CN115370496A - 涡轮增压发动机气路扭矩控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡轮增压发动机气路扭矩控制方法，包括：当发动机请求气路扭矩与发动机最小气路扭矩之差的绝对值小于设定扭矩阈值时，若涡轮增压系统处于增压闭环状态，通过增大目标增压压力来增大发动机请求气路扭矩；若涡轮增压系统处于不闭环增压状态，通过增大目标发动机最小转速来增大发动机请求气路扭矩；当发动机最小气路扭矩与发动机请求气路扭矩之差的大于或等于设定扭矩阈值时，强制涡轮增压系统处于闭环增压状态，通过增大目标发动机最小转速来增大发动机请求气路扭矩。本发明通过减小发动机气路扭矩的波动，提高了发动机气路扭矩控制的精度。

Description

涡轮增压发动机气路扭矩控制方法

技术领域

本发明涉及发动机控制技术领域，具体地指一种涡轮增压发动机气路扭矩控制方法。

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。

中国专利CN111810302A公开了一种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，但是当发动机请求气路扭矩在最小气路扭矩上下波动时，发动机扭矩控制容易出现不稳定，难以保证输出扭矩的精度和响应准确性。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种涡轮增压发动机气路扭矩控制方法，通过减小发动机请求气路扭矩在最小气路扭矩附近的波动，提高了发动机气路扭矩控制的精度。

为实现上述目的，本发明提供一种涡轮增压发动机气路扭矩控制方法，包括：

当发动机请求气路扭矩与发动机最小气路扭矩之差的绝对值小于设定扭矩阈值时，进行如下控制：

第一工况：若涡轮增压系统处于增压状态，通过增大目标增压压力来增大发动机请求气路扭矩；

第二工况：若涡轮增压系统处于不增压状态，通过增大目标发动机最小转速来增大发动机请求气路扭矩；

第三工况：当发动机最小气路扭矩与发动机请求气路扭矩之差大于或等于设定扭矩阈值时，强制涡轮增压系统处于不增压状态，通过增大目标发动机最小转速来增大发动机请求气路扭矩。

进一步地，所述发动机最小气路扭矩M_EngMinAirTrq的确定方法包括

M_EngMinAirTrq＝p_AirIMEPMin×V×N4π

式中，p_AirIMEPMin为气路平均指示缸内压力，V为发动机排量，N为缸数，π为圆周率；

所述气路平均指示缸内压力p_AirIMEPMin的确定方法包括

p_AirIMEPMin＝r_BaseSprkEff×rho_{FuelEnergyDensityMin}×r_FuelConvEff

式中，rho_{FuelEnergyDensityMin}为燃油能量密度，r_BaseSprkEff为最佳点火效率， r_FuelConvEff为当前发动机实际燃烧效率。

进一步地，增大目标增压压力的方法包括，根据发动机请求气路扭矩与发动机最小气路扭矩的比值和上一时刻的目标增压压力标定得到目标增压压力增量，获取上一时刻目标增压压力与目标增压压力增量之和得到当前时刻的目标增压压力。

进一步地，还根据第一修正系数对目标增压压力增量进行修正，所述第一修正系数根据发动机转速和发动机冷却水温定标得到。

进一步地，增大目标发动机最小转速的方法包括，根据发动机请求气路扭矩与发动机最小气路扭矩的比值和上一时刻的目标发动机最小转速标定得到最小转速增量，获取上一时刻的目标发动机最小转速与最小转速增量之和得到当前时刻的目标发动机最小转速；当发动机请求气路扭矩与发动机最小气路扭矩的比值和上一时刻的目标发动机最小转速下相同时，第三工况中的最小转速增量大于第二工况中的最小转速增量。

进一步地，当所述第二工况与所述第三工况进行切换时，发动机转速变化速率小于发动机转速最大增加速率且大于发动机转速最大减小速率，所述发动机转速最大增加速率的绝对值大于所述发动机转速最大减小速率。

进一步地，所述发动机转速最大增加速率和所述发动机转速最大减小速率均通过进气密度滤波值和大气压力标定得到。

进一步地，所述进气密度滤波值的确定方法包括，

若当前时刻进气密度大于或等于上一时刻进气密度滤波值，通过第一滤波系数对当前时刻进气密度进行一阶滤波；

若当前时刻进气密度小于等于上一时刻进气密度滤波值，通过第二滤波系数对当前时刻进气密度进行一阶滤波，所述第一滤波系数大于所述第二滤波系数。

进一步地，在进气密度减小过程中，当发动机实际气路扭矩与发动机请求气路扭矩的偏差率大于设定偏差率的累计次数大于第一设定次数时，减小发动机转速最大减小速率。

进一步地，在发动机转速增大过程中，当发动机实际气路扭矩与发动机请求气路扭矩的偏差率大于设定偏差率的累计次数大于第二设定次数时，减小发动机转速最大增加速率。

本发明的有益效果：当发动机请求气路扭矩在最小气路扭矩上下波动时，通过增大目标增压压力来增大发动机请求气路扭矩或者通过增大目标发动机最小转速来增大发动机请求气路扭矩，从而确保实际输出的气路扭矩等于发动机请求气路扭矩，使得发动机气路扭矩不会在最小气路扭矩上下波动，提高了发动机气路扭矩控制的精度；当第二工况与第三工况进行切换时，限制发动机转速变化速率小于发动机转速最大增加速率且大于发动机转速最大减小速率，这样限制了发动机气路扭矩出现突变，进一步地提高了发动机气路扭矩的控制精度。

具体实施方式

下面具体实施方式用于对本发明的权利要求技术方案作进一步的详细说明，便于本领域的技术人员更清楚地了解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下面具体的实施例。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。

发动机的实际气路扭矩一般被限制在最小气路扭矩与最大气路扭矩之间，那么当发动机请求气路扭矩M_EngAirTrqReq在最小气路扭矩 M_EngMinAirTrq上下波动时，由于实际气路扭矩最小只能取最小气路扭矩，因此会导致实际气路扭矩不等于请求气路扭矩，从而造成气路扭矩出现较大控制偏差，为了实际气路扭矩尽可能等于请求气路扭矩，需要调节请求气路扭矩不小于最小气路扭矩。

发动机最小气路扭矩M_EngMinAirTrq的确定方法为

M_EngMinAirTrq＝p_AirIMEPMin×V×N/4π

式中，p_AirIMEPMin为气路平均指示缸内压力，V为发动机排量，N为缸数，π为圆周率；

气路平均指示缸内压力p_AirIMEPMin的确定方法为

p_AirIMEPMin＝r_BaseSprkEff×rho_{FuelEnergyDensityMin}×r_FuelConvEff

式中，rho_{FuelEnergyDensityMin}为燃油能量密度，r_BaseSprkEff为最佳点火效率， r_FuelConvEff为当前发动机实际燃烧效率。

基于上述问题，本实施例提出一种涡轮增压发动机气路扭矩控制方法，包括：

当发动机请求气路扭矩与发动机最小气路扭矩之差的绝对值小于设定扭矩阈值时，说明发动机请求气路扭矩已经在最小气路扭矩附近了，进行如下控制，本实施例中，设定扭矩阈值为8Nm或6Nm。

第一工况：若涡轮增压系统处于增压状态，通过增大目标增压压力来增大发动机请求气路扭矩。

增大目标增压压力的方法为，根据发动机请求气路扭矩与发动机最小气路扭矩的比值和上一时刻的目标增压压力标定得到目标增压压力增量，见表1，获取上一时刻目标增压压力与目标增压压力增量之和得到当前时刻的目标增压压力。增大目标增压压力可以增大发动机请求气路扭矩，使得发动机请求气路扭矩不低于发动机最小气路扭矩。

表1目标增压压力增量的标定表

本实施例中，还根据第一修正系数k1对目标增压压力增量进行修正，即修正后的目标增压压力增量为修正前的目标增压压力增量与第一修正系数的乘积，第一修正系数根据发动机转速和发动机冷却水温定标得到，见表2。

表2第一修正系数的标定表

第二工况：若涡轮增压系统处于不增压状态，无法通过增大目标进气压力来实现增大扭矩，则通过增大目标发动机最小转速来增大发动机请求气路扭矩，保证发动机请求气路扭矩不小于发动机最小气路扭矩。

第二工况中，增大目标发动机最小转速的方法为，根据发动机请求气路扭矩与发动机最小气路扭矩的比值和上一时刻的目标发动机最小转速标定得到第一最小转速增量，见表3，获取上一时刻的目标发动机最小转速与第一最小转速增量之和得到当前时刻的目标发动机最小转速。

表3第一最小转速增量的标定表

第三工况：当发动机最小气路扭矩与发动机请求气路扭矩之差大于或等于设定扭矩阈值时，说明发动机最小气路扭矩已经明显大于发动机请求气路扭矩，必须快速地增大发动机请求气路扭矩，因此强制涡轮增压系统处于不增压状态，通过增大目标发动机最小转速来增大发动机请求气路扭矩，可以更快地实现增大请求气路扭矩的目的。

第三工况中，增大目标发动机最小转速的方法为，根据发动机请求气路扭矩与发动机最小气路扭矩的比值和上一时刻的目标发动机最小转速标定得到第二最小转速增量，见表4，获取上一时刻的目标发动机最小转速与第二最小转速增量之和得到当前时刻的目标发动机最小转速。

表4第二最小转速增量的标定表

从表3和表4中可知，当发动机请求气路扭矩与发动机最小气路扭矩的比值和上一时刻的目标发动机最小转速相同时，第三工况中的第二最小转速增量大于第二工况中的第二最小转速增量。这样在第三工况中可以实现更加快速地增大发动机请求气路扭矩，使请求气路扭矩大于最小气路扭矩。

作为一种更优的实施例，当第二工况与第三工况进行切换过程中，即从发动机最小气路扭矩与发动机请求气路扭矩之差等于设定扭矩阈值开始，直到当前发动机转速变化至设定发动机转速为止。

在不同大气压力下，空气稀薄，进气量控制的能力不同，大气压力越大，发动机越容易进气，请求气路扭矩越容易满足；而发动机转速越高，发动机惯性越大，抗抖动能力越强。另一方面，发动机转速减小会造成发动机燃烧扭矩能力降低，转速减小过快造成扭矩波动。

为了避免在这两个工况切换的过程中，发动机转速增大速率或减小速率过大造成发动机气路扭矩异常波动，将发动机转速变化速率被限制在发动机转速最大增加速率与发动机转速最大减小速率之间，发动机转速最大增加速率的绝对值大于发动机转速最大减小速率，即增大的速率要大于减小的速率，最终确定发动机转速最大变化速率的标定依据是保证气路扭矩精度在±5％范围内。

发动机转速最大增加速率和发动机转速最大减小速率均通过进气密度滤波值和大气压力标定得到，见表5和表6。

表5发动机转速最大增加速率标定表

表6发动机转速最大减小速率标定表

对发动机进气密度进行一阶低通滤波处理，抑制发动机工况突变造成负荷突变而导致发动机转速增量波动频繁而出现扭矩系统振荡的风险。进气密度滤波值的确定方法如下：

若当前时刻进气密度大于或等于上一时刻进气密度滤波值，说明发动机进气密度在增大，通过第一滤波系数C1对当前时刻进气密度进行一阶滤波得到当前时刻进气密度滤波值rho(N)；

rho(N)＝C1×[rho_Act-rho(N-1)]+rho(N-1)

式中，其中N＝1,2,3...，rho(N-1)为上一时刻的进气密度滤波值，时刻N-1与时刻N的时间差为固定更新周期ΔT，rho_Act为当前时刻的进气密度。

若当前时刻进气密度小于等于上一时刻进气密度滤波值，说明进气密度不在增大，通过第二滤波系数C2对当前时刻进气密度进行一阶滤波，第一滤波系数大于第二滤波系数。

rho(N)＝C2×[rho_Act-rho(N-1)]+rho(N-1)

滤波系数C1或C2越小，发动机进气密度越平缓，C1和C2均在大于0和小于1的范围之内，且C1＞C2(本实例C1取0.8，C2 取0.62)，即发动机进气密度降低时，滤波后进气密度越平缓，降低进气密度降低过程中目标发动机转速的波动情况。

在进气密度减小过程中，当发动机实际气路扭矩与发动机请求气路扭矩的偏差率大于5％的累计次数大于6次时，将发动机转速最大减小速率减小20rpm/s，每次驾驶循环只调节一次，且在发动机下电后恢复初始值。

在发动机转速增大过程中，当发动机实际气路扭矩与发动机请求气路扭矩的偏差率大于5％的累计次数大于7次时，将发动机转速最大增加速率减小12rpm/s，每次驾驶循环只调节一次，且在发动机下电后恢复初始值。

当出现以下条件时，进入自学习模式。

1.发动机处于运行状态。

2.发动机转速在一定范围内，本实例取600rpm到5900rpm之间，且进入自学习的发动机转速波动较小，本实例取±15rpm。

3.负荷(进入气缸新鲜空气进气密度)在一定范围内，本实例取 200mgpl到3000mgpl之间，且进入自学习的负荷波动较小，本实例取±20mgpl。

4.涡轮增压控制状态未发生变化(要么在闭环控制，要么在非闭环控制)。

5.发动机水温在一定范围内(本实例取0℃到100℃)，且进入 EGR率的点火角自学习的实际EGR率波动较小，本实例取±2℃。

6.进气温度在一定范围内(本实例取30℃到80℃)，且进入EGR 率的点火角自学习的实际EGR率波动较小，本实例取±1.5℃。

7.目标进气VVT角度与实际排气VVT角度偏差在预设范围内，本实例取±0.5°。

8.目标排气VVT角度与实际排气VVT角度偏差在预设范围内，本实例取±0.5°。

9.实际空燃比波动在预设范围内，本实例取±1％；

10.发动机请求气路扭矩与当前最小气量扭矩之差不超过预设范围，本实例取±10Nm。

11.未出现爆震，早燃，排温超限的情况。

发动机总行驶里程数超过预设里程，本实例取10万公里。

如果在自学习过程中任何一阶段出现激活条件中任一条不满足时，则终止自学习，进入自学习未激活阶段。在以上激活条件满足时，可尝试进入自学习过程，首先进入自学习稳定化阶段。

在进入自学习稳定化阶段时，稳定化阶段的目的是确保自学习激活条件稳定可靠。在自学习稳定化阶段过程中以下条件满足时，将进入自学习激活阶段。

条件一：进入自学习稳定化阶段超过预设时间T0，本实例取10s；

条件二：自学习次数未更新不超过预设时间T1(本实例取 60min，自学习完成便更新一次自学习次数。如果学习间隔过长会导致每次学习值的差异不同可能是发动机零部件老化造成，而并非学习到了准确的信息)；

在以上条件未满足，且激活条件满足，则维持在自学习稳定阶段；如果以上条件不满足，且激活条件未满足，则返回至自学习未激活阶段。在以上条件满足，且激活条件满足时，则进入下一阶段，即自学习激活阶段。

在进入自学习激活阶段时，计算一定时间内T2(本实例T2取 3s)的发动机转速平均值n_Avg、负荷平均值rho_Avg、大气压力平均值p_AmbAvg、水温平均值T_CoolantAvg。在时间T2满足后，则进入下一阶段，即自学习更新阶段。

自学习更新阶段，就是更新发动机最小气路扭矩，其更新方法如下：

如果发动机请求气路扭矩与实际气路扭矩之差不超过预设范围，本实例取±5％，则不更新最小气路扭矩；如果发动机请求气路扭矩与实际气路扭矩之差超过预设范围，本实例取±5％，则更新最小气路扭矩。

2.1如果发动机实际气路扭矩波动不超过预设范围A1，本实例取±10％时，则M_{EngMinAirTrqNew}＝M_{EngMinAirTrqOld}×f₂×f₃，其中M_{EngMinAirTrqOld}为本次驾驶循环上一次学习到的最小气路扭矩，M_{EngMinAirTrqNew}为当前学习到的最小气路扭矩，f₂为第二修正系数，f₃为第三修正系数。

2.2如果发动机扭矩波动不超过预设范围A2，本实例取±5％时，则M_{EngMinAirTrqNew}＝M_EngMinAirTrq×K11，本实例K11取1.025。

表7

表8

以上K11和f₂，f₃的标定方法为更新后的最小气量扭矩能够改善扭矩波动相对于更新前的扭矩波动低于预设值，本实例预设率取 50％，即更新前的扭矩波动范围为5％，则更新后的扭矩波动范围不超过5％×50％＝2.5％。

以上学习值在本次驾驶循环中一直激活，在本次驾驶循环结束后会擦除，避免影响下次驾驶循环中车辆的驾驶性，在下一次驾驶循环学习条件满足后，则重新进行学习更新。

Claims (10)

1.一种涡轮增压发动机气路扭矩控制方法，其特征在于，包括：

当发动机请求气路扭矩与发动机最小气路扭矩之差的绝对值小于设定扭矩阈值时，进行如下控制：

第一工况：若涡轮增压系统处于增压闭环状态，通过增大目标增压压力来增大发动机请求气路扭矩；

第二工况：若涡轮增压系统处于不闭环增压状态，通过增大目标发动机最小转速来增大发动机请求气路扭矩；

第三工况：当发动机最小气路扭矩与发动机请求气路扭矩之差大于或等于设定扭矩阈值时，进行如下控制：

强制涡轮增压系统处于增压闭环状态，通过增大目标发动机最小转速来增大发动机请求气路扭矩。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机气路扭矩控制方法，其特征在于：所述发动机最小气路扭矩M_EngMinAirTrq的确定方法包括

M_EngMinAirTrq＝p_AirIMEPMin×V×N/4π

式中，p_AirIMEPMin为气路平均指示缸内压力，V为发动机排量，N为缸数，π为圆周率；

所述气路平均指示缸内压力p_AirIMEPMin的确定方法包括

p_AirIMEPMin＝r_BaseSprkEff×rho_{FuelEnergyDensityMin}×r_FuelConvEff

式中，rho_{FuelEnergyDensityMin}为燃油能量密度，r_BaseSprkEff为最佳点火效率，r_FuelConvEff为当前发动机实际燃烧效率。

3.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机气路扭矩控制方法，其特征在于：增大目标增压压力的方法包括，根据发动机请求气路扭矩与发动机最小气路扭矩的比值和上一时刻的目标增压压力标定得到目标增压压力增量，获取上一时刻目标增压压力与目标增压压力增量之和得到当前时刻的目标增压压力。

4.根据权利要求3所述的涡轮增压发动机气路扭矩控制方法，其特征在于：还根据第一修正系数对目标增压压力增量进行修正，所述第一修正系数根据发动机转速和发动机冷却水温定标得到。

5.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机气路扭矩控制方法，其特征在于：增大目标发动机最小转速的方法包括，根据发动机请求气路扭矩与发动机最小气路扭矩的比值和上一时刻的目标发动机最小转速标定得到最小转速增量，获取上一时刻的目标发动机最小转速与最小转速增量之和得到当前时刻的目标发动机最小转速；当发动机请求气路扭矩与发动机最小气路扭矩的比值和上一时刻的目标发动机最小转速下相同时，第三工况中的最小转速增量大于第二工况中的最小转速增量。

6.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机气路扭矩控制方法，其特征在于：当所述第二工况与所述第三工况进行切换时，发动机转速变化速率小于发动机转速最大增加速率且大于发动机转速最大减小速率，所述发动机转速最大增加速率的绝对值大于所述发动机转速最大减小速率。

7.根据权利要求6所述的涡轮增压发动机气路扭矩控制方法，其特征在于：所述发动机转速最大增加速率和所述发动机转速最大减小速率均通过进气密度滤波值和大气压力标定得到。

8.根据权利要求7所述的涡轮增压发动机气路扭矩控制方法，其特征在于：所述进气密度滤波值的确定方法包括，

若当前时刻进气密度大于或等于上一时刻进气密度滤波值，通过第一滤波系数对当前时刻进气密度进行一阶滤波；

若当前时刻进气密度小于等于上一时刻进气密度滤波值，通过第二滤波系数对当前时刻进气密度进行一阶滤波，所述第一滤波系数大于所述第二滤波系数。

9.根据权利要求6或7任意一项所述的涡轮增压发动机气路扭矩控制方法，其特征在于：在进气密度减小过程中，当发动机实际气路扭矩与发动机请求气路扭矩的偏差率大于设定偏差率的累计次数大于第一设定次数时，减小发动机转速最大减小速率。

10.根据权利要求6或7任意一项所述的涡轮增压发动机气路扭矩控制方法，其特征在于：在发动机转速增大过程中，当发动机实际气路扭矩与发动机请求气路扭矩的偏差率大于设定偏差率的累计次数大于第二设定次数时，减小发动机转速最大增加速率。