CN113431689A - 发动机大油门扭矩控制方法 - Google Patents

发动机大油门扭矩控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发动机大油门扭矩控制方法，包括以下步骤：判断油门开度是否超过预设开度，并判断发动机请求扭矩与发动机最大能力扭矩之差是否超过预设扭矩差值；若油门开度超过预设开度且扭矩之差未超过预设扭矩差值，则大油门扭矩请求控制被激活，同时进行节气门动态控制和喷油加浓控制；其中，节气门动态控制时，具体根据节气门入口实际气体压力与出口目标气体压力之差或者出口实际气体压力之差所在范围分段进入节气门全开模式或者非全开模式，控制节气门出口目标气体压力与实际压力之差不超过2kPa，且控制扭矩精度范围不超过±5％；喷油加浓控制时，周期逐步累加，最终喷油加浓系数不超过以发动机转速和负荷确定的最大加浓系数。

Description

发动机大油门扭矩控制方法
技术领域
本发明涉及发动机控制领域，尤其涉及发动机大油门扭矩控制方法。
背景技术
现在电控汽油机普遍是基于扭矩模型的控制，发动机的控制维度很多，包括动力性，经济性、排放，NVH，驾驶性等。对于发动机动力性输出既要保证发动机外特性扭矩能力，也要保证整车大油门下的扭矩输出。扭矩输出既要保证扭矩响应速率，也要确保扭矩的响应精度。
现有技术中有人提出了汽油机最大扭矩能力的计算，但是针对不同工况下的最大扭矩，并未提出如何才能保证最大扭矩的精确控制。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种可以改善发动机零部件寿命，优化发动机的动力性、车辆稳定性和驾驶员舒适性的发动机大油门扭矩控制方法。
本发明所采用的技术方案是：
提供一种发动机大油门扭矩控制方法，包括以下步骤：
判断油门开度是否超过预设开度，并判断发动机请求扭矩与发动机最大能力扭矩之差是否超过预设扭矩差值；
若油门开度超过预设开度且扭矩之差未超过预设扭矩差值，则大油门扭矩请求控制被激活，同时进行节气门动态控制和喷油加浓控制；
其中，节气门动态控制时，具体根据节气门入口实际气体压力与出口目标气体压力之差或者出口实际气体压力之差所在范围分段进入节气门全开模式或者非全开模式，控制节气门出口目标气体压力与实际压力之差不超过2kPa，且控制扭矩精度范围不超过±5％；
喷油加浓控制时，具体将当前喷油加浓系数以一定周期逐步累加，其最终的喷油加浓系数不超过以发动机转速和负荷确定的最大加浓系数。
接上述技术方案，节气门动态控制时，具体进行分段控制：
判断节气门入口实际气体压力与出口目标气体压力之差是否超过第一预设压力A，若是则节气门进入非全开模式；
若否，继续判断在节气门入口实际气体压力与出口实际气体压力之差是否小于第二预设压力B，若是，则节气门进入全开模式；
若否，则继续判断节气门入口实际气体压力与出口目标进气压力之差是否小于第三预设压力C，若是则节气门进入全开模式；
若否，则继续判断节气门入口实际气体压力与出口实际进气压力之差是否大于第四预设压力D，若是则节气门进入非全开模式；
其中，第一预设压力A大于第三预设压力C、第二预设压力B大于第四预设压力D，且第一预设压力A小于大油门扭矩请求未激活条件下的第一压力阈值A’，第二预设压力B大于大油门扭矩请求未激活条件下的第二压力阈值B’，第三预设压力C大于大油门扭矩请求未激活条件下的第三压力阈值C’，第四预设压力D小于大油门扭矩请求未激活条件下的第四压力阈值D’。
接上述技术方案，第一压力阈值A’大于第三压力阈值C’，第二压力阈值B’大于第四压力阈值D’。
接上述技术方案，在非全开模式下，调整节气门有效面积的变化率的绝对值在一定范围内，通过喷油加浓来调节扭矩精度。
接上述技术方案，在节气门全开模式时，控制节气门有效面积增大的变化率和减小的变化率均在相应的范围内。
接上述技术方案，在大油门扭矩控制的喷油加浓条件不满足时，则逐步退出到未进行大油门扭矩喷油加浓的状态。
接上述技术方案，逐步退出到未进行大油门扭矩喷油加浓的状态时，每10ms降低加浓系数0.02，加浓系数作为喷油量补偿的乘法因子。
接上述技术方案，在进行大负荷喷油加浓时，事先剔除发动机的特殊工况。
接上述技术方案，大负荷加浓请求优先级高于其他喷油加浓/减稀请求，低于发动机起动过程的喷油加浓、爆震加浓请求和排温保护加浓请求。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-9中任一项所述的发动机大油门扭矩控制方法的步骤。
本发明产生的有益效果是：本发明根据节气门入口实际气体压力与出口目标气体压力之差或者出口实际气体压力之差所在范围分段进入节气门全开模式或者非全开模式，控制节气门出口目标气体压力与实际压力之差不超过2kPa，且控制扭矩精度范围不超过±5％，从而提高发动机大油门下的扭矩精度，确保整车大油门下的扭矩控制稳定性和精度，一方面改善了发动机零部件寿命，另一方面也优化了发动机的动力性，车辆稳定性和驾驶员舒适性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例发动机大油门扭矩控制方法的流程图；
图2是本发明实施例节气门动态控制时的分段控制方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明发动机大油门扭矩控制提出的重要意义是，发动机动力输出，不仅仅考虑在零踏板开度和不同油门开度下的扭矩精度和响应能力，在大油门下的扭矩精度同样决定发动机的最大能力和控制精度。基于此，本发明的发动机大油门扭矩控制方法，通过优化节气门控制和喷油加浓的效果来实现扭矩精度，在大油门扭矩请求下的点火控制未特别优化，保持正常控制下的当前工况下的最佳点火角控制。
需要说明的是，控制中引入了以下几个概念：
节气门入口实际气体压力：指节气门入口的实时的气体压力；
节气门出口实际气体压力：指节气门出口的实时的气体压力；
节气门出口目标气体压力：指节气门出口的目标气体压力。目标气体压力是根据发动机驾驶员扭矩请求得到的，以满足发动机的动力性要求。在节气门响应性控制过程中，需要控制节气门出口的实际气体压力跟随目标气体压力。
其中优化节气门控制是指在大油门扭矩请求下，优化节气门动态控制过程中的变化，以保证扭矩响应的精度；同时，在大油门扭矩请求时，在保证排温的前提下，进行喷油加浓(即比正常最佳空燃比下的混合气适当加浓)，发现扭矩可以进一步升高。
本发明实施例发动机大油门扭矩控制方法，如图1所示，主要包括以下步骤：
判断油门开度是否超过预设开度，并判断发动机请求扭矩与发动机最大能力扭矩之差是否超过预设扭矩差值；
若油门开度超过预设开度且扭矩之差未超过预设扭矩差值，则大油门扭矩请求控制被激活，同时进行节气门动态控制和喷油加浓控制；
其中，节气门动态控制时，具体根据节气门入口实际气体压力与出口目标气体压力之差或者出口实际气体压力之差所在范围分段进入节气门全开模式或者非全开模式，控制节气门出口目标气体压力与实际压力之差不超过2kPa，且控制扭矩精度范围不超过±5％；
喷油加浓控制时，具体将当前喷油加浓系数以一定周期逐步累加，其最终的喷油加浓系数不超过以发动机转速和负荷确定的最大加浓系数。
可见，本发明中确定大油门扭矩请求控制的激活条件：
1)在油门开度超过预设开度，本发明实施例中进入大油门扭矩请求控制激活满足的油门开度超过95％，退出大油门扭矩请求控制条件的油门开度小于92％。设置迟滞的目的是为了保证控制系统的稳态性，避免由于驾驶员松踩油门不稳波动较大造成激活条件退出进入过于频繁，反而造成控制系统的精度不佳；
2)发动机请求扭矩(基于飞轮端)与发动机最大能力扭矩(基于飞轮端)之差不超过预设扭矩差值，本发明较佳实例中取10Nm。
此外，根据发动机的扫气工况判定是否进入喷油加浓模式，若发动机不处于扫气的燃油减稀工况，且在扫气的燃油减稀工况结束一段预设时间T1(本实例取2s)后，则进入喷油加浓模式。因为扫气的燃油减稀工况进行喷油加浓会造成喷油干扰。
在以上条件同时满足时，进入大油门扭矩控制下的节气门动态控制和喷油加浓控制。
如图2所示，节气门动态控制时，具体进行分段控制：
S201、判断节气门入口实际气体压力与出口目标气体压力之差是否超过第一预设压力A，若是，执行步骤S202，节气门进入非全开模式，若否，执行步骤S203；
S202、节气门进入非全开模式；
S203、继续判断在节气门入口实际气体压力与出口实际气体压力之差是否小于第二预设压力B，若是，进入步骤S204，节气门进入全开模式，若，否执行步骤S205；
S204、节气门进入全开模式；
S205、继续判断节气门入口实际气体压力与出口目标进气压力之差是否小于第三预设压力C，若是，执行步骤S204，节气门进入全开模式；若否，执行步骤S206；
S206、继续判断节气门入口实际气体压力与出口实际进气压力之差是否大于第四预设压力D，若是，则进入步骤S202，节气门进入非全开模式，若否，则执行其他。
其中，第一预设压力A大于第三预设压力C、第二预设压力B大于第四预设压力D，且第一预设压力A小于大油门扭矩请求未激活条件下的第一压力阈值A’，第二预设压力B大于大油门扭矩请求未激活条件下的第二压力阈值B’，第三预设压力C大于大油门扭矩请求未激活条件下的第三压力阈值C’，第四预设压力D小于大油门扭矩请求未激活条件下的第四压力阈值D’。进一步地，第一压力阈值A’大于第三压力阈值C’，第二压力阈值B’大于第四压力阈值D’。
进一步地，本发明的另一实施例中，在大油门扭矩请求控制的激活条件时，进行节气门动态控制变化率的调整，即进行优化控制，具体进行以下分段控制：
1)在节气门入口实际气体压力与出口目标气体压力之差，超过预设压力A时，则节气门进入非全开模式，本实例中A取5kPa；此处的预设压力A一定小于大油门扭矩请求未激活条件下的预设压力A’(本实例取10kPa)，如此考虑的目的是为了尽可能降低节气门进入全开模式的工况频率，通过喷油加浓来实现扭矩的达成，同时节气门非全开动态控制来稳定进气压力的控制(节气门在非全开时可通过调节节气门开度来控制进气压力，如果是全开模式，节气门无法动作，通过其他执行器控制进气压力精度较差)，从而提高扭矩的精度。
在节气门非全开模式时，限制有效面积的变化率绝对值d1为40mm2/ms。
2)在节气门入口实际气体压力与出口实际气体压力之差，小于预设压力B时，则节气门进入全开模式，本实例中B取3kPa；此处的预设压力B一定大于大油门扭矩请求未激活条件下的预设压力B’(本实例取2kPa)，如此考虑的目的是为了保证节气门进入全开模式的工况较少，通过喷油加浓来实现扭矩的达成，同时节气门非全开动态控制来稳定进气压力的控制，从而提高扭矩的精度。在节气门全开模式时，为了保护节气门电机电流过大损坏电机，需要降低节气门有效面积变化率，其中节气门有效面积增大的变化率为d3＝0.3mm2/ms，节气门有效面积减小的变化率为d4＝20mm2/ms，节气门面积增大的变化率设定比节前减小的变化率设定要小，增大的时候避免节气门增大过快电流过大，节气门减小的时候迅速减小节气门快速进入非全开模式精准控制进气压力。
3)在节气门入口实际气体压力与出口目标进气压力之差，小于预设压力C时，则节气门进入全开模式，本实例中C取-1kPa；此处的预设压力C一定大于大油门扭矩请求未激活条件下的预设压力C’(本实例取6kPa)，如此考虑的目的是为了保证节气门进入全开模式的工况较少，通过喷油加浓来实现扭矩的达成，同时节气门非全开动态控制来稳定进气压力的控制，从而提高扭矩的精度。
4)在节气门全开模式时，为了保护节气门电机电流过大损坏电机，需要降低节气门有效面积变化率，其中节气门有效面积增大的变化率为d5＝0.2mm2/ms，节气门有效面积减小的变化率为d6＝16mm2/ms，节气门面积增大的变化率设定比节气门面积减小的变化率设定要小，增大的时候避免节气门增大过快电流过大，节气门减小的时候迅速减小节气门快速进入非全开模式精准控制进气压力。其中d5和d6分别小于第2种情况下的变化率原因是，第2)条件不满足的情况下才可以进入第3)种，说明无法满足第2种情况下的变化率设定，此处是为了进一步限制节气门变化率，保证压力稳定性。在节气门入口实际气体压力与出口实际进气压力之差，大于预设压力D时，则节气门进入非全开模式，本实例中D取2kPa；此处的预设压力D一定小于大油门扭矩请求未激活条件下的预设压力D’(本实例取1kPa)，如此考虑的目的是为了保证节气门进入全开模式的工况较少，通过喷油加浓来实现扭矩的达成，同时节气门非全开动态控制来稳定进气压力的控制，从而提高扭矩的精度。在节气门非全开模式时，限制有效面积的变化率绝对值d2为28mm2/ms；此处节气门非全开是的节气门变化率允许范围低于第1种设定模式的原因是第1条件不满足的情况下才可以进入第4种，说明无法满足第1种情况下的变化率设定，此处是为了进一步限制节气门变化率，保证压力稳定性。
5)其他情况下节气门模式维持上一时刻的节气门模式，其中车辆上电时，节气门控制模式为非全开模式。
A之所以小于A’，是因为A变小之后，第1)种情况下的节气门非全开模式就工况多了，进入的机会就多了，节气门作为精准控制压力的部件，可以保证压力的准确性，节气门非全开进入的工况多了，扭矩会相对降低，此时就通过喷油加浓的方式来实现扭矩的达成。其他BCD都是一样的目的考虑设计的。
对于A大于C(A’大于C’)的目的是只有入口气体压力比出口目标压力越大，代表可以通过节气门节流的方式来控制出口压力使其实际压力跟随目标压力，节气门开度可以降低，即可以进入非全开模式。相反入口气体压力比出口目标压力越小，小到一定程度，此时需要控制节气门全开才能满足进气压力达成的要求
对于B大于D(B’大于D’)的目的是只有入口气体压力比出口实际压力越大，代表可以通过节气门节流的方式来控制出口压力使其实际压力跟随目标压力，节气门开度可以降低，即可以进入非全开模式。相反入口气体压力比出口实际压力越小，小到一定程度，此时需要控制节气门全开才能满足进气压力达成的要求。
以上节气门控制模式1)-5)优先级逐步降低。通过试验发现，如此设定后可最佳程度上动态工况下保证节气门出口目标气体压力与实际压力之差不超过2kPa，从而保证扭矩精度在设计要求范围(100Nm以内的扭矩精度范围不超过±5Nm，超过100Nm的扭矩精度范围不超过±5％)
在节气门全开模式时，为了保护节气门电机电流过大损坏电机，需要降低节气门有效面积变化率，其中节气门有效面积增大的变化率为0.3mm2/ms，节气门有效面积减小的变化率为20mm2/ms，节气门面积增大的变化率设定比节前减小的变化率设定要小，增大的时候避免节气门增大过快电流过大，节气门减小的时候迅速减小节气门快速进入非全开模式精准控制进气压力。
在大油门扭矩请求控制的激活条件时，在进行节气门动态调节控制的同时，适当喷油加浓；在进行大负荷喷油加浓时，首先要剔除到发动机的一些特殊工况，本专利的大负荷加浓请求优先级高于其他喷油加浓/减稀请求(如催化器控制的加浓请求，GPF加浓请求)，但是低于发动机起动过程的喷油加浓、爆震加浓请求和排温保护加浓请求(也就是说在起动加浓过程、爆震加浓请求或排温保护加浓请求中，不允许进行大负荷激活条件下的喷油加浓请求)。
在喷油加浓请求激活后，将当前喷油加浓系数以一定周期(本实例为10ms)逐步累加，累加值为m(本实例为每10ms累加0.05)，其最终的喷油加浓系数不超过以发动机转速和负荷确定的最大加浓系数r_Max(见下表1)。
表1不同发动机转速和负荷下的最大加浓系数r_Max
Figure BDA0003141690590000101
该最大加浓系数的确定方法是：继续在当前工况下加浓，不会增大扭矩反而增大排放。
随着发动机生命周期的推移，一些零部件会出现老化，喷油加浓系数对扭矩增大能力可能会变弱。通过实时监控在加浓实时后的扭矩增大效果，在每个驾驶循环过程中，如果在某工况(固定转速和负荷)下，扭矩增大效果未超过使用加浓前的扭矩的一定预设扭矩(如本实例取扭矩的2％)次数超过预设次数Cnt(本实例取1250)后且维持预设时间T2(2.5s)内，则降低该工况加浓系数，每次降低系数本实例设定为0.0002，且该对应工况的相邻工况降低系数每次减小本实例0.00005(如上表中，假定发动机转速2800rpm，负荷在100mg/l下的扭矩未增大2％，则(2800,100)工况本次减小0.0002，(2800,125)和(3200,100)工况本次减小0.00005)，直至加浓系数为1后停止加浓，并将加浓系数值进行车辆下电后保存，不擦除。
在大油门扭矩控制的喷油加浓条件不满足时，则逐步退出到未进行大油门扭矩喷油加浓的状态，即每10ms降低加浓系数0.02。加浓系数作为喷油量补偿的乘法因子，至此，发动机大油门扭矩控制方法得以实现完成。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、App应用商城等等，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现相应功能。本发明实施例的计算机可读存储介质中存储的计算机程序，在被处理器执行时实现上述实施例发动机大油门扭矩控制方法的步骤。
综上，本发明的发动机大油门扭矩控制方法主要通过设置发动机大油门扭矩控制请求的激活条件，在发动机大油门扭矩控制下进行节气门动态优化控制以及对喷油控制进行优化，从而确保发动机台架试验过程中外特性扭矩稳定可靠，同时确保整车大油门下的扭矩控制稳定性和精度，改善了发动机零部件寿命，也优化了发动机的动力性，车辆稳定性和驾驶员舒适性。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种发动机大油门扭矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
判断油门开度是否超过预设开度，并判断发动机请求扭矩与发动机最大能力扭矩之差是否超过预设扭矩差值；
若油门开度超过预设开度且扭矩之差未超过预设扭矩差值，则大油门扭矩请求控制被激活，同时进行节气门动态控制和喷油加浓控制；
其中，节气门动态控制时，具体根据节气门入口实际气体压力与出口目标气体压力之差或者出口实际气体压力之差所在范围分段进入节气门全开模式或者非全开模式，控制节气门出口目标气体压力与实际压力之差不超过2kPa，且控制扭矩精度范围不超过±5%；
喷油加浓控制时，具体将当前喷油加浓系数以一定周期逐步累加，其最终的喷油加浓系数不超过以发动机转速和负荷确定的最大加浓系数。
2.根据权利要求1所述的发动机大油门扭矩控制方法，其特征在于，节气门动态控制时，具体进行分段控制：
判断节气门入口实际气体压力与出口目标气体压力之差是否超过第一预设压力A，若是则节气门进入非全开模式；
若否，继续判断在节气门入口实际气体压力与出口实际气体压力之差是否小于第二预设压力B，若是，则节气门进入全开模式；
若否，则继续判断节气门入口实际气体压力与出口目标进气压力之差是否小于第三预设压力C，若是则节气门进入全开模式；
若否，则继续判断节气门入口实际气体压力与出口实际进气压力之差是否大于第四预设压力D，若是则节气门进入非全开模式；
其中，第一预设压力A大于第三预设压力C、第二预设压力B大于第四预设压力D，且第一预设压力A小于大油门扭矩请求未激活条件下的第一压力阈值A’，第二预设压力B大于大油门扭矩请求未激活条件下的第二压力阈值B’，第三预设压力C大于大油门扭矩请求未激活条件下的第三压力阈值C’，第四预设压力D小于大油门扭矩请求未激活条件下的第四压力阈值D’。
3.根据权利要求2所述的发动机大油门扭矩控制方法，其特征在于，第一压力阈值A’大于第三压力阈值C’，第二压力阈值B’大于第四压力阈值D’。
4.根据权利要求1所述的发动机大油门扭矩控制方法，其特征在于，在非全开模式下，调整节气门有效面积的变化率的绝对值在一定范围内，通过喷油加浓来调节扭矩精度。
5.根据权利要求1所述的发动机大油门扭矩控制方法，其特征在于，在节气门全开模式时，控制节气门有效面积增大的变化率和减小的变化率均在相应的范围内。
6.根据权利要求1所述的发动机大油门扭矩控制方法，其特征在于，在大油门扭矩控制的喷油加浓条件不满足时，则逐步退出到未进行大油门扭矩喷油加浓的状态。
7.根据权利要求6所述的发动机大油门扭矩控制方法，其特征在于，逐步退出到未进行大油门扭矩喷油加浓的状态时，每10ms降低加浓系数0.02，加浓系数作为喷油量补偿的乘法因子。
8.根据权利要求1所述的发动机大油门扭矩控制方法，其特征在于，在进行大负荷喷油加浓时，事先剔除发动机的特殊工况。
9.根据权利要求8所述的发动机大油门扭矩控制方法，其特征在于，大负荷加浓请求优先级高于其他喷油加浓/减稀请求，低于发动机起动过程的喷油加浓、爆震加浓请求和排温保护加浓请求。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-9中任一项所述的发动机大油门扭矩控制方法的步骤。
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