CN114991972B - 一种发动机极限气路扭矩控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机极限气路扭矩控制方法，根据最终请求气路扭矩控制气路扭矩，根据发动机最大气路扭矩和气路平均指示缸内压力，以及气路平均指示缸内压力与气量的关系得到目标气量，完成气路扭矩控制；其中，最终请求气路扭矩取发动机请求气路扭矩与最大气路扭矩之间的最小值，对该气路扭矩控制方法的优化，包括确定极限气路扭矩工况；根据不同工况调节不同参数后输出最终请求气路扭矩。本发明在气路扭矩达到其最大允许限值时，在进行增压保护的前提下，尽最大能力保证气路扭矩的达成，提升了扭矩控制精度。

Description

一种发动机极限气路扭矩控制方法

技术领域

本发明属于发动机控制领域，具体涉及一种发动机极限气路扭矩控制方法。

背景技术

对于汽油机的控制，基于汽油机的控制目标，主要分为火路扭矩的控制、气路扭矩的控制和基于气路扭矩的喷油控制，实现目标要求的动力性，经济性，排放等。火路扭矩是指通过点火提前角的改变来实现输出扭矩的变化，而气路扭矩是指通过进气量的改变来实现输出扭矩的变化，因此扭矩的变化可以通过进气量或者点火提前角来调节。现有技术CN202010632793.4《汽油机最大输出扭矩的确定方法》提出了发动机允许最大扭矩确定方法，但其并未考虑在发动机请求气路扭矩接近其最大输出扭矩时，如何进行控制。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种发动机极限气路扭矩控制方法，在气路扭矩达到其最大允许限值时，在进行增压保护的前提下，尽最大能力保证气路扭矩的达成，提升了扭矩控制精度。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种发动机极限气路扭矩控制方法，根据最终请求气路扭矩控制气路扭矩，根据发动机最大气路扭矩和气路平均指示缸内压力，以及气路平均指示缸内压力与气量的关系得到目标气量，完成气路扭矩控制；其中，最终请求气路扭矩取发动机请求气路扭矩与最大气路扭矩之间的最小值，对该气路扭矩控制方法的优化，包括以下步骤：

设定预设值-A与预设值B，其中-A＜B，当原始发动机请求气路扭矩与发动机最大气路扭矩之差大于预设值-A且小于预设值B时，判定此时发动机处于第一工况，表示为发动机请求扭矩处于发动机最大气路扭矩范围附近；当发动机请求气路扭矩与发动机最大气路扭矩之差大于预设值B，判定此时发动机处于第二工况，表示为发动机请求扭矩已远超发动机最大气路扭矩；

当发动机处于第一工况：

设定第一压比阈值和第二压比阈值，其中第一压比阈值大于第二压比阈值；

当节气门出口压力与入口压力之比大于第一压比阈值时，通过提高目标增压压力提升发动机气路扭矩精度，直至增压压力达到增压器最大能力；

当节气门出口压力与入口压力之比小于或等于第二压比阈值时，通过控制节气门增大气量和提高目标增压共同作用提升发动机气路扭矩精度；

当节气门出口压力与入口压力之比处于第一压比阈值和第二压比阈值之间时，根据滤波后发动机转速和大气压力限制允许增压压力增量的变化率以提升发动机气路扭矩精度；

当发动机处于第二工况：

设定增压阈值和修正系数；

当实际增压压力与允许最大增压压力之比小于增压阈值时，通过提高增压压力，在增压保护前提下实现气路扭矩达成同时避免超调；

当实际增压压力与允许最大增压压力之比大于或等于增压阈值时，将发动机请求气路扭矩与发动机最大气路扭矩之差乘以修正系数，以得到气路扭矩降低差额，根据发动机请求气路扭矩与气路扭矩降低差额作差得到小于预设值B的最终请求气量扭矩，判断此时节气门出口压力与入口压力之比、第一压比阈值和第二压比阈值大小，按照第一工况中对应的控制方法进行控制；

将通过提高目标增压压力处理后得到的发动机请求气路扭矩与最大气路扭矩比较，取二者的最小值作为气路扭矩请求。

滤波后发动机转速的计算方法为：

对发动机转速进行一阶低通滤波处理，当此时发动机转速大于上一时刻的滤波后的发动机转速，表明发动机转速在增大，此时一阶低通滤波系数取第一发动机转速滤波系数C1；当此时发动机转速小于或等于上一时刻的滤波后的发动机转速，表明发动机转速不在增大，此时一阶低通滤波系数取第二发动机转速滤波系数C2；其中0＜C2＜C1＜1。

当节气门出口压力与入口压力之比处于第一压比阈值和第二压比阈值之间时，

发动机转速减小过程中，某一滤波转速和大气压力下的气路扭矩请求与实际气量扭矩差异绝对值超过预设差异值，且对气路扭矩请求与实际气量扭矩差异绝对值超过预设差异值时进行采样得到累计次数，每次采样周期内气路扭矩请求与实际气量扭矩差异绝对值超过预设差异值则次数加1，在其累计次数超过第一预设次数Cnt₁，则更新当前滤波转速下增压压力允许减小变化率，更新方法为：将该增压压力允许减小变化率减去一个第一固定值，每次驾驶循环只更新一次，且在发动机下电后恢复初始值；

发动机转速增大过程中，某一滤波转速和大气压力下的气路扭矩请求与实际气量扭矩差异绝对值超过预设差异值，且对气路扭矩请求与实际气量扭矩差异绝对值超过预设差异值时进行采样得到累计次数，每次采样周期内气路扭矩请求与实际气量扭矩差异绝对值超过预设差异值则次数加1，在其累加次数超过第二预设次数Cnt₂，则更新当前滤波转速下增压压力允许增大变化率，将该增压压力允许增大变化率减去一个第二固定值，每次驾驶循环只更新一次，且在发动机下电后恢复初始值。

确定发动机最大气路扭矩的方法具体为：获取发动机最大气路扭矩、发动机台架外特性扭矩和发动机启动限制扭矩；当发动机出现非安全性故障时，还同时获取发动机非安全故障限制扭矩，当发动机出现安全性故障时，还同时获取发动机安全故障限制扭矩；取上述扭矩的最小值作为最大输出扭矩；

发动机最大气路扭矩M_EngMaxAirTrq为：

M_EngMaxAirTrq＝r×M_{EngMaxAirTrq1}+(1-r)×M_{EngMaxAirTrq2}+C

其中，M_{EngMaxAirTrq1}为最大气量限制扭矩；M_EngMaxAirTrq为气路扭矩修正值；r为加权系数，取值范围为(0,1)；C为固定常数。

目标增压压力的增压增量的标定思路为：通过增压压力的提高来实现发动机气路扭矩精度能够在±5％范围内。

-A为-10Nm，B为8Nm。

第一压比阈值为0.9，第二压比阈值为0.82。

C1为0.83，C2为0.32。

第一固定值为3kPa/s，第二固定值为5kPa/s。

增压阈值为0.96。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明在气路扭矩达到其最大允许限值时，在进行增压保护的前提下，尽最大能力保证气路扭矩的达成，提升了扭矩控制精度。

附图说明

图1为本发明实施例的流程示意图。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本专利的目的是，提出一种发动机气路扭矩控制方法。

CN202010632793.4《汽油机最大输出扭矩的确定方法》提出了发动机允许最大扭矩确定方法中提出的动力系统最大请求扭矩M_EngMaxTrq可以为发动机最大气路扭矩M_EngMaxAirTrq。

发动机最大气路扭矩M_EngMaxAirTrq已完成确定，可由公知技术或者简单推算得到。常见的气路扭矩控制根据气路扭矩请求M_EngAirTrqReq，可根据上述扭矩和气路平均指示缸内压力，及气路平均指示缸内压力与气量的关系得到目标气量，实现气路扭矩的控制。

限制最终实时的发动机请求气路扭矩，取发动机请求气路扭矩M_EngAirTrqReq与最大气路扭矩M_EngMaxAirTrq之间的最小值。

但是在气路扭矩请求接近/超过发动机最大气路扭矩和发动机最小气路扭矩时，为了实现发动机扭矩系统控制的稳定性，以保证其扭矩精度和响应准确性，需要特殊优化处理。

第一种工况，如果原始发动机请求气路扭矩M_EngAirTrqReq与发动机最大气路扭矩M_EngMaxAirTrq之差大于预设值-A(A大于0，-A为负值，本实施例-A取-10Nm)且小于预设值B(B为正值,本实施例取8Nm)。此时代表发动机请求扭矩已经在其最大值范围附近。

如表1所示，如果此时节气门出口压力与入口压力之比大于第一压比阈值r1(本实施例取0.9，压比越大，通过调节节气门来增大气量提高气路扭矩能力很小，此时需要尽可能通过增压压力来实现)，则根据请求气路扭矩M_EngAirTrqReq与最大气路扭矩M_EngMaxAirTrq之比

和原始目标增压压力，确定提高目标增压压力的增压增量Δp_Boost1，其中目标增压压力的增压增量Δp_Boost1的标定思路为：通过增压压力的提高来实现发动机气路扭矩精度能够在±5％范围内，直至增压压力达到增压器最大能力，一旦增压压力达到增压器最大能力则不作任何处理；

表1

2)如表2所示，如果此时节气门出口压力与入口压力之比不大于第二压比阈值r2，(本实施例取0.82，压比越大，通过调节节气门来增大气量可以进一步提高气路扭矩能力，通过气路扭矩请求(即气量的请求)可以一部分通过正常的气路控制节气门来实现，部分需要通过增压压力来实现。设置r2低于r1原因是，在节气门出口压力与入口压力之比较大时需要通过更多增压压力来实现气路扭矩的达成，通过标定试验得到可以保证气路扭矩在其精度范围内)，根据请求气路扭矩M_EngAirTrqReq与最大气路扭矩M_EngMaxAirTrq之比

和原始目标增压压力，确定提高目标增压压力的增压增量Δp_Boost2(增压增量Δp_Boost2不比增压增量Δp_Boost1标定大的原因是部分气路扭矩可以通过本身节气门来实现，降低增压压力增量可以降低对排气压力的影响，对排放影响降低)，其中目标增压压力的增压增量Δp_Boost2的标定思路为：通过增压压力的提高来实现发动机气路扭矩精度能够在±5％范围内。

表2

3)如果在第一种工况的条件1与2之间过渡工况下时，则根据滤波后发动机转速和大气压力p_Ambient来限制其允许增压压力增量变化率，避免过渡工况出现扭矩精度异常，在不同大气压力下，空气稀薄，增压能力反应不同，大气压力越大，发动机增压能力越强；而转速越高，发动机惯性越大，抗抖动能力越强；而且增压压力允许增大变化率限制大于增压压力允许减小变化率限制，一方面增压压力增大迅速增大可快速满足扭矩能力，二是增压压力减小会造成发动机燃烧扭矩能力降低，变化过快造成扭矩波动。最终确定其变化率的标定依据是保证扭矩精度在±5％范围内。

对发动机转速进行一阶低通滤波处理，抑制发动机工况突变造成转速突变而导致增压压力增量波动频繁而出现扭矩系统振荡的风险。

如果当前发动机转速大于上一时刻的滤波后的发动机转速，说明发动机转速在增大，此时一阶低通滤波系数为发动机转速滤波系数C1；

n(N)＝C1×[n_Act-n(N-1)]+n(N-1)，其中N＝1,2,3...，n(N-1)为N-1时刻的滤波后发动机转速；n(N)为N时刻的滤波后发动机转速；时刻N-1与时刻N的时间差为固定更新周期ΔT；n_Act为N时刻的实际发动机转速。

如果当前发动机转速不大于上一时刻的滤波后的发动机转速，说明发动机转速不在增大，此时一阶低通滤波系数为发动机转速滤波系数C2。

n(N)＝C2×[n_Act-n(N-1)]+n(N-1)，其中N＝1,2,3...，n(N-1)为N-1时刻的滤波后发动机转速；n(N)为N时刻的滤波后发动机转速；时刻N-1与时刻N的时间差为固定更新周期ΔT；n_Act为N时刻的实际发动机转速。

滤波系数C1或C2越小，发动机转速越平缓，C1和C2均在大于0和小于1的范围之内，且C1＞C2(本实施例C1取0.83，C2取0.32)，即发动机转速降低时，滤波后发动机转速越平缓，降低转速降低过程中增压压力波动情况。

表3

表4

如果在第一种工况的条件1与2之间过渡工况下，1)转速下降过程中，某一滤波转速和大气压力(n(N)，p_Ambient)下的出现最终的气路扭矩请求与实际气量扭矩差异绝对值超过预设差异值(本实施例为5％)，且超过次数Cnt₁(本实施例取10，如果未超过该次数，则不更新增压压力允许减小变化率)，则更新当前滤波转速n(N)下增压压力允许减小变化率，如表4所示，将该增压压力允许减小变化率减去一定第一固定值(本实施例取3kPa/s)，每次驾驶循环只更新一次，且在发动机下电后恢复初始值。2)转速上升过程中，某一滤波转速和大气压力(n(N)，p_Ambient)下的出现最终的气路扭矩请求与实际气量扭矩差异绝对值超过预设差异值，且超过次数Cnt₂(本实施例取7，如果未超过该次数，则不更新增压压力允许增大变化率)，则更新当前滤波转速n(N)下增压压力允许增大变化率，如表3所示，将该增压压力允许增大变化率减去一定第二固定值(本实施例取5kPa/s)，每次驾驶循环只更新一次，且在发动机下电后恢复初始值。

第二种工况，如果发动机请求气路扭矩M_EngAirTrqReq与发动机最大气路扭矩M_EngMaxAirTrq之差大于预设值B(B为正值,本实施例取8Nm)。此时代表发动机请求扭矩已经超过其最大值很多。

1)如果此时实际增压压力与允许最大增压压力(最大增压压力可根据控制增压控制执行器至其最大能力，和基于增压保护设定的最大增压压力中取小决定)之比r_{BoostCapacity}小于预设系数(本实施例取0.96)，则据请求气路扭矩与最大气路扭矩之比

和实际增压压力与允许最大增压压力r_{BoostCapacity}之比，确定提高目标增压压力的增压增量Δp_Boost3，其目标增压压力的增压增量Δp_Boost3标定依据是：在增压保护前提下尽可能提高增压压力以实现气路扭矩的达成同时避免超调。

表5

将目标增压压力的增压增量Δp_Boost3与原始目标增压压力做加法，作为最终的目标增压压力。

2)如表5所示，如果此时实际增压压力与允许最大增压压力(最大增压压力可根据控制增压控制执行器至其最大能力，和基于增压保护设定的最大增压压力中取小决定)之比r_{BoostCapacity}不小于预设系数(本实施例取0.96)，此时无法通过增压来实现，则将发动机请求气路扭矩M_EngAirTrqReq与发动机最大气路扭矩M_EngMaxAirTrq之差乘以一定修正系数k1,以得到气路扭矩降低差额，以保证原始发动机请求气路扭矩M_EngAirTrqReq与气路扭矩降低差额之差，得到最终请求的气量扭矩小于预设值B，修正系数k1的确定是为了避免发动机实际气路扭矩波动在±5％范围内。最终请求的气量扭矩控制方法则按照第一种工况控制方法来实现。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发动机极限气路扭矩控制方法，根据最终请求气路扭矩控制气路扭矩，根据发动机最大气路扭矩和气路平均指示缸内压力，以及气路平均指示缸内压力与气量的关系得到目标气量，完成气路扭矩控制；其中，最终请求气路扭矩取发动机请求气路扭矩与最大气路扭矩之间的最小值，其特征在于，对该气路扭矩控制方法的优化，包括以下步骤：

设定预设值-A与预设值B，其中-A＜B，当原始发动机请求气路扭矩与发动机最大气路扭矩之差大于预设值-A且小于预设值B时，判定此时发动机处于第一工况，表示为发动机请求扭矩处于发动机最大气路扭矩范围附近；当发动机请求气路扭矩与发动机最大气路扭矩之差大于预设值B，判定此时发动机处于第二工况，表示为发动机请求扭矩已远超发动机最大气路扭矩；

当发动机处于第一工况：

设定第一压比阈值和第二压比阈值，其中第一压比阈值大于第二压比阈值；

当节气门出口压力与入口压力之比大于第一压比阈值时，通过提高目标增压压力提升发动机气路扭矩精度，直至增压压力达到增压器最大能力；

当节气门出口压力与入口压力之比小于或等于第二压比阈值时，通过控制节气门增大气量和提高目标增压共同作用提升发动机气路扭矩精度；

当节气门出口压力与入口压力之比处于第一压比阈值和第二压比阈值之间时，根据滤波后发动机转速和大气压力限制允许增压压力增量的变化率以提升发动机气路扭矩精度；

当发动机处于第二工况：

设定增压阈值和修正系数；

当实际增压压力与允许最大增压压力之比小于增压阈值时，通过提高增压压力，在增压保护前提下实现气路扭矩达成同时避免超调；

当实际增压压力与允许最大增压压力之比大于或等于增压阈值时，将发动机请求气路扭矩与发动机最大气路扭矩之差乘以修正系数，以得到气路扭矩降低差额，根据发动机请求气路扭矩与气路扭矩降低差额作差得到小于预设值B的最终请求气路扭矩，判断此时节气门出口压力与入口压力之比、第一压比阈值和第二压比阈值大小，按照第一工况中对应的控制方法进行控制；

将通过提高目标增压压力处理后得到的发动机请求气路扭矩与最大气路扭矩比较，取二者的最小值作为最终请求气路扭矩。

2.根据权利要求1所述的一种发动机极限气路扭矩控制方法，其特征在于，滤波后发动机转速的计算方法为：

对发动机转速进行一阶低通滤波处理，当此时发动机转速大于上一时刻的滤波后的发动机转速，表明发动机转速在增大，此时一阶低通滤波系数取第一发动机转速滤波系数C1；当此时发动机转速小于或等于上一时刻的滤波后的发动机转速，表明发动机转速不在增大，此时一阶低通滤波系数取第二发动机转速滤波系数C2；其中0＜C2＜C1＜1。

3.根据权利要求2所述的一种发动机极限气路扭矩控制方法，其特征在于，当节气门出口压力与入口压力之比处于第一压比阈值和第二压比阈值之间时，

发动机转速减小过程中，某一滤波转速和大气压力下的请求气路扭矩与实际气路扭矩差异绝对值超过预设差异值，且对请求气路扭矩与实际气路扭矩差异绝对值超过预设差异值时进行采样得到累计次数，每次采样周期内请求气路扭矩与实际气路扭矩差异绝对值超过预设差异值则次数加1，在其累计次数超过第一预设次数Cnt₁，则更新当前滤波转速下增压压力允许减小变化率，更新方法为：将该增压压力允许减小变化率减去一个第一固定值，每次驾驶循环只更新一次，且在发动机下电后恢复初始值；

发动机转速增大过程中，某一滤波转速和大气压力下的请求气路扭矩与实际气路扭矩差异绝对值超过预设差异值，且对请求气路扭矩与实际气路扭矩差异绝对值超过预设差异值时进行采样得到累计次数，每次采样周期内请求气路扭矩与实际气路扭矩差异绝对值超过预设差异值则次数加1，在其累加次数超过第二预设次数Cnt₂，则更新当前滤波转速下增压压力允许增大变化率，将该增压压力允许增大变化率减去一个第二固定值，每次驾驶循环只更新一次，且在发动机下电后恢复初始值。

4.根据权利要求1所述的一种发动机极限气路扭矩控制方法，其特征在于，确定发动机最大气路扭矩的方法具体为：获取发动机最大气路扭矩、发动机台架外特性扭矩和发动机启动限制扭矩；当发动机出现非安全性故障时，还同时获取发动机非安全故障限制扭矩，当发动机出现安全性故障时，还同时获取发动机安全故障限制扭矩；取上述扭矩的最小值作为最大输出扭矩；

发动机最大气路扭矩M_EngMaxAirTrq为：

M_EngMaxAirTrq＝r×M_{EngMaxAirTrq1}+(1-r)×M_{EngMaxAirTrq2}+C

其中，M_{EngMaxAirTrq1}为最大气量限制扭矩；M_{EngMaxAirTrq2}为气路扭矩修正值；r为加权系数，取值范围为(0,1)；C为固定常数。

5.根据权利要求1所述的一种发动机极限气路扭矩控制方法，其特征在于，目标增压压力的增压增量的标定思路为：通过增压压力的提高来实现发动机气路扭矩精度能够在±5％范围内。

6.根据权利要求1所述的一种发动机极限气路扭矩控制方法，其特征在于，-A为-10Nm，B为8Nm。

7.根据权利要求1所述的一种发动机极限气路扭矩控制方法，其特征在于，第一压比阈值为0.9，第二压比阈值为0.82。

8.根据权利要求2所述的一种发动机极限气路扭矩控制方法，其特征在于，C1为0.83，C2为0.32。

9.根据权利要求3所述的一种发动机极限气路扭矩控制方法，其特征在于，第一固定值为3kPa/s，第二固定值为5kPa/s。

10.根据权利要求1所述的一种发动机极限气路扭矩控制方法，其特征在于，

增压阈值为0.96。

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