CN114909226A - 一种控制发动机起燃工况抽动的方法、系统及汽车 - Google Patents

一种控制发动机起燃工况抽动的方法、系统及汽车 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种控制发动机起燃工况抽动的方法、系统及汽车，方法为：S1：在起燃工况下，获取发动机0.5阶的座椅导轨的振动频率及对应的振动加速度，然后获取振动加速度峰值；S2：基于人体对振动的感受灵敏度，通过S1获取的振动加速度峰值，判断人体是否可以感受座椅导轨的抽动，若不能感受，则结束，若可以感受，则进入S3；S3：评价发动机的燃烧是否稳定，然后进入S4；和/或判断动力总成的刚体模态与发动机0.5阶之间是否满足回避频率要求，然后进入S5；S4：若发动机的燃烧不稳定，则调整电喷参数直至发动机燃烧稳定；S5：若不满足回避频率要求，则增加系统阻尼。本发明多方案并行，消除用户的主观抱怨。

Description

一种控制发动机起燃工况抽动的方法、系统及汽车
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，具体涉及汽车NVH领域。
背景技术
随着汽车工业的高速发展，汽车保有量的急剧增加，汽车产生的有害气体导致整个生态环境的变化，直接影响和威胁人类的正常生活和生存。尤其在人口密集的地方，由于建筑物密集使得空气的流动性差，城市汽车密度大，而且发动机大都在低速、频繁启动制动的高排放工况，控制城市车辆的有害污染物排放十分迫切。随着国家排放标准越来越严格，对汽车排放的控制、燃油经济性的改善方面提出了更严格的要求；在发动机原始排放一定的情况下，尾气后处理技术越来越重要，起燃工况就是为了快速达成该项功能。起燃工况是启动车辆后用户感知到的第一个工况，影响用户对车辆的一个总体评价，此时的抽动控制尤为重要。
导致起燃工况抽动的原因一般有两类：
1.起燃工况是为了对三元催化器进行快速加热，一般采用喷油加浓及推迟点火的方式，此两种方式均会导致发动机燃烧变差，各缸的燃烧均运行恶化，对发动机的振动影响较大。如果燃烧差于某种程度，就会被人感知到，产生不舒服的感觉而抱怨。
2.起燃工况转速一般较高，在1300～1500rpm之间，四缸机在该转速0.5阶的频率，容易与动力总成刚体模态的耦合，刚体模态的调整一般比较困难，且各个模态之间的频率间隔不大，更容易共振放大抽动现象。(空间上的质点有三个自由度，即三个方向上的线振动(又称为平动)自由度(X、Y、Z)；空间上的刚体有六个自由度，即三个线振动(又称为平动)自由度(X、Y、Z)、三个角振动(又称为转动)自由度(Roll、Patch、Yaw)。)
起燃工况是为了达成排放需求而存在的，排放是法规项，一般很少控制其抽动现象,且因其只持续很短的时间，各主机厂对该工况重视度不高，但是在起燃工况时的抽动会影响乘客的体验。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种控制发动机起燃工况抽动的方法，以缓解汽车起燃工况时的抽动影响乘客体验的问题；目的之二在于提供一种控制发动机起燃工况抽动的系统；目的之三在于提供一种汽车。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种控制发动机起燃工况抽动的方法，
S1：在起燃工况下，获取发动机0.5阶的座椅导轨的振动频率及对应的振动加速度，然后获取振动加速度峰值；
S2：基于人体对振动的感受灵敏度，通过S1获取的振动加速度峰值，判断人体是否可以感受座椅导轨的抽动，若不能感受，则结束，若可以感受，则进入S3；
S3：评价发动机的燃烧是否稳定，然后进入S4；
和/或判断动力总成的刚体模态与发动机0.5阶之间是否满足回避频率要求，然后进入S5；
S4：若发动机的燃烧不稳定，则调整电喷参数直至发动机燃烧稳定；
S5：若不满足回避频率要求，则判断调整起燃转速后是否能满足与所有刚体模态的回避频率要求，若能满足，则调整起燃转速，若不能满足，则增加系统阻尼。
根据上述技术手段，由于在S2中基于人体对振动的感受灵敏度，结合人体的主观感受，对是否产生抽动进行鉴别，减少了盲目性。若人体可以感受到抽动，则基于背景技术，从发动机的燃烧稳定性和起燃工况的动力总成与发动机的耦合两方面出发，针对发动机燃烧稳定性和是否满足回避频率要求两方面进行评价，进而选择合适的技术手段降低抽动。
进一步，所述评价发动机的燃烧是否稳定的方法具体为：在发动机的各气缸布置燃烧分析仪及缸压传感器，然后得到发动机各气缸的COV值，若存在至少一个气缸的COV值大于等于阈值，则说明发动机的燃烧不稳定，若所有气缸的COV值均小于阈值，则说明发动机的燃烧稳定。
根据上述技术手段，通过COV评价发动机燃烧的稳定性，结果较为真实。
进一步，当调整电喷参数直至发动机燃烧稳定后，重新进行所述S1和S2，若人体不能感受到抽动，则结束，如果人体可以感受到抽动，则继续调整电喷参数，直至结束。
进一步，所述判断动力总成的刚体模态与发动机0.5阶之间是否满足回避频率要求的方法具体为：对动力总成进行刚体模态测试，分别得到动力总成所有自由度下的模态，然后进行筛选，使得筛选后的该自由度下的模态的固有频率最接近发动机0.5阶频率，将该自由度下的固有频率与发动机0.5阶频率进行对比，若两者的差值大于等于设定值，则满足回避频率要求，否则不满足回避频率要求。
进一步，判断调整起燃转速后所有刚体模态是否满足回避频率要求，若满足，则调整起燃转速，若不满足，则增加系统阻尼，直至人体不能感受到抽动。
根据上述技术手段，通过改变起燃转速来实现合理避频，进一步提高降低抽动的效果，通过增加系统阻尼，降低座椅导轨振动的响应，降低人对抽动感知。
进一步，所述S1具体为：在起燃工况下，对各个悬置的主动侧和被动侧、主驾座椅导轨分别布置三向振动传感器，测试起燃工况下各点的振动；再将发动机转速进行调整，在1000-1500rpm之间每50rpm进行一次振动测试。
一种基于控制发动机起燃工况抽动的方法的控制发动机起燃工况抽动的方法的系统，包括：
振动数据获取模块，配置为获取发动机0.5阶的座椅导轨的振动频率及对应的振动加速度，并生成振动加速度的峰值；
抽动判断模块，配置为获取振动加速度的峰值，基于人体对振动的感受灵敏度，通过S1获取的振动加速度峰值，判断人体是否可以感受座椅导轨的抽动；
发动机燃烧稳定性判断模块，配置为获取发动机的各气缸布置的燃烧分析仪及缸压传感器，然后得到发动机各气缸的COV值，若存在至少一个气缸的COV值大于等于阈值，则说明发动机的燃烧不稳定，若所有气缸的COV值均小于阈值，则说明发动机的燃烧稳定。
耦合判断模块，配置为根据动力总成所有自由度的模态频率，然后选择与发动机0.5阶频率最接近的自由度的模态频率，判断该模态频率与发动机0.5阶频率的差值是否大于等于1HZ，若是，则满足回避频率要求，否则不满足回避频率要求。
一种汽车，包括车体，所述车体配置有上述的控制发动机起燃工况抽动的系统。
本发明的有益效果：
本发明运用人对频率的主观感受制定抽动标准；提取起燃工况下抽动的峰值保持值进行分析，更能切合人员的主观感知；依据燃烧稳定性控制标准来评判燃烧是否为抽动的主因，避免问题整改的盲目性；基于人员实际主观感受，提出了动力总成刚体模态与发动机0.5阶频率避频的标准，有理有据的解决问题；提出了通过提升系统阻尼来降低抽动响应的可能，且可以通过改变起燃转速来实现合理避频，多方案并行，消除用户的主观抱怨。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为人体对振动的感受灵敏度图；
图3为本实施例中的四缸发动机的各缸COV的分析结果示意图。
具体实施方式
以下将参照附图和优选实施例来说明本发明技术方案的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例1
本实施例提出了一种控制发动机起燃工况抽动的方法，如图1所示，方法具体为：
S1：在起燃工况下，获取发动机的0.5阶的座椅导轨的振动频率及对应的振动加速度，然后获取振动加速度峰值。
具体的，对各个悬置的主动侧和被动侧、主驾座椅导轨分别布置三向振动传感器，测试起燃工况下各点的振动；再将发动机转速进行调整，在1000-1500rpm之间每50rpm进行一次振动测试，并将测试结果结合发动机的实际转速，转换为发动机0.5阶下的汽车座椅的振动频率以及对应的振动加速度，并获取振动加速度的峰值。
S2：基于人体对振动的感受灵敏度，通过S1获取的振动加速度峰值，判断人体是否可以感受座椅导轨的抽动，若不能感受，则结束，若可以感受，则进入S3。
人体对振动的感受灵敏度如图2所示，为公知常识，是本领域的技术人员基于人体主观感受指定的座椅导轨的振动频率与振动加速度的关系，表现为同一振动频率下放入不同振动加速度，随着振动加速度的增加，表现为三个层次，分别是人体不能感受抽动、人体能清晰感受抽动和人体敏感强烈感受抽动。
进而本实施例中提取振动加速度峰值后(因人对振动的感知是一个时域的感知，此时应用peak hold更能与人体实际感知相切合，比平均更合适。)，将振动加速度峰值与图2进行对比，若表现为人体不能感受到抽动，则结束，若人体能清晰感受抽动和人体敏感强烈感受抽动，则进入S3。
S3：评价发动机的燃烧是否稳定，然后进入S4；
和/或判断动力总成的所有自由度下的刚体模态与发动机0.5阶之间是否满足回避频率要求，然后进入S5。
即本实施例中，评价发动机的燃烧是否稳定以及判断是否满足回避频率要求可同时进行，也可选择其一。
针对评价发动机的燃烧是否稳定的方法具体为：
布置燃烧分析仪及四个缸的缸压传感器，同步采集发动机各缸的燃烧数据，需要注意的是，在测试前需要对燃烧分析仪进行相位的标定。
运用AVL Concerto对燃烧数据进行详细分析，得到发动机各缸的COV；
如图3为本实施例中的四缸发动机的各缸COV的分析结果示意图,在内燃机开发中，发动机工作稳定性较为科学的评价方法是采用平均指示有效压力Pi(IMEP)循环变动系数(COV)，其定义为一定循环内平均指示压力的标准偏差与平均值的比值。
Figure BDA0003672166570000051
Figure BDA0003672166570000052
Figure BDA0003672166570000053
Figure BDA0003672166570000054
其中，VD为发动机排量L，PC为汽缸压力Bar，V为汽缸容积L，Pi为平均指示有效压力(Indicating Mean Effective Pressure)Bar，STD为标准偏差(Standard distribution)Bar，MEAN为平均值(Mean value)Bar，COV为变化系数(Coefficient Of Variance)％，LNV为抖振参数(Lowest normalized value)％。
将各缸的COV的分析结果与阈值进行比较，确定其是否满足要求，本实施例中，当所有气缸的COV＜20％时，认为发动机的燃烧稳定，无需优化，当存在某一个气缸的COV≥20％时，则认为发动机燃烧不稳定，需要优化。然后进入S4。
判断动力总成的所有自由度下的刚体模态与发动机0.5阶之间是否满足回避频率要求的方法具体为：
通过S1的测试结果，得到起燃工况发动机的具体转速，计算在当前转速下发动机的0.5阶频率。
测试动力总成的刚体模态，分别得到所有自由度的模态频率，所有自由度包括三个线振动(又称为平动)自由度(X、Y、Z)、三个角振动(又称为转动)自由度(Roll、Patch、Yaw)，然后对比每一个自由度下的模态的频率值与发动机的0.5阶频率，选择与发动机的0.5阶频率最接近的动力总成的某一个自由度的模态，并将该自由度的模态的频率值与发动机的0.5阶频率对比，若两者的差值小于1HZ，则认为动力总成与发动机发生共振，进入S5，若大于1HZ，则满足回避频率的要求。
S4：若发动机的燃烧不稳定，则调整电喷参数直至发动机燃烧稳定，电喷参数包括喷油压力、点火提前角等，使COV均达成要求，再次进行S1，并判断人体是否可以感受座椅导轨的抽动，不能感受抽动，则优化完成，否则，继续调整电喷参数。
S5：若不满足回避频率要求，则需要评估调整起燃转速后是否能满足回避频率要求，若满足，则调整起燃转速。若不满足，则需要增加系统阻尼来降低动力总成的振动频率。在增加系统阻尼前，论证系统提升阻尼以降低响应的可行性，因悬置要考虑各种性能，调整阻尼可能会影响其他的性能，所以在调整阻尼时需要综合考虑各种性能。
因此若无法调整系统阻尼或者提升系统阻尼后仍然能感受到抽动，考虑调整起燃工况转速，与该模态避开1Hz以上，达到回避频率要求，然后再次进行S1，并判断人体是否可以感受座椅导轨的抽动。
实施例2
本实施例提出了一种控制发动机起燃工况抽动的方法的系统，基于实施例1，系统包括：
振动数据获取模块，配置为获取发动机0.5阶的座椅导轨的振动频率及对应的振动加速度，并生成振动加速度的峰值；
抽动判断模块，配置为获取振动加速度的峰值，基于人体对振动的感受灵敏度，通过S1获取的振动加速度峰值，判断人体是否可以感受座椅导轨的抽动；
发动机燃烧稳定性判断模块，配置为获取发动机的各气缸布置的燃烧分析仪及缸压传感器，然后得到发动机各气缸的COV值，若存在至少一个气缸的COV值大于等于阈值，则说明发动机的燃烧不稳定，若所有气缸的COV值均小于阈值，则说明发动机的燃烧稳定。
耦合判断模块，配置为根据动力总成所有自由度的模态频率，然后选择与发动机0.5阶频率最接近的自由度的模态频率，判断该模态频率与发动机0.5阶频率的差值是否大于等于1HZ，若是，则满足回避频率要求，否则不满足回避频率要求。
实施例3
本实施例提出了一种汽车，包括车体，车体配置有实施例2提出的控制发动机起燃工况抽动的系统。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种控制发动机起燃工况抽动的方法，其特征在于：
S1：在起燃工况下，获取发动机0.5阶的座椅导轨的振动频率及对应的振动加速度，然后获取振动加速度峰值；
S2：基于人体对振动的感受灵敏度，通过S1获取的振动加速度峰值，判断人体是否可以感受座椅导轨的抽动，若不能感受，则结束，若可以感受，则进入S3；
S3：评价发动机的燃烧是否稳定，然后进入S4；
和/或判断动力总成的刚体模态与发动机0.5阶之间是否满足回避频率要求，然后进入S5；
S4：若发动机的燃烧不稳定，则调整电喷参数直至发动机燃烧稳定；
S5：若不满足回避频率要求，则判断调整起燃转速后是否能满足与所有刚体模态的回避频率要求，若能满足，则调整起燃转速，若不能满足，则增加系统阻尼。
2.根据权利要求1所述的控制发动机起燃工况抽动的方法，其特征在于：所述评价发动机的燃烧是否稳定的方法具体为：在发动机的各气缸布置燃烧分析仪及缸压传感器，然后得到发动机各气缸的COV值，若存在至少一个气缸的COV值大于等于阈值，则说明发动机的燃烧不稳定，若所有气缸的COV值均小于阈值，则说明发动机的燃烧稳定。
3.根据权利要求2所述的控制发动机起燃工况抽动的方法，其特征在于：当调整电喷参数直至发动机燃烧稳定后，重新进行所述S1和S2，若人体不能感受到抽动，则结束，如果人体可以感受到抽动，则继续调整电喷参数，直至结束。
4.根据权利要求1所述的控制发动机起燃工况抽动的方法，其特征在于：所述判断动力总成的刚体模态与发动机0.5阶之间是否满足回避频率要求的方法具体为：对动力总成进行刚体模态测试，分别得到动力总成所有自由度下的模态，然后进行筛选，使得筛选后的该自由度下的模态的固有频率最接近发动机0.5阶频率，将该自由度下的固有频率与发动机0.5阶频率进行对比，若两者的差值大于等于设定值，则满足回避频率要求，否则不满足回避频率要求。
5.根据权利要求4所述的控制发动机起燃工况抽动的方法，其特征在于：判断调整起燃转速后所有刚体模态是否满足回避频率要求，若满足，则调整起燃转速，若不满足，则增加系统阻尼，直至人体不能感受到抽动。
6.根据权利要求1所述的控制发动机起燃工况抽动的方法，其特征在于：所述S1具体为：在起燃工况下，对各个悬置的主动侧和被动侧、主驾座椅导轨分别布置三向振动传感器，测试起燃工况下各点的振动；再将发动机转速进行调整，在1000-1500rpm之间每50rpm进行一次振动测试。
7.一种基于权利要求1-6任一所述的控制发动机起燃工况抽动的方法的控制发动机起燃工况抽动的方法的系统，其特征在于：包括：
振动数据获取模块，配置为获取发动机0.5阶的座椅导轨的振动频率及对应的振动加速度，并生成振动加速度的峰值；
抽动判断模块，配置为获取振动加速度的峰值，基于人体对振动的感受灵敏度，通过S1获取的振动加速度峰值，判断人体是否可以感受座椅导轨的抽动；
发动机燃烧稳定性判断模块，配置为获取发动机的各气缸布置的燃烧分析仪及缸压传感器，然后得到发动机各气缸的COV值，若存在至少一个气缸的COV值大于等于阈值，则说明发动机的燃烧不稳定，若所有气缸的COV值均小于阈值，则说明发动机的燃烧稳定。
耦合判断模块，配置为根据动力总成所有自由度的模态频率，然后选择与发动机0.5阶频率最接近的自由度的模态频率，判断该模态频率与发动机0.5阶频率的差值是否大于等于1HZ，若是，则满足回避频率要求，否则不满足回避频率要求。
8.一种汽车，包括车体，其特征在于：所述车体配置有权利要求7所述的控制发动机起燃工况抽动的系统。
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