德尔福基于扭矩的发动机控制策略

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Delta Spark Retard from MBT [CA deg.]
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白彬毅, 5/15/2005
扭矩估测简介
发动机摩擦扭矩 – 运动摩擦扭矩 = f(RPM, 温度) – 包括水泵, 其它附件和发动机回转运动件阻力扭矩 – 泵气阻力矩 = F(RPM, 进气歧管压力) – 空调阻力矩 = f(空调压力或进气温度) – 发电机阻力矩 = f(RPM, 电瓶电压) 发动机净扭矩 – 净扭矩 =指示扭矩 – 摩擦扭矩
德尔福基于扭矩的发动机控制策略
德尔福中国汽油机电喷系统开发经理 白彬毅 2005年5月
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扭矩控制策略的目标
根据驾驶员意图实现最佳车辆响应
– 调整发动机扭矩输出以实现驾驶性目标 » 对应加速踏板输入的最佳响应 – 协调各控制装置以降低油耗 – 协调并充分发挥电子节气门, 进排气门正时及自动变速箱对动力 总成性能的改善 – 在发动机硬件性能允许范围内给予空燃比, 点火提前角, EGR, 进排相位及自动变速箱档位以灵活变化的空间, 同时不影响发动 机扭矩输出
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常用的扭矩概念
– 驾驶员意图扭矩(Driver intent torque)
» 基于驾驶员的意图请求(来自加速踏板)
– 最大发动机扭矩(Maximum engine torque)
» 在当前发动机转速及环境调件下节气们全开时的发动机净 扭矩
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白彬毅, 5/15/2005
扭矩控制的原理结构
1) 发动机扭矩估测
– 根据EMS传感器及发动机数据估测指示扭矩, 净扭矩, 摩擦扭矩, 发动机附件阻力扭矩
2) 期望扭矩计算
– 期望净扭矩的计算是基于: » 加速踏板位置 » 发动机转速 » 变速箱档位 » 进气温度和压力 » 电子节气门工作状况
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计算发动机净扭矩
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扭矩估测简介
指示扭矩计算: – – 模型计算从燃油化学能到动能的转 燃油化学能 =燃油质量*燃油热值 » 燃油质量计算是基于燃油喷射量 在最佳点火提前角(MBT)时的指示扭矩 = 燃油化学能*发动机热效率*转化常数 » 发动机热效率 = f(RPM, A/F Ratio) - 指示效率 » 在最佳点火提前角(MBT)时和理想空燃比条件下的指示效率近乎不变 根据实际点火提前角调整指示扭矩 » 最佳点火提前角(MBT) = f(RPM, Load) + EGR Spark {for VVT, based on cam angle} » 扭矩损失 = f(spark delta from MBT)
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扭矩控制流程
驾驶员请求 加速踏板位置 期望指示平均有效压 力(IMEP) 驾驶员期望制动扭矩
转换驾驶员及车辆扭矩请求为期望 指示平均有效压力(IMEP) 平均有效压力IMEP 做为基本的发动 机负荷指示参数
期望燃油量 总和期望制动扭矩 期望进气量
–
限速 – 发动机转速及车速 …
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扭矩控制的原理结构
4)扭矩控制
根据期望指示平均压力(IMEP)计算期望燃油质量 在燃油量基础上计算其它参数(气量, 点火提前角) 缸内燃烧状况控制要求计算指示平均压力(IMEP)
– 进气量:计算调节所需节气门开度及进排气门相位, 以实现期望扭矩值(慢 速扭矩控制目标值) – 推迟点火提前角以满足快速扭矩控制目标值 – 如电子节气门失灵则断油以减扭以满足慢速扭矩控制目标值
扭矩控制简介
扭矩迟滞控制:
当期望扭矩值快速变化时, 过大的变化量被限制以避免造成冲击和 传动系的振荡及驾驶舒适性的恶化
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自动变速箱
自动档变速箱种类
– 传统液压机械式自动变速箱 – 电子控制式自动变速箱（TCM不与ECM沟通） – 电子控制式自动变速箱（TCM与ECM沟通） » 并行通讯 » 串行通讯 – 无级自动变速箱CVT – 自动化的手动变速箱(AMT, 手自一体?)
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自动变速箱
TCM 与 ECM 沟通目的
– 降低换档时的冲击感 » 延迟点火角降低发动机扭力 » 防破坏性驾驶 – 提升怠速 » 保持驱动力
变速箱油温高时，机油粘滞力 变低
1档
转 速
2档
发动 机惯 性力
时间
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自动变速箱与发动机的通讯
并行通讯
– 占空比(PWM) – 开关讯号 (ON/OFF) – 频率 MA P
ECM
TP S
Engine load TRR DTR ATR IUR IDL E RP M
TCM
PN
Tachometer in Instrument Panel
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扭矩控制简介
通过点火提前角的扭矩控制
– 使用条件取决于扭矩请求源 – 为达到期限扭矩值所需的点火提前角计算是基于扭矩损失-相对最佳点 火提前角迟滞特性 – 相对最佳点火提前角的推迟当超过时限后将被限制以避免催化器温度过 高 – 绝对点火提前角的限制基于点火系统硬件特性
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白彬毅, 5/15/2005
扭矩估测流程
扭矩估测逻辑概要
燃油/进气量变 + 空燃比
计算最佳点火提前角 (MBT)
计算发动机热效率
计算最佳点火提前角 (MBT)的延迟
计算最佳点火提前角 (MBT)下扭矩值
计算由于点火提前角 延迟引起的扭矩损失
计算发动机摩擦扭矩
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自动变速箱与发动机的通讯 CAN总线串行通讯
– 高速CAN总线， 500k bit/sec
M essage EM S1 EM S2 TCU1
Byte 0 1 2 3 4 5 6 7
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ID $316 $329 $43F
Bit7 7 15 23 31 39 47 55 63 Bit6 6 14 22 30 38 46 54 62 Bit5 5 13 21 29 37 45 53 61
– 最大发动机负扭矩(Maximum negative engine torque)
» 在当前发动机转速及环境调件下断油时的发动机净扭矩
– 扭矩请求源(Torque command source)
» 可能发出扭矩请求的EMS控制模块: 加速踏板, 定速巡航, 变速箱, 车辆驱动力控制, 发动机倒拖控制, 限速控制等
–
–
100%
Percentage of Indicated MBT Torque [%]
90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0 5 10 15 20 25
Extrapolated Portion of Curve
KtTRQC_Pct_TorqLossFromSprkRtd
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扭矩控制的原理结构
3)扭矩请求源的选择
–ห้องสมุดไป่ตู้
增扭源选择 (最小期望扭矩) » 加速踏板,,,, 发动机倒拖控制, 限速控制等 » 怠速控制 » 定速巡航控制 » 车辆稳定性控制 减扭源选择 (最大期望扭矩) » 车辆驱动力控制 » 变速箱控制
保证换档质量及防破坏性驾驶
» »
– 所需指示平均压力(IMEP)
» 希望发动机产出的指示平均压力, 此量与发动机指示扭矩成 正比, 单位为千帕(kPa)
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常用的扭矩概念
– 指示扭矩(Indicated torque)
» 由混合汽燃烧产生的扭矩
– 摩擦扭矩(Friction torque)
Transm Period it (m s) 10 10 10
Bit4 4 12 20 28 36 44 52 60 Bit3 3 11 19 27 35 43 51 59
ECM Transm it Transm it Receive
Bit2 2 10 18 26 34 43 50 58
TCM Receive Receive Transm it
Bit1 1 9 17 25 33 41 49 57 Bit0 0 8 16 24 32 40 48 56
白彬毅, 5/15/2005
接收处理多项扭矩请求
– 核实每项扭矩请求 – 快速(点火提前角控制)或慢速(进气, 燃油控制)减扭请求 – 增扭请求(进气控制)
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扭矩控制的优点
全时扭矩控制的优越性
– – –
扭矩是发动机对车辆的基本输出量 使得进排气相位控制更易实现并且性能更优 驾驶性 » “自动” 补偿由于变速箱,进排气相位变化, 空燃比变化, 催 化器起燃控制引起的扭矩变化 » 减少加速踏板快速运动引起的冲击 » 为实现对应加速踏板的车辆响应可调性提供了更多空间(除 油门全开时) » 更精确的发动机附件及摩擦扭矩补偿
» 用于克服发动机运动阻力, 泵气损失和附件阻力的扭矩
– 净扭矩(Net torque)
» 从发动机输出至变速箱的扭矩 - 不考虑发动机惯性矩 » 也称发动机制动力矩或飞轮力矩
– 未经控制扭矩(Unmanaged torque)
» 当未实施扭矩控制, 例如车辆驱动力控制时的扭矩值
– 经控制扭矩(Managed torque)
通过燃油的扭矩控制
– 如电子节气门失灵则扭矩控制通过单缸断油实现
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白彬毅, 5/15/2005
扭矩控制简介
从加速踏板位置到期望扭矩值的转换:
* 踏板位置到扭矩的转换须达到所期望的车辆反应特性的要求
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白彬毅, 5/15/2005
» 在当前燃油, 点火提前角和进气量情况下, 包括由于扭矩控制引起的上述 量变化情况下的扭矩值
– 慢速控制扭矩(Slow Torque)
» 用于进气或燃油控制的目标扭矩
– 快速控制扭矩(Fast Torque)
» 用于点火提前角控制的目标扭矩 » 用于满足车辆驱动力或变速箱要求的扭矩控制
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使用平均有效压力(IMEP)比指示扭 矩使在不通排量发动机上的调试标 定更加简化
总和期望指示 扭矩
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白彬毅, 5/15/2005
扭矩控制简介
期望进气量
– 计算基于期望燃油量及空燃比
期望节气门开度
– 利用德尔福发动机控制软件中的空气动力学与热力学计算模块 » 输入:期望进气量 » 输出:期望节气门开度 » 考虑及协调发动机尾气再循环控制和进排气相位控制