CN114352424A - 一种发动机排温控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发动机排温控制系统及控制方法，涉及车辆控制技术领域。本发明的发动机排温控制系统用于调节并输出调节发动机喷油量的过量空气系数以使发动机的排温在预设范围内；发动机排温控制系统包括第一PID控制模块和排温预估控制模块；以发动机的实际排温和目标排温作为第一PID控制模块的输入得到目标排温变化值，以目标排温变化值和发动机的运行参数作为排温预估控制模块的输入，循环计算从而输出目标过量空气系数。本发明的发动机排温控制系统可以使得发动机排温控制系统有效的克服了排温控制到排温变化的时间滞后的问题，减小了排温超调量，加速了调节过程，提高了发动机系统的质量，使得发动机系统的性能和稳定性有了明显的提升。

Description

一种发动机排温控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及车辆控制技术领域，特别是涉及一种发动机排温控制系统及控制方法。
背景技术
汽油发动机排温控制是重要的发动机部件保护功能。排温控制通常通过调节汽油发动机过量空气系数(以下用lambda代替)实现，在发动机运行的过程中，调节发动机lambda避免发动机排温超出限值。
目前常用的发动机排温控制方法包括开环控制法和传统PID闭环控制法。开环控制法中在发动机排温超过一定限值后，根据当前的发动机转速、进气量、点火角等参数按固定的表格公式计算出lambda的输出。而传统PID闭环控制法是利用实际排温与目标排温的偏差作为控制量计算的输入，通过比例、积分、微分计算出最终的控制量。对于传统的PID控制，发动机排温具有很大的滞后性，不同的工况下滞后表现差距较大。使用较短的控制参数更新周期，会导致滞后期控制参数调整过快、排温出现波动。使用较长的控制参数更新周期，会导致控制参数调整过慢，导致工况快速变化的时候排温控制不及时，出现排温控制超调情况，有损坏三元催化器风险。
发明内容
本发明的第一方面的一个目的是要提供一种发动机排温控制系统，解决现有技术中仅利用PID控制模块得到过量空气系数而进行排温控制具有时间滞后的问题。
本发明的第一方面的一个目的是解决发动机系统稳定性差的问题。
本发明的第二方面的一个目的是要提供一种双电机混合动力车辆的动力系统控制系统。
特别地，本发明还提供一种发动机排温控制系统，用于调节并输出调节发动机喷油量的过量空气系数以使所述发动机的排温在预设范围内；
所述发动机排温控制系统包括第一PID控制模块和排温预估控制模块；以所述发动机的实际排温和目标排温作为所述第一PID控制模块的输入得到目标排温变化值，以所述目标排温变化值和所述发动机的运行参数作为所述排温预估控制模块的输入，循环计算从而输出目标过量空气系数。
可选地，还包括：
过量空气系数控制模块，所述过量空气系数控制模块配置成以实际的过量空气系数和所述目标过量空气系数作为输入得到过量空气系数差值；
第二PID控制模块，以所述过量空气系数差值作为输入得到喷油脉宽修正系数；和
发动机控制系统，配置成以所述喷油脉宽修正系数作为输入得到所述实际排温和实际过量空气系数，所述实际排温作为所述第一PID控制模块的输入；所述实际过量空气系数作为所述过量空气系数控制模块的输入。
可选地，所述排温预估控制模块包括：
排温模块，用于以所述第一PID控制模块输出的目标排温变化作为输入，得到目标过量空气系数；
排温预估器，用于对所述目标排温进行预估得到排温快速变化值和排温慢速变化值，将所述排温快速变化值和排温慢速变化值作为所述第一PID控制模块的输入。
可选地，所述第一PID控制模块配置成用于利用上一时刻的实际排温与上一时刻的目标排温的偏差作为控制计算的输入，得到上一时刻的第一目标排温变化值；
所述排温预估控制模块配置成将所述第一目标排温变化值和所述发动机的上一时刻的运行参数作为控制计算的输入，得到排温快速变化值和排温慢速变化值；
所述第一PID控制模块还配置成用于将所述排温快速变化值、所述排温慢速变化值、当前时刻的实际排温和当前时刻的目标排温共同作为所述第一PID控制模块当前时刻的输入，得到当前时刻的第二目标排温变化值，再利用所述第二目标排温变化值和所述发动机的当前时刻的运行参数共同作为所述排温预估控制模块的当前时刻的输入得到所述当前时刻的所述目标过量空气系数。
可选地，所述排温快速变化值、所述排温慢速变化值、所述实际排温和所述目标排温输入所述第一PID控制模块前，先对所述排温快速变化值和排温慢速值做差得到第一差值，将所述第一差值和实际排温相加求和后再与目标排温做差得到第二差值，将所述第二差值作为所述第一PID控制模块的输入。
可选地，在所述第二差值输入所述第一PID控制模块前，所述第一PID控制模块接收上一时刻得到的所述目标过量空气系数，判断上一时刻的所述目标过量空气系数是否在预设值范围内，若在则输入所述第二差值给第一PID控制模块，输出当前时刻的目标过量空气系数，若不在，第一PID控制模块停止控制，按照前一时刻的目标过量空气系数对发动机进行控制。
可选地，所述预设范围为0.65～1。
可选地，还包括过量空气系数预估器，所述过量空气系数以所述喷油脉宽修正系数作为输入得到过量空气系数快速变化值和过量空气系数慢速变化值，并将该过量空气系数快速变化值和过量空气系数慢速变化值作为所述过量空气系数控制模块的输入。
可选地，所述发动机的运行参数包括转速、点火角、负荷和环境温度和实际过量空气系数。
特别地，本发明还可以提供一种发动机排温控制方法，利用上面所述的发动机排温控制系统得到目标过量空气系数，根据所述目标过量空气系数控制所述发动机的喷油量以控制所述发动机的排温。
本方案中的发动机排温控制系统可以包括第一PID控制模块和排温预估控制模块，其中第一PID控制模块得到目标排温变化值，以所述目标排温变化值和所述发动机的参数作为所述排温预估控制模块的输入，循环计算从而输出目标过量空气系数从而可以使得发动机排温控制系统有效的克服了排温控制到排温变化的时间滞后的问题，减小了排温超调量，加速了调节过程，提高了发动机系统的质量，使得发动机系统的性能和稳定性有了明显的提升。
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是根据本发明的一个具体的实施例的发动机排温控制系统的示意性结构框图；
图2是根据本发明的另一个具体的实施例的发动机排温控制系统的示意性结构框图；
图3是根据本发明的另一个具体的实施例的发动机排温控制系统的示意性结构框图；
图4是根据本发明的一个具体的实施例的AVL台架利用发动机排温控制系统的控制排温后的排温随着时间的变化曲线。
具体实施方式
图1是根据本发明的一个具体的实施例的发动机排温控制系统的示意性结构框图。作为本发明一个具体的实施例，本实施例的提供一种发动机排温控制系统100，该发动机排温控制系统100用于调节并输出调节发动机喷油量的过量空气系数以使发动机的排温在预设范围内。发动机排温控制系统100可以包括第一PID控制模块10和排温预估控制模块20。本实施例以发动机的实际排温和目标排温作为第一PID控制模块10的输入得到目标排温变化值，以目标排温变化值和发动机的运行参数作为排温预估控制模块20的输入，循环计算从而输出目标过量空气系数。发动机的运行参数可以包括转速、点火角、负荷和环境温度和实际过量空气系数。
本实施例中的发动机排温控制系统100可以包括第一PID控制模块10和排温预估控制模块20，其中第一PID控制模块10得到目标排温变化值，以目标排温变化值和发动机的参数作为排温预估控制模块20的输入，循环计算从而输出目标过量空气系数从而可以使得发动机排温控制系统100有效的克服了排温控制到排温变化的时间滞后的问题，减小了排温超调量，加速了调节过程，提高了发动机系统的质量，使得发动机系统的性能和稳定性有了明显的提升。
图2是根据本发明的另一个具体的实施例的发动机排温控制系统的示意性结构框图。作为本发明一个具体的实施例，本实施例的发动机排温控制系统100还可以包括过量空气系数控制模块30、第二PID控制模块40和发动机控制系统50。其中，过量空气系数控制模块30配置成以实际的过量空气系数和目标过量空气系数作为输入得到过量空气系数差值。第二PID控制模块40以过量空气系数差值作为输入得到喷油脉宽修正系数。发动机控制系统50配置成以喷油脉宽修正系数作为输入得到实际排温和实际过量空气系数。实际排温作为第一PID控制模块10的输入。实际过量空气系数作为过量空气系数控制模块30的输入。
图3是根据本发明的另一个具体的实施例的发动机排温控制系统的示意性结构框图。作为本发明一个具体的实施例，本实施例的排温预估控制模块20可以包括排温模块21和排温预估器22。排温模块21用于以第一PID控制模块10输出的目标过量空气系数作为输入，得到目标排温。排温预估器22用于对目标排温进行预估得到排温快速变化值和排温慢速变化值，将排温快速变化值和排温慢速变化值作为第一PID控制模块10的输入。
本实施例的第一PID控制模块10配置成用于利用上一时刻的实际排温与上一时刻的目标排温的偏差作为控制计算的输入，得到上一时刻的第一目标排温变化值。排温预估控制模块20配置成将第一目标排温变化值和发动机的上一时刻的运行参数作为控制计算的输入，得到排温快速变化值和排温慢速变化值。第一PID控制模块10还配置成用于将排温快速变化值、排温慢速变化值、当前时刻的实际排温和当前时刻的目标排温共同作为第一PID控制模块10当前时刻的输入，得到当前时刻的第二目标排温变化值，再利用第二目标排温变化值和发动机的当前时刻的运行参数共同作为排温预估控制模块20的当前时刻的输入得到当前时刻的目标过量空气系数。
作为本发明一个具体的实施例，本实施例的排温快速变化值、排温慢速变化值、实际排温和目标排温输入第一PID控制模块10前，先对排温快速变化值与排温慢速变化值作差得到第一差值，第一差值与实际排温相加求和后，再与目标排温作差得到第二差值，将第二差值作为第一PID控制模块10的输入。
作为本发明一个具体的实施例，本实施例的在第二差值输入第一PID控制模块10前，第一PID控制模块10接收上一时刻得到的目标过量空气系数，判断上一时刻的目标过量空气系数是否在预设值范围内，若在则输入第二差值后输出当前时刻的目标过量空气系数，若不在，则按照前一时刻的目标过量空气系数对发动机进行控制。本实施例的预设范围为0.65～1。
作为本发明一个具体的实施例，本实施例的发动机排温控制系统100还可以包括过量空气系数预估器60，过量空气系数以喷油脉宽修正系数作为输入得到过量空气系数快速变化值和过量空气系数慢速变化值，并将该过量空气系数快速变化值和过量空气系数慢速变化值作为过量空气系数控制模块30的输入。
本实施例中的排温预估器22和过量空气系数预估器60均是smith预估器。Smith预估器基本原理是通过预估对象的动态特性，用一个预估模型来进行时间滞后的补偿，与被控对象共同构成一个没有时间滞后的广义被控对象。这样，整个控制系统相当于对一个没有时间滞后的系统进行控制，从而有效地克服了系统的纯滞后的影响。
具体地，本实施例的发动机排温控制系统100可以依次包括过量空气系数控制模块30、第二PID控制模块40、发动机控制系统50、第一PID控制模块10和排温预估控制模块20。并且在第二PID控制模块40输出的喷油脉宽修正系数反馈给过量空气系数控制模块30的过程中经过还需要经过过量空气系数预估器60，该过量空气系数预估器60在输入喷油脉宽修正系数后得到过量空气系数快速变化值和过量空气系数慢速变化值，将过量空气系数快速变化值、过量空气系数慢速变化值、发动机系统输出的实际过量空气系数和排温预估控制模块20得到的目标过量空气系数作为输入得到过量空气系数差值，该差值输入到第二PID控制模块40后输出喷油脉宽修正系数。该喷油脉宽修正系数输入到发动机系统后可以得到实际过量空气系数和实际排温。实际排温和目标排温输入到第一PID控制模块10后得到目标排温变化值，该目标排温变化值又输入到排温预估控制模块20后得到目标过量空气系数。此外，本实施例中的排温预估控制模块20可以包括排温模块21和排温预估器22，向排温模块21输入目标排温变化之后得到目标过量空气系数，该目标过量空气系数一方面会输入到过量空气系数控制模块30内，另一方面会输入到排温预估器22，排温预估器22会得到排温快速变化值和排温慢速变化值，该排温快速变化值、排温慢速变化值、实际排温和目标排温共同作为第一PID控制模块10的输入得到目标排温偏差。
本实施例中的发动机排温控制系统100形成三个循环，每一循环中均是利用前一时刻得到的输出的数据作为当前时刻的输入，从而得到当前时刻的输出数据，不断循环。
具体地，本实施例中，发动机排温控制系统100是可以在Simulink模型中搭建带有预估功能的排温预估控制模块20，具体该预估功能是利用smith预估器对排温进行预估，从而有效的消除发动机系统对排温控制的时间滞后的问题。将该排温预估控制模块20搭建完成后可以将其集成到发动机控制系统50中，实现对排温的精确控制。
图4是根据本发明的一个具体的实施例的AVL台架利用发动机排温控制系统的控制排温后的排温随着时间的变化曲线。以AVL台架为例，根据AVL台架测试数据输入到上述发动机排温控制系统100中，输出最终参数及结果，如图4所示，可以将排温精确控制在目标900℃。
作为本发明一个具体的实施例，本实施例的发动机排温控制方法，该发动机排温控制方法利用上面的发动机排温控制系统100得到目标过量空气系数，根据目标过量空气系数控制发动机的喷油量以控制发动机的排温。
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 (10)

1.一种发动机排温控制系统，用于调节并输出调节发动机喷油量的过量空气系数以使所述发动机的排温在预设范围内；其特征在于，
所述发动机排温控制系统包括第一PID控制模块和排温预估控制模块；以所述发动机的实际排温、目标排温以及预估排温值作为所述第一PID控制模块的输入得到目标排温变化值，以所述目标排温变化值和所述发动机的运行参数作为所述排温预估控制模块的输入，循环计算从而输出目标过量空气系数。
2.根据权利要求1所述的发动机排温控制系统，其特征在于，
还包括：
过量空气系数控制模块，所述过量空气系数控制模块配置成以实际的过量空气系数和所述目标过量空气系数作为输入得到过量空气系数差值；
第二PID控制模块，以所述过量空气系数差值作为输入得到喷油脉宽修正系数；
过量空气系数预估器，所述过量空气系数以所述喷油脉宽修正系数作为输入得到过量空气系数快速变化值和过量空气系数慢速变化值，并将该过量空气系数快速变化值和过量空气系数慢速变化值作为所述过量空气系数控制模块的输入。
发动机控制系统，配置成以所述喷油脉宽修正系数作为输入得到所述实际排温和实际过量空气系数，所述实际排温作为所述第一PID控制模块的输入；所述实际过量空气系数作为所述过量空气系数控制模块的输入。
3.根据权利要求1所述的发动机排温控制系统，其特征在于，
所述排温预估控制模块包括：
排温模块，用于以所述第一PID控制模块输出的目标排温变化作为输入，得到目标过量空气系数；
排温预估器，用于对所述目标排温进行预估得到排温快速变化值和排温慢速变化值，将所述排温快速变化值和排温慢速变化值作为所述第一PID控制模块的输入。
4.根据权利要求1或2所述的发动机排温控制系统，其特征在于，
所述第一PID控制模块配置成用于利用上一时刻的实际排温与上一时刻的目标排温的偏差作为控制计算的输入，得到上一时刻的第一目标排温变化值；
所述排温预估控制模块配置成将所述第一目标排温变化值和所述发动机的上一时刻的运行参数作为控制计算的输入，得到排温快速变化值和排温慢速变化值；
所述第一PID控制模块还配置成用于将所述排温快速变化值、所述排温慢速变化值、当前时刻的实际排温和当前时刻的目标排温共同作为所述第一PID控制模块当前时刻的输入，得到当前时刻的第二目标排温变化值，再利用所述第二目标排温变化值和所述发动机的当前时刻的运行参数共同作为所述排温预估控制模块的当前时刻的输入得到所述当前时刻的所述目标过量空气系数。
5.根据权利要求4所述的发动机排温控制系统，其特征在于，
所述排温快速变化值、所述排温慢速变化值、所述实际排温和所述目标排温输入所述第一PID控制模块前，先对所述排温快速变化值和排温慢速值做差得到第一差值，将所述第一差值和实际排温相加求和后再与目标排温做差得到第二差值，将所述第二差值作为所述第一PID控制模块的输入。
6.根据权利要求5所述的发动机排温控制系统，其特征在于，
在所述第二差值输入所述第一PID控制模块前，所述第一PID控制模块接收上一时刻得到的所述目标过量空气系数，判断上一时刻的所述目标过量空气系数是否在预设值范围内，若在则输入所述第二差值给所述第一PID控制模块，输出当前时刻的目标过量空气系数，若不在，第一PID控制模块停止控制，按照前一时刻的目标过量空气系数对发动机进行控制。
7.根据权利要求6所述的发动机排温控制系统，其特征在于，
所述预设范围为0.65～1。
8.根据权利要求2所述的发动机排温控制系统，其特征在于，
还包括过量空气系数预估器，所述过量空气系数以所述喷油脉宽修正系数作为输入得到过量空气系数快速变化值和过量空气系数慢速变化值，并将该过量空气系数快速变化值和过量空气系数慢速变化值作为所述过量空气系数控制模块的输入。
9.根据权利要求1所述的发动机排温控制系统，其特征在于，
所述发动机的运行参数包括转速、点火角、负荷、环境温度和实际过量空气系数。
10.一种发动机排温控制方法，其特征在于，利用权利要求1-9中任一项所述的发动机排温控制系统得到目标过量空气系数，根据所述目标过量空气系数控制所述发动机的喷油量以控制所述发动机的排温。
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