CN109488496B - 一种基于油压补偿的按需供油系统与方法 - Google Patents

一种基于油压补偿的按需供油系统与方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于油压补偿的按需供油系统，包括：油泵，用于向车辆发动机供给燃油；检测模块，用于检测油泵电压和油泵法兰端的油压；油压补偿模块，用于获取油泵法兰端到发动机端之间的输油管路的压降，并将该压降补偿给油泵法兰端油压以获取发动机端的实际油压；以及控制器，其基于发动机端的实际油压与设定的目标油压来控制油泵的供油压力。本发明还涉及一种基于油压补偿的按需供油方法，包括：检测油泵电压和油泵法兰端的油压；基于油泵电压和油泵法兰端的油压来获取输油管路的压降，并将该压降补偿给油泵法兰端油压以获取发动机端的实际油压；以及基于发动机端的实际油压与设定的目标油压来控制油泵的供油压力。

Description

一种基于油压补偿的按需供油系统与方法
技术领域
本发明涉及车辆的按需供油系统领域，尤其涉及一种基于油压补偿的按需供油系统与方法。
背景技术
“国六”汽车排放标准不仅加严了机动车污染物(CO、HC、NOX、PM)的排放限值，同时对油蒸汽的蒸发排放控制也提出了严格要求。在排放法规的驱动下，引入按需供油系统成为必然趋势。
“按需供油”的原理在于：基于发动机压力需求及发动机实时压力反馈，油泵控制器执行压力控制，调制出相应的电压/占空比信号发送给油泵，以控制油泵的供油能力。
然而，现有技术中的这种“按需供油”控制并不精确，发动机实际得到的油压和期望油压之间存在较大误差，并不能实现真正意义上的“按需供油”。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于油压补偿的按需供油系统与方法，其能够减小发动机端的目标油压和实际油压之间的误差，从而使“按需供油”更精确。
具体地，本发明的解决方法在于，首先确定造成车辆的“按需供油”不精确的原因在于无法直接获得发动机端的实时压力反馈。在发动机端，其环境较为苛刻，要求传感器可耐高温、耐震动，对传感器的等级要求较高，相应地，传感器成本较高；相反，在法兰端，温度低、震动弱，相应地，传感器成本较低。因此，为了获得实时压力反馈，目前可实施的措施是在法兰端布置压力传感器，而非将传感器布置于发动机端。
在实际应用中，油泵与发动机之间的供油管路约有3m长，如此长且弯折的管路以及布置于管路中的滤清器和接插件会造成一定程度的压力损失，该损失最大可达0.4bar。因此，用法兰端油压Pflange代替发动机端油压Pengine作为压力反馈来实施控制是不精确的。
为此，本发明的出发点在于，考虑量化油泵法兰端与发动机端之间的压力损失，即，压降Pdrop(Pdrop＝Pflange–Pengine)，将该压降补偿给法兰出口处的压力，得到相对精确的发动机端油压的估算值，从而基于发动机端的实际油压与设定的目标油压来控制油泵的供油压力。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种基于油压补偿的按需供油系统，其可包括：油泵，该油泵用于向车辆发动机供给燃油；检测模块，该检测模块用于检测油泵电压和油泵法兰端的油压；油压补偿模块，该油压补偿模块基于由所述检测模块检测的油泵电压和油泵法兰端的油压来获取油泵法兰端到发动机端之间的输油管路的压降，并将该压降补偿给油泵法兰端油压以获取发动机端的实际油压；以及控制器，该控制器基于由所述油压补偿模块获得的发动机端的实际油压与设定的目标油压来控制油泵的供油压力。
优选地，所述油压补偿模块可包括：流量估计模块，该流量估计模块用于基于由所述检测模块检测的油泵电压和油泵法兰端的油压来估计油泵流量；管路压降估计模块，该管路压降估计模块基于由所述流量估计模块估计的油泵流量来估计油泵法兰端到发动机端之间的输油管路的压降；以及减法器，该减法器用于计算由所述检测模块检测的油泵法兰端的油压与由所述管路压降估计模块获取的输油管路的压降之间的油压差，以获取发动机端的实际油压。
优选地，所述流量估计模块可包括存储有油泵电压和油泵法兰端的油压与油泵流量之间的对应关系的流量数据库。
优选地，所述流量数据库中存储的油泵电压和油泵法兰端的油压与油泵流量之间的对应关系可以是通过实验数据预先获得的拟合函数，该拟合函数的自变量为油泵电压和油泵法兰端的油压，因变量为油泵流量；或者所述流量数据库中存储的油泵电压和油泵法兰端的油压与油泵流量之间的对应关系是通过实验数据预先获得的多输入-单输出的查表单元，当将油泵电压和油泵法兰端的油压作为输入带入该多输入-单输出的查表单元时，能够获得油泵流量。
优选地，所述管路压降估计模块可包括存储有油泵流量与输油管路的压降之间的对应关系的压降数据库。
优选地，所述压降数据库中所存储的油泵流量与输油管路的压降之间的对应关系可以是基于实验数据预先获得的拟合函数，拟合函数的自变量为油泵流量，因变量为输油管路的压降；或者所述压降数据库中所存储的油泵流量与输油管路的压降之间的对应关系是基于实验数据预先获得的单输入-单输出查表单元，当将油泵流量作为输入带入该单输入-单输出查表单元中时，能够检索出输油管路的压降。
优选地，该系统还可包括一个或多个低通滤波器，用于对由所述检测模块检测的电压和油泵法兰端油压以及由所述管路压降估计模块获取的压降信号进行滤波以抑制其中的高频段干扰信号。
根据本发明的另一方面，提供一种基于油压补偿的按需供油方法，其可包括如下步骤：检测油泵电压和油泵法兰端的油压；基于所检测到的油泵电压和油泵法兰端的油压来获取油泵法兰端到发动机端之间的输油管路的压降，并将该压降补偿给油泵法兰端油压以获取发动机端的实际油压；以及基于发动机端的实际油压与设定的目标油压来控制油泵的供油压力。
优选地，获取发动机端的实际油压的步骤可包括：基于所检测到的油泵电压和油泵法兰端的油压来估计油泵流量；基于所估计的油泵流量来估计油泵法兰端到发动机端之间的输油管路的压降；以及计算油泵法兰端的油压与所述输油管路的压降之间的油压差，以获得发动机端的实际油压。
优选地，估计油泵流量的步骤可包括：将所检测到的油泵电压和油泵法兰端的油压作为输入带入通过实验数据预先获得的拟合函数或多输入-单输出的查表单元中，从而获得油泵流量。
优选地，估计输油管路的压降的步骤可包括：将所估计的油泵流量作为输入带入通过实验数据预先获得的拟合函数或单输入-单输出的查表单元中，从而获得输油管路的压降。
优选地，该方法还可包括对油泵电压、油泵法兰端的油压以及所述输油管路的压降进行滤波以抑制其中的高频段干扰信号的步骤。
综上所述，根据本发明的基于油压补偿的按需供油系统与方法，基于油泵的电压和油压来获取油泵的流量，并基于油泵的流量来确定油泵法兰端与发动机端之间的输油管路的压降，再通过求取油泵法兰端油压与管路压降之间的差值以作为发动机端的实际油压，从而基于发动机端所获得的实际油压和设定的目标油压来控制油泵的供油压力。由此可见，根据本发明的基于油压补偿的按需供油系统是一个实时、动态的闭环控制系统：其能够实时获取车辆发动机端的实际油压，并基于该实时获取的发动机端实际油压来对油泵的供油能力进行动态控制，即，动态地控制油泵法兰端的油压，该油压进而可用于更新/确定发动机端的实际油压，由此实现对油泵供油能力的循环控制，从而减小发动机端的目标油压和实际油压之间的误差，实现更精确的“按需供油”。
附图说明
下文将参考附图进一步描述本发明的实施例，在附图中：
图1示出了用于车辆的常规按需供油系统的示意图；
图2示出了根据本发明的示例性实施例的基于油压补偿的按需供油系统的结构图；
图3示出了基于实验数据得到的关于流量与油泵电压、油泵法兰端油压间的函数关系的拟合曲面；
图4示出了根据本发明的示例性实施例的基于油压补偿的按需供油方法的工作流程图。
具体实施方式
下面将参照附图并通过实施例来描述根据本发明的基于油压补偿的按需供油系统与方法。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方法、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。
图1示出了常规的按需供油系统的示意图。如图1中所示，在常规的按需供油系统中，油泵控制器只能获得由法兰端的压力传感器测得的油压Pflange，而无法获取真正需要的发动机端油压Pengine。在法兰端到发动机端之间存在供油管路、滤清器等结构会使油压造成损失，形成压降Pdrop。具体而言，管路的材料、长度、直径、形状以及滤清器的尺寸、过滤材料等均会对压力损失带来影响。对于同一车型，管路特性和滤清器特性确定，即，对压力损失造成的影响可视为恒定。因而，管路的压力损失主要体现在流量上，燃油的压力损失与流量之间的关系可通过如下公式量化。
Pdrop＝K×Q2；
其中，K表示与管路的结构、形状等有关的流量系数，针对同一车型，K值恒定；Q表示流量。
图2示出了根据本发明的示例性实施例的基于油压补偿的按需供油系统1的结构图。如图2中所示，该系统1包括用于向发动机(未示出)泵送燃油的油泵90和用于控制油泵90向发动机的燃油泵送的控制器80，此外，该系统1还可包括用于检测燃油泵电压和油泵法兰端的油压的检测模块120，例如该检测模块120可包括车辆的按需供油系统中已有的一个或多个传感器。为了补偿油泵法兰端到发动机端之间的输油管路引起的油压损失，该系统1还包括油压补偿模块10，该油压补偿模块10将由所述输油管路引起的压降补偿给油泵法兰端油压，以获取发动机端的实际油压。具体地，油压补偿模块10包括用于根据燃油泵电压和油泵法兰端的油压估计油泵的燃油流量的流量估计模块20和用于根据油泵流量估计油泵法兰端到发动机端之间的输油管路压降的管路压降估计模块30。流量估计模块20与油泵90连接以接收油泵90的电压和油泵法兰端的油压。优选地，在流量估计模块20与油泵90之间设置有一个或多个低通滤波器60、70，用于联合地或分别对油泵90的电压和油压进行滤波以抑制其中的高频段干扰信号。
作为示例，流量估计模块20可包括与油泵的特性参数有关的流量数据库50，在该流量数据库50中存储有油泵电压和油泵法兰端油压与燃油流量之间的对应关系，例如，油泵的这三个参数(电压、油压与流量)之间的对应关系可以是通过实验数据获得的拟合函数，该拟合函数例如可以是自变量为油泵电压和油泵法兰端油压、因变量为油泵的流量的二元一次函数。例如，图3示出了基于实验数据得到的关于流量与油泵电压、压力间的函数关系的拟合曲面，如图3中所示，流量与油泵电压、压力间的函数关系是一平面函数。即，在同一油压下，燃油的流量与油泵电压成线性关系，并且在不同油压下，燃油的流量与油泵电压之间的线性关系斜率相同；同样地，在同一油泵电压水平下，燃油的流量与油压成线性关系，并且在不同油泵电压水平下，燃油的流量与油压之间的线性关系斜率相同。
替代地，油泵的电压、油压与流量之间的对应关系也可以是通过实验数据获得的多输入-单输出的查表单元，当将油泵的电压和油压作为输入带入到该查表单元中时，能够检索出油泵泵送的燃油的估计流量。
按照上述或其它可能的方式获得的油泵的燃油流量可如下文所述用于进一步估计输油管路造成的压降，也可作为其它目的单独使用，例如，所估计的流量可用于检测车辆油泵的泵送能力或者输油管路是否受阻塞等等。
根据本发明的示例性实施例，管路压降估计模块30与流量估计模块20连接以基于由流量估计模块20提供的估计流量来估计输油管路的压降。具体地，该管路压降估计模块30包括存储有油泵的燃油流量与输油管路的压降之间的对应关系的压降数据库100，例如，在该压降数据库100中预先存储有通过实验数据获得的油泵流量与管路压降之间的对应关系的单输入-单输出查表单元，当将估计的油泵流量带入该单输入-单输出查表单元中时，能够检索出管路的估计压降。替代地，该压降数据库100中还可预先存储有基于实验数据获得的拟合函数，该拟合函数例如可以是自变量为油泵的流量Q、因变量为输油管路压降Pdrop的一元二次函数(Pdrop＝K×Q2)。针对同一车型，由于流量系数K恒定，燃油流量与压降之间的对应关系唯一确定。
本领域技术人员应当理解的是，本实施例仅是示例性的，并且本发明并不排除包括其它可获取油泵的实时流量和依据燃油流量估算压降的方法。
此外，油压补偿模块10还可包括减法器40，该减法器40分别接收来自油泵90的法兰端油压和来自压降获取模块30的有关输油管路的估计压降，并将二者做差值以获得的发动机端实际油压的估算值Pengine(Pengine＝Pflange–Pdrop)。优选地，在将各压力值传送至减法器之前，可借助低通滤波器60和110分别对油泵90的法兰端油压和管路压降估计模块30的估计压降进行滤波以抑制其中的高频段干扰信号。
根据本发明的示例性实施例，减法器40将其求得的发动机端实际油压的估算值Pengine反馈给控制器80，控制器80基于发动机端实际油压的估算值Pengine与设定的目标油压Ptarget来控制油泵的供油压力，即，对油泵法兰端的油压进行控制，这种控制优选借助电压/占空比信号的方式来执行。
图4示出了根据本发明的示例性实施例的基于油压补偿的按需供油方法的工作流程图。下文将参考图4来详细描述基于油压补偿的按需供油方法的各个步骤。
首先，在步骤S101中，检测油泵电压和油泵法兰端油压Pflange，例如，该检测步骤可借助车辆的供油系统中已有的传感器来执行。
其次，在步骤S102中，基于所检测到的油泵电压和油泵法兰端油压来估计油泵流量Q。作为一个示例，步骤S102可包括将油泵电压和油泵法兰端油压作为输入变量代入至通过实验数据预先获得的拟合函数中，从而获得油泵的流量。替代地，步骤S102还可包括将油泵电压和油泵法兰端油压作为输入带入通过实验数据预先获得的多输入-单输出的查表单元中，从而检索出油泵的估计流量。
优选地，在步骤S101与步骤S102之间还可包括借助低通滤波器分别对油泵的电压和油压进行滤波以抑制其中的高频段干扰信号的步骤。
随后，在步骤S103中，基于油泵流量来估计油泵法兰端到发动机端之间的输油管路的压降Pdrop。作为一个示例，步骤S103可包括将在步骤S102中获得的估计流量带入到通过实验数据预先获得的单输入-单输出查表单元中，从而检索出管路的估计压降。替代地，步骤S103还可包括将在步骤S102中获得的估计流量Q代入到通过实验数据预先获得的拟合函数(例如一元二次函数Pdrop＝K×Q2，其中，K为与管路结构有关的常数)中，从而检索出管路的估计压降。
再者，在步骤S104中，将输油管路的估计压降地补偿给油泵法兰端油压，即，计算油泵法兰端油压Pflange与输油管路的估计压降Pdrop之差，以获得发动机端实际油压的估算值Pengine(Pengine＝Pflange–Pdrop)。优选地，在步骤S104之前可包括借助低通滤波器对在步骤S103中获得的管路压降进行滤波以抑制其中的高频段干扰信号的步骤。
最后，在步骤S105中，基于在步骤S104中获得的发动机端实际油压的估算值Pengine与设定的目标油压Ptarget来动态地控制油泵的供油压力。
综上所述，根据本发明的基于油压补偿的按需供油系统与方法，基于油泵的电压和油压来获取油泵的流量，并基于油泵的流量来确定油泵法兰端与发动机端之间的输油管路的压降，再对法兰出口端的压力进行补偿，即，求取油泵法兰端油压与管路压降之间的差值以作为发动机端的实际油压，从而基于发动机端的所获得的实际油压和设定的目标油压来实施对油泵泵油量的控制。由此可见，根据本发明的基于油压补偿的按需供油系统能够对油泵的供油能力进行实时、动态的闭环控制，从而缩小发动机端的目标油压和实际油压之间的误差，实现更精确的“按需供油”。
在本申请中，本领域普通技术人员可以理解，所揭露的系统可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块的功能可以结合或者某个模块的功能可以被进一步拆分。本申请的按需供油系统中的流量估计模块、管路压降估计模块、减法器、低通滤波器、控制器等可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现，或者可采用软、硬件结合的形式实现。
所述集成的单元如果以硬件功能单元的形式实现时，各个模块是使用硬件逻辑实现特定功能的电路级硬件，并且各个硬件之间的连接关系是明确的硬件连接关系。本申请利用上述硬件来实现与上位机之间的网络连接以及各模块之间的电连接，并且完成信号传送与处理操作。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)或微控制器(microcontroller unit)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (12)

1.一种基于油压补偿的按需供油系统，其特征在于，该系统包括：
油泵，该油泵用于向车辆发动机供给燃油；
检测模块，该检测模块用于检测油泵电压和油泵法兰端的油压；
油压补偿模块，该油压补偿模块包括流量估计模块和管路压降估计模块，该流量估计模块基于由所述检测模块检测的油泵电压和油泵法兰端的油压来估计油泵流量，该管路压降估计模块基于由所述流量估计模块估计的油泵流量来估计油泵法兰端到发动机端之间的输油管路的压降，并将该压降补偿给油泵法兰端油压以获取发动机端的实际油压；以及
控制器，该控制器基于由所述油压补偿模块获得的发动机端的实际油压与设定的目标油压来控制油泵的供油压力。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述油压补偿模块还包括：
减法器，该减法器用于计算由所述检测模块检测的油泵法兰端的油压与由所述管路压降估计模块获取的输油管路的压降之间的油压差，以获取发动机端的实际油压。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述流量估计模块包括存储有油泵电压和油泵法兰端的油压与油泵流量之间的对应关系的流量数据库。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述流量数据库中存储的油泵电压和油泵法兰端的油压与油泵流量之间的对应关系是通过实验数据预先获得的拟合函数，该拟合函数的自变量为油泵电压和油泵法兰端的油压，因变量为油泵流量；或者所述流量数据库中存储的油泵电压和油泵法兰端的油压与油泵流量之间的对应关系是通过实验数据预先获得的多输入-单输出的查表单元，当将油泵电压和油泵法兰端的油压作为输入带入该多输入-单输出的查表单元时，能够获得油泵流量。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述管路压降估计模块包括存储有油泵流量与输油管路的压降之间的对应关系的压降数据库。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述压降数据库中所存储的油泵流量与输油管路的压降之间的对应关系是基于实验数据预先获得的拟合函数，拟合函数的自变量为油泵流量，因变量为输油管路的压降；或者所述压降数据库中所存储的油泵流量与输油管路的压降之间的对应关系是基于实验数据预先获得的单输入-单输出查表单元，当将油泵流量作为输入带入该单输入-单输出查表单元中时，能够检索出输油管路的压降。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的系统，其特征在于，该系统还包括一个或多个低通滤波器，用于对由所述检测模块检测的电压和油泵法兰端油压以及由所述管路压降估计模块获取的压降信号进行滤波以抑制其中的高频段干扰信号。
8.一种基于油压补偿的按需供油方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
检测油泵电压和油泵法兰端的油压；
基于所检测到的油泵电压和油泵法兰端的油压来估计油泵流量；
基于所估计的油泵流量来估计油泵法兰端到发动机端之间的输油管路的压降，并将该压降补偿给油泵法兰端油压以获取发动机端的实际油压；以及
基于发动机端的实际油压与设定的目标油压来控制油泵的供油压力。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将压降补偿给油泵法兰端油压以获取发动机端的实际油压的步骤包括：
计算油泵法兰端的油压与所述输油管路的压降之间的油压差，以获得发动机端的实际油压。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，估计油泵流量的步骤包括：
将所检测到的油泵电压和油泵法兰端的油压作为输入带入通过实验数据预先获得的拟合函数或多输入-单输出的查表单元中，从而获得油泵流量。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，估计输油管路的压降的步骤包括：将所估计的油泵流量作为输入带入通过实验数据预先获得的拟合函数或单输入-单输出的查表单元中，从而获得输油管路的压降。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括对油泵电压、油泵法兰端的油压以及所述输油管路的压降进行滤波以抑制其中的高频段干扰信号的步骤。
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