CN113417711B - 相位器控制占空比修正方法、系统及车辆 - Google Patents

相位器控制占空比修正方法、系统及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种相位器控制占空比修正方法、系统及车辆，包括：步骤一：发动机启动，获取环境温度，如果环境温度＞第一预设温度，则执行步骤二；如果环境温度≤第一预设温度，则执行步骤三；步骤二：执行正常PID控制逻辑，步骤三：执行修正PID控制逻辑；步骤四：判断发动机水温Tew是否大于第二预设温度且发动机启动时间是否大于第一预设时间时，若是，则执行步骤二；否则执行步骤五；步骤五：基于保持位占空比预估出机油控制阀温度T2；步骤六：判断T1和T2的差值是否小于第三预设温度,若是，则执行步骤三；否则执行步骤七；步骤七：执行反馈自学习修正的PID控制逻辑。本发明确保了VVT控制使用最为合适的占空比参数。

Description

相位器控制占空比修正方法、系统及车辆
技术领域
本发明属于内燃机控制技术领域，具体涉及一种相位器控制占空比修正方法、系统及存储介质。
背景技术
为保证良好的经济性与排放性，内燃机在汽车上的应用一般都采用可变气门正时(VVT，Variable Valve Timing)技术，其包括凸轮轴相位器和机油压力控制阀，由机油压力控制阀控制凸轮轴相位器的油路变化，使适合的油路及油压推动凸轮轴相位器中的转子转动指定的相位角，以实现VVT的功能。
一般机油压力控制阀的控制是采用PWM(脉冲宽度调制)的一种模拟控制方法,可以通过PWM的占空比调整变化使机油压力控制阀的电压变化,从而使内部电流变化并生产相应需求的电磁力,以推动机油压力控制阀内部的阀芯运动至相应的位置，改变油路或流量。
在中锁VVT等相位器应用，对机油压力控制阀控制位置精度要求更为苛刻；而PWM控制占空比仅控制相应的电压，无法准确控制电流及电磁力的变化(机油压力控制阀的电阻在低温环境时有较大变化)。此时若不对占空比进行修正，会影响VVT的控制，产生相位波动等异常现象。当前的温度修正占空比方法，是采用发动机内部的水温数据，根据标定计算模型计算机油温度，默认为机油温度和机油压力控制阀处的温度一致,并以机油温度相应地修正占空比。该方法存在的问题是：在极端低温环境时，发动机启动升温，内部机油温度和机油压力控制阀处的温度并不相同。不同的环境温度对应的升温曲线不同，无法准确地凭借发动机水温来修正占空比。
发明内容
本发明的目的是提供一种相位器控制占空比修正方法、系统及存储介质，以确保VVT控制使用最为合适的占空比参数，能避免VVT相位波动，提高VVT的响应速度和稳定性，改善发动机在低温环境中的性能。
第一方面，本发明所述的一种相位器控制占空比修正方法，包括以下步骤：
步骤一：发动机启动，获取车辆的环境温度，如果环境温度大于第一预设温度，则执行步骤二；如果环境温度小于等于第一预设温度，则执行步骤三；
步骤二：执行正常PID控制逻辑，其中，P项的数值是基于标定的发动机水温Tew、转速、相位偏差值e(k)进行计算输出，即P＝f(Kp,e(k))；Kp为P项的比列系数，Kp的数值由发动机水温Tew和转速确定，相位偏差值e(k)为VVT的第k次采样目标相位和实际相位的差值；I项的数值由KI和相位偏差值e(k)的积分确定，其中,KI为I项的积分系数；D项的数据由KD和相位偏差值e(k)的微分确定，KD为D项为微分系数。
步骤三：执行修正PID控制逻辑，即预估机油控制阀温度T1，并修改P项中Kp数值，I项和D项的数据与正常PID控制逻辑中的I项和D项的数据一致，基于修正后的PID控制VVT的相位，其中，Kp的数值以预估出的机油控制阀温度T1和转速确定；
步骤四：获取发动机水温Tew，判断发动机水温Tew是否大于第二预设温度且发动机启动时间是否大于第一预设时间时，若是，则执行步骤二；否则执行步骤五；
步骤五：根据修正的PID控制VVT的相位，当△值小于预设角度阈值且持继时间大于第二预设时间时，则认为机油控制阀进入保持位，获取保持位占空比，并基于保持位占空比预估出机油控制阀温度T2；
步骤六：判断T1和T2的差值是否小于第三预设温度,若是，则执行步骤三；否则执行步骤七；
步骤七：执行反馈自学习修正的PID控制逻辑，即修改P项中Kp数值，I项和D项的数据与正常PID控制逻辑中的I项和D项的数据一致，基于修正后的PID控制VVT的相位，其中，Kp的数值由T2和T1的平均值和转速确定；并执行步骤四。
可选地，预估机油控制阀温度T1的方法为：
获取车辆环境温度Tv、发动机水温Tew和启动时间te；
基于车辆环境温度Tv、发动机水温Tew和启动时间te预估出机油控制阀温度T1，其中，T1计算公式为T1＝F(Tv,Tew,te)。
可选地，所述第一预设温度为0℃。
可选地，所述第二预设温度为70℃；第一预设时间为10分钟。
可选地，所述预设角度阈值为2°；所述第二预设时间为3秒。
可选地，所述第三预设温度为5℃。
第二方面，本发明所述的一种相位器控制占空比修正系统，包括存储器和控制器，所述控制器与存储器连接，所述存储器内存储有计算机可读程序，所述控制器调用该计算机可读程序时，能执行如本发明所述的相位器控制占空比修正方法的步骤。
第三方面，本发明所述的一种车辆，采用如本发明所述的相位器控制占空比修正系统。
本发明具有以下优点：
(1)引入了环境温度、启动时间作为修正输入参数，并结合发动机水温数据，能够更为精准地预估机油控制阀处的实际温度，修正VVT控制的占空比P项数值。
(2)采用保持位占空比数值，建立反馈自学修习正方法，根据保持位电流不受温度影响的特点，实测不同温度下保持位的占空比数值。实际运行过程中基于保持位的占空比反馈数值来预测机油控制阀处的实际温度；由此闭环控制，建立自学习修正的控制逻辑方法。
综上所述，本发明确保了VVT控制使用最为合适的占空比参数，避免了VVT相位波动，提高了VVT的响应速度和稳定性，改善了发动机在低温环境中的性能。
附图说明
图1为现有机油控制阀流量曲线图；
图2为本实施例的流程图；
图3为本实施例中保持位占空比和温度间的变化关系示意图；
图4为本实施例中-30℃环境温度的升温曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，机油控制阀的流量曲线图表示阀芯行程在1.5mm时,流量为最小位置,此时VVT系统处于保持位相位，保持该位置所需要的电磁力及电流是恒定的,根据不同机油控制阀温度而实施不同的占空比输入,而产生所需求的电磁力及电流，故保持位相位时,占空比与机油控制阀温度存在线性关系，根据实测数据,制作表格如图3所示。
车辆在不同的环境温度下，启动采用不同的工况，发动机的水温升温曲线和机油控制阀处的升温曲线不同。在开发时，可在不同的环境温度中模拟用户运行典型的工况，试验实测发动机水温和机油控制阀处的温度升温曲线。如图4所示，为在-30℃的情况下，发动机水温、机油及机油控制阀的实测温度(包括水温曲线1、机油温度曲线2、机油控制阀与水温的温差曲线3、机油控制阀和机油的温差曲线4和机油控制阀温度5)。基于大量的测试数据，拟合出基于发动机水温Tew、启动时间te和机油控制阀处的预估温度T1的关系，由此计算出机油控制阀处的预估温度T1。
由于用户运行车辆的工况、发动机硬件的差异等因素变化，使预估的T1、T2存在偏差。本实施例中，当识别出两者偏差过大时，对预估的温度进行平均值修正。
传统VVT调节占空比输出是由PID控制算法进行输入,其控制算法为:
Figure BDA0003185737440000041
式中,u(k)为第k次采样时刻输出的占空比值；Kp为P项的比例系数；e(k)为第k次采样时刻输入的相位偏差值；KI为I项的积分系数；KD为D项为微分系数。由于P项的值输出对占空比影响最大,能够讯速减小误差，故本实施例中，占空比修正只修正P项的比例系数。I项积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度；D项微分环节反映偏差变化趋势，在系统中引入一个有效的早期修正信号,用于加快系统的动作速度,减少调节时间，故本方法不涉及I项、D项的修正。
如图2所示，本实施例中，一种相位器控制占空比修正方法，包括以下步骤：
步骤一：发动机启动，获取车辆的环境温度，如果环境温度大于第一预设温度，则执行步骤二；如果环境温度小于等于第一预设温度(比如：0℃)，则执行步骤三。
步骤二：执行正常PID控制逻辑，其中，P项的数值是基于标定的发动机水温Tew、转速、相位偏差值e(k)进行计算输出，即P＝f(Kp,e(k))＝Kpe(k)；Kp为P项的比例系数(即正常PID控制逻辑下的比列系数值)，Kp的数值由发动机水温Tew和转速确定，相位偏差值e(k)为VVT的第k次采样目标相位和实际相位的差值；I项的数值由KI和相位偏差值e(k)的积分确定，其中,KI为I项的积分系数，KI是基于标定的发动机水温Tew、转速确定；D项的数据由KD和相位偏差值e(k)的微分确定，KD为D项为微分系数，KD是发动机水温Tew、转速确定。
步骤三：执行修正PID控制逻辑，即预估机油控制阀温度T1，并修改P项中Kp数值，I项和D项的数据与正常PID控制逻辑中的I项和D项的数据一致，基于修正后的PID控制VVT的相位，其中，Kp的数值以预估出的机油控制阀温度T1和转速确定；
本实施例中，预估机油控制阀温度T1的方法为：
获取车辆环境温度Tv、发动机水温Tew和启动时间te；基于车辆环境温度Tv、发动机水温Tew和启动时间te预估出机油控制阀温度T1，其中，T1计算公式为T1＝F(Tv,Tew,te)。
步骤四：获取发动机水温Tew，判断发动机水温Tew是否大于第二预设温度(比如：70℃)且发动机启动时间是否大于第一预设时间(比如：10分钟)时，若是，则执行步骤二；否则执行步骤五。
步骤五：根据修正的PID控制VVT的相位，当△值小于预设角度阈值(比如：2°)且持继时间大于第二预设时间(比如：3秒)时，则认为机油控制阀进入保持位，获取保持位占空比，并基于保持位占空比预估出机油控制阀温度T2。
步骤六：判断T1和T2的差值是否小于第三预设温度(比如：5℃),若是，则执行步骤三；否则执行步骤七。
步骤七：执行反馈自学习修正的PID控制逻辑，即修改P项中Kp数值，I项和D项的数据与正常PID控制逻辑中的I项和D项的数据一致，基于修正后的PID控制VVT的相位，其中，Kp的数值由T2和T1的平均值和转速确定；并执行步骤四。
本实施例中，一种相位器控制占空比修正系统，包括存储器和控制器，所述控制器与存储器连接，所述存储器内存储有计算机可读程序，所述控制器调用该计算机可读程序时，能执行如本实施例中所述的相位器控制占空比修正方法的步骤。
本实施例中，一种车辆，采用如本实施例中所述的相位器控制占空比修正系统。

Claims (8)

1.一种相位器控制占空比修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：发动机启动，获取车辆的环境温度，如果环境温度大于第一预设温度，则执行步骤二；如果环境温度小于等于第一预设温度，则执行步骤三；
步骤二：执行正常PID控制逻辑，其中，P项的数值是基于标定的发动机水温Tew、转速、相位偏差值e(k)进行计算输出，即P＝f(Kp,e(k))；Kp为P项的比列系数，Kp的数值由发动机水温Tew和转速确定，相位偏差值e(k)为VVT的第k次采样目标相位和实际相位的差值；I项的数值由KI和相位偏差值e(k)的积分确定，其中,KI为I项的积分系数；D项的数据由KD和相位偏差值e(k)的微分确定，KD为D项为微分系数；
步骤三：执行修正PID控制逻辑，即预估机油控制阀温度T1，并修改P项中Kp数值，I项和D项的数据与正常PID控制逻辑中的I项和D项的数据一致，基于修正后的PID控制VVT的相位，其中，Kp的数值以预估出的机油控制阀温度T1和转速确定；
步骤四：获取发动机水温Tew，判断发动机水温Tew是否大于第二预设温度且发动机启动时间是否大于第一预设时间时，若是，则执行步骤二；否则执行步骤五；
步骤五：根据修正的PID控制VVT的相位，当△值小于预设角度阈值且持继时间大于第二预设时间时，则认为机油控制阀进入保持位，获取保持位占空比，并基于保持位占空比预估出机油控制阀温度T2；
步骤六：判断T1和T2的差值是否小于第三预设温度,若是，则执行步骤三；否则执行步骤七；
步骤七：执行反馈自学习修正的PID控制逻辑，即修改P项中Kp数值，I项和D项的数据与正常PID控制逻辑中的I项和D项的数据一致，基于修正后的PID控制VVT的相位，其中，Kp的数值由T2和T1的平均值和转速确定；并执行步骤四。
2.根据权利要求1所述的相位器控制占空比修正方法，其特征在于：预估机油控制阀温度T1的方法为：
获取车辆环境温度Tv、发动机水温Tew和启动时间te；
基于车辆环境温度Tv、发动机水温Tew和启动时间te预估出机油控制阀温度T1，其中，T1计算公式为T1＝F(Tv,Tew,te)。
3.根据权利要求2所述的相位器控制占空比修正方法，其特征在于：所述第一预设温度为0℃。
4.根据权利要求3所述的相位器控制占空比修正方法，其特征在于：所述第二预设温度为70℃；第一预设时间为10分钟。
5.根据权利要求4所述的相位器控制占空比修正方法，其特征在于：所述预设角度阈值为2°；所述第二预设时间为3秒。
6.根据权利要求5所述的相位器控制占空比修正方法，其特征在于：所述第三预设温度为5℃。
7.一种相位器控制占空比修正系统，包括存储器和控制器，所述控制器与存储器连接，其特征在于：所述存储器内存储有计算机可读程序，所述控制器调用该计算机可读程序时，能执行如权利要求1至6任一所述的相位器控制占空比修正方法的步骤。
8.一种车辆，其特征在于：采用如权利要求7所述的相位器控制占空比修正系统。
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