CN115788616B - 一种中间位置锁止的凸轮轴控制方法 - Google Patents

Abstract

本方案涉及一种中间位置锁止的凸轮轴控制方法，包括：在降低锁销磨损功能开启且发动机工作参数满足预定条件时，判断凸轮轴需求位置是否等于中间锁止位置；若凸轮轴需求位置不等于中间锁止位置，则进入对凸轮轴的位置的第一控制逻辑；第一控制逻辑为：若凸轮轴需求位置为凸轮轴的预设机械极限位置，将凸轮轴的期望角度向与预设机械极限位置相反的方向偏移预设D度曲轴转角；若凸轮轴需求位置不为凸轮轴的预设机械极限位置，维持凸轮轴的期望角度不变；在确定期望角度后，根据发动机转速和期望角度确定电磁阀的目标占空比，再控制电磁阀按照目标占空比输出。若凸轮轴需求相位等于中间锁止位置，进入对凸轮轴的第二控制逻辑。

Description

一种中间位置锁止的凸轮轴控制方法

技术领域

本发明用于发动机中间位置锁止的凸轮轴控制，具体涉及一种中间位置锁止的凸轮轴控制方法。

背景技术

中间位置锁止式凸轮轴，需要在最滞后和最提前角度之间的某个中间角度位置锁止凸轮轴。目前常用的中间位置锁止式凸轮轴相位器采用可双向运动的相位器结构，配合凸轮轴相位器油路，通过对电磁阀施加脉宽信号来实现中间位置锁止和双向运动。这类中间位置锁止式凸轮轴用相位器的控制特性为：电磁阀阀芯随着ECU输出的脉宽控制信号的增加单向移动，且在不同的位移段内，分别对应凸轮轴相位的锁止段、提前段、稳定段和滞后段,如图1所示。目前的ECU脉宽占空比输出的控制策略中，当需要回到中间锁止位置时，ECU输出的脉宽占空比会降低到锁止段对应的占空比范围内。这种控制逻辑存在缺点: 其一，当凸轮轴维持在最提前位置或最滞后位置时,电磁阀阀芯的位移理论上应维持在位置B，但因对凸轮轴相位控制方式为动态PID响应，电磁阀的脉宽占空比会有微小波动，导致凸轮轴相位器的转子叶片会撞击壳体造成不必要的磨损；其二，当凸轮轴需求为中间锁止位置时（此情况通常为发动机从非怠速状态变为发动机怠速状态时，凸轮轴需求位置从非中间位置变为中间锁止位置），凸轮轴相位器的锁销在落锁过程中，电磁阀阀芯从稳定段位置向锁止段位置移动过程中，一定会经过提前段位置，因此在锁销落锁的瞬间，锁销面向提前位置方向的侧面和相应的销孔接触边沿会承受较大冲击，这种冲击的结果就是凸轮轴在落锁过程中，实际相位有较大几率出现瞬态提前然后再落锁，如图2所示。这种瞬态冲击也会加剧锁销和销孔边沿的磨损，有时甚至会导致无法落锁。因此，当前的电控系统的凸轮轴控制策略中，没有考虑这种凸轮轴的特性，在一个驾驶循环过程中，因发动机频繁进入怠速状态，导致中间位置锁止凸轮轴会频繁落锁，锁销磨损加大、锁销未锁止的几率大增。

发明内容

基于上述中间位置锁止的凸轮轴相位控制策略上的缺陷，本发明提供了一种中间位置锁止的凸轮轴控制方法。

本发明的技术方案为：

本发明提供了一种中间位置锁止的凸轮轴控制方法，包括：

在降低锁销磨损功能开启且发动机工作参数满足预定条件时，判断凸轮轴需求位置是否等于中间锁止位置；

若凸轮轴需求位置不等于中间锁止位置，则进入对凸轮轴位置的第一控制逻辑；第一控制逻辑具体为：

若凸轮轴需求位置为凸轮轴的预设机械极限位置，将凸轮轴的期望角度向与预设机械极限位置相反的方向偏移预设D度曲轴转角；

若凸轮轴需求位置不为凸轮轴的预设机械极限位置，维持凸轮轴的期望角度不变；

在确定凸轮轴的期望角度后，根据发动机转速、电磁阀壳体温度和凸轮轴的期望角度确定电磁阀的第一初始占空比值；

根据凸轮轴的期望角度与凸轮轴的实际角度的差值，利用预设PID算法计算PID调节所需的PID占空比值；

将所述第一初始占空比值和所述PID占空比值相加，得到电磁阀的第二初始占空比值；

根据发动机转速和电磁阀壳体温度确定最小占空比阈值；

将所述第二初始占空比值和所述最小占空比阈值取大，作为最终输出占空比值控制电磁阀输出。

优选地，若凸轮轴需求位置等于中间锁止位置且发动机处于怠速工况，则进入对凸轮轴位置的第二控制逻辑；第二控制逻辑具体为：

若发动机转速大于第三预设转速阈值N3，维持凸轮轴的期望角度不变；

在确定凸轮轴的期望角度后，根据发动机转速、电磁阀壳体温度和凸轮轴的期望角度确定电磁阀的第一初始占空比值；

根据凸轮轴的期望角度与凸轮轴的实际角度的差值，利用预设PID算法计算PID调节所需的PID占空比值；

将所述第一初始占空比值和所述PID占空比值相加，得到电磁阀的第二初始占空比值；

根据发动机转速和电磁阀壳体温度确定最小占空比阈值；

将所述第二初始占空比值和所述最小占空比阈值取大，作为最终输出占空比值控制电磁阀输出。

优选地，所述方法还包括：

若凸轮轴需求位置等于中间锁止位置且发动机未处于怠速状态，则进入对凸轮轴的位置的第三控制逻辑；第三控制逻辑具体为：

维持凸轮轴的期望角度不变；

在确定凸轮轴的期望角度后，根据发动机转速、电磁阀壳体温度和凸轮轴的期望角度确定电磁阀的第一初始占空比值；

根据凸轮轴的期望角度与凸轮轴的实际角度的差值，利用预设PID算法计算PID调节所需的PID占空比值；

将所述第一初始占空比值和所述PID占空比值相加，得到电磁阀的第二初始占空比值；

根据发动机转速和电磁阀壳体温度确定最小占空比阈值；

将所述第二初始占空比值和所述最小占空比阈值取大，作为最终输出占空比值控制电磁阀输出。

优选地，所述方法还包括：

若发动机转速小于第四预设转速阈值N4，确定电磁阀的最终输出占空比值为凸轮轴位置处于锁止段所需的最小占空比值，再控制电磁阀按照所述最终输出占空比值输出。

优选地，降低锁销磨损功能开启需满足：凸轮轴控制用驾驶循环计数器Timer1的值为1；

凸轮轴控制用驾驶循环计数器Timer1的值为1需满足：发动机点火开关为ON档、发动机启动结束且发动机转速大于第一预设转速阈值N1。

优选地，发动机工作参数满足预定条件是指：

发动机水温大于预设水温、发动机机油温度大于预设机油温度、发动机转速在预设转速阈值范围内且蓄电池电压在预设电压阈值范围内。

优选地，若凸轮轴需求位置为凸轮轴的预设机械极限位置，将凸轮轴的期望角度向与机械极限位置相反的方向偏移预设D度曲轴转角的步骤包括：

若凸轮轴需求位置为凸轮轴的预设最提前机械极限位置，则将凸轮轴的期望角度向滞后方向偏移预设D度曲轴转角；

若凸轮轴需求位置为凸轮轴的预设最滞后机械极限位置，则将凸轮轴的期望角度向提前位置方向偏移预设D度曲轴转角。

本发明的有益效果为：

当凸轮轴需求位置为非中间锁止位置的双机械极限位置时，通过控制策略，使得凸轮轴的实际稳定运行位置偏移机械极限位置一个角度，确保凸轮轴相位器的转子叶片不会在机械极限位置因占空比的波动出现额外的磨损；当凸轮轴需求位置为中间锁止位置时，在一个驾驶周期内，只有停机时才会落锁，其它情况下，都处于悬浮控制于锁止位置而不落锁，从而大幅降低中间锁止凸轮轴在单个驾驶循环周期内的落锁和解锁频率，从而降低相位器生命周期内的磨损。

附图说明

图1为现有的中间位置锁止凸轮轴相位器和电磁阀油路的工作特性图；

图2为现有中间位置锁止凸轮轴相位控制策略下怠速落锁导致的凸轮轴中间位置落锁时的异常提前现象示意图；

图3为本发明实施例中的控制策略逻辑框图。

具体实施方式

本发明实施例中，在一个案例中，当基于油耗或排放或动力性所选的凸轮轴需求位置为非中间锁止位置的机械极限位置时，通过控制策略，使得凸轮轴的实际稳定运行位置偏移机械极限位置一个角度，确保凸轮轴相位器的转子叶片不会在机械极限位置因占空比的波动出现额外的磨损。具体方法为，如发动机进气最提前机械极限位置为上止点前30度，则当预设进气相位需求表中标定的凸轮轴的期望角度（即对应凸轮轴需求位置）等于上止点前30度时，判断为触发极限位置保护逻辑，进而将凸轮轴的期望角度向后偏移一个可标定的预设D度曲轴转角（例如标定为向后延迟2度），则凸轮轴实际稳定位置为上止点前28度，这种控制逻辑可避免不必要的转子叶片冲击和锁销磨损。

在第二个案例中,在凸轮轴位置满足发动机机油温度、发动机水温、蓄电池电压范围、发动机转速及等基础条件,进入常规控制过程,在发动机处于非怠速工况下，对电磁阀的最终输出占空比值进行最低下限的控制,防止在正常控制过程中电磁阀的阀芯位移进入锁止段导致锁销意外落锁。

在第三个案例中，以发动机点火开关处于ON档并且发动机启动成功为一个驾驶循环的起始点,以发动机停机或转速低于较小的第二预设转速阈值N2且点火开关关闭为该次驾驶循环的结束点，在上述规定的一个完整驾驶循环内，确保中间位置锁止凸轮轴的相位一直处于控制状态，除非出现凸轮轴无法进行控制的意外情况，凸轮轴不会落锁。在现有的中间位置锁止凸轮轴相位控制策略中，在凸轮轴需求位置为中间锁止位置的特殊工况，如怠速工况采用的是直接落锁的方法，其占空比的变化，会从常规控制策略计算输出的占空比值，直接转变为进入锁止段所需的最低占空比固定值，这样导致在一个驾驶循环内，中间位置锁止凸轮轴相位器的锁销会因发动机频繁进入怠速而频繁地落锁和解锁，增加了锁销和销孔边沿的磨损。采用本发明的控制方法后，可大幅降低中间锁止凸轮轴在单个驾驶循环周期内的落锁和解锁频率，从而降低相位器生命周期内的磨损。

在第四个案例中，当发动机转速低于第四预设转速阈值N4，则判定发动机处于停机过程中，电磁阀的目标占空比值直接从当前值变为锁止位置所需的最小占空比值。

基于上述研究，本发明实施例提供了一种中间位置锁止凸轮轴的相位控制方法。以下结合附图3,对本发明的具体实施作详细说明,包括：

首先，第一信息获取单元获取发动机点火开关信号，发动机转速信号、发动机启动信号和凸轮轴控制用驾驶循环计数器Timer1的值。

进一步的，凸轮轴控制用驾驶循环计数器计算单元根据第一信息获取单元获得的信息，计算凸轮轴控制用驾驶循环计数器Timer1的值。具体来说，如果第一信息获取单元获取的凸轮轴控制用驾驶循环计数器Timer1=0且发动机点火开关=on，且发动机启动信号表明发动机启动结束，且发动机转速大于第一预设转速阈值N1（如300rpm），则凸轮轴控制用驾驶循环计数器Timer1在初始值0的基础上加1；如发动机转速小于第二预设转速阈值N2（200rpm），且发动机点火开关=off，则凸轮轴控制用驾驶循环计数器Timer1赋值为0。

进一步的，如果凸轮轴控制用驾驶循环计数器Timer1的值等于1，则本次驾驶循环内降低锁销磨损功能开启，本次驾驶循环内凸轮轴降低锁销磨损功能标志位置true。

进一步的，第二信息获取单元获取发动机转速信号、发动机启动信号、发动机水温信号、发动机机油温度信号、凸轮轴需求位置信号、凸轮轴实际位置信号、蓄电池电压信号。

根据以上信息，凸轮轴控制功能执行单元对功能开启的基础条件进行判断：如果发动机水温大于预设水温、发动机机油温度超过预设机油温度、发动机转速在预设转速阈值范围内且电池电压在阈值范围内，则凸轮轴控制功能执行单元开始执行降低锁销磨损的控制策略。

进一步的，凸轮轴控制功能执行单元降低锁销磨损的控制策略具体措施为：

Case1：如果凸轮轴需求位置不等于中间锁止位置而是为预设的双向机械极限位置，则凸轮轴的位置执行S1-0的控制逻辑。

S1-0状态下的控制逻辑为：如果凸轮轴需求位置等于预设的最提前机械极限位置，则将凸轮轴的期望角度向滞后位置偏移预设D度曲轴转角；如果凸轮轴需求位置等于预设的最滞后机械极限位置，则将凸轮轴的期望角度向提前位置方向偏移预设D度曲轴转角（偏移角度D一般设置为1到5度曲轴转角）；如果凸轮轴需求位置不属于双向机械极限位置角度，则将凸轮轴的期望角度维持不变。控制状态S1-0下的电磁阀占空比输出策略为：首先，根据发动机转速、电磁阀壳体温度和凸轮轴的期望角度，插值凸轮相位器控制用预设MAP表，得到当前发动机转速、电磁阀壳体温度和凸轮轴的期望角度对应的电磁阀的第一初始占空比；其输出的第一初始占空比值，能够使电磁阀阀芯位移量对应于附图1中的Bmm附近，也就是使凸轮轴的转子处于保持位置附近。

其次，根据凸轮轴的期望角度与凸轮轴的实际角度的差值，基于PID控制算法计算出PID调节所需的PID占空比值，再将PID占空比值与第一初始占空比值相加得到电磁阀的第二初始占空比值。

然后，根据发动机转速和电磁阀壳体温度查最小占空比阈值MAP表，确定当前状态下的电磁阀控制的最小占空比阈值；

最后，第二初始占空比值和最小占空比阈值中取大，作为电磁阀控制的最终输出占空比值。

所述的最小占空比阈值MAP表，是根据发动机转速和电池阀壳体温度插值输出，对应于附图1中的电磁阀阀芯位移量在Amm附近偏右边（要大于A），也就是此最小占空比阈值要使得电磁阀阀芯位移接近于锁止段而不进入锁止段。此最小占空比阈值MAP表同样要在电磁阀零件单体测试台架上标定后确定表中的值。

Case2：如果凸轮轴需求位置不等于预设的双向机械极限位置，则凸轮轴的位置执行S1-1的控制逻辑。

S1-1的控制逻辑为：如果发动机处于非怠速状态，则凸轮轴的期望角度维持不变（即不对凸轮轴的期望角度做偏移处理，而是将该凸轮轴的期望角度对应既有逻辑中凸轮轴需求位置对应的期望角度），且电磁阀的占空比输出策略与控制状态S1-0下的电磁阀占空比输出策略相同。

Case3：如果凸轮轴需求位置等于中间锁止位置且发动机处于怠速工况，则凸轮轴位置控制进入控制状态S2。

执行S2控制状态下的控制策略：如果转速大于阀值转速N3（N3表示发动机处于怠速工况能正常运行的最小值，通常大于500rpm），且中间位置锁止控制用驾驶循环计数器timer1=1，则凸轮轴的期望角度维持不变，且电磁阀占空比输出策略与控制状态S1-0下的电磁阀占空比输出策略相同。

Case4: 如果发动机转速小于等于阀值转速N4（第四预设转速阈值N4＜N3，第一预设转速阈值N1＜N4，通常设定为400rpm或更低；），则判断发动机要停机，电磁阀的最终输出占空比值为锁止段所需的最小占空比值；且中间位置锁止控制用驾驶循环计数器timer1=0。

Claims (7)

1.一种中间位置锁止的凸轮轴控制方法，其特征在于，包括：

在降低锁销磨损功能开启且发动机工作参数满足预定条件时，判断凸轮轴需求位置是否等于中间锁止位置；

若凸轮轴需求位置不等于中间锁止位置，则进入对凸轮轴位置的第一控制逻辑；第一控制逻辑具体为：

若凸轮轴需求位置为凸轮轴的预设机械极限位置，将凸轮轴的期望角度向与预设机械极限位置相反的方向偏移预设D度曲轴转角；

若凸轮轴需求位置不为凸轮轴的预设机械极限位置，维持凸轮轴的期望角度不变；

在确定凸轮轴的期望角度后，根据发动机转速、电磁阀壳体温度和凸轮轴的期望角度确定电磁阀的第一初始占空比值；

根据凸轮轴的期望角度与凸轮轴的实际角度的差值，利用预设PID算法计算PID调节所需的PID占空比值；

将所述第一初始占空比值和所述PID占空比值相加，得到电磁阀的第二初始占空比值；

根据发动机转速和电磁阀壳体温度确定最小占空比阈值；

将所述第二初始占空比值和所述最小占空比阈值取大，作为最终输出占空比值控制电磁阀输出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若凸轮轴需求位置等于中间锁止位置且发动机处于怠速工况，则进入对凸轮轴位置的第二控制逻辑；第二控制逻辑具体为：

若发动机转速大于第三预设转速阈值N3，维持凸轮轴的期望角度不变；

在确定凸轮轴的期望角度后，根据发动机转速、电磁阀壳体温度和凸轮轴的期望角度确定电磁阀的第一初始占空比值；

根据凸轮轴的期望角度与凸轮轴的实际角度的差值，利用预设PID算法计算PID调节所需的PID占空比值；

将所述第一初始占空比值和所述PID占空比值相加，得到电磁阀的第二初始占空比值；

根据发动机转速和电磁阀壳体温度确定最小占空比阈值；

将所述第二初始占空比值和所述最小占空比阈值取大，作为最终输出占空比值控制电磁阀输出。

3.根据权利要求1所述的中间位置锁止的凸轮轴控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

若凸轮轴需求位置等于中间锁止位置且发动机未处于怠速状态，则进入对凸轮轴的位置的第三控制逻辑；第三控制逻辑具体为：

维持凸轮轴的期望角度不变；

在确定凸轮轴的期望角度后，根据发动机转速、电磁阀壳体温度和凸轮轴的期望角度确定电磁阀的第一初始占空比值；

根据凸轮轴的期望角度与凸轮轴的实际角度的差值，利用预设PID算法计算PID调节所需的PID占空比值；

将所述第一初始占空比值和所述PID占空比值相加，得到电磁阀的第二初始占空比值；

根据发动机转速和电磁阀壳体温度确定最小占空比阈值；

将所述第二初始占空比值和所述最小占空比阈值取大，作为最终输出占空比值控制电磁阀输出。

4.根据权利要求1所述的中间位置锁止的凸轮轴控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

若发动机转速小于第四预设转速阈值N4，确定电磁阀的最终输出占空比值为凸轮轴位置处于锁止段所需的最小占空比值，再控制电磁阀按照所述最终输出占空比值输出。

5.根据权利要求1至4任一项所述的中间位置锁止的凸轮轴控制方法，其特征在于，降低锁销磨损功能开启需满足：凸轮轴控制用驾驶循环计数器Timer1的值为1；

凸轮轴控制用驾驶循环计数器Timer1的值为1需满足：发动机点火开关为ON档、发动机启动结束且发动机转速大于第一预设转速阈值N1。

6.根据权利要求1或2所述的中间位置锁止的凸轮轴控制方法，其特征在于，发动机工作参数满足预定条件是指：

发动机水温大于预设水温、发动机机油温度大于预设机油温度、发动机转速在预设转速阈值范围内且蓄电池电压在预设电压阈值范围内。

7.根据权利要求1所述的中间位置锁止的凸轮轴控制方法，其特征在于，若凸轮轴需求位置为凸轮轴的预设机械极限位置，将凸轮轴的期望角度向与机械极限位置相反的方向偏移预设D度曲轴转角的步骤包括：

若凸轮轴需求位置为凸轮轴的预设最提前机械极限位置，则将凸轮轴的期望角度向滞后方向偏移预设D度曲轴转角；

若凸轮轴需求位置为凸轮轴的预设最滞后机械极限位置，则将凸轮轴的期望角度向提前位置方向偏移预设D度曲轴转角。