基于扭矩的控制策略1

1制作:日期:©联创汽车电子有限公司保留一切权利包括工业产权。我们保留一切处置权，包括复印及传达至第三方。基于扭矩的柴油机控制策略RDE2009/02/022制作:日期:©联创汽车电子有限公司保留一切权利包括工业产权。我们保留一切处置权，包括复印及传达至第三方。一、发动机控制算法的发展传统的柴油机电控系统采用基于油量的控制算法，每循环喷油量由发动机转速和负荷(油门踏板开度)确定出基本喷油量，然后根据烟度极限、大气压力、冷却水温、起动油量和发动机热负荷等进行修正，得到最终的喷油量。下图是基于油量的控制算法的调速特性曲线:3制作:日期:©联创汽车电子有限公司保留一切权利包括工业产权。我们保留一切处置权，包括复印及传达至第三方。一、发动机控制算法的发展（续）图中的斜线是同一油门开度下发动机喷射油量，随着转速的升高，同一油门开度下的油量减少以保证发动机的稳定工作。发动机起动时的油量不受此调速特性曲线的限制，为了让发动机迅速起动需要增大发动机的每循环喷油量。怠速时油门开度为零，此时的油量由油门开度为0时的调速特性曲线控制。为了保证发动机正常工作还需要对发动机负荷及最高转速进行限制。4制作:日期:©联创汽车电子有限公司保留一切权利包括工业产权。我们保留一切处置权，包括复印及传达至第三方。一、发动机控制算法的发展（续）基于油量的控制算法完全以发动机为控制对象，而忽略了发动机附件(如空调、发电机、高压油泵)和整车上其它部件的扭矩需求，不便于整车控制系统的集成与扩展。由于系统内还有许多功能子系统（如怠速控制和转速调速等）参与对行驶伺服机构和通常的汽车附属功能（如空调等）的控制，这些设备运行时就会要求对扭矩进行补偿，需要调整发动机的输出功率。而且大多数辅助开环和闭环控制功能都会体现在对发动机扭矩的影响上，这经常导致同时出现相互矛盾的要求。各种可能互相矛盾的需求同时出现时，彼此之间就会协调不好。5制作:日期:©联创汽车电子有限公司保留一切权利包括工业产权。我们保留一切处置权，包括复印及传达至第三方。一、发动机控制算法的发展（续）在过去的系统中，各种功能需要或子系统将会直接影响与扭矩相关的控制变量。例如：直接改变节气门转角影响进气量；直接改变喷油时间或各缸独立断油影响喷油量；直接调整喷油提前角影响发动机效率；直接控制增压压力调节器影响增压压力。由于这些需求的实现没有经过协调，对整个系统工作将可能带来以下影响：1．由于各种需求不断同时出现，即使有优先级控制，但其对整个系统的影响难以清楚的监测；2．一旦上述需求的实现直接影响了与扭矩相关的变量，则也会同时影响到其他子系统，这就会导致相互间耦合严重，控制更加复杂化；3．同时由于这种耦合的存在，也给参数标定过程带来了困难。6制作:日期:©联创汽车电子有限公司保留一切权利包括工业产权。我们保留一切处置权，包括复印及传达至第三方。一、发动机控制算法的发展（续）随着汽车电子的发展，现代汽车上已经形成了一个控制网络，每个控制节点上都由相应的ECU控制。需求扭矩被工程师们用来作为各个控制单元与发动机ECU间的唯一接口，这样就方便系统集成与扩展。当汽车上需要扩展新的ECU时，只需要通过总线协议将需求扭矩传给发动机ECU，发动机ECU经过协调各部件的需求扭矩和判断发动机工作状态后计算出发动机最终指示扭矩，再将指示扭矩根据发动机的工作状态转化为喷油量和进气质量，满足最终的需求扭矩。7制作:日期:©联创汽车电子有限公司保留一切权利包括工业产权。我们保留一切处置权，包括复印及传达至第三方。二、基于扭矩控制算法概述自1997年由J.Gethardt最先提出了基于扭矩的控制算法后，各研究单位都对基于扭矩的控制算法进行了深入的研究。基于扭矩控制的控制策略在现代发动机管理系统EMS开发中逐渐获得应用。发动机管理系统的首要任务是将驾驶员指令反映到发动机的功率和扭矩输出上。不论是在恒速前进还是加速前进，驾驶员都需要发动机输出扭矩克服前进中的阻力。具体地说，就是利用加速踏板位置传感器反映当前驾驶者的驾驶意愿，中央电控单元（ECU）将认为当前的加速踏板位置传感器的测量值对应着一个特定的输出扭矩，为了获得这个对应的扭矩，ECU将在采集各类发动机工况参数和车辆运行参数的基础上，协调各个输出控制信号，如：进气系统，轨压，喷油脉宽，喷油正时等，以达到要求的输出扭矩，同时系统将监测当前运行参数的变化情况。8制作:日期:©联创汽车电子有限公司保留一切权利包括工业产权。我们保留一切处置权，包括复印及传达至第三方。二、基于扭矩控制算法概述（续）基于扭矩控制算法的基础是发动机指示扭矩计算,发动机指示扭矩包括发动机损失扭矩和外部需求扭矩。9制作:日期:©联创汽车电子有限公司保留一切权利包括工业产权。我们保留一切处置权，包括复印及传达至第三方。二、基于扭矩控制算法概述（续）发动机损失扭矩通过发动机转速和冷却水温查MAP图计算得到。外部的需求扭矩包括车载装置需求扭矩和驾驶员需求扭矩：驾驶员需求扭矩根据油门踏板和发动机转速查MAP图得到；而车载装置需求扭矩通过CAN总线传给发动机ECU。计算得到的指示扭矩根据发动机转速转化为油量，油量再根据轨压转化为喷油脉宽。喷油正时和喷油脉宽组成喷油信号，经过驱动电路驱动喷油器执行动作。轨压采用闭环控制算法，最后以脉宽信号输出，经过驱动电路驱动油泵和轨压控制阀。10制作:日期:©联创汽车电子有限公司保留一切权利包括工业产权。我们保留一切处置权，包括复印及传达至第三方。二、基于扭矩控制算法概述（续）汽车上日益增长的控制单元要求有一个统一的变量来建立它们之间的联系，需求扭矩就能将发动机ECU与其它装置ECU(如变速箱，ABS，电子稳定系统)联系起来。所有装置的需求扭矩都传递给发动机ECU，由发动机ECU对需求扭矩进行协调，保证整车上所有装置的动力需求。当整车上集成新的装置后发动机控制算法不用作调整，因为需求扭矩是发动机ECU与外部装置ECU间唯一的接口。因此，基于扭矩的柴油机控制算法现在已经得到了快速发展和应用推广。11制作:日期:©联创汽车电子有限公司保留一切权利包括工业产权。我们保留一切处置权，包括复印及传达至第三方。三、扭矩控制算法实现方案发动机基于扭矩控制算法分为两个部分，一部分是指示扭矩计算，另一部分是指示扭矩的输出，如下图所示。需求扭矩包括汽车上所有动力装置的需求，例如变速箱、空调、ABS系统和驾驶员需求，这些需求通过CAN总线或者传感器传给发动机ECU。ECU对所有这些需求扭矩进行协调，并计算当前发动机工况下的发动机损失扭矩，得到发动机需要输出的总扭矩即指示扭矩。第二部分是具体的执行器输出。对于柴油发动机就是要转变成喷油量，如果为VGT类型的增压柴油机还要对进气量进行控制。指示扭矩的控制可以采用通过实验标定的方法来实现扭矩的输出，通过大量的实验结合一定的实验方法学建立发动机的喷油量(空气质量)和输出扭矩间的关系。12制作:日期:©联创汽车电子有限公司保留一切权利包括工业产权。我们保留一切处置权，包括复印及传达至第三方。三、扭矩控制算法实现方案（续）基于扭矩控制算法流程13制作:日期:©联创汽车电子有限公司保留一切权利包括工业产权。我们保留一切处置权，包括复印及传达至第三方。三、扭矩控制算法实现方案（续）扭矩控制的实现如图所示：14制作:日期:©联创汽车电子有限公司保留一切权利包括工业产权。我们保留一切处置权，包括复印及传达至第三方。ME7EMS—基于扭矩的汽油发动机控制系统15制作:日期:©联创汽车电子有限公司保留一切权利包括工业产权。我们保留一切处置权，包括复印及传达至第三方。ME7EMS—基于扭矩的汽油发动机控制系统ME7EMS的系统控制架构分为五个层次，分别为:system,subsystem,mainfunction,functiongroup,function.system:DECUcontrolsystem;subsystem:Torquerequirement&conversion;Torquecoordination;Airsystem;Fuelsystem;Exhaustsystem；Auxiliarydevicecontrol;Monitoring;Communication;Diagnosticsystem;Systemcontrol.16制作:日期:©联创汽车电子有限公司保留一切权利包括工业产权。我们保留一切处置权，包括复印及传达至第三方。ME7EMS—基于扭矩的汽油发动机控制系统17制作:日期:©联创汽车电子有限公司保留一切权利包括工业产权。我们保留一切处置权，包括复印及传达至第三方。ME7EMS—基于扭矩的汽油发动机控制系统18制作:日期:©联创汽车电子有限公司保留一切权利包括工业产权。我们保留一切处置权，包括复印及传达至第三方。ME7EMS—基于扭矩的汽油发动机控制系统