CN117759450A - 一种限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法、系统和车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及车辆发动机扭矩控制技术领域，具体涉及一种限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法、系统和车辆。本发明根据传感器信号采集，结合发动机进气门空气流量计算、燃烧效率计算、发动机燃烧扭矩计算、当前的摩擦损失扭矩和泵气损失扭矩计算、发动机实时曲轴扭矩计算，能够准确、高效的确定发动机实时曲轴扭矩；本发明通过计算发动机曲轴扭矩并与最大允许曲轴扭矩进行比较，当超过了最大允许曲轴扭矩时，发动机控制单元根据需要及时采用控制减少喷油量，减少进气量，减小点火提前角等方式，降低发动机曲轴扭矩，能够有效避免曲轴扭矩过大对发动机机械部件和整车机械传动部件造成损害。
Description
技术领域
本发明涉及车辆发动机扭矩控制技术领域，具体涉及一种限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法、系统和车辆。
背景技术
发动机管理系统(Engine Management System，简称EMS)的首要任务是，通过控制影响转矩产生的各种发动机管理子系统的所有功能及参数来调节发动机的输出转矩。上述发动机管理子系统主要包括气缸充量控制子系统：主要是确定所需的进气质量，并以此调节节气门开度；混合气形成子系统：主要是计算瞬时燃油量，并以此来调节喷射持续时间和最佳喷射时刻；点火子系统：控制点火提前角接近理想点火提前角。
随着技术的进步和消费者对产品性能要求越来越高，发动机管理系统的首要任务只是基本功能，为了提高车辆的安全性和延长车辆发动机及传动机械部件的寿命，控制发动机的最大曲轴扭矩有比较大的意义。
现有技术的发动机扭矩控制方案，通常未对发动机最大曲轴扭矩进行有效限制，在发动机工作过程中，曲轴扭矩过大会对发动机机械部件和整车机械传动部件造成损害。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法，能够准确、高效的确定发动机实时曲轴扭矩并进行及时限制，进而有效避免曲轴扭矩过大对发动机部件造成的影响。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法，包括如下控制策略：
S1，通过传感器采集发动机进气歧管压力信号和温度信号、发动机排气口压力信号、发动机转速信号；
S2，根据所述传感器采集的信号，结合发动机气缸信息，计算确定进气门空气流量；
S3，根据发动机转速、进气歧管压力和发动机气缸的容积效率，确定燃烧效率；
S4，根据所述进气门空气流量和燃烧效率，计算确定发动机燃烧扭矩；
S5，获取发动机当前的摩擦损失扭矩和泵气损失扭矩；
S6，根据所述发动机燃烧扭矩、摩擦损失扭矩和泵气损失扭矩计算确定发动机的实时曲轴扭矩；
S7，将所述实时曲轴扭矩与发动机设计的最大允许曲轴扭矩进行比较，进行发动机曲轴扭矩限制控制。
优选的，发动机进气歧管的压力信号值P和温度信号值TK通过安装于进气歧管的压力和温度传感器获取，发动机排气口的压力信号值P2通过安装于发动机排气口的压力传感器获取，所述发动机转速信号值n通过安装于凸轮轴的位置传感器获取。
优选的，所述进气门空气流量ValveFlow的计算公式如下：
ValveFlow＝n*P*m*V*VE*η/(R*TK)
式中，R为气体常量，V为发动机每个气缸的排量，m为发动机气缸的个数，VE为气缸容积效率，为发动机转速转换为每秒循环数的1000倍的系数且为常量。
优选的，所述确定燃烧效率，具体包括：根据发动机转速、进气歧管压力和发动机气缸的容积效率查询燃烧效率经验表确定基本燃烧效率，然后结合实验室燃烧效率的测试标定数据对所述基本燃烧效率进行修正，获得最终燃烧效率。
优选的，所述发动机燃烧扭矩CT的计算公式如下：
CT＝ValveFlow*FAR*FHV*1000*CE/(n*2*π/60)
式中，FAR为化学计量燃料空气比，FHV为汽油燃料的低热值。
优选的，所述发动机当前的摩擦损失扭矩采用发动机台架实验的方式标定查找表获取，所述泵气损失扭矩根据发动机进气压力、排气压力、进气歧管温度、进气歧管压力和发动机转速查询泵气损失扭矩经验表获取；
所述发动机的实时曲轴扭矩CST的计算公式如下：
CST＝CT–FAPT
式中，FAPT为发动机当前的摩擦损失扭矩和泵气损失扭矩之和。
优选的，所述进行发动机曲轴扭矩限制控制，具体包括：
1)当发动机的实时曲轴扭矩超过发动机设计的最大允许曲轴扭矩时，发动机控制单元执行一轮降扭控制：
目标喷油量Q0＝0.5*Q
目标进气量ValveFlow0＝0.5*ValveFlow
目标点火提前角W0＝0.5*W
式中，Q为当前实时喷油量，W为当前实时点火提前角；
2)当执行一轮降扭控制后，重新判断发动机的实时曲轴扭矩超过发动机设计的最大允许曲轴扭矩，若是，则继续执行下一轮降扭控制，若否，再退出所述降扭控制。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
1、本发明提出了一种限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法，根据传感器信号采集，结合发动机进气门空气流量计算、燃烧效率计算、发动机燃烧扭矩计算、当前的摩擦损失扭矩和泵气损失扭矩计算、发动机实时曲轴扭矩计算，能够准确、高效的确定发动机实时曲轴扭矩；
2、本发明通过计算发动机曲轴扭矩并与最大允许曲轴扭矩进行比较，当超过了最大允许曲轴扭矩时，发动机控制单元根据需要及时采用控制减少喷油量，减少进气量，减小点火提前角等方式，降低发动机曲轴扭矩，能够有效避免曲轴扭矩过大对发动机机械部件和整车机械传动部件造成损害。
附图说明
图1为本发明实施例中限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法的逻辑示意图；
图2为本发明实施例中限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法整体流程图。
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。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
实施例一，本实施例提供了一种限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法，如图1所示，主要包括如下控制策略：
1.传感器信号采集：
从进气歧管压力和温度传感器获取进气歧管压力P和温度信号TK，从发动机排气口压力传感器获取发动机排气口压力P2，凸轮轴位置传感器采集发动机转速n
2.进气门空气流量计算：
发动机转速为n，单位：rpm，发动机进气歧管压力为P，单位：kPa，进气歧管温度为TK，单位：开尔文(k)；发动机排气口压力为P2，单位：kPa；气体常量取R＝287J/kg/k，每个气缸的排量为V，单位：m3，气缸的个数为m，气缸容积效率为VE，根据发动机压力比例(发动机排气口压力(P2)/进气歧管压力(P))和发动机转速n查表，具体的根据实际发动机数据标定；η为发动机转速(rpm)转换为每秒循环数的1000倍的系数，为常量，此处取8.3；根据气体状态方程，进气门进气流量ValveFlow＝n*P*m*V*VE*η/(R*TK)，单位：g/s；
3.燃烧效率计算：
根据发动机转速n，进气歧管压力P，容积效率VE可以查表得到燃烧效率CE，具体的根据实际情况标定
4.发动机燃烧扭矩计算：
化学计量燃料空气比为：FAR，汽油一般是常量0.066667；燃料的低热值：FHV，汽油一般是常量43.1MJ/kg；燃烧扭矩为CT；单位Nm
CT＝ValveFlow*FAR*FHV*1000*CE/(n*2*π/60)
5.当前的摩擦损失扭矩和泵气损失扭矩的计算：
摩擦损失扭矩和泵气损失扭矩(FAPT)可以采用发动机台架实验的方式标定查找表，通过进气压力，排气压力，进气歧管温度，进气歧管压力，发动机转速查表获取。
6.发动机曲轴扭矩(CST)计算：
CST＝CT–FAPT；
7.限制曲轴扭矩
将计算得到的发动机曲轴扭矩和设计的最大允许曲轴扭矩比较，如果超过了最大允许曲轴扭矩，发动机控制单元需要及时控制减少喷油量，减少进气量，减小点火提前角等方式降低发动机曲轴扭矩，以免曲轴扭矩过大对发动机机械部件和整车机械传动部件造成伤害。
进一步的，本发明通过计算发动机的曲轴扭矩的方式，和最大允许曲轴扭矩比较，如果超过了最大允许曲轴扭矩，发动机控制单元需要及时控制减少喷油量，减少进气量，减小点火提前角等方式降低发动机曲轴扭矩，以免曲轴扭矩过大对发动机机械部件和整车机械传动部件造成伤害。
实施例二，本实施例提供的一种限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法，如图2所示，包括如下步骤：
S1，通过传感器采集发动机进气歧管压力信号和温度信号、发动机排气口压力信号、发动机转速信号；
S2，根据所述传感器采集的信号，结合发动机气缸信息，计算确定进气门空气流量；
S3，根据发动机转速、进气歧管压力和发动机气缸的容积效率，确定燃烧效率；
S4，根据所述进气门空气流量和燃烧效率，计算确定发动机燃烧扭矩；
S5，获取发动机当前的摩擦损失扭矩和泵气损失扭矩；
S6，根据所述发动机燃烧扭矩、摩擦损失扭矩和泵气损失扭矩计算确定发动机的实时曲轴扭矩；
S7，将所述实时曲轴扭矩与发动机设计的最大允许曲轴扭矩进行比较，进行发动机曲轴扭矩限制控制。
进一步的，发动机进气歧管的压力信号值P和温度信号值TK通过安装于进气歧管的压力和温度传感器获取，发动机排气口的压力信号值P2通过安装于发动机排气口的压力传感器获取，所述发动机转速信号值n通过安装于凸轮轴的位置传感器获取。
进一步的，所述进气门空气流量ValveFlow的计算公式如下：
ValveFlow＝n*P*m*V*VE*η/(R*TK)
式中，R为气体常量，V为发动机每个气缸的排量，m为发动机气缸的个数，VE为气缸容积效率，为发动机转速转换为每秒循环数的1000倍的系数且为常量。
进一步的，所述确定燃烧效率，具体包括：根据发动机转速、进气歧管压力和发动机气缸的容积效率查询燃烧效率经验表确定基本燃烧效率，然后结合实验室燃烧效率的测试标定数据对所述基本燃烧效率进行修正，获得最终燃烧效率。
进一步的，所述发动机燃烧扭矩CT的计算公式如下：
CT＝ValveFlow*FAR*FHV*1000*CE/(n*2*π/60)
式中，FAR为化学计量燃料空气比，FHV为汽油燃料的低热值。
进一步的，所述发动机当前的摩擦损失扭矩采用发动机台架实验的方式标定查找表获取，所述泵气损失扭矩根据发动机进气压力、排气压力、进气歧管温度、进气歧管压力和发动机转速查询泵气损失扭矩经验表获取；
所述发动机的实时曲轴扭矩CST的计算公式如下：
CST＝CT–FAPT
式中，FAPT为发动机当前的摩擦损失扭矩和泵气损失扭矩之和。
进一步的，所述进行发动机曲轴扭矩限制控制，具体包括：
1)当发动机的实时曲轴扭矩超过发动机设计的最大允许曲轴扭矩时，发动机控制单元执行一轮降扭控制：
目标喷油量Q0＝0.5*Q
目标进气量ValveFlow0＝0.5*ValveFlow
目标点火提前角W0＝0.5*W
式中，Q为当前实时喷油量，W为当前实时点火提前角；
2)当执行一轮降扭控制后，重新判断发动机的实时曲轴扭矩超过发动机设计的最大允许曲轴扭矩，若是，则继续执行下一轮降扭控制，若否，再退出所述降扭控制。
实施例三，基于同一发明构思，本实施例还提供了一种车载控制系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法。
实施例四，基于同一发明构思，本实施例还提供了一种手自一体车辆，所述车辆设有如上所述的车载控制系统。
进一步的，本申请中涉及的未详细说明部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
综上所述：
1、本发明提出了一种限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法，根据传感器信号采集，结合发动机进气门空气流量计算、燃烧效率计算、发动机燃烧扭矩计算、当前的摩擦损失扭矩和泵气损失扭矩计算、发动机实时曲轴扭矩计算，能够准确、高效的确定发动机实时曲轴扭矩；
2、本发明通过计算发动机曲轴扭矩并与最大允许曲轴扭矩进行比较，当超过了最大允许曲轴扭矩时，发动机控制单元根据需要及时采用控制减少喷油量，减少进气量，减小点火提前角等方式，降低发动机曲轴扭矩，能够有效避免曲轴扭矩过大对发动机机械部件和整车机械传动部件造成损害。
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)
1.一种限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法，其特征在于，包括如下控制策略：
通过传感器采集发动机进气歧管压力信号和温度信号、发动机排气口压力信号、发动机转速信号；
根据所述传感器采集的信号，结合发动机气缸信息，计算确定进气门空气流量；
根据发动机转速、进气歧管压力和发动机气缸的容积效率，确定燃烧效率；
根据所述进气门空气流量和燃烧效率，计算确定发动机燃烧扭矩；
获取发动机当前的摩擦损失扭矩和泵气损失扭矩；
根据所述发动机燃烧扭矩、摩擦损失扭矩和泵气损失扭矩计算确定发动机的实时曲轴扭矩；
将所述实时曲轴扭矩与发动机设计的最大允许曲轴扭矩进行比较，进行发动机曲轴扭矩限制控制。
2.根据权利要求1所述的一种限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法，其特征在于，发动机进气歧管的压力信号值P和温度信号值TK通过安装于进气歧管的压力和温度传感器获取，发动机排气口的压力信号值P2通过安装于发动机排气口的压力传感器获取，所述发动机转速信号值n通过安装于凸轮轴的位置传感器获取。
3.根据权利要求2所述的一种限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法，其特征在于，所述进气门空气流量ValveFlow的计算公式如下：
ValveFlow＝n*P*m*V*VE*η/(R*TK)
式中，R为气体常量，V为发动机每个气缸的排量，m为发动机气缸的个数，VE为气缸容积效率，为发动机转速转换为每秒循环数的1000倍的系数且为常量。
4.根据权利要求2所述的一种限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法，其特征在于，所述确定燃烧效率，具体包括：根据发动机转速、进气歧管压力和发动机气缸的容积效率查询燃烧效率经验表确定基本燃烧效率，然后结合实验室燃烧效率的测试标定数据对所述基本燃烧效率进行修正，获得最终燃烧效率。
5.根据权利要求3所述的一种限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法，其特征在于，所述发动机燃烧扭矩CT的计算公式如下：
CT＝ValveFlow*FAR*FHV*1000*CE/(n*2*π/60)
式中，FAR为化学计量燃料空气比，FHV为汽油燃料的低热值。
6.根据权利要求5所述的一种限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法，其特征在于，所述发动机当前的摩擦损失扭矩采用发动机台架实验的方式标定查找表获取，所述泵气损失扭矩根据发动机进气压力、排气压力、进气歧管温度、进气歧管压力和发动机转速查询泵气损失扭矩经验表获取；
所述发动机的实时曲轴扭矩CST的计算公式如下：
CST＝CT–FAPT
式中，FAPT为发动机当前的摩擦损失扭矩和泵气损失扭矩之和。
7.根据权利要求2所述的一种限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法，其特征在于，所述进行发动机曲轴扭矩限制控制，具体包括：
当发动机的实时曲轴扭矩超过发动机设计的最大允许曲轴扭矩时，发动机控制单元执行一轮降扭控制：
目标喷油量Q0＝0.5*Q
目标进气量ValveFlow0＝0.5*ValveFlow
目标点火提前角W0＝0.5*W
式中，Q为当前实时喷油量，W为当前实时点火提前角；
当执行一轮降扭控制后，重新判断发动机的实时曲轴扭矩超过发动机设计的最大允许曲轴扭矩，若是，则继续执行下一轮降扭控制，若否，再退出所述降扭控制。
8.一种车载控制系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7中任意一项所述限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法。
9.一种非暂态可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被车载控制系统执行时实现如权利要求1至7中任意一项所述限制发动机最大曲轴扭矩的控制方法。
10.一种手自一体车辆，其特征在于：包括权利要求8所述的车载控制系统。
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