CN110332053A - 一种混合动力车的发动机进气控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合动力车的发动机进气控制方法，混合动力控制单元接收驾驶员输入的踏板信号，并将发动机的目标转矩值输出至进气控制模块；进气控制模块比较目标转矩值与控制策略切换阈值的大小，设定节气门与旁通阀的控制参数；转矩估算模块采集发动机的运行状态参数，并计算出估算转矩值，且反馈至混合动力控制单元与进气控制模块。通过本发明的发动机进气控制方法，可以使发动机快速响应并满足混合动力控制单元的转矩跟随性要求，并且在瞬态过程中，发动机进气量波动较小，转矩输出更加平稳。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电子控制技术领域，且特别是有关于一种混合动力车的发动机进气控制方法。
背景技术
目前的混合动力汽车至少包含两种动力源，一种是内燃机，一种是车载电池；并且混合动力汽车至少具有四种工作模式：纯电力驱动、纯汽油驱动、行车充电与混合驱动模式。混合动力汽车在模式切换过程中更容易发生转矩波动，对发动机的转矩输出的跟随性、平顺性要求比传统燃油车更高。影响发动机进气量的控制参数主要为：节气门开度、增压压力、进排气门开闭正时和EGR阀(Exhaust Gas Recirculation，废气再循环阀)开度，常见的技术路线为：涡轮增压+米勒/阿特金森循环+EGR阀控制，而不同控制参数组合可以带来相同的进气量，这给发动机精确进气控制带来了较大难度。
发明内容
本发明提供了一种混合动力车的发动机进气控制方法，通过转矩估算模块采集运行状态参数并计算出估算转矩值，混合动力控制单元根据估算转矩值与发动机目标转矩值的差异，合理地补偿发动机的转矩波动，提高转矩的跟随性；进气控制模块根据发动机的目标转矩值，采用不同的节气门+增压压力协同闭环控制策略，实现发动机精准进气控制，从而保证模式切换过程中发动机转矩平稳性。
一种混合动力车的发动机进气控制方法，所述发动机的进气控制阀包括连接于所述发动机进气口的节气门与连接于所述节气门进气管的旁通阀；
所述发动机进气控制方法包括以下步骤：
通过混合动力控制单元接收驾驶员踏板输入的总目标转矩值，并分配所述总目标转矩值输出至动力源，且将所述发动机的目标转矩值输出至进气控制模块；
通过所述进气控制模块比较所述发动机的目标转矩值与控制策略切换阈值的大小，控制所述节气门与所述旁通阀；
通过转矩估算模块采集所述发动机的运行状态参数，并计算出所述估算转矩值，且反馈至所述混合动力控制单元与所述进气控制模块。
本发明一实施例中，若所述发动机的目标转矩值小于等于所述控制策略切换阈值，则所述旁通阀全开，并输出总控制信号控制所述节气门；
若所述节气门经所述总控制信号调节后的开度大于所述节气门开度限值，则所述节气门设为全开。
本发明一实施例中，若所述发动机的目标转矩值大于所述控制策略切换阈值，则所述节气门全开，并输出所述总控制信号控制所述旁通阀；
若所述增压压力经所述总控制信号调节后大于所述增压压力限值，则所述增压压力设为所述增压压力限值。
本发明一实施例中，所述动力源至少包括所述发动机与电机。
本发明一实施例中，当所述发动机的目标转矩值大于所述估算转矩值时，将补偿转矩值输出至除所述发动机之外的其他所述动力源；
其中，所述补偿转矩值是述发动机的目标转矩值与所述估算转矩值的差值。
本发明一实施例中，所述补偿转矩值输入反馈控制模块，得到反馈控制信号；所述发动机的转速与目标转矩输入发动机控制单元，得到前馈控制信号。
本发明一实施例中，所述总控制信号是所述反馈控制信号与所述前馈控制信号的叠加信号。
本发明一实施例中，所述控制策略切换阈值是所述节气门全开且所述旁通阀全开时所述发动机的输出转矩值。
本发明一实施例中，所述运行状态参数包括：进气温度、进气压力、进气流量、排气温度、空燃比、转速与转矩。
本发明一实施例中，所述反馈控制模块为比例积分控制模块。
本发明通过神经网络算法得出发动机转矩估算值，并对比发动机的目标转矩，协同闭环控制节气门与增压压力，使发动机快速响应并满足混合动力控制单元的转矩跟随性要求；在瞬态过程中发动机的进气量波动较小，在模式切换的过程中，发动机的转矩输出更加平稳，提高了驾驶的舒适性。
为让发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明混合动力车发动机进气控制方法实施框图；
图2为图1中进气控制模块的控制流程图；
图3为本发明的节气门与旁通阀控制信号处理实施例；
图4为发动机转速-BMEP曲线实施例；
图5为图1中转矩估算模块的具体实施例。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
如图1所示，本发明混合动力车发动机进气控制方法实施框图，包括驾驶员踏板1、混合动力控制单元2、进气控制模块3、发动机4和转矩估算模块5，混合动力控制单元2接收驾驶员踏板1输入的总目标转矩值，并将发动机4的目标转矩值输出至进气控制模块3；进气控制模块3比较发动机4的目标转矩值与控制策略切换阈值的大小，设定节气门306与旁通阀307的控制参数，进而协同控制发动机4的进气量；转矩估算模块5采集发动机4的运行状态参数，并实时估算发动机的估算转矩值303，且反馈至混合动力控制单元2与进气控制模块3。
在本发明的一个具体实施例中，动力源包括发动机4与电机6，且所述发动机4为汽油机。由于发动机4转矩输出存在波动且响应时间较长，电机6转矩输出较为精准且响应时间较短，混合动力车在混合动力模式下，常使用电机6补偿发动机的转矩波动。当混合动力控制单元2接收驾驶员踏板1输入的总目标转矩值，并接收发动机4的估算转矩值303后，混合动力控制单元2可基于估算转矩值303提前做出响应，比较估算转矩值303与发动机4的目标转矩值的大小，若估算转矩值303小于发动机目标转矩值302，则混合动力控制单元2将发动机目标转矩值302与估算转矩值303的差值作为补偿转矩值输出至电机6，使得电机6在瞬态过程中给出精确的补偿转矩，提高了混合动力控制单元2的转矩跟随性。
如图2所示，进气控制模块3的控制方法的实施流程图，包括以下步骤：
步骤S201，判断发动机目标转矩值302是否大于控制策略切换阈值，若是，则进入步骤S203；若否，则进入步骤S202。
步骤S202，旁通阀307设为全开，进气控制模块3输出总控制信号310控制节气门306。
步骤S203，节气门306设为全开，进气控制模块3输出总控制信号310控制旁通阀307。
具体地说，当发动机目标转矩值302小于等于控制策略切换阈值时，此时发动机4的需求转矩较小，闭环控制调节节气门306的开度，并通过全开旁通阀307，限制涡轮增压机输出，即在低转矩需求下，通过控制节气门306限制增压压力，以满足发动机4的进气需求；当发动机的目标转矩值304大于控制策略切换阈值时，即在高转矩的需求下，节气门306全开并配合闭环控制的增压压力，以增大发动机4的进气量。
进一步地，为了避免反馈控制的过程中进气控制阀超调量过大而造成转矩输出波动，进气控制模块3判断节气门306与旁通阀307的调整值大小是否合理，这里需要预先设定节气门306开度限值与增压压力限值，例如，节气门306开度限值可设置为90°，增压压力限值可设置为3.5Bar，而根据节气门306构造可知，节气门306在90°时为最大开度，若节气门306经总控制信号310调节后大于90°则实际开度反而减小。具体地，进气控制模块3的控制过程还包括以下步骤：
步骤S204，当对节气门306采用总控制信号310调控后，判断节气门306开度是否大于预设的节气门306开度限值，若大于节气门306开度限值，则进入S205；若小于等于节气门306开度限值，进入步骤S206。
步骤205，节气门306开度设为全开。
步骤206，节气门306继续采用总控制信号310进行控制。
步骤207，当对旁通阀307采用总控制信号310调控后，判断增压压力是否大于预先设定的增压压力限值，若大于增压压力限值，则进入步骤208；若小于等于所述增压压力限值，则进入步骤209。
步骤208，增压压力设为增压压力限值。
步骤209，增压压力继续采用总控制信号310进行控制。
具体地说，经过总控制信号310调控后，进气控制模块3判断节气门306与旁通阀307是否发生超调，即判断节气门306开度与增压压力是否大于预先设置的限值，提高进气的稳定性。
如图3所示，本发明的节气门306与旁通阀307控制信号处理实施例，发动机目标转矩值302与估算转矩值303的差值，即补偿转矩值，输入反馈控制模块305，得到反馈控制信号309；发动机转速301与发动机目标转矩302输入发动机控制单元304，得到前馈控制信号308；反馈控制信号309与前馈控制信号308的叠加得到总控制信号310，总控制信号310通过进气控制模块3输出至节气门306或旁通阀307。本实施例中，发动机控制单元304通过内部预设的发动机万有特性图，即一组发动机参数特性关系曲线，反映发动机4的运行参数之间的变化关系。也就是说，通过发动机控制单元304，可以得到前馈控制信号308。进气控制模块3对节气门306与旁通阀307的协同控制，基于发动机控制单元304中预设的发动机万有特性，并叠加反馈控制模块305处理得到的总控制信号310，从而减小估算转矩值303与发动机目标转矩值302的差值。
如图4所示，发动机转速-BMEP曲线实施例图，其中控制策略切换阈值设置为节气门306全开且旁通阀307全开时，发动机4的输出转矩值。而实际应用中，控制策略切换阈值并非定值，对于同一种车型，其控制策略切换阈值可以通过发动机转速-BMEP(Brake MeanEffective Pressure，平均有效制动压力)曲线表现。结合发动机转速-BMEP曲线，在需求转矩较低的情况下，优先通过增大节气门306的开度增加发动机4进气量；在需求转矩较大，节气门306全开已不能满足车辆动力需求时，再增大增压压力，从而减少涡轮增压机的介入，提高燃油经济性，减少油耗和排放。
如图5所示，图1中转矩估算模块5的具体实施例，采用了神经网络算法对发动机转矩进行实时估算。神经网络是一种黑箱模型，模型中参数没有实际意义，需通过大量实验数据对模型进行训练才能获得较高拟合精度。通过合理训练后，转矩估算模块5即可满足转矩估计精度，还能在瞬态过程中对发动机4每循环输出转矩进行估计，满足发动机4转矩输出的时效性要求。
在本实施例中，转矩估算模块5之所以能准确预测发动机4实时转矩输出，主要取决于选择合适的神经网络结构和节点传递函数，并且需要大量有效的训练数据。本发明的发动机4进气控制方法主要针对发动机4瞬态进气过程进行控制，因此训练数据应包含混合动力发动机在常用瞬态工况下测得的数据。瞬态数据采集时，设置好发动机4台架瞬态响应需求，即设置转速、转矩随时间变化的函数，并以固定频率采集所需传感器信号，例如，采集频率可设置为每0.1s采集一次，采集的传感器信号至少包括：进气温度、进气压力、进气流量、排气温度、空燃比、转速、转矩等。此外，训练数据需要包含稳态工况数据，使发动机4按万有特性需求工况点运行，并测得所需传感器信号。需要说明的是，采集的训练数据仍以瞬态工况为主，瞬态工况与稳态工况的数据量之比应高于一定比例，例如10:1；并且为了保证转矩估算精度，总数据量达到一定规模，例如，总数据量应超过2000组。
由于汽油发动机空燃比约等于1，进气量是影响输出转矩的主要因素，同时应考虑进气状态、空燃比、点火角对缸内燃烧情况的影响，因此转矩估算模块5采集转速、循环进气量、进气压力、进气温度、点火角和空燃比等运行状态参数作为的输入信号，并输出发动机的估算转矩值303。
本发明所述转矩估算模块5、进气控制模块3等为的数字控制器或模拟电路，也可以是数字控制器中软件程序中的一段算法。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
Claims (10)
1.一种混合动力车的发动机进气控制方法，其特征在于，所述发动机的进气控制阀包括连接于所述发动机进气口的节气门与连接于所述节气门进气管的旁通阀；
所述发动机进气控制方法包括以下步骤：
通过混合动力控制单元接收驾驶员踏板输入的总目标转矩值，并分配所述总目标转矩值输出至动力源，且将所述发动机的目标转矩值输出至进气控制模块；
通过所述进气控制模块比较所述发动机的目标转矩值与控制策略切换阈值的大小，控制所述节气门与所述旁通阀；
通过转矩估算模块采集所述发动机的运行状态参数，并计算出所述估算转矩值，且反馈至所述混合动力控制单元与所述进气控制模块。
2.如权利要求1所述一种混合动力车的发动机进气控制方法，其特征在于，若所述发动机的目标转矩值小于等于所述控制策略切换阈值，则所述旁通阀全开，并输出总控制信号控制所述节气门；
若所述节气门经所述总控制信号调节后的开度大于所述节气门开度限值，则所述节气门设为全开。
3.如权利要求1所述一种混合动力车的发动机进气控制方法，其特征在于，若所述发动机的目标转矩值大于所述控制策略切换阈值，则所述节气门全开，并输出所述总控制信号控制所述旁通阀；
若所述增压压力经所述总控制信号调节后大于所述增压压力限值，则所述增压压力设为所述增压压力限值。
4.如权利要求1所述一种混合动力车的发动机进气控制方法，其特征在于，所述动力源至少包括所述发动机与电机。
5.如权利要求4所述一种混合动力车的发动机进气控制方法，其特征在于，当所述发动机的目标转矩值大于所述估算转矩值时，将补偿转矩值输出至除所述发动机之外的其他所述动力源；
其中，所述补偿转矩值是述发动机的目标转矩值与所述估算转矩值的差值。
6.如权利要求5所述一种混合动力车的发动机进气控制方法，其特征在于，所述补偿转矩值输入反馈控制模块，得到反馈控制信号；所述发动机的转速与目标转矩输入发动机控制单元，得到前馈控制信号。
7.如权利要求6所述一种混合动力车的发动机进气控制方法，其特征在于，所述总控制信号是所述反馈控制信号与所述前馈控制信号的叠加信号。
8.如权利要求1所述一种混合动力车的发动机进气控制方法，其特征在于，所述控制策略切换阈值是所述节气门全开且所述旁通阀全开时所述发动机的输出转矩值。
9.如权利要求1所述一种混合动力车的发动机进气控制方法，其特征在于，所述运行状态参数包括：进气温度、进气压力、进气流量、排气温度、空燃比、转速与转矩。
10.如权利要求6所述一种混合动力车的发动机进气控制方法，其特征在于，所述反馈控制模块为比例积分控制模块。
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