mo>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>/</mo>
<msub>
<mi>b</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
以上模型各参数含义如下：
Z1(K+1):当前时刻气门升程的观测值；Z1(K):上一时刻气门升程的观测值；Z2(K+1):当前时刻气门升程变化率的观测值；Z2(K):上一时刻气门升程变化率的观测值；Z3:气门升程的扰动观测值；b0:可变气门升程系统的物理特性参数；ω0:扰动状态观测器的观测频率，单位rad/s；y:可变气门升程系统输出的实际气门升程；T0:可变气门升程系统的控制周期，单位s；ωc:扰动观测器的控制频率，单位rad/s。
6.根据权利要求2所述的一种连续可变气门系统的控制方法，其特征在于：控制程序包括以下步骤：
1)系统初始参数设置：有关前馈控制器以扰动观测器的工作参数设定；
2)传感器数据采集：包括实际气门升程、发动机转速、发动机扭矩、水温、油温等传感器数据采集；
3)前馈控制量计算：基于控制器内保存的MAP参数计算所需的电机扭矩和气门升程目标值；
4)扰动观测器计算：基于扰动观测算法计算气门升程估计值以及扰动量；
5)驱动电机控制调整：提供电机运行所需PWM占空比；通过电机驱动VVL系统工作产生不同的气门升程。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711117859.0A CN107893706B (zh) | 2017-11-13 | 2017-11-13 | 一种连续可变气门系统及其控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711117859.0A CN107893706B (zh) | 2017-11-13 | 2017-11-13 | 一种连续可变气门系统及其控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107893706A true CN107893706A (zh) | 2018-04-10 |
| CN107893706B CN107893706B (zh) | 2020-12-01 |
Family
ID=61805097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711117859.0A Expired - Fee Related CN107893706B (zh) | 2017-11-13 | 2017-11-13 | 一种连续可变气门系统及其控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107893706B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111255577A (zh) * | 2018-11-30 | 2020-06-09 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于在燃烧马达中控制凸轮轴相位调节器的方法和装置 |
| CN113294249A (zh) * | 2020-02-24 | 2021-08-24 | 长城汽车股份有限公司 | 可变气门升程机构升程切换执行器控制方法与控制系统 |
| CN115013109A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-09-06 | 江铃汽车股份有限公司 | 一种发动机vvl执行器控制方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003206765A (ja) * | 2002-01-10 | 2003-07-25 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関の可変動弁装置 |
| CN1699732A (zh) * | 2004-05-19 | 2005-11-23 | 株式会社电装 | 汽车的控制装置 |
| CN102852585A (zh) * | 2012-09-28 | 2013-01-02 | 长城汽车股份有限公司 | 一种连续可变气门升程控制机构 |
| US20140277999A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Tula Technology, Inc. | Cam phaser control |
| CN203906029U (zh) * | 2014-05-29 | 2014-10-29 | 北汽福田汽车股份有限公司 | 发动机的配气机构、发动机以及车辆 |
| CN104612779A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-05-13 | 长城汽车股份有限公司 | 用于车辆的可变气门升程机构及其控制方法 |
| US20160359434A1 (en) * | 2015-06-05 | 2016-12-08 | Denso Corporation | Motor driver of motor for valve timing control of internal combustion engine |
| CN106460683A (zh) * | 2014-05-15 | 2017-02-22 | 现代凯菲克株式会杜 | 连续可变气门正时控制装置及其控制方法 |
-
2017
- 2017-11-13 CN CN201711117859.0A patent/CN107893706B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003206765A (ja) * | 2002-01-10 | 2003-07-25 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関の可変動弁装置 |
| CN1699732A (zh) * | 2004-05-19 | 2005-11-23 | 株式会社电装 | 汽车的控制装置 |
| CN102852585A (zh) * | 2012-09-28 | 2013-01-02 | 长城汽车股份有限公司 | 一种连续可变气门升程控制机构 |
| US20140277999A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Tula Technology, Inc. | Cam phaser control |
| CN106460683A (zh) * | 2014-05-15 | 2017-02-22 | 现代凯菲克株式会杜 | 连续可变气门正时控制装置及其控制方法 |
| CN203906029U (zh) * | 2014-05-29 | 2014-10-29 | 北汽福田汽车股份有限公司 | 发动机的配气机构、发动机以及车辆 |
| CN104612779A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-05-13 | 长城汽车股份有限公司 | 用于车辆的可变气门升程机构及其控制方法 |
| US20160359434A1 (en) * | 2015-06-05 | 2016-12-08 | Denso Corporation | Motor driver of motor for valve timing control of internal combustion engine |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111255577A (zh) * | 2018-11-30 | 2020-06-09 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于在燃烧马达中控制凸轮轴相位调节器的方法和装置 |
| CN111255577B (zh) * | 2018-11-30 | 2024-03-29 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于在燃烧马达中控制凸轮轴相位调节器的方法和装置 |
| CN113294249A (zh) * | 2020-02-24 | 2021-08-24 | 长城汽车股份有限公司 | 可变气门升程机构升程切换执行器控制方法与控制系统 |
| CN115013109A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-09-06 | 江铃汽车股份有限公司 | 一种发动机vvl执行器控制方法 |
| CN115013109B (zh) * | 2022-06-16 | 2023-12-01 | 江铃汽车股份有限公司 | 一种发动机vvl执行器控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107893706B (zh) | 2020-12-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102374038B (zh) | 自学习的前馈和主动抗扰反馈结合的vvt控制方法 | |
| EP2009264B1 (en) | Method and apparatus for controlling an internal combustion engine | |
| CN101220774B (zh) | 内燃机的进气量控制系统以及控制系统 | |
| CN102102591B (zh) | 用于内燃发动机的速度控制系统和方法 | |
| CN101684756B (zh) | 在协同扭矩控制系统中确保节流面积 | |
| JP4378700B2 (ja) | 過給機付き内燃機関の制御装置 | |
| CN107893706A (zh) | 一种连续可变气门系统及其控制方法 | |
| CN101498247A (zh) | 基于转矩系统中的速度控制 | |
| CN101680368B (zh) | 可变气门正时机构的控制装置及控制方法 | |
| CN103620200A (zh) | 带增压器内燃机的控制装置 | |
| CN104487679A (zh) | 增压发动机的控制装置 | |
| CN102137995A (zh) | 内燃机系统控制设备 | |
| CN102116208A (zh) | 一种通用型汽油机转速控制方法及系统 | |
| Pournazeri et al. | An efficient lift control technique in electro-hydraulic camless valvetrain using variable speed hydraulic pump | |
| CN102220911A (zh) | 用于减小发动机中的涡轮迟滞的方法和系统 | |
| CN1863993B (zh) | 用于在低转速范围中使增压的活塞式内燃机的运作优化的方法 | |
| CN111608790B (zh) | 电辅助涡轮增压柴油机气路优化控制系统 | |
| JP5621744B2 (ja) | 車載動力プラントの制御装置 | |
| CN106351280A (zh) | 基于前馈补偿的混合动力工程机械节能方法 | |
| CN111911294A (zh) | 包括电动涡轮的内燃热机的四驱混动车辆及对应控制方法 | |
| CN105121816B (zh) | 内燃机的控制装置以及控制方法 | |
| CN107269408B (zh) | 柴油机优化燃烧控制器及对仿真模型控制方法 | |
| Li et al. | Air path system control of turbocharged gasoline engine based on fuzzy PID | |
| CN101235755A (zh) | 一种调节进气门相位的方法及装置 | |
| Mu et al. | Study with fuzzy self-turning PID controller on idle speed controlling of automobile |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20201201 Termination date: 20211113 |