CN112855355A - 一种可变气门正时系统的自学习控制方法、系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可变气门正时系统的自学习控制方法、系统及车辆，属于车辆领域。该自学习控制方法包括：控制增程器发动机的转速和负载以预设斜率增长，以使得增程器满足自学习激活条件的时间达到可变气门正时系统的自学习要求时间；在增程器发动机满足自学习激活条件时，控制可变气门正时系统进行自学习；判断可变气门正时系统的自学习是否完成；在自学习完成后根据可变气门正时系统的自学习值修正可变气门正时系统的参考基点位置。本发明还提供了与自学习控制方法对应的自学习控制系统以及包括自学习控制系统的车辆。本发明的本发明的自学习控制方法、系统及车辆能够保证增程器自学习成功，进而保证增程器发动机正常运行。

Description

一种可变气门正时系统的自学习控制方法、系统及车辆
技术领域
本发明属于车辆领域，特别是涉及一种可变气门正时系统的自学习控制方法、系统及车辆。
背景技术
随着内燃机技术的发展，为获得更高的性能指标，各种新兴技术被应用于内燃机，其中发动机可变气门正时技术(VVT，Variable Valve Timing)就是其中一种，该技术通过改变发动机的配气相位，从而提高进气充量，提高发动机的扭矩和功率，同时还能显著降低燃油消耗率及排放污染物。VVT技术核心就是根据不同的转速、不同的负荷确定出最佳的气门重叠角。随着发动机转速升高，气缸内进气和排气的绝对时间也越短，进气歧管或排气歧管内的气流也越快，此时发动机需要尽可能延长进气时间和排气时间，需要适当增大气门重叠角度，但是气门重叠角过大，废气就会过多的泻入进气歧管，吸气量反而会下降，气缸内气流也会紊乱，最终导致燃烧恶化，扭矩不稳等一系列问题。可见只有精确地控制VVT才能达到最佳的效果，否则就会适得其反。
由于VVT机构在安装时不可避免地产生误差，以及在使用过程中正时链条或者正时皮带的磨损，这些都会使VVT的机械止点(VVT角度的参考零点)产生偏移，从而影响VVT的控制精度。为弥补机械止点的偏移，需要每个驾驶循环对VVT机械止点的位置进行重新测量，此过程称之为VVT机械止点自学习(简称VVT自学习)。同时VVT自学习也是VVT能够正常工作的使能条件之一。如果VVT自学习不成功，VVT执行机构就不能正常开启，增程器(由发动机和发电机组成)也无法正常工作。
传统车辆的发动机在运行过程中进入怠速或者低转速小负荷工况时，VVT就能够完成自学习，从而激活VVT工作状态。由于VVT自学习时，VVT电磁阀会强行控制VVT回到机械止点，所以如果在高速大负荷工况进行VVT自学习，VVT角度的突变会导致发动机运转不平顺，甚至抖动异响的问题，因此为保证增程器的运行安全，一般VVT自学习选择在低转速小负荷工况进行。
考虑到燃油经济性和功率需求，增程器的工作点一般选择在较低油耗区(中等转速中等负荷)，因此增程器没有低转速小负荷及怠速工况，转速和负荷不能同时满足VVT自学习的条件，从而导致VVT自学习失败。VVT自学习的转速条件如图1所示，实线为目前现状，发动机从起动到目标转速的过程，A点为首次满足VVT自学习的条件，VVT进入自学习状态，但是到B点时，VVT自学习的时间要求还未完成，转速却超出了自学习转速范围，此时VVT将退出自学习。也就是当前的控制策略不能保证VVT的自学习时间。
发明内容
本发明第一方面的一个目的是提供一种可变气门正时系统的自学习控制方法，能够保证增程器自学习成功，进而保证增程器发动机正常运行。
本发明的进一步的一个目的是要在不影响增程器的燃油经济性的前提下保证VVT能够在每一个驾驶循环中均能成功自学习。
本发明第二方面的一个目的是提供一种可变气门正时系统的自学习控制系统，能够保证增程器发动机正常运行。
本发明第三方面的一个目的是提供一种包括自学习控制系统的车辆。
特别地，本发明提供了一种可变气门正时系统的自学习控制方法，所述可变气门正时系统安装于增程器发动机，所述自学习控制方法包括：
控制所述增程器发动机的转速和负载以预设斜率增长，以使得所述增程器满足自学习激活条件的时间达到所述可变气门正时系统的自学习要求时间；
在所述增程器发动机满足自学习激活条件时，控制所述可变气门正时系统进行自学习；
判断所述可变气门正时系统的自学习是否完成；
在自学习完成后根据所述可变气门正时系统的自学习值修正所述可变气门正时系统的参考基点位置。
可选地，控制所述增程器发动机的转速和负载以预设斜率增长的步骤，包括：
通过调整功率点切换过程PID控制器的比例系数值控制所述增程器发动机的转速和负载以预设斜率增长。
可选地，所述自学习激活条件包括：
所述增程器发动机的迟滞转速处于预设转速范围、迟滞充气量处于预设充气范围、增程器发动机水温处于预设温度范围、增程器发动机启动时间大于预设时间值和本驾驶循环所述可变气门正时系统还未进行自学习。
可选地，在所述增程器发动机满足自学习激活条件时，控制所述可变气门正时系统进行自学习的步骤，包括：
在所述增程器发动机满足自学习激活条件时，VVT电磁阀控制所述可变气门正时系统回到机械止点开始进行自学习。
可选地，判断所述可变气门正时系统的自学习是否完成的步骤之后，还包括：
在自学习完成后将自学习值存储到车辆的存储器中。
可选地，在自学习完成后根据所述可变气门正时系统的自学习值修正所述可变气门正时系统的参考基点位置的步骤，包括：
在自学习完成后根据所述可变气门正时系统的自学习值对所述可变气门正时系统的参考基点位置进行偏差补偿。
特别地，本发明还提供了一种可变气门正时系统的自学习控制系统，所述自学习控制系统包括存储器和处理器，所述存储器内存储有计算程序，所述计算程序被所述处理器执行时用于实现上述任一项所述的自学习控制方法。
特别地，本发明还提供了一种增程式车辆，包括增程器、可变气门正时系统和上述的可变气门正时系统的自学习控制系统。
本发明通过控制所述增程器发动机的转速和负载以预设斜率增长，以使得所述增程器满足自学习激活条件的时间达到所述可变气门正时系统的自学习要求时间，保证每个驾驶循环VVT都能自学习成功，从而保证增程器发动机正常运行。
进一步地，由于本发明是在不改变增程器运行功率点的情况下实现了VVT自学习的功能，保证了增程器的经济性，但同时也牺牲了一定的响应性，因此特别适用于对于响应性要求不高的增程器。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是现有技术和根据本发明一个实施例的自学习控制方法对应的迟滞转速的对比图；
图2是增程器发动机的瞬时转速和迟滞转速的对应关系图；
图3是根据本发明一个实施例的自学习控制方法的流程图；
图4是现有技术VVT自学习过程的参数曲线图；
图5是根据本发明一个实施例的自学习控制方法所对应的参数曲线图。
具体实施方式
如背景技术所述，带有增程器的车辆无法完成VVT自学习主要是没有满足VVT自学习条件的功率点，如果新增一个怠速工况或者低转速小负荷功率点(燃油消耗率较高)，可以满足VVT自学习条件的功率要求，但是会将影响增程器的燃油经济性。本申请考虑到上述问题，致力于在不影响增程器的燃油经济性的前提下通过一定的方式保证VVT能够在每一个驾驶循环中均能成功自学习。
为了更好地理解下文，首先对“迟滞”的概念进行解释。
图2是增程器发动机的瞬时转速和迟滞转速的对应关系图。以增程器发动机的迟滞转速为例，图2中的虚线为增程器发动机的瞬时转速，实现为迟滞转速，迟滞转速是在瞬时转速的基础上引出的一个参数，是指瞬时转速的延迟变化值，作用是为了避免转速波动对自学习产生影响。当瞬时转速变化量达到一个限制(例如图2中的360r/min)后迟滞转速会有一个阶跃。具体的数据对应情况可以是：比如现在迟滞转速为2000r/min，如果瞬时转速一直在1640r/min-2360r/min之间波动，那么迟滞转速一直保持2000r/min不变。只有当瞬时转速超过2360r/min(1640r/min)时，迟滞转速才会变成2360r/min(1640r/min)。
图1是现有技术和根据本发明一个实施例的自学习控制方法所对应的迟滞转速与增程器发动机起动时间的对应关系图，图1中的横坐标是增程器发动机起动时间(这里指增程器发动机)，纵坐标是增程器发动机的迟滞转速。图3是根据本发明一个实施例的自学习控制方法的流程图。本发明提供了一种可变气门正时系统的自学习控制方法，可变气门正时系统安装于增程器发动机。如图3所示，一个实施例中，自学习控制方法包括：
步骤S10：控制增程器发动机的转速和负载以预设斜率增长，以使得增程器满足自学习激活条件的时间达到可变气门正时系统的自学习要求时间。可选地，步骤S10中通过调整功率点切换过程PID控制器的比例系数值Kp控制增程器发动机的转速和负载以预设斜率增长。这里的预设斜率的设置目的是适当降低增程器发动机的转速和负荷的变化斜率。通过控制增程器发动机的转速和负载以预设斜率增长，可以使得增程器发动机的迟滞转速的斜率降低，如图1所示，将迟滞转速的斜率从实线(现有技术)转变为虚线(本实施例)，使得迟滞转速处于VVT自学习迟滞转速范围(如图1中的640r/min-2400r/min)内的时间增长，以达到VVT自学习要求时间。
步骤S20：判断增程器发动机是否满足自学习激活条件，若是进入步骤S30，否则退出自学习模式。
步骤S30：在增程器发动机满足自学习激活条件时，控制可变气门正时系统进行自学习。
步骤S40：判断可变气门正时系统的自学习是否完成，若是进入步骤S50，否则退出自学习模式。
步骤S50：在自学习完成后根据可变气门正时系统的自学习值修正可变气门正时系统的参考基点位置。具体地，步骤S50包括：在自学习完成后根据可变气门正时系统的自学习值对可变气门正时系统的参考基点位置进行偏差补偿。这里的参考基点位置是指可变气门正时系统的执行器的基准位置。未发生磨损时参考基点位置的初始值为0，随着发动机的VVT机械磨损，参考基点位置就会有稍许偏离(比如-1.5°)。比如磨损前的需求角度是30°，实际角度也是30°，而偏差补偿后要想实际角度为30°，那么需求角度就会变成31.5°才可以，自学习值就是通过自学习得出的偏差值(上述的1.5°)，利用该偏差值对参考基点位置进行修正。
本实施例通过优化增程器发动机从起动到目标功率点切换过程PID调节的Kp参数，在满足增程器响应性的要求下，降低增程器发动机转速和负荷的变化斜率(比如0～25kW的切换时间，由7s延长到了10s)，保证增程器发动机从起动到目标功率点的切换过程完成VVT自学习(如图1的虚线，C到D为VVT自学习过程，D点为VVT完成自学习)，从而实现每个驾驶循环VVT均能完成自学习的目标。也就是说，本申请通过控制增程器发动机的转速和负载以预设斜率增长，以使得增程器满足自学习激活条件的时间达到可变气门正时系统的自学习要求时间，保证每个驾驶循环VVT都能自学习成功，从而保证增程器发动机正常运行。
进一步地，由于本实施例是在不改变增程器运行功率点的情况下实现了VVT自学习的功能，保证了增程器的经济性，但同时也牺牲了一定的响应性，因此特别适用于对于响应性要求不高的增程器(若干个固定发电工况)。
一个实施例中，自学习激活条件需要同时满足以下5个条件：
A.增程器发动机的迟滞转速处于预设转速范围；可选地，预设转速范围为640r/min-2400r/min。
B.迟滞充气量处于预设充气范围；可选地，预设充气范围为9.8％-60％。这里的迟滞充气量的概念可以参考前文迟滞转速。
C.增程器发动机水温处于预设温度范围；可选地，预设温度范围为大于-9℃。
D.增程器发动机启动时间大于预设时间值；可选地，预设时间值为3s，即需要满足增程器发动机启动后大于3s才能进行VVT自学习。
E.本驾驶循环可变气门正时系统还未进行自学习。
进一步的一个实施例中，步骤S30包括：
在增程器发动机满足自学习激活条件时，VVT电磁阀控制可变气门正时系统回到机械止点开始进行自学习，一般自学习过程需要2-5s。
一个实施例中，步骤S40之后还包括：在自学习完成后将自学习值存储到车辆的存储器(EEPROM)中。
图4是现有技术VVT自学习过程的参数曲线图。图5是根据本发明一个实施例的自学习控制方法所对应的参数曲线图。图4中的光标1和光标2以及图5中的光标1和光标2所对应的参数值对比如下表1。
Figure BDA0002901226620000061
由表1中的数据对比可知，改善前(现有技术)：增程器发动机起动后达到25kW的过程中：
光标1位置：VVT自学习的5个条件刚好全部满足。
光标2位置：迟滞相对充气量已经不满足VVT自学习的条件。
从光标1位置开始，VVT进入自学习状态，由于VVT自学习的过程需要2-5s的时间，而到光标1位置到光标2位置的时间不满足VVT自学习时间的要求，因此未能自学习成功，VVT自学习状态位一直为0。
改善后(本发明)：增程器发动机起动后从0达到25kW的过程中：
光标1位置：VVT自学习的5个条件刚好全部满足。
光标2位置：完成VVT自学习的时刻。
从光标1位置开始VVT进入自学习状态，且在自学习过程中，5个条件均能一直满足，直到光标2位置，VVT成功完成了自学习，同时VVT自学习状态位变为1。
本发明还提供了一种可变气门正时系统的自学习控制系统，一个实施例中，自学习控制系统包括存储器和处理器，存储器内存储有计算程序，计算程序被处理器执行时用于实现根据上述任一个实施例中的自学习控制方法。
本发明还提供了一种增程式车辆，包括增程器、可变气门正时系统和上述可变气门正时系统的自学习控制系统。
本发明的可变气门正时系统的自学习控制系统和车辆，通过控制增程器发动机的转速和负载以预设斜率增长，以使得增程器满足自学习激活条件的时间达到可变气门正时系统的自学习要求时间，保证每个驾驶循环VVT都能自学习成功，从而保证增程器发动机正常运行。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (8)

1.一种可变气门正时系统的自学习控制方法，所述可变气门正时系统安装于增程器发动机，其特征在于，所述自学习控制方法包括：
控制所述增程器发动机的转速和负载以预设斜率增长，以使得所述增程器满足自学习激活条件的时间达到所述可变气门正时系统的自学习要求时间；
在所述增程器发动机满足自学习激活条件时，控制所述可变气门正时系统进行自学习；
判断所述可变气门正时系统的自学习是否完成；
在自学习完成后根据所述可变气门正时系统的自学习值修正所述可变气门正时系统的参考基点位置。
2.根据权利要求1所述的可变气门正时系统的自学习控制方法，其特征在于，控制所述增程器发动机的转速和负载以预设斜率增长的步骤，包括：
通过调整功率点切换过程PID控制器的比例系数值控制所述增程器发动机的转速和负载以预设斜率增长。
3.根据权利要求2所述的可变气门正时系统的自学习控制方法，其特征在于，所述自学习激活条件包括：
所述增程器发动机的迟滞转速处于预设转速范围、迟滞充气量处于预设充气范围、增程器发动机水温处于预设温度范围、增程器发动机启动时间大于预设时间值和本驾驶循环所述可变气门正时系统还未进行自学习。
4.根据权利要求3所述的可变气门正时系统的自学习控制方法，其特征在于，在所述增程器发动机满足自学习激活条件时，控制所述可变气门正时系统进行自学习的步骤，包括：
在所述增程器发动机满足自学习激活条件时，VVT电磁阀控制所述可变气门正时系统回到机械止点开始进行自学习。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的可变气门正时系统的自学习控制方法，其特征在于，判断所述可变气门正时系统的自学习是否完成的步骤之后，还包括：
在自学习完成后将自学习值存储到车辆的存储器中。
6.根据权利要求5所述的可变气门正时系统的自学习控制方法，其特征在于，在自学习完成后根据所述可变气门正时系统的自学习值修正所述可变气门正时系统的参考基点位置的步骤，包括：
在自学习完成后根据所述可变气门正时系统的自学习值对所述可变气门正时系统的参考基点位置进行偏差补偿。
7.一种可变气门正时系统的自学习控制系统，其特征在于，所述自学习控制系统包括存储器和处理器，所述存储器内存储有计算程序，所述计算程序被所述处理器执行时用于实现根据权利要求1-6中任一项所述的自学习控制方法。
8.一种增程式车辆，其特征在于，包括增程器、可变气门正时系统和权利要求7所述的可变气门正时系统的自学习控制系统。
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