CN111810302B - 汽油机最大输出扭矩的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽油机最大输出扭矩的确定方法，其特征在于：获取动力系统最大请求扭矩、发动机台架外特性扭矩和发动机启动限制扭矩；当动力系统出现非安全性故障时，还同时获取动力系统非安全故障限制扭矩，当动力系统出现安全性故障时，还同时获取动力系统安全故障限制扭矩；取上述扭矩的最小值作为最大输出扭矩。本发明保证了动力系统输出扭矩不会超过其能够提供的最大扭矩，从而提高了动力系统的扭矩响应精度；在确定动力系统能够提供的最大扭矩时综合考虑了发动机启动阶段润滑不足的风险、动力系统的非安全性故障和安全性故障等因素对输出扭矩的限制。改善了发动机寿命和可靠性，并提高了动力系统的安全性。

Description

汽油机最大输出扭矩的确定方法

技术领域

本发明涉及汽车动力系统技术领域，具体地指一种汽油机最大输出扭矩的确定方法。

背景技术

现有电控汽油机普遍是基于扭矩模型的控制，汽油机的输出扭矩体现了汽油机的动力性，驾驶性和舒适性。而最大输出扭矩需要综合考虑未来时刻最大请求扭矩以及动力系统能够提供的最大扭矩。

未来时刻最大请求扭矩是指汽油机可快速提供的扭矩能力，用于在动力系统动态变化时对需求扭矩的限定和保护。未来时刻最大请求扭矩过大会导致需求扭矩突变过大，但动力系统本身能提供的实际扭矩较小，会导致动力系统扭矩响应的精度较差，特别是在扭矩变化方向时，甚至会导致系统顿挫感严重；未来时刻最大请求扭矩过小，会导致系统动力性不足。

而动力系统能够提供的最大扭矩，是指动力系统提供的最佳扭矩，它综合考虑了全油门下不同发动机转速时的最大扭矩，以及系统保护后的限制扭矩。那么如何在考虑这些因素的情况下确定最终的最大输出扭矩成为控制动力性以及扭矩响应精度的关键。

中国CN110562240A公开了一种轻混动力系统扭矩能力计算方法，该发明专利仅是根据发动机万有特性曲线，使用查表法得到发动机在当前转速下的最大扭矩，而没有考虑实际燃烧情况和发动机安全保护限制等因素。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种汽油机最大输出扭矩的确定方法。

为实现上述目的，本发明提供一种汽油机最大输出扭矩的确定方法，其特征在于：获取动力系统最大请求扭矩、发动机台架外特性扭矩和发动机启动限制扭矩；当动力系统出现非安全性故障时，还同时获取动力系统非安全故障限制扭矩，当动力系统出现安全性故障时，还同时获取动力系统安全故障限制扭矩；取上述扭矩的最小值作为最大输出扭矩；

所述动力系统最大请求扭矩M_EngMaxTrq为：

M_EngMaxTrq＝r×M_EngMaxTrq1+(1-r)×M_EngMaxTrq2+C

其中，M_EngMaxTrq1为最大气量限制扭矩；M_EngMaxTrq2为气路扭矩修正值；r为加权系数，取值范围为(0，1)；C为固定常数。

进一步地，所述加权系数r为固定值。

进一步地，所述加权系数r根据节气门前压力与进气歧管内压力之比和进气歧管压力变化率进行查表或者模糊控制重心法得到。

进一步地，其特征在于，所述最大气量限制扭矩M_EngMaxTrq1为：

其中，p_AirIMEPMax当前最大气量限值的气路平均指示缸内压力； FMEP_Max为当前最大允许气量下的摩擦损失的平均指示压力；PMEP_Max为当前最大允许气量下的泵气损失的平均指示压力；V为发动机排量，N为气缸数；

所述当前最大气量限值的气路平均指示缸内压力p_AirIMEPMax为：

p_AirIMEPMax＝r_BaseSprkEff×rho_{FuelEnergyDensityMax}×r_{FuelConvEffMax}

其中，r_BaseSprkEff为最佳点火效率；rho_{FuelEnergyDensityMax}为最大燃油能量密度；r_{FuelConvEffMax}为最佳空燃比时的发动机燃烧效率。

进一步地，所述气路扭矩修正值M_EngMaxTrq2为：

其中，M_EngAirTrq为气路扭矩；p_PreThrottle为节气门前压力；p_Manifold为进气岐管内压力。

进一步地，所述气路扭矩M_EngAirTrq为：

其中，p_AirIMEP为当前工况气路平均指示缸内压力；FMEP为当前工况摩擦损失的平均指示压力，PMEP为当前工况泵气损失的平均指示压力；V为发动机排量，N为气缸数；

所述当前工况气路平均指示缸内压力p_AirIMEP为：

P_AirIMEP＝r_BaseSprkEff×rho_{FuelEnergyDensity}×r_FuelConvEff

其中，r_BaseSprkEff为最佳点火效率；rho_{FuelEnergyDensity}为燃油能量密度；r_FuelConvEff为当前空燃比下的发动机燃烧效率。

进一步地，所述发动机台架外特性扭矩为根据发动机转速和发动机水温标定得到。

进一步地，所述发动机启动限制扭矩为发动机启动阶段，根据发动机运行时间和启动水温标定得到。

本发明的有益效果如下：

1、根据最大气量限制扭矩和气路扭矩修正值确定动力系统最大请求扭矩，并在获取的动力系统最大请求扭矩、发动机台架外特性扭矩、发动机启动限制扭矩中、动力系统非安全故障限制扭矩和动力系统非安全故障限制扭矩中取最小值来确定最大输出扭矩。这样保证了动力系统输出扭矩不会超过其能够提供的最大扭矩，从而提高了动力系统的扭矩响应精度。

2、提高发动机的安全可靠性。在确定动力系统能够提供的最大扭矩时综合考虑了发动机启动阶段润滑不足的风险、动力系统的非安全性故障和安全性故障等因素对输出扭矩的限制。改善了发动机寿命和可靠性，并提高了动力系统的安全性。

附图说明

图1为本发明最大输出扭矩的确定方法的示意图。

图2为压比

的隶属函数。

图3为进气压力变化率dp_Manifold的隶属函数。

图4为加权系数r的隶属函数。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1所示，一种汽油机最大输出扭矩的确定方法，首先通过分别计算最大气量限制扭矩和气路扭矩修正值来确定动力系统最大请求扭矩；然后再获取发动机台架外特性扭矩和发动机启动限制扭矩；当动力系统出现非安全性故障时，还同时获取动力系统非安全故障限制扭矩，当动力系统出现安全性故障时，还同时获取动力系统安全故障限制扭矩；最后，取上述扭矩的最小值作为最大输出扭矩。

动力系统最大请求扭矩体现了未来时刻动力系统的需求扭矩，而发动机台架外特性扭矩、发动机启动限制扭矩、动力系统非安全故障限制扭矩和动力系统安全故障限制扭矩则综合体现了动力系统能够提供的最大扭矩，通过取这几种扭矩值的最小值可以避免动力系统的输出扭矩超过动力系统能够提供的最大扭矩，从而提高了动力系统的扭矩响应精度。在确定动力系统能够提供的最大扭矩时综合考虑了发动机启动阶段润滑不足的风险、动力系统的非安全性故障和安全性故障等因素对输出扭矩的限制。改善了发动机寿命和可靠性，并提高了动力系统的安全性。

上述技术方案中，发动机台架外特性扭矩，是根据发动机冷却水温和发动机转速通过查表确定，详情见表1所示；设置发动机启动限制扭矩，是为了在发动机起动阶段限制发动机的扭矩请求。此时由于发动机冷却水温度较低以及发动机运行时间较短，润滑油温度较低，润滑系统较差，有损坏发动机的风险。发动机启动限制扭矩是通过发动机运行时间和发动机启动水温进行标定得到，详见表2 所示。

表1发动机台架外特性扭矩与发动机转速、发动机水温对应关系

表2发动机启动限制扭矩与发动机运行时间、启动水温的对应关系

上述技术方案中，动力系统非安全性故障，是指在动力系统出现对车辆动力性、经济性或者排放造成较大影响的故障，比如增压系统的零部件出现故障时会导致动力性过差，这时必须根据发动机转速限制最大输出扭矩；动力系统安全性故障时，是指动力系统出现对车辆寿命和车内人员生命造成安全威胁的故障，比如控制器硬件处理器出现故障，这时也需要根据发动机转速限制最大输出扭矩，且动力系统安全故障限制扭矩小于动力系统非安全故障限制扭矩。

上述技术方案中，在确定动力系统最大请求扭矩时，需先分别计算最大气量限制扭矩和气路扭矩修正值。

最大气量限制扭矩M_EngMaxTrq1为：

其中，p_AirIMEPMax当前最大气量限值的气路平均指示缸内压力，是指在最大进气量下，基于当前燃烧工况和节气门开度确定的平均指示缸内压力；FMEP_Max为当前最大允许气量下的摩擦损失的平均指示压力；PMEP_Max为当前最大允许气量下的泵气损失的平均指示压力；V 为发动机排量，N为气缸数；

上式中，当前最大气量限值的气路平均指示缸内压力p_AirIMEPMax为：

p_AirIMEPMax＝r_BaseSprkEff×rho_{FuelEnergyDensityMax}×r_{FuelConvEffMax}

其中，r_BaseSprkEff为最佳点火效率；rho_{FuelEnergyDensityMax}为最大燃油能量密度；r_{FuelConvEffMax}为最佳空燃比时的发动机燃烧效率。

气路扭矩修正值M_EngMaxTrq2为：

其中，M_EngAirTrq为气路扭矩，其为通过调节节气门开度和扭矩协调后输出的扭矩；p_PreThrottle为节气门前压力；p_Manifold为进气岐管内压力。

上式中，气路扭矩M_EngAirTrq为：

其中，p_AirIMEP为当前工况气路平均指示缸内压力，是指基于当前燃烧工况和节气门开度得到的平均指示缸内压力；FMEP为当前工况摩擦损失的平均指示压力，PMEP为当前工况泵气损失的平均指示压力；

上式中，当前工况气路平均指示缸内压力p_AirIMEP为：

P_AirIMEP＝r_BaseSprkEff×rho_{FuelEnergyDensity}×r_FuelConvEff

其中，rho_{FuelEnergyDensity}为燃油能量密度；r_FuelConvEff为当前空燃比下的发动机燃烧效率。

动力系统最大请求扭矩体现了动力系统的动力性，而气路扭矩修正值则体现了动力系统的燃油经济性，因此可以根据不同车型的需求，将动力系统最大请求扭矩设定为最大气量限制扭矩和气路扭矩修正值中的最大值、最小值和平均值中的一种。

作为一种优选方案，动力系统最大请求扭矩M_EngMaxTrq可以表示成如下公式

M_EngMaxTrq＝r×M_EngMaxTrq1+(1-r)×M_EngMaxTrq2+C

其中，M_EngMaxTrq1为最大气量限制扭矩；M_EngMaxTrq2为气路扭矩修正值；r为加权系数，取值范围为(0，1)；C为固定常数，取值范围为 0～3Nm，是对外特性工况下最大输出扭矩预估的补偿，确保外特性工况时最大输出扭矩能够达到外特性要求的扭矩。

加权系数r可以设定成为固定值；也可以根据节气门前压力 p_PreThrottle与进气歧管内压力p_Manifold之比和进气歧管压力变化率dp_Manifold进行查表获得，或者通过模糊控制重心法得到。

作为一种优选方案，如图2～4所示，上述模糊控制重心法的计算方法如下：

本实施例中模糊控制器的输入1为压比

压比

的模糊集合为{mf₁₁，mf₁₂，mf₁₃，mf₁₄，mf₁₅}，论域设置为[0，1]，其隶属函数如图2所示；模糊控制器的输入2为进气压力变化率dp_Manifold，进气压力变化率dp_Manifold的模糊集合为{mf₂₁，mf₂₂，mf₂₃，mf₂₄，mf₂₅}，论域设置为[-200，200]，其隶属函数如图3所示；

模糊控制器的输出为加权系数r，加权系数r的模糊集合为 {mf₃₁，mf₃₂，mf₃₃，mf₃₄，mf₃₅}，论域设置为[0，1]，其隶属函数如图4所示。

如表1所示，本方案采用25条模糊控制规则，其模糊控制规则，输出的加权系数r与输入的压比

和进气压力变化率dp_Manifold呈对应关系，通过重心法解模糊得到加权系数r的精确值。

表1加权系数的模糊控制规则

Claims (8)

1.一种汽油机最大输出扭矩的确定方法，其特征在于：获取动力系统最大请求扭矩、发动机台架外特性扭矩和发动机启动限制扭矩；当动力系统出现非安全性故障时，还同时获取动力系统非安全故障限制扭矩，当动力系统出现安全性故障时，还同时获取动力系统安全故障限制扭矩；取上述扭矩的最小值作为最大输出扭矩；

所述动力系统最大请求扭矩M_EngMaxTrq为：

M_EngMaxTrq＝r×M_EngMaxTrq1+(1-r)×M_EngMaxTrq2+C

其中，M_EngMaxTrq1为最大气量限制扭矩；M_EngMaxTrq2为气路扭矩修正值；r为加权系数，取值范围为(0,1)；C为固定常数。

2.根据权利要求1所述的汽油机最大输出扭矩的确定方法，其特征在于：所述加权系数r为固定值。

3.根据权利要求1所述的汽油机最大输出扭矩的确定方法，其特征在于：所述加权系数r根据节气门前压力与进气歧管内压力之比和进气歧管压力变化率进行查表或者通过模糊控制重心法得到。

4.根据权利要求1所述的汽油机最大输出扭矩的确定方法，其特征在于，所述最大气量限制扭矩M_EngMaxTrq1为：

其中，p_AirIMEPMax当前最大气量限值的气路平均指示缸内压力；FMEP_Max为当前最大允许气量下的摩擦损失的平均指示压力；PMEP_Max为当前最大允许气量下的泵气损失的平均指示压力；V为发动机排量，N为气缸数；

所述当前最大气量限值的气路平均指示缸内压力p_AirIMEPMax为：

p_AirIMEPMax＝r_BaseSprkEff×rho_{FuelEnergyDensityMax}×r_{FuelConvEffMax}

其中，r_BaseSprkEff为最佳点火效率；rho_{FuelEnergyDensityMax}为最大燃油能量密度；r_{FuelConvEffMax}为最佳空燃比时的发动机燃烧效率。

5.根据权利要求1所述的汽油机最大输出扭矩的确定方法，其特征在于，所述气路扭矩修正值M_EngMaxTrq2为：

其中，M_EngAirTrq为气路扭矩；p_PreThrottle为节气门前压力；p_Manifold为进气岐管内压力。

6.根据权利要求5所述的汽油机最大输出扭矩的确定方法，其特征在于，所述气路扭矩M_EngAirTrq为：

其中，p_AirIMEP为当前工况气路平均指示缸内压力；FMEP为当前工况摩擦损失的平均指示压力，PMEP为当前工况泵气损失的平均指示压力；V为发动机排量，N为气缸数；

所述当前工况气路平均指示缸内压力p_AirIMEP为：

p_AirIMEP＝r_BaseSprkEff×rho_{FuelEnergyDensity}×r_FuelConvEff

其中，r_BaseSprkEff为最佳点火效率；rho_{FuelEnergyDensity}为燃油能量密度；r_FuelConvEff为当前空燃比下的发动机燃烧效率。

7.根据权利要求1所述的汽油机最大输出扭矩的确定方法，其特征在于：所述发动机台架外特性扭矩为根据发动机转速和发动机水温标定得到。

8.根据权利要求1所述的汽油机最大输出扭矩的确定方法，其特征在于：所述发动机启动限制扭矩为发动机启动阶段，根据发动机运行时间和启动水温标定得到。

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