CN115680908B - 一种vvt相位闭环控制方法、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种VVT相位闭环控制方法，包括以下步骤：S100：确定VVT相位闭环控制滤波时间常数λ；S200：确定P项、D项和I项的参数kP、kD和kI；S300：确定VVT相位控制占空比PctB、PctP、PctD和PctI；S400：确定最终VVT相位控制占空比PctFinal。本发明还公开了一种VVT相位闭环控制设备及存储介质。本发明的P项、D项和I项占空比能根据进气压力变化、机油压力变化、EGR波动等干扰因素进行动态调整，确保发动机相位误差小，且极大减轻了标定工作量。
Description
技术领域
本发明属于发动机控制技术领域，更具体地，涉及一种VVT相位闭环控制方法、设备及存储介质。
背景技术
随着汽车工业的发展及人们对生活环境的日益重视，对发动机的性能、油耗以及排放的要求越来越高。研究表明，VVT(Variable Valve Timing，可变气门正时)技术在油耗和动力性角度都有很大的优势。VVT技术根据发动机的运行情况，确定一个目标相位，求出目标相位和实际相位的偏差，用这个偏差值作为反馈信号进行闭环控制，通过对凸轮相位的调节，调整进气(排气)的量和气门开合时间、角度，使进入发动机的空气量达到最佳，以提高发动机燃油的燃烧效率，提高发动机功率，同时节省油耗。因此，VVT技术得到了越来越广泛的应用，由以前作为发动机特有技术变为燃油发动机的标配。为了满足现代社会日趋严格的排放标准和对发动机热效率的高要求，发动机设计越来越复杂，且发动机工况瞬息万变，导致VVT相位的控制要求也越来越高。如何提高VVT相位控制的精确度成为亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种VVT相位闭环控制方法，对VVT目标相位进行动态调整，提高VVT相位控制精度。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种VVT相位闭环控制方法，包括以下步骤：
S100：根据目标VVT角度与实际VVT角度之差、目标VVT角度与实际VVT角度之差的变化率，确定VVT相位闭环控制滤波时间常数λ；
S200：根据滤波时间常数λ，确定P项、D项和I项的参数kP、kD和kI；
S300：根据目标VVT相位和机油压力，确定基本占空比PctB；根据kP、目标VVT角度与实际VVT角度之差，确定P项占空比PctP；根据kD、目标VVT角度与实际VVT角度之差、目标VVT角度与实际VVT角度之差的变化率，确定D项占空比PctD；根据kI、目标VVT角度与实际VVT角度之差、反积分饱和目标开度，确定I项占空比PctI；
S400：根据(PctB+PctP+PctD+Pcti)，确定最终VVT相位控制占空比PctFinal。
进一步的，S100所述根据目标VVT角度与实际VVT角度之差、目标VVT角度与实际VVT角度之差的变化率，确定VVT相位闭环控制滤波时间常数λ具体包括：
当VVT闭环激活时间不超过预设时间时，λ＝f1(dphiErr，phiErr)×k；
当处于催化器起燃阶段时，λ＝f2(dphiErr，phiErr)×k；
当处于发动机转速闭环阶段时，λ＝f3(dphiErr，phiErr)×k；
当发动机请求气路扭矩达到其最大扭矩能力时，λ＝f4(dphiErr，phiErr)×k；
否则，λ＝f5(dphiErr，phiErr)×k；
其中，dphiErr为目标VVT角度与实际VVT角度之差的变化率，phiErr为目标VVT角度与实际VVT角度之差；系数k根据发动机转速、目标EGR率、目标EGR率与实际EGR率之差、进气压力变化率、机油压力变化率确定。
进一步的，所述系数k根据以下公式确定：
其中，n为发动机转速，rEGRDsrd为目标EGR率，rEGRErr为目标EGR率rEGRDsrd与实际EGR率之差，dpManAct为进气压力变化率，dpoil为机油压力变化率，k1、k2为常数。
进一步的，S200所述P项、D项和I项的参数kP、kD和kI，分别根据以下公式确定：
进一步的，S300所述基本占空比PctB根据以下公式确定：PctB＝f(phiDsrd，poil)，其中phiDsrd为目标VVT相位，poil为机油压力；
所述P项占空比PctP根据以下公式确定：
PctP＝kp×phiErr×f1(phiErr)，其中phiErr为目标VVT角度与实际VVT角度之差；
所述D项占空比PctD根据以下公式确定：
PctD＝kD×f2[dphiErr，phiErr]×dphiErr，其中dphiErr为目标VVT角度与实际VVT角度之差的变化率；
所述I项占空比PctI根据以下公式确定：
PctI(N+1)＝PctI(N)+PctIIncredent，N＝0，1，2...，其中PctIIncredent＝Δt×phiErr×kI×f3(phiErr)-PctAntiWindUp，Δt为时间周期，PctAntiWindUp为反积分饱和目标开度，PctAntiWindUp等于上一时间周期的(PctB+PctP+PctD+PctI)与PctFinal之间的差乘以过渡系数k5。
进一步的，S400所述根据(PctB+PctP+PctD+PctI)确定最终VVT相位控制占空比PctFinal包括：将(PctB+PctP+PctD+PctI)分别与预设最大占空比、预设最小占空比进行比较，若(PctB+PctP+PctD+PctI)大于预设最大占空比，PctFinal取预设最大占空比；若(PctB+PctP+PctD+PctI)小于预设最小占空比，PctFinal取预设最小占空比；否则PctFinal取(PctB+PctP+PctD+PctI)。
按照本发明的另一个方面，提供一种VVT相位闭环控制设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有控制程序，所述控制程序由所述处理器加载并执行以实现如上所述的VVT相位闭环控制方法。
按照本发明的第三个方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有控制程序，所述控制程序被处理器执行时用于实现如上所述的VVT相位闭环控制方法。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1.本发明的P项、D项和I项占空比能根据进气压力变化、机油压力变化、EGR波动等干扰因素进行动态调整，确保发动机相位误差小。
2.本发明主要的标定工作为f1(dphiErr,phiErr)、f2(dphiErr,phiErr)、f3(dphiErr,phiErr)、f4(dphiErr,phiErr)和f5(dphiErr,phiErr)，极大减轻了标定工作量。
附图说明
图1为本发明实施例一种VVT相位闭环控制方法的流程图。
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。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。
凸轮轴相位控制系统主要由凸轮相位器、凸轮轴位置传感器、水温传感器、凸轮轴正时液压控制阀(Oil Control Valve，OCV)、曲轴位置传感器和电控单元ECU构成。凸轮相位器主要由转子叶片、定子和回位弹簧构成。其中转子叶片固定在进气凸轮轴上，定子与从动正时链轮为一体。电控单元ECU解算出发动机各工况下所需气门正时角，即目标相位；并根据曲轴位置传感器和凸轮位置传感器传来的反馈信号计算得出的凸轮轴的实际相位，然后将目标相位和实际相位进行比较，根据目标相位和实际相位的偏差值向正时液压控制阀发出控制信号。当系统油路中的机油受到正时液压控制阀的控制产生压力时，机油挤压转子并且带动进气凸轮轴旋转，使凸轮轴相位提前、滞后或者保持，从而改变进气气门的开启和关闭时间。在转子运动的过程中相位器形成了气门正时提前室和气门正时滞后室两个液压室。另外在凸轮轴相位控制系统中可增加机油压力传感器和/或可变排量机油泵，其中机油压力传感器读取机油主油道的机油压力，而可变排量机油泵可调节机油压力。
在发动机进入VVT相位闭环控制激活状态时，VVT相位闭环控制采用PID控制。为确定PID相位控制的占空比，需要计算P项、D项和I项的三个重要参数kp、kD和kI：
其中，λ为VVT相位闭环控制滤波时间常数。
因此确定kp、kD和kI的首要任务是确定VVT相位闭环控制滤波时间常数λ。
如图1所示，本发明实施例提供一种VVT相位闭环控制方法，包括以下步骤：
步骤一、根据目标VVT角度与实际VVT角度之差、目标VVT角度与实际VVT角度之差的变化率，确定VVT相位闭环控制滤波时间常数λ。
在VVT闭环激活时间不超过预设时间T0时，滤波时间常数λ＝f1(dphiErr，phiErr)×k，本实施例中T0取0.5s；
在催化器起燃阶段时，滤波时间常数λ＝f2(dphiErr，phiErr)×k；
在发动机转速闭环阶段时，滤波时间常数λ＝f3(dphiErr，phiErr)×k；
在发动机请求气路扭矩达到其最大扭矩能力时，滤波时间常数λ＝f4(dphiErr，phiErr)×k；
在其它阶段时，滤波时间常数λ＝f2(dphiErr，phiErr)×k；
其中，dphiErr为目标VVT角度与实际VVT角度之差的变化率，phiErr为目标VVT角度与实际VVT角度之差。
f1(dphiErr，phiErr)、f2(dphiErr，phiErr)、f3(dphiErr，phiErr)、f4(dphiErr，phiErr)和f5(dphiErr，phiErr)均是由目标VVT角度与实际VVT角度之差的变化率dphiErr和目标VVT角度与实际VVT角度之差phiErr共同来决定，单位为ms。目标VVT角度与实际VVT角度之差phiErr绝对值越大，或者目标VVT角度与实际VVT角度之差的变化率dphiErr绝对值越大，f1(dphiErr，phiErr)、f2(dphiErr，phiErr)、f3(dphiErr，phiErr)、f4(dphiErr，phiErr)和f5(dphiErr，phiErr)均会越大，以提高控制精度。但是总体上，同样的目标VVT角度与实际VVT角度之差phiErr和同样的目标VVT角度与实际VVT角度之差的变化率dphiErr下，f5(dphiErr，phiErr)最小。f5(dphiErr，phiErr)在台架上标定获得，基于相位控制精度确定，本实施例要求相位控制在±1°以内；f1(dphiErr，phiErr)是在f5(dphiErr，phiErr)基础上改善VVT刚闭环激活时VVT执行器在机油动作过程中从静摩擦到动摩擦过程的控制精度而获得；f2(dphiErr，phiErr)是在f5(dphiErr，phiErr)基础上优化起燃过程中发动机转速波动而获得；f3(dphiErr，phiErr)是在f5(dphiErr，phiErr)基础上优化发动机转速闭环精度而获得；f4(dphiErr，phiErr)是在f5(dphiErr，phiErr)基础上优化发动机扭矩精度而获得(在大负荷下VVT能够提供动力性)。
本发明主要的标定工作为f1(dphiErr，phiErr)、f2(dphiErr，phiErr)、f3(dphiErr，phiErr)、f4(dphiErr，phiErr)和f5(dphiErr，phiErr)，极大减轻了标定工作量，避免在标定工作上耗费大量的人力成本和时间成本。
下面来确定系数k，系数k由以下公式确定：
其中，n为发动机转速，rEGRDsrd为目标EGR率，rEGRErr为目标EGR率rEGRDsrd与实际EGR率之差，dpManAct为进气压力变化率，dpOil为机油压力变化率，k1、k2为常数。
首先，确定参数该参数根据发动机转速n、EGR率之差与目标EGR率之比/>确定。由于EGR系统的迟滞性和非线性导致其相位波动会加剧VVT的动态响应精度，该参数正是基于此考虑进行优化设计。本实施例具体标定参数/>如下：
其次，确定参数f(n,dpManAct)，该参数根据发动机转速n、实际进气压力变化率dpManAct确定。由于实际进气压力波动剧烈，可适当调整闭环控制参数来实现相位波动情况，该参数正是基于此考虑进行优化设计。本实施例具体标定参数f(n,dpManAct)如下：
再次，确定参数f(n,dpOil)，该参数根据发动机转速n、机油压力变化率dpOil确定。由于机油作为VVT执行驱动的媒介，其压力的变化会影响VVT在闭环动态控制过程的精度，在闭环控制过程中可能会出现控制过于激进甚至出现积分饱和的现象，该参数正是基于此对目标相位进行动态调整。本实施例具体标定参数f(n,dpOil)如下：
再次，确定常数k1。在点火效率超过预设值且超过预设时间T1时，k1取1；否则k1取0.985。本实施例中，点火效率预设值取0.8，预设时间T1取0.05s。在点火效率过高时说明发动机请求火路扭矩大，为了改善火路扭矩能力，需要尽快调节气量，VVT快速动作以改善气量的达成，而火路扭矩的精度通过点火效率来控制。
最后，确定常数k2。在目标VVT相位反向时，即上一个采样周期目标相位“提前”，而当前采样周期目标相位“推迟”，或上一个采样周期目标相位“推迟”，而当前采样周期目标相位“提前”时，为了避免在VVT相位换向时VVT控制振荡波动，k2取1.08；否则k2取1。其中，“提前”是指目标VVT相位设置气门提前打开，“推迟”是指目标VVT相位设置气门推迟打开。
步骤二、根据滤波时间常数λ，确定P项、D项和I项参数kP、kD和kI。
P项、D项和I项的参数kP、kD和kI根据以下公式确定：
S300：确定VVT相位控制的OCV电磁阀占空比PctB、PctP、PctD和PctI
首先，根据目标VVT相位和机油压力确定基本占空比PctB。PctB也称为前馈项，在VVT相位处于稳态时，即目标相位与实际相位之差不超过±1°时，P项和D项为0，I项固定不变，最终占空比等于PctB。
基本占空比PctB根据以下公式确定：PctB＝f(phiDsrd，pOil)，其中phiDsrd为目标VVT相位，pOil为机油压力。
其次，根据P项参数kP、目标VVT角度与实际VVT角度之差，确定P项占空比PctP。PctP根据以下公式确定：PctP＝kp×phiErr×f1(phiErr)，其中f1(phiErr)由目标VVT角度与实际VVT角度之差phiErr确定，f1(phiErr)为phiErr的函数。
再次，根据D项参数kD、目标VVT角度与实际VVT角度之差、目标VVT角度与实际VVT角度之差的变化率，确定D项占空比PctD。PctD根据以下公式确定：PctD＝kD×f2[dphiErr，phiErr]×dphiErr，其中f2[dphiErr，phiErr]为目标VVT角度与实际VVT角度之差的变化率dphiErr和目标VVT角度与实际VVT角度之差phiErr的函数。
最后，根据I项参数kI、目标VVT角度与实际VVT角度之差、反积分饱和目标开度确定I项占空比PctI。
第N+1个时间周期的I项占空比PctI(N+1)＝PctI(N)+PctIIncredent，N＝0，1，2...。
第1个时间周期的I项占空比PctI(0)＝PctIInitial，VVT相位闭环控制刚刚激活时，N会清零，并每次根据时间周期Δt间隔进行加1。I项占空比初始值PctIInitial为固定值，取VVT相位闭环刚激活时 的值，其中C为固定值，为VVT相位闭环控制的波动范围，本实施例中C取±1°，即当phiErr大于0时，C取1°，当phiErr不大于0时，C取-1°；Δt为时间周期，本实施例中Δt取10ms；D为/>本实施例中当dphiErr大于0时，D取1°/10ms，当dphiErr不大于0时，D取-1°/10ms。本实施例中k3取1，k4取0.5。
PctIIncredent＝Δt×phiErr×kI×f3(phiErr)-PctAntiWindUp，其中f3(phiErr)为目标VVT角度与实际VVT角度之差phiErr的函数；PctAntiWindUp为反积分饱和目标开度，PctAntiWindUp为上一时间周期的(PctB+PctP+PctD+PctI)与PctFinal之间的差乘以过渡系数k5，本实施例中过渡系数k5取0.25，PctFinal为最终VVT相位控制占空比。
本发明的滤波时间常数λ能通过系数k根据进气压力变化、机油压力变化、EGR波动等干扰因素进行调整，进而P项、D项和I项的控制参数kP、kD和kI随之进行调整，最终实现P项、D项和I项占空比根据进气压力变化、机油压力变化、EGR波动等干扰因素进行动态调整，确保发动机相位误差小。
步骤四、根据(PctB+PctP+PctD+PctI)，确定最终VVT相位控制占空比PctFina1。
将(PctB+PctP+PctD+PctI)分别与预设最大占空比、预设最小占空比进行比较，若(PctB+PctP+PctD+PctI)大于预设最大占空比，PctFina1取预设最大占空比；若(PctB+PctP+PctD+PctI)小于预设最小占空比，PctFinal取预设最小占空比；否则PctFinal取(PctB+PctP+PctD+Pct1)。本实施例预设最小占空比为-70％，预设最大占空比为70％。
以上所有的标定参数标定依据是保证VVT相位误差控制在±1°以内而实现的。
本发明还提供一种VVT相位闭环控制设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有控制程序，所述控制程序由所述处理器加载并执行以实现如上所述的VVT相位闭环控制方法，所述处理器可以是CPU、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有控制程序，所述控制程序被处理器执行时用于实现如上所述的VVT相位闭环控制方法。本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个方法实施例所述方法的全部或部分步骤。所述计算机可读存储介质包括U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)等各种能够携带计算机程序代码的介质。
在本专利中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排它性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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，并不用于限制本发明，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 (8)
1.一种VVT相位闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100：根据目标VVT角度与实际VVT角度之差、目标VVT角度与实际VVT角度之差的变化率，确定VVT相位闭环控制滤波时间常数λ；
S200：根据滤波时间常数λ，确定P项、D项和I项的参数kP、kD和kI；
S300：根据目标VVT相位和机油压力，确定基本占空比PctB；根据kP、目标VVT角度与实际VVT角度之差，确定P项占空比PctP；根据kD、目标VVT角度与实际VVT角度之差、目标VVT角度与实际VVT角度之差的变化率，确定D项占空比PctD；根据kI、目标VVT角度与实际VVT角度之差、反积分饱和目标开度，确定I项占空比PctI；
S400：根据(PctB+PctP+PctD+PctI)，确定最终VVT相位控制占空比PctFinal。
2.根据权利要求1所述的VVT相位闭环控制方法，其特征在于，S100所述根据目标VVT角度与实际VVT角度之差、目标VVT角度与实际VVT角度之差的变化率，确定VVT相位闭环控制滤波时间常数λ具体包括：
当VVT闭环激活时间不超过预设时间时，λ＝f1(dphiErr,phiErr)×k；
当处于催化器起燃阶段时，λ＝f2(dphiErr,phiErr)×k；
当处于发动机转速闭环阶段时，λ＝f3(dphiErr,phiErr)×k；
当发动机请求气路扭矩达到其最大扭矩能力时，λ＝f4(dphiErr,phiErr)×k；
否则，λ＝f5(dphiErr,phiErr)×k；
其中，dphiErr为目标VVT角度与实际VVT角度之差的变化率，phiErr为目标VVT角度与实际VVT角度之差；系数k根据发动机转速、目标EGR率、目标EGR率与实际EGR率之差、进气压力变化率、机油压力变化率确定。
3.根据权利要求2所述的VVT相位闭环控制方法，其特征在于，所述系数k根据以下公式确定：
其中，n为发动机转速，rEGRDsrd为目标EGR率，rEGRErr为目标EGR率rEGRDsrd与实际EGR率之差，dpManAct为进气压力变化率，dpOil为机油压力变化率，k1、k2为常数。
4.根据权利要求1所述的VVT相位闭环控制方法，其特征在于，S200所述P项、D项和I项的参数kP、kD和kI，分别根据以下公式确定：
5.根据权利要求1所述的VVT相位闭环控制方法，其特征在于，S300所述基本占空比PctB根据以下公式确定：
PctB＝f(phiDsrd,pOil)，其中phiDsrd为目标VVT相位，pOil为机油压力；
所述P项占空比PctP根据以下公式确定：
PctP＝kp×phiErr×f1(phiErr)，其中phiErr为目标VVT角度与实际VVT角度之差；
所述D项占空比PctD根据以下公式确定：
PctD＝kD×f2[dphiErr,phiErr]×dphiErr，其中dphiErr为目标VVT角度与实际VVT角度之差的变化率；
所述I项占空比PctI根据以下公式确定：
PctI(N+1)＝PctI(N)+PctIIncredent，N＝0,1,2…，其中PctIIncredent＝Δt×phiErr×kI×f3(phiErr)-PctAntiWindUp，Δt为时间周期，PctAntiWindUp为反积分饱和目标开度，PctAntiWindUp等于上一时间周期的(PctB+PctP+PctD+PctI)与PctFinal之间的差乘以过渡系数k5。
6.根据权利要求1所述的VVT相位闭环控制方法，其特征在于，S400所述根据(PctB+PctP+PctD+PctI)确定最终VVT相位控制占空比PctFinal包括：将(PctB+PctP+PctD+PctI)分别与预设最大占空比、预设最小占空比进行比较，若(PctB+PctP+PctD+PctI)大于预设最大占空比，PctFinal取预设最大占空比；若(PctB+PctP+PctD+PctI)小于预设最小占空比，PctFinal取预设最小占空比；否则PctFinal取(PctB+PctP+PctD+PctI)。
7.一种VVT相位闭环控制设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有控制程序，所述控制程序由所述处理器加载并执行以实现权利要求1-6任一项所述的VVT相位闭环控制方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有控制程序，所述控制程序被处理器执行时用于实现权利要求1-6任一项所述的VVT相位闭环控制方法。
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