CN113279867B - 一种汽油发动机变排量空压机扭矩控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种汽油发动机变排量空压机扭矩控制方法，本发明车辆在怠速和蠕行时，变排量空调工作时通过控制器DCU发动机消耗扭矩时引起发动机转速波动大技术问题，在车辆驻车及蠕行怠速工况下(车速≤蠕行车速目标值及油门踏板为0)，提出在汽车域控制器DCU和发动机控制系统EMS同步增加扭矩滤波技术，实现发动机转速波动良好(±15r/mi n)目标要求，解决了因怠速转速波动大引起的整车抖动问题。

Description

一种汽油发动机变排量空压机扭矩控制方法和系统
技术领域
本发明涉及汽油机电子控制技术领域，尤其涉及一种汽油发动机变排量空压机在驻车和蠕行怠速工况时扭矩控制技术。
背景技术
现在传统发动机乘用车普遍搭载非独立式汽车空调采用汽车发动机带动压缩机工作，中间通过电磁离合器的吸合或脱离来控制压缩机的运转，压缩机的转速取决于发动机的转速。为了节能及乘客舒适性，采用变排量空压机降低压缩机能量损耗，且整个空压机控制通过整车域控制器与发动机控制系统进行通信。
在夏天高温下，车辆驻车怠速或者怠速蠕行时，车厢内温度出现波动，当车速过低时会出现空调系统压力升高，压缩机所需扭矩增大且存在较大波动，导致发动机离合器端扭矩波动范围大且频率高(取决于域控发送空压机扭矩频率)。
图2是我司开发过程中域控发送空压机实时扭矩，波动范围大且频率高，导致发动机转速波动最大达60r/min，引起整车方向盘、主驾驶室座椅、左右门护板抖动。
发明内容
本发明因怠速转速波动大引起的整车抖动问题,是一种在汽车域控制器DCU和发动机控制系统EMS同步增加扭矩滤波的技术，实现发动机转速波动良好(±10r/min)目标要求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种汽油发动机变排量空压机扭矩控制方法：
1)发动机启动状态下，DCU接受CCU转速需求信号；
2)DCU判断车况是否为怠速，若是则执行4)，若否执行下一步；
3)DCU根据CCU信号查变排量泵扭矩表获取压缩机扭矩，之后执行9)；
4)判断空调当前是否从关闭到开启的状态，若是则执行下一步，若否则执行7)；
5)判断当DCU发送扭矩信号时间是否小于等于设定时间，若是则执行下一步，若否则执行7)；
6)DCU将设定的阶梯扭矩信号输送至ECU，并执行步骤9)；
7)DCU采用限幅滤波法计算输出扭矩；
8)根据输出扭矩计算平均值滤波获得扭矩输出曲线；
9)DCU按照设定周期输出扭矩信号；
10)EMS执行扭矩信号。
所述1)中，CCU连接变排量泵实时获取整车空调需求，并将整车空调需求转换为压缩机排量、空调冷凝管压力、压缩机转速需求信号输送至DCU。
所述2)中，判断是否为怠速的方法是同时满足以下条件：车速小于等于蠕行车速、且油门踏板开度为0。
所述5)中，设定时间为2s。
所述6)中，阶梯扭矩信号包括三个阶梯，依次为第一阶梯、第二阶梯和第三阶梯，其中第一阶段为4个周期信号，扭矩为6N·m；第三阶段为4周期信息，固定发送12N·m；第二阶段为12个信号周期，线性过渡第一和第二阶段值。
所述7)中，设定DCU发送扭矩处于[k1 k2]，DCU根据CCU发送信息，查表获取响应扭矩，若响应扭矩低于k1，用k1代替，若高于k2，用k2代替，介于k1、k2之间则发送实时值。
所述k1＝10N·m，k2＝21N·m。
所述8)中，将发出扭矩与当前执行扭矩之间设置N个点，N个点算数平均值滤波构成光滑曲线，N个点的扭矩值按照设定周期发生出去。
所述10)中，将接收到的扭矩信号，将接收扭矩与当前执行扭矩之间设置N个点，进行N个点算数平均值滤波构成光滑曲线，EMS控制发动机按照N个点的扭矩顺序依次执行。
一种执行所述汽油发动机变排量空压机扭矩控制方法的扭矩控制系统，发动机通过皮带与变排量泵连接，所述变排量泵连接CCU并输出需求信号至CCU，所述CCU连接DCU并输出送压缩机排量、空调冷凝管压力、压缩机转速信号至DCU，所述DCU连接EMS并输出扭矩请求信号至EMS，所述EMS连接发动机并控制发动机的工作状态。
本发明车辆在怠速和蠕行时，变排量空调工作时通过控制器DCU发动机消耗扭矩时引起发动机转速波动大技术问题，在车辆驻车及蠕行怠速工况下(车速≤蠕行车速目标值及油门踏板为0)，提出在汽车域控制器DCU和发动机控制系统EMS同步增加扭矩滤波技术，实现发动机转速波动良好(±15r/min)目标要求，解决了因怠速转速波动大引起的整车抖动问题。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：
图1为变排量空调压缩机扭矩控制系统原理图；
图2为变排量空调压缩机扭矩控制方法流程图；
图3为空调开启2s内DCU扭矩发送扭矩方案及扭矩分配示意图；
图4为空调开启2s后，DCU发送扭矩原始值及经过本发明后的扭矩值；
图5为实施前后转速波动对比图，实施后发动机转速波动平稳。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
本发明适用于安装有火花点火的汽油机及汽油机控制单元EMS、变排量空压机控制系统CCU及具备汽车域控制DCU的车辆。如图1所示，包括变排量空压机、发动机本体、连接空压机和发动机本体的附件皮带、变排量空压机的控制器CCU 4、汽车域控制器DCU及发动机控制系统EMS。
工作过程为，变排量空压机的控制器CCU根据整车空调需求，发送压缩机排量、空调冷凝管压力、压缩机转速信号给汽车域控制器DCU，DCU根据CCU信号，查变排量泵扭矩表(在DCU控制器预设好)获取压缩机扭矩，发送给发动机控制器系统EMS，EMS控制发动机产生合适的燃烧扭矩，弥补通过附件皮带带动变排量压缩机运转消耗的扭矩。
变排量空调压缩机扭矩控制如图2所示，关键之处在于图2所示虚线框。由于转速波动导致车辆抖动现象发生在开空调发动机怠速工况发生，发动机怠速转速可出现在P挡停车怠速、D挡制动怠速及前进/倒退零油门蠕行怠速三种工况，因此设置进行怠速工况判断原则，即车速小于等于蠕行车速及油门踏板开度为0，可以覆盖上述三种怠速工况。
DCU内部判断怠速工况为“否”时，变排量空调压缩机扭矩控制策略为，DCU根据CCU发送的发送压缩机排量、空调冷凝管压力、压缩机转速信号给汽车域控制器DCU，DCU根据CCU信号，查变排量泵扭矩表(在DCU控制器预设好)获取压缩机扭矩，发送给发动机控制器系统EMS。EMS进行N(N＝5)个点算数平均值滤波，EMS控制发动机产生合适的燃烧扭矩，弥补通过附件皮带2带动变排量压缩机运转消耗的扭矩。
DCU内部判断怠速工况为“是”时，进一步进行空调开启状态判断，如果空调是从关闭到开启的状态，如果从空调开启开始计时，当DCU发送扭矩信号时间小于等于2s时，按照如图3所示的阶梯型扭矩发送，发送周期仍然是100ms。其中第一阶段为4个周期信号，扭矩为6N·m；第三阶段为4周期信息，固定发送12N·m；第二阶段为12个信号周期，线性过渡第一和第二阶段值。EMS根据DCU发送扭矩值控制发动机产生合适的燃烧扭矩，弥补通过附件皮带2带动变排量压缩机运转消耗的扭矩。
DCU内部判断怠速工况为“是”时，进行空调开启状态判断，如果空调是从关闭到开启的状态，如果从空调开启开始计时，当DCU发送扭矩信号时间大于2s时，进入下一个限值滤波环节；当进一步，DCU内部判断怠速工况为“是”时，且空调开启状态判为非开启状态时(即一直开启，一直关闭，从开启到关闭状态)，DCU的扭矩也直接进入限值滤波环节。
当上升流程进入限值滤波环节后，DCU根据CCU发送信息，查表获取响应空压机扭矩，即DCU发送扭矩处于[k1 k2]，发送实时值，不做处理，如果扭矩低于k1，用k1代替；如果高于k2，用k2代替。本发明根据空压机怠速工况消耗扭矩，确认k1＝10N·m，k2＝21N·m。之后进行N个点算数平均值滤波，本产品开发采用N＝8既可获得较为光滑曲线，又能保障空压机实际消耗扭矩趋势，具体公式如下(1)～(8)。
X′1(代表新扭矩值)＝X1(原始扭矩)/1 (1)
X′2＝(X1+X2)/2 (2)
X′3＝(X1+X2+X3)/3 (3)
X′4＝(X1+X2+X3+X4)/4 (4)
X′5＝(X1+X2+X3+X4+X5)/5 (5)
X′6＝(X1+X2+X3+X4+X5+X6)/6 (6)
X′7＝(X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7)/7 (7)
X′8＝(Xi-7+Xi-6+Xi-5+Xi-4+Xi-3+Xi-2+Xi-1+Xi)/8 (8)
DCU滤波后空压机扭矩值按照100ms周期实时发送给发动机控制器系统EMS，EMS进行N(N＝5)个点算数平均值滤波，EMS控制发动机产生合适的燃烧扭矩，弥补通过附件皮带2带动变排量压缩机运转消耗的扭矩。EMS系统接收域控滤波后数据，再次采用平均滤波法，发动机按照EMS滤波后扭矩响应，通过调节电子节气门、点火角及喷油系统燃烧产生合适的发动机扭矩，克服变排量空调额外增加扭矩消耗。
变排量空调压缩机扭矩控制策略，怠速时，空调压缩机消耗扭矩如图4所示，原始扭矩波动较大且频率很高，经过本发明滤波后，扭矩曲线光滑且无明显波峰波谷。图5是经过本发明前后的发动机怠速转速波动，优化前转速波动dn达70r/min；经过本发明优化后，转速波动非常平稳，转速波动dn在15r/min以内，且绝多数转速波动dn在10r/min整车怠速抖动问题解决。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种汽油发动机变排量空压机扭矩控制方法，其特征在于：
1）发动机启动状态下， DCU接受CCU转速需求信号；
2）DCU判断车况是否为怠速，若是则执行4），若否执行下一步；
3）DCU根据CCU信号查变排量泵扭矩表获取压缩机扭矩，之后执行9）；
4）判断空调当前是否从关闭到开启的状态，若是则执行下一步，若否则执行7）；
5）判断当DCU发送扭矩信号时间是否小于等于设定时间，若是则执行下一步，若否则执行7）；
6）DCU将设定的阶梯扭矩信号输送至ECU，并执行步骤9）；
7）DCU采用限幅滤波法计算输出扭矩；
8）根据输出扭矩计算平均值滤波获得扭矩输出曲线；
9）DCU按照设定周期输出扭矩信号；
10）EMS执行扭矩信号；
所述DCU为汽车域控制器，CCU为泵控制器， EMS为发动机控制系统。
2.根据权利要求1所述的汽油发动机变排量空压机扭矩控制方法，其特征在于：所述1）中，CCU连接变排量泵实时获取整车空调需求，并将整车空调需求转换为压缩机排量、空调冷凝管压力、压缩机转速需求信号输送至DCU。
3.根据权利要求1所述的汽油发动机变排量空压机扭矩控制方法，其特征在于：所述2）中，判断是否为怠速的方法是同时满足以下条件：车速小于等于蠕行车速、且油门踏板开度为0。
4.根据权利要求1所述的汽油发动机变排量空压机扭矩控制方法，其特征在于：所述5）中，设定时间为2s。
5.根据权利要求1所述的汽油发动机变排量空压机扭矩控制方法，其特征在于：所述6）中，阶梯扭矩信号包括三个阶梯，依次为第一阶梯、第二阶梯和第三阶梯，其中第一阶段为4个周期信号，扭矩为6 N·m；第三阶段为4周期信息，固定发送12 N·m；第二阶段为12个信号周期，线性过渡第一和第二阶段值。
6.根据权利要求1所述的汽油发动机变排量空压机扭矩控制方法，其特征在于：所述7）中，设定DCU发送扭矩处于[k1 k2]，DCU根据CCU发送信息，查表获取响应扭矩，若响应扭矩低于k1，用k1代替，若高于k2，用k2代替，介于k1、 k2之间则发送实时值。
7.根据权利要求6所述的汽油发动机变排量空压机扭矩控制方法，其特征在于：所述k1=10N·m，k2=21N·m。
8.根据权利要求1所述的汽油发动机变排量空压机扭矩控制方法，其特征在于：所述8）中，将发出扭矩与当前执行扭矩之间设置N个点，N个点算数平均值滤波构成光滑曲线，N个点的扭矩值按照设定周期发生出去。
9.根据权利要求1所述的汽油发动机变排量空压机扭矩控制方法，其特征在于：所述10）中，将接收到的扭矩信号，将接收扭矩与当前执行扭矩之间设置N个点，进行N个点算数平均值滤波构成光滑曲线，EMS控制发动机按照N个点的扭矩顺序依次执行。
10.一种执行如权利要求1-9中任一所述汽油发动机变排量空压机扭矩控制方法的扭矩控制系统，其特征在于：发动机通过皮带与变排量泵连接，所述变排量泵连接CCU并输出需求信号至CCU，所述CCU连接DCU并输出送压缩机排量、空调冷凝管压力、压缩机转速信号至DCU，所述DCU连接EMS并输出扭矩请求信号至EMS，所述EMS连接发动机并控制发动机的工作状态。
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