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CN105911881B - 一种可变气门正时机构的仿真方法 - Google Patents

一种可变气门正时机构的仿真方法 Download PDF

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CN105911881B CN201610230104.0A CN201610230104A CN105911881B CN 105911881 B CN105911881 B CN 105911881B CN 201610230104 A CN201610230104 A CN 201610230104A CN 105911881 B CN105911881 B CN 105911881B
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农伟全
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SAIC Chery Automobile Co Ltd
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    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric

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Abstract

本发明公开了一种可变气门正时机构的仿真方法，该方法包括以下步骤：步骤一、以发动机转速作为输入量查表获得相位调节器在当前发动机转速下的最大转动角速度；步骤二、以采集到的可变气门正时阀控制信号的占空比作为输入量查表获得相对速度；步骤三、通过机油温度查表获得某一修正因子对此转动速度进行修正；步骤四、以该转动角速度对时间进行积分得到凸轮轴实际产生偏移的相位值。所述步骤二相对于平衡位置，正值代表正转，负值代表反转，最大转动角速度和相对速度相乘得到实际转动速度。本发明投入较少的测试人力和测试成本，在较短的测试周期完成测试任务。

Description

一种可变气门正时机构的仿真方法
技术领域
本发明属于汽车电子控制领域，具体涉及一种可变气门正时机构的仿真方法。
背景技术
众所周知，随着汽车行业的深入发展，车上的控制器逐渐增多，控制系统越来越复杂。同时，为了最大限度的缩短开发周期、降低开发成本和减少产品进入市场后的召回风险，硬件在环(HIL)测试在控制单元的开发中发挥越来越大的作用。通过HIL测试，测试人员可以灵活的配置测试环境，投入较少的测试人力和测试成本，在较短的测试周期完成测试任务。对于HIL测试而言，每个控制器都会有对应的被控对象仿真模型以满足测试需要。随着被控对象的不断升级换代，被控对象仿真模型也应进行升级换代。以发动机为例，为满足用户对经济性、动力性的追求以及日益严苛的排放要求，出现了可变气门正时机构。本文正是针对这一新增机构，对基于模型的HIL测试进行被控对象的升级换代，建立了可变气门正时(VVT)机构的仿真算法。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明针对发动机新增的可变气门正时机构，进行HIL测试的发动机仿真模型也应增加该机构的仿真模型，投入较少的测试人力和测试成本，在较短的测试周期完成测试任务。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种可变气门正时机构的仿真方法，该方法包括以下步骤：步骤一、以发动机转速作为输入量查表MaxAngularSpeed获得相位调节器在当前发动机转速下的最大转动角速度；步骤二、以采集到的可变气门正时阀控制信号的占空比作为输入量查表RelativeSpeed获得相对速度；步骤三、通过机油温度查表CorrectFactor获得某一修正因子对此转动速度进行修正；步骤四、以该转动角速度对时间进行积分得到凸轮轴实际产生偏移的相位值。所述步骤二相对于平衡位置，正值代表正转，负值代表反转，最大转动角速度和相对速度相乘得到实际转动速度。所述平衡位置可变气门正时阀控制信号的占空比为50％。所述步骤三还设有一个低通滤波器。通过采集进气可变气门正时和排气可变气门正时的控制信号占空比，分别模拟采集进气可变气门正时和排气可变气门正时的相位偏移量。该方法通过调整积分模块的积分时间常数来调节凸轮轴转动角速度。该方法通过调节可变气门正时可调节的角度范围，调节凸轮轴实际的偏移角度上限。
本发明有益效果是:仿真模型以可变气门正时阀的控制信号(PWM)占空比作为主要输入，并根据当前的发动机转速和机油温度修正，分别模拟计算出进气VVT和排气VVT内的机油流量，并根据该流量模拟出凸轮轴转动的角速度，最终积分出相位偏移角度。对该机构的模拟效果最终体现在凸轮轴角度的变化。该模型可分别独立模拟进气凸轮轴和排气凸轮轴经过相位调节器调节后的凸轮轴相位偏移角度，并保证模拟的凸轮轴实际角度与ECU控制需求的目标角度实时近似相等，因此可用于VVT的自学习、诊断以及与控制相关的功能性测试。
附图说明
下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1是本发明具体实施方式的可变气门正时机构示意图。
图2是本发明具体实施方式的可变气门正时阀流量特性曲线图。
图3是本发明具体实施方式的可变气门正时机构仿真结构图。
图4是本发明具体实施方式的进/排气VVT的模拟效果图。
图1中，1、凸轮轴相位调节器；2、凸轮轴位置传感器；3、曲轴位置传感器；4、可变气门正时阀；5、机油泵。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
可变气门正时机构如图1所示，假设可变气门正时阀液压腔内的油压固定不变，则凸轮轴相位的偏移量(角度)正比于液压腔内的机油流量，流量由电磁阀占空比控制，流量与占空比的关系可以通过电磁阀的特性获得。ECU工作时，控制策略会计算出当前工况需求的目标凸轮轴角度，并输出与之对应的PWM占空比，通过采集该控制信号的占空比，可模拟出液压腔内的机油流量。
由于对应的相位调节器在不同的油压下的最大流量是定值，故其最大的转动角速度是定值。因此，可通过发动机转速(机油压力是转速的函数)算出此转速下的最大偏移角速度。不同占空比条件下电磁阀的机油流量如图2所示，其和最大流量的关系与发动机转速和相位调节器最大转动角速度的关系是一致的，通过此关系即可算出当前占空比下相位调节器的转动角速度。通过角速度对时间进行积分就可以得到凸轮轴在相位调节器驱动后的实际角度偏移量。
具体实现方式为：以发动机转速n_Engine作为输入量查表获得相位调节器在当前发动机转速下的最大转动角速度。以采集到的可变气门正时阀控制信号的占空比PWM_DutyCycle作为输入量查表获得相对速度(-1～1)。相对于平衡位置(占空比为50％)而言，正值代表正转，负值代表反转，最大转动角速度和相对速度相乘得到实际转动速度。再通过机油温度T_Oil查表获得某一修正因子对此转动速度进行修正。与此同时，算法中添加了一个低通滤波器VVT_LPT，以防止该角速度模拟过程中出现阶跃跳变。最后以该转动角速度对时间进行积分得到凸轮轴实际产生偏移的相位值OffsetAngle。由于进气VVT和排气VVT的工作原理相同，因此其仿真模型亦相同，通过分别采集进气VVT和排气VVT的控制信号占空比，即可模拟出各自的相位偏移量。最终仿真模型和变量如图3和表1所示。
表1模型输入输出变量
变量 描述 单位
n_Engine 发动机转速 rpm
PWM_DutyCycle VVT控制信号占空比 ％
T_Oil 机油温度 ℃
OffsetAngle 相位偏移角度 °
由上文描述可知，影响VVT控制相位精度的主要因素有VVT的转动速度、最大偏移角度。前者直接影响凸轮轴实际角度对目标角度的跟随效果，可通过调整积分模块的积分时间常数dT来调节凸轮轴转动角速度；另一影响因素为VVT可调节的角度范围，直接影响到凸轮轴实际的偏移角度上限。其他因素可起到对凸轮轴偏移角度的修正效果。因此，调试需要做的步骤有：(1)确定VVT控制的目标开度范围；(2)调整VVT的积分常数(dT)，使实际相位角度与目标相位角度跟随性达到要求。
结合某一版本控制策略标定值可知，VVT对相位控制的目标值范围为：进气VVT可调节范围为-21°至49°，即可调节进气阀在进气TDC后21°至TDC前49°范围内打开；排气VVT可调节范围为-30°至40°，即可调节排气阀在排气TDC后30°至TDC前40°范围内关闭。因此，进排气VVT的最大偏移角度(Shift_MX)均为70°。最终调试采用参数如表2所示。
表2进/排气VVT模拟参数表
名称 积分时间常数 最大偏移角度
进气VVT 0.002 70
排气VVT 0.003 70
表3进/排气VVT观测变量
变量 描述
wnwse_w 进气VVT控制进气阀打开时的凸轮轴目标角度
wnwvfe_w 进气VVT控制的凸轮轴实际角度
wnwsa_w 排气VVT控制排气阀关闭时的凸轮轴目标角度
wnwvfa_w 排气气VVT控制的凸轮轴实际角度
通过HIL设备运行设定的工况，验证VVT的控制效果，如表3和图4所示。进气凸轮轴需求的目标角度wnwse_w为实线1，实际凸轮轴角度wnwvfe_w为虚线2；排气凸轮轴需求的目标角度wnwsa_w为实线3，实际凸轮轴角度wnwvfa_w为虚线4。由图4可知，进气VVT和排气VVT控制凸轮轴的实际角度对目标角度跟随性良好，凸轮轴的实际角度总能随着需求的目标角度变化而快速调节响应，且凸轮轴偏移的角度在设定的范围内,模拟效果足以满足测试要求。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种可变气门正时机构的仿真方法，其特征在于,该方法包括以下步骤：
步骤一、以发动机转速作为输入量查表获得相位调节器在当前发动机转速下的最大转动角速度；
步骤二、以采集到的可变气门正时阀控制信号的占空比作为输入量查表获得相对速度，相对于平衡位置，正值代表正转，负值代表反转，最大转动角速度和相对速度相乘得到实际转动速度；
步骤三、通过机油温度查表获得某一修正因子对此转动速度进行修正；
步骤四、以该转动角速度对时间进行积分得到凸轮轴实际产生偏移的相位值。
2.根据权利要求1所述的可变气门正时机构的仿真方法，其特征在于,所述平衡位置可变气门正时阀控制信号的占空比为50％。
3.根据权利要求1所述的可变气门正时机构的仿真方法，其特征在于,步骤三还设有一个低通滤波器。
4.根据权利要求1所述的可变气门正时机构的仿真方法，其特征在于,通过采集进气可变气门正时和排气可变气门正时的控制信号占空比，分别模拟采集进气可变气门正时和排气可变气门正时的相位偏移量。
5.根据权利要求1所述的可变气门正时机构的仿真方法，其特征在于,该方法通过调整积分模块的积分时间常数来调节凸轮轴转动角速度。
6.根据权利要求1所述的可变气门正时机构的仿真方法，其特征在于,该方法通过调节可变气门正时可调节的角度范围，调节凸轮轴实际的偏移角度上限。
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