汽油机管理系统过渡工况参数标定方法研究

1、设计与计算汽油机管理系统过渡工况参数标定方法研究孙万军1,黎孟珠2,朱辉3(1.北京志阳同光汽车电控软件有限公司,北京100022;2.桂林客车发展有限公司,广西桂林541002;3.清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084摘要对汽油机的启动工况、怠速工况、加减速工况和突变负荷工况等过渡工况的参数标定过程与方法进行了论述;给出了工况组合过程参数标定与性能优化方法和应用实例。关键词:过渡工况;参数标定;发动机管理系统中图分类号:TK 417.4文献标识码:A 文章编号:1001-2222(200301-0016-03发动机工作过程中有许多过渡工况,如发动机的冷启动、暖机过程、加速过

2、程、减速过程和动态负荷等。电控程序中,对于各种非稳态过程有各自相对独立的控制部分。有些系统采用简单的控制方式,只是对稳态工况的喷油量和点火角进行进一步的附加修正;有些系统为了获得理想的性能,除了采用复杂的算法还采取特殊的控制,如加速过程时,在正常喷油序列外增加额外的喷油等。要获得非稳态工况良好的标定参数,需要过渡过程试验台架。由于模拟的工况总是与实际的工况有较大的差距,台架的试验主要是找出控制规律和提供重要的参考数据,非稳态工况标定参数的最后确定必须经过整车试验的验证。若没有过渡过程台架试验,则这些参数的获取只能凭经验,盲目性较大。1发动机怠速工况的参数标定发动机处于怠速工况时,其电控系统除了

3、控制喷油量和点火角外还要控制进气量。电控系统通过怠速马达来控制进气量,多采用旁通空气阀的形式,也有直接控制节气门的。怠速过程必须考虑:怠速稳定性、抗干扰性、过渡性能、排放性能以及水温特性。稳定性是指系统在某一控制怠速值运转时,实际转速的波动值在规定的范围内;抗干扰性是指当有外界条件突变时(如空调负荷变化、节气门变化等系统不熄火,迅速恢复稳定怠速的能力;过渡性能反映怠速工况到加速工况和减速工况回怠速工况的连续平滑过渡能力;排放性能主要考虑HC 和C O 的排放;水温特性是指系统根据发动机水温自动选取最佳的控制怠速值。1.1怠速转速确定对于电控系统本身而言,怠速转速的高低决定于水温,水温低,怠速转

4、速高;另外怠速转速还要取决于自动变速箱(怠速转速不能过低或太高,电瓶充电(电瓶缺电时需提高转速进行快速充电、动力转向(提高转速补偿功率损失、三元触媒加热及空调。上述各条件自动变速箱优先,否则其它几项选一最大值;另外考虑到加速、减速,为使转速变化圆滑,设一衰减系数与实际转速相乘的结果再与上述最大值比较,较大的为确定的理想怠速。1.2调节怠速调节分为点火调节和空气量调节。根据理论转速和实际转速之差来确定调节量。如果实际转速低于理论转速,首先突变调节,以防止熄火,突变后进行步进调节;反之怠速阀向反向调节,此时没有突变。无突变转速调节较慢,但随后易稳定;突变调节量大易引起波动,只进行空气量调节。怠速时

5、如果负荷有变化其初期仍会有转速的波动,所以还要加上点火调节,其功能同空气量调节相同。点火调节分车速等于0和不等于0两种情况。不论是点火调节还是空气量调节,其变化量都不能太大,否则易引起波动;但如果变化量太小又使调节速度减慢,所以只能寻求一种折衷。电控系统一般是采用转速闭环控制方法,通过对怠速进气量的控制来控制怠速转速;用对点火角的修正计算来控制怠速的稳定运转;用对喷油量和进气量的修正计算来控制怠速工况的抗干扰性;用最佳水温特性和基本喷油量、点火角来控制排放。收稿日期:2002-10-30;修回日期:2003-01-20作者简介:孙万军(1977-,男,天津市人,工程师,主要从事电控汽油机匹配与

6、标定的研究.第1期(总第143期2003年2月车用发动机VEHIC LE E NGI NE N o.1(Serial N o.143Feb.20032发动机起动工况的参数标定起动工况分为起动和暖机两个过程。前者指从起动电机啮合到发动机不靠起动电机而能自行运转的时间过程;后者指从发动机起动后到能独立可靠地带负荷运转的时间过程。最佳的参数标定应使这两个过程越短越好,同时还应尽量保证排放性能。起动工况匹配标定试验的难点是要控制每次试验环境温度和发动机状况尽量一致。如果没有温度控制的试验室,较难获得正确的结果。在发动机起动时某EC U的工作过程为:EC U接收到转速信号后进行初始化,时间约为65ms,

7、然后起动油泵;起动油泵约0.1s,发动机转过一定齿数后开始预喷,预喷量等于一固定值乘以水温修正系数,此时不点火,预喷后开始确认上止点信号;确认到上止点信号再过一定曲轴转角开始正常起动喷射,并开始点火;转速到达一定限值时进入起动后暖机阶段。一般认为,-30以下属冷起动,-30到95属正常起动,大于95属热起动。冷起动和正常起动时,其修正是转速的修正或随发动机转动圈数的修正再乘以水温修正。起动时,点火角的处理比油量处理要简单一些,此时点火角是由水温和转速两个系数确定的,水温越高点火角越小;转速越高点火角越大。热起动时起动后修正为气温修正加起动时间修正再加1;如果是冷再起动其修正为再起动常数乘以水温

8、修正再加1,其中再起动修正仅在进入起动后一段时间内起作用;非再起动时仅是水温修正加1。无论冷热起动其起动后的修正系数按指数衰减,且开始快后来慢,直到衰减到起动后修正系数为1。起动时点火角取决于水温和转速,相位修正取决于转速,补偿上止点信号的偏差;利用推迟点火将碳罐加热,仅用于热车再起动。3加、减速工况的参数标定汽车行驶时,经常处于加减速工况。若此时仍按基本喷油量供油,加速或减速过渡工况下的空燃比(将偏离目标。一般在加速过程中其混合气变稀,在减速时混合气变浓。因此,要对加减速工况分别进行加浓和减稀的修正,否则就会有功率下降、回火排放性能恶化等不良反应。3.1加速加浓修正加速加浓修正,一是根据绝对

9、压力的变化进行加浓,二是利用节气门位置传感器的信号进行加浓。前者是所谓有正常喷射(同步喷射,后者是异步喷射。根据绝对压力的变化进行加速加浓修正时, EC U根据传感器信号计算一个工作循环内的压力变化,求出压力变化率(4缸机即4次点火之间的压力变化率。那么加速加浓的修正系数为“1+水温修正加浓系数×压力变化率修正系数×工况修正”。水温修正主要是考虑冷态时壁湿更严重一些,加浓量也应大一些;压力变化率修正主要考虑加速过程的轻缓;工况修正则是主要考虑不同转速和不同负荷时应具有不同的加浓量,低速大负荷加浓量应大。加浓系数仅在加速过程中起作用,所以随着点火次数的增加而衰减。系统中设一衰

10、减系数,加速加浓系数经过若干次点火后乘以衰减系数,每几次点火减少若干量,直到加浓系数减为1为止。怠速时和转速超过某一转速时禁止加速加浓。为了弥补绝对压力传感器测量的迟后,加速加浓还具有异步喷射功能。由转速和节气门位置决定的动态喷油脉宽的变化(每20ms测一次喷油脉宽变化量大于某一设定限值,且转速低于一设定值(太高的转速不宜进行加浓时,启动异步喷射。喷油脉宽的变化量乘以一平衡系数和一水温修正系数得出的值小于一限值时,由存储器储存该值,不进行异步喷射;计算新的异步喷射时,计算值加上储存值,如果此时超过最小异步喷射限值时,开始异步喷射,且抹掉储存值。由于同步喷射和异步喷射都在进行,所以有两种情形。一

11、是异步喷射在两个正常喷射之间发生,此时两种喷射分别执行,执行前,异步喷射值由电瓶电压修正;另一种是异步喷射发生在正常喷射期间,此时,同步和异步喷射同时进行,异步喷射量是由一系数平衡,如果该系数设置为0,那么异步喷射不加到正常喷射上。3.2减速减稀修正减速过程的处理一般分减速减稀、减速断油和减速断油后重新喷射。3.2.1减速减稀当EC U探测到绝对压力降低至小于某一限值时,即开始进行减速减稀;其修正系数为1减去减速减稀时的水温修正、转速负荷三维图工况修正及依赖于负荷变化量的修正3个系数乘积。在减速减稀过程中,如果重新加速可中断该功能;行驶状态中减速回到怠速位置时也进行减速减稀。减速减稀修正系数也

12、随点火次数而同步减小。3.2.2减速断油和断油后再喷射减速断油主要是考虑降低减速时的燃油消耗和712003年2月孙万军,等:汽油机管理系统过渡工况参数标定方法研究排放;再喷射的目的是改善驾驶性。减速断油的条件是同时满足转速大于断油的转速限值,气温大于限值,负荷小于断油负荷。再喷射的条件是同时满足转速小于再喷射转速或者非怠速而且负荷大于断油负荷和再喷射的迟后量之和。再喷油转速由水温、转速变化量以及空调是否已开(开时增加一个量例如200r/min 3部分组成,再喷射时,点火角从怠速点火角推迟一个量,然后逐步增加,其目的是为了防止出现冲击。4突变负荷工况的参数标定车辆中许多与发动机工作有密切关系的部

13、件,如变速箱、空调、动力转向等,其工况发生突然变化时都会使发动机的工况发生突变,要求点火角、喷油量或进气量应有相应的变化。一般电控系统采用开关量输入这些突然的变化,以保证系统的快速反应。例如空调启动开关,EC U 检测并根据该开关的状态对输出参数进行调整。5发动机电控系统的各种特殊功能参数电控系统中还有许多特殊功能的控制参数。有些是一组参数控制某种功能,如空燃比闭环控制的参数组,系统性能变化时控制自适应过程的参数组;有些可能是单个的参数,如水温传感器失效时的替代值,起动转速界限,停机判断界限等。这类参数很多也很杂,有些能通过试验来标定参数,而有些则很难进行试验。这类控制参数与具体系统密切相关,

14、不同的电控系统可能具有从数量到定义都全不相同的控制参数,必须具体情况具体分析,很难归纳统一的匹配标定试验方法。6小结本文论述的过渡工况参数标定方法是作者科研实践经验的总结,在实际工作中起到很好的作用。不过,过渡工况参数标定过程是一个复杂的过程,还有许多问题需要进一步深入的研究。参考文献:1朱辉.台架试验用发动机控制系统的研制D .北京:清华大学,1994.2朱辉,黄海燕,陈立明,等.电控系统与汽油机的匹配技术研究J .车用发动机,1997(5:7-10.Study on P arameter C alibration Method for Transient Condition ofG aso

15、line E ngine Management SystemS UN Wan 2jun 1,LI Meng 2zhu 2,ZH U Hui 3(1.Beijing Zhiyang 2T ongguang Autom otive E lectronic C ontrol S oftware C o Ltd ,Beijing 100022,China ;2.G uilin Passenger Car Development C o Ltd ,G uilin 541002,China ;3.S tate K ey Lab of Autom otive Safety and Energy ,Tsing

16、hua University ,Beijing 100084,China Abstract :Parameter calibration procedure and method for gas oline engine under transient conditions such as starting ,idling ,acceleratingand decelerating are discussd.Examples of parameter calibration and performance optimizing method under combining operation conditions are presented.K ey w ords :transient condition ;parameter calibration ;engine management system编辑:李建新信息日产奇骏轿车用发动机据悉,在中国