CN109162816A - 天然气发动机tsc转速控制负载预估前馈控制策略 - Google Patents

天然气发动机tsc转速控制负载预估前馈控制策略 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种天然气发动机TSC转速控制负载预估前馈控制策略，在天然气发动机的电子控制单元ECU的处理下完成，先对形成标定时间表、标定转动惯量表、标定节气门开度表和标定PID值表，利用发动机的当前转速与TSC请求转速的差值，配合计算转速变化率，最终转化为预设节气门开度值，对发动机的转速进行初步调整，初步调整后会形成新的转速差，再利用该差值对应的PID值对发动机的转速进行二次调节，可以使发动机转速快速、稳定的响应到请求转速，能够同时兼顾转速变化的响应性和稳定性，发动机平稳运行会增加发动机使用寿命，同时降低气耗量、提高驾驶舒适性。

Description

天然气发动机TSC转速控制负载预估前馈控制策略
技术领域
本发明涉及天然气发动机控制技术领域，尤其涉及一种天然气发动机TSC转速控制负载预估前馈控制策略。
背景技术
目前，市场上的客车均应用的天然气发动机，为了保证客车运行的稳定性，需要对天然气发动机的转速进行控制。目前对天然气发动机TSC1转速控制采用的控制策略仅为PID控制，通过控制PID来调整发动机进气量，达到转速控制的目的。由于PID单独控制的局限性，主要存在问题如下：
(1)PID转速控制难以兼顾发动机转速变化的响应性和稳定性：提高PI值，会增加转速变化的响应性，转速稳定性降低；降低PI值，转速变化稳定性提高，但是会降低转速响应性，因此很难找到一个平衡点，同时兼顾转速变化的响应性和稳定性；
(2)TSC1转速控制不稳，会影响发动机的稳定性，降低发动机的使用寿命，同时还存在增加气耗量、降低驾驶舒适性的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在发动机转速调整时，能够兼顾发动机转速调整稳定性和响应性的天然气发动机TSC转速控制负载预估前馈控制策略。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：天然气发动机TSC转速控制负载预估前馈控制策略，在天然气发动机的电子控制单元ECU的处理下完成，包括以下步骤，
步骤一、利用现有的发动机标定方法，对所述天然气发动机转速变化所用时间进行标定，即得标定时间表，将所述标定时间表存储于所述电子控制单元ECU内；
利用现有的发动机标定方法，对所述天然气发动机转速变化的转动标量进行标定，即得标定转动惯量表，将所述标定转动惯量表存储于所述电子控制单元ECU内；
利用现有的发动机标定方法，计算出所述天然气发动机不同转速对应的扭矩，并记录不同扭矩对应的节气门开度，即得标定节气门开度表，将所述标定节气门开度表存储于所述电子控制单元ECU内；
天然气发动机转速发生变化时，需要利用PID调节器输出的PID值对天然气发动机的节气门进行调节，利用现有的发动机标定方法，对所述天然气发动机不同转速差时，PID调节器输出的PID值进行标定，即得标定PID值表，将所述标定PID值表存储于所述电子控制单元ECU内；
步骤二、所述天然气发动机带负载运行，利用转速传感器实时检测所述天然气发动机的转速，输送并存储至所述电子控制单元ECU中；
步骤三、发送TSC请求转速至所述电子控制单元ECU，所述电子控制单元ECU根据接收所述TSC请求转速时对应的所述天然气发动机的当前转速，调取所述标定时间表和所述标定转动惯量表内相应的参数，得出接收所述TSC请求转速时对应的标定时间和标定转动惯量，并利用该标定时间计算出天然气发动机的转速变化率，计算公式为：
|天然气发动机的当前转速-TSC请求转速|/标定时间＝转速变化率；
步骤四、所述电子控制单元ECU利用所述转速变化率计算出天然气发动机的曲轴角加速度，计算方法为：对所述转速变化率求一阶导数，所得值即为天然气发动机的曲轴角加速度；
步骤五、通过所述电子控制单元ECU利用步骤三得到的标定转动惯量和步骤四得到的曲轴角加速度，计算出天然气发动机的扭矩，计算方法为：曲轴角加速度×标定转动惯量＝天然气发动机的扭矩；
步骤六、确定节气门开度值，即通过所述电子控制单元ECU从所述标定节气门开度表内调取与步骤五得到的天然气发动机的扭矩对应的气门开度值，即得当前负载状态下的预设节气门开度值；
步骤七、所述天然气发动机的节气门根据所述预设节气门开度值进行开度调整，使所述天然气发动机的转速达到调整后的调整转速，所述转速传感器将所述调整转速值检测并输送至所述电子控制单元ECU中；
在所述电子控制单元ECU中，所述调整转速值与所述TSC请求转速比较，当出现转速差值时，所述电子控制单元ECU从所述标定PID值表内调取该差值对应的PID值进一步调整节气门的开度，使所述调整转速值到达所述TSC请求转速，调整过程结束。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过计算转速变化率，最终转化为预设节气门开度值，对发动机的转速进行初步调整，初步调整后会形成新的转速差，再利用该差值对应的PID值对发动机的转速进行二次调节，可以使发动机转速快速、稳定的响应到请求转速，能够同时兼顾转速变化的响应性和稳定性，发动机平稳运行会增加发动机使用寿命，同时降低气耗量、提高驾驶舒适性。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是本发明实施例的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
如图1所示，天然气发动机TSC转速控制负载预估前馈控制策略，在天然气发动机的电子控制单元ECU的处理下完成，包括以下步骤，
步骤一、利用现有的发动机标定方法，对所述天然气发动机转速变化所用时间进行标定，即得标定时间表，将所述标定时间表存储于所述电子控制单元ECU内。
利用现有的发动机标定方法，对所述天然气发动机转速变化的转动标量进行标定，即得标定转动惯量表，将所述标定转动惯量表存储于所述电子控制单元ECU内。
利用现有的发动机标定方法，计算出所述天然气发动机不同转速对应的扭矩，并记录不同扭矩对应的节气门开度，即得标定节气门开度表，将所述标定节气门开度表存储于所述电子控制单元ECU内。
天然气发动机转速发生变化时，需要利用PID调节器输出的PID值对天然气发动机的节气门进行调节，利用现有的发动机标定方法，对所述天然气发动机不同转速差时，PID调节器输出的PID值进行标定，即得标定PID值表，将所述标定PID值表存储于所述电子控制单元ECU内。
在制作所述标定时间表、所述标定转动惯量表、所述标定节气门开度表及所述标定PID值表时，各表内的每个具体数值会对应有相应的转速变化范围，转速变化在特定范围内，在相应表内对应的数值是相同的。发动机的具体标定方法为本技术领域普通技术人员所熟知的内容，在此不再详细描述。
步骤二、所述天然气发动机带负载运行，即便于实现负载预估前馈控制策略。利用转速传感器实时检测所述天然气发动机带负载运行时的转速，输送并存储至所述电子控制单元ECU中。
步骤三、发送TSC请求转速至所述电子控制单元ECU，所述电子控制单元ECU根据接收所述TSC请求转速时对应的所述天然气发动机的当前转速，调取所述标定时间表和所述标定转动惯量表内相应的参数，得出接收所述TSC请求转速时对应的标定时间和标定转动惯量，并利用该标定时间计算出天然气发动机的转速变化率，计算公式为：
|天然气发动机的当前转速-TSC请求转速|/标定时间＝转速变化率。
步骤四、所述电子控制单元ECU利用所述转速变化率计算出天然气发动机的曲轴角加速度，计算方法为：对所述转速变化率求一阶导数，所得值即为天然气发动机的曲轴角加速度。
步骤五、通过所述电子控制单元ECU利用步骤三得到的标定转动惯量和步骤四得到的曲轴角加速度，计算出天然气发动机的扭矩，计算方法为：曲轴角加速度×标定转动惯量＝天然气发动机的扭矩。
步骤六、确定节气门开度值，即通过所述电子控制单元ECU从所述标定节气门开度表内调取与步骤五得到的天然气发动机的扭矩对应的气门开度值，即得当前负载状态下的预设节气门开度值，得出所述预设节气门开度值后，由所述电子控制单元ECU将控制信号传送至节气门的驱动电机上，控制所述驱动电机动作，驱动节气门进行相应角度的改变，实现对负载的预估控制。
步骤七、所述天然气发动机的节气门根据所述预设节气门开度值进行开度调整，使所述天然气发动机的转速达到调整后的调整转速，所述转速传感器将所述调整转速值检测并输送至所述电子控制单元ECU中，如果调整转速与所述TSC请求转速比较一致，则转速控制结束。
如果，在所述电子控制单元ECU中，所述调整转速值与所述TSC请求转速比较，当出现转速差值时，所述电子控制单元ECU从所述标定PID值表内调取该差值对应的PID值进一步调整节气门的开度，使所述调整转速值到达所述TSC请求转速，调整过程结束。
本发明通过计算转速变化率，最终转化为预设节气门开度值，对发动机的转速进行初步调整，初步调整后会形成新的转速差，再利用该差值对应的PID值对发动机的转速进行二次调节，可以使发动机转速快速、稳定的响应到请求转速，能够同时兼顾转速变化的响应性和稳定性，发动机平稳运行会增加发动机使用寿命，同时降低气耗量、提高驾驶舒适性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.天然气发动机TSC转速控制负载预估前馈控制策略，在天然气发动机的电子控制单元ECU的处理下完成，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一、利用现有的发动机标定方法，对所述天然气发动机转速变化所用时间进行标定，即得标定时间表，将所述标定时间表存储于所述电子控制单元ECU内；
利用现有的发动机标定方法，对所述天然气发动机转速变化的转动标量进行标定，即得标定转动惯量表，将所述标定转动惯量表存储于所述电子控制单元ECU内；
利用现有的发动机标定方法，计算出所述天然气发动机不同转速对应的扭矩，并记录不同扭矩对应的节气门开度，即得标定节气门开度表，将所述标定节气门开度表存储于所述电子控制单元ECU内；
天然气发动机转速发生变化时，需要利用PID调节器输出的PID值对天然气发动机的节气门进行调节，利用现有的发动机标定方法，对所述天然气发动机不同转速差时，PID调节器输出的PID值进行标定，即得标定PID值表，将所述标定PID值表存储于所述电子控制单元ECU内；
步骤二、所述天然气发动机带负载运行，利用转速传感器实时检测所述天然气发动机的转速，输送并存储至所述电子控制单元ECU中；
步骤三、发送TSC请求转速至所述电子控制单元ECU，所述电子控制单元ECU根据接收所述TSC请求转速时对应的所述天然气发动机的当前转速，调取所述标定时间表和所述标定转动惯量表内相应的参数，得出接收所述TSC请求转速时对应的标定时间和标定转动惯量，并利用该标定时间计算出天然气发动机的转速变化率，计算公式为：
|天然气发动机的当前转速-TSC请求转速|/标定时间＝转速变化率；
步骤四、所述电子控制单元ECU利用所述转速变化率计算出天然气发动机的曲轴角加速度，计算方法为：对所述转速变化率求一阶导数，所得值即为天然气发动机的曲轴角加速度；
步骤五、通过所述电子控制单元ECU利用步骤三得到的标定转动惯量和步骤四得到的曲轴角加速度，计算出天然气发动机的扭矩，计算方法为：曲轴角加速度×标定转动惯量＝天然气发动机的扭矩；
步骤六、确定节气门开度值，即通过所述电子控制单元ECU从所述标定节气门开度表内调取与步骤五得到的天然气发动机的扭矩对应的气门开度值，即得当前负载状态下的预设节气门开度值；
步骤七、所述天然气发动机的节气门根据所述预设节气门开度值进行开度调整，使所述天然气发动机的转速达到调整后的调整转速，所述转速传感器将所述调整转速值检测并输送至所述电子控制单元ECU中；
在所述电子控制单元ECU中，所述调整转速值与所述TSC请求转速比较，当出现转速差值时，所述电子控制单元ECU从所述标定PID值表内调取该差值对应的PID值进一步调整节气门的开度，使所述调整转速值到达所述TSC请求转速，调整过程结束。
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