基于扭矩的發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略

1、Delphi Confidential 1白彬毅, 5/15/2005 扭矩控制策略的目標(biāo) u根據(jù)駕駛員意圖實(shí)現(xiàn)最佳車輛響應(yīng) 調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩輸出以實(shí)現(xiàn)駕駛性目標(biāo) 對(duì)應(yīng)加速踏板輸入的最佳響應(yīng) 協(xié)調(diào)各控制裝置以降低油耗 協(xié)調(diào)并充分發(fā)揮電子節(jié)氣門(mén), 進(jìn)排氣門(mén)正時(shí)及自動(dòng)變速箱對(duì)動(dòng)力 總成性能的改善 在發(fā)動(dòng)機(jī)硬件性能允許范圍內(nèi)給予空燃比, 點(diǎn)火提前角, EGR, 進(jìn)排相位及自動(dòng)變速箱檔位以靈活變化的空間, 同時(shí)不影響發(fā)動(dòng) 機(jī)扭矩輸出 u接收處理多項(xiàng)扭矩請(qǐng)求 核實(shí)每項(xiàng)扭矩請(qǐng)求 快速(點(diǎn)火提前角控制)或慢速(進(jìn)氣, 燃油控制)減扭請(qǐng)求 增扭請(qǐng)求(進(jìn)氣控制) Delphi Confidential 2白彬毅,

2、 5/15/2005 扭矩控制的優(yōu)點(diǎn) u全時(shí)扭矩控制的優(yōu)越性 扭矩是發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)車輛的基本輸出量 使得進(jìn)排氣相位控制更易實(shí)現(xiàn)并且性能更優(yōu) 駕駛性 “自動(dòng)” 補(bǔ)償由于變速箱,進(jìn)排氣相位變化, 空燃比變化, 催化 器起燃控制引起的扭矩變化 減少加速踏板快速運(yùn)動(dòng)引起的沖擊 為實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)加速踏板的車輛響應(yīng)可調(diào)性提供了更多空間(除 油門(mén)全開(kāi)時(shí)) 更精確的發(fā)動(dòng)機(jī)附件及摩擦扭矩補(bǔ)償 Delphi Confidential 3白彬毅, 5/15/2005 常用的扭矩概念 駕駛員意圖扭矩(Driver intent torque) 基于駕駛員的意圖請(qǐng)求(來(lái)自加速踏板) 最大發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩(Maximum engine t

3、orque) 在當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及環(huán)境調(diào)件下節(jié)氣們?nèi)_(kāi)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)凈 扭矩 最大發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)扭矩(Maximum negative engine torque) 在當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及環(huán)境調(diào)件下斷油時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)凈扭矩 扭矩請(qǐng)求源(Torque command source) 可能發(fā)出扭矩請(qǐng)求的EMS控制模塊: 加速踏板, 定速巡航, 變速箱, 車輛驅(qū)動(dòng)力控制, 發(fā)動(dòng)機(jī)倒拖控制, 限速控制等 所需指示平均壓力(IMEP) 希望發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)出的指示平均壓力, 此量與發(fā)動(dòng)機(jī)指示扭矩成 正比, 單位為千帕(kPa) Delphi Confidential 4白彬毅, 5/15/2005 指示扭矩(Indicated t

4、orque) 由混合汽燃燒產(chǎn)生的扭矩 摩擦扭矩(Friction torque) 用于克服發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)阻力, 泵氣損失和附件阻力的扭矩 凈扭矩(Net torque) 從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出至變速箱的扭矩 - 不考慮發(fā)動(dòng)機(jī)慣性矩 也稱發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)力矩或飛輪力矩 未經(jīng)控制扭矩(Unmanaged torque) 當(dāng)未實(shí)施扭矩控制, 例如車輛驅(qū)動(dòng)力控制時(shí)的扭矩值 經(jīng)控制扭矩(Managed torque) 在當(dāng)前燃油, 點(diǎn)火提前角和進(jìn)氣量情況下, 包括由于扭矩控制引起的上述 量變化情況下的扭矩值 慢速控制扭矩(Slow Torque) 用于進(jìn)氣或燃油控制的目標(biāo)扭矩 快速控制扭矩(Fast Torque) 用于點(diǎn)

5、火提前角控制的目標(biāo)扭矩 用于滿足車輛驅(qū)動(dòng)力或變速箱要求的扭矩控制 常用的扭矩概念 Delphi Confidential 5白彬毅, 5/15/2005 扭矩控制的原理結(jié)構(gòu) 1) 發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩估測(cè) 根據(jù)EMS傳感器及發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)估測(cè)指示扭矩, 凈扭矩, 摩擦扭矩, 發(fā)動(dòng)機(jī)附件阻力扭矩 2) 期望扭矩計(jì)算 期望凈扭矩的計(jì)算是基于: 加速踏板位置 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 變速箱檔位 進(jìn)氣溫度和壓力 電子節(jié)氣門(mén)工作狀況 Delphi Confidential 6白彬毅, 5/15/2005 3)扭矩請(qǐng)求源的選擇 增扭源選擇 (最小期望扭矩) 加速踏板, 發(fā)動(dòng)機(jī)倒拖控制, 限速控制等 怠速控制 定速巡航控制 車輛穩(wěn)定

6、性控制 減扭源選擇 (最大期望扭矩) 車輛驅(qū)動(dòng)力控制 變速箱控制 u保證換檔質(zhì)量及防破壞性駕駛 限速 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及車速 扭矩控制的原理結(jié)構(gòu) Delphi Confidential 7白彬毅, 5/15/2005 扭矩控制的原理結(jié)構(gòu) 4)扭矩控制 u根據(jù)期望指示平均壓力(IMEP)計(jì)算期望燃油質(zhì)量 u在燃油量基礎(chǔ)上計(jì)算其它參數(shù)(氣量, 點(diǎn)火提前角) u缸內(nèi)燃燒狀況控制要求計(jì)算指示平均壓力(IMEP) 進(jìn)氣量:計(jì)算調(diào)節(jié)所需節(jié)氣門(mén)開(kāi)度及進(jìn)排氣門(mén)相位, 以實(shí)現(xiàn)期望扭矩值(慢 速扭矩控制目標(biāo)值) 推遲點(diǎn)火提前角以滿足快速扭矩控制目標(biāo)值 如電子節(jié)氣門(mén)失靈則斷油以減扭以滿足慢速扭矩控制目標(biāo)值 Delphi

7、Confidential 8白彬毅, 5/15/2005 扭矩估測(cè)邏輯概要扭矩估測(cè)邏輯概要 計(jì)算最佳點(diǎn)火提前角 (MBT)的延遲 計(jì)算由于點(diǎn)火提前角 延遲引起的扭矩?fù)p失 計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)凈扭矩 燃油/進(jìn)氣量變 + 空燃比 計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率 計(jì)算最佳點(diǎn)火提前角 (MBT)下扭矩值 計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦扭矩 計(jì)算最佳點(diǎn)火提前角 (MBT) 扭矩估測(cè)流程 Delphi Confidential 9白彬毅, 5/15/2005 指示扭矩計(jì)算: 模型計(jì)算從燃油化學(xué)能到動(dòng)能的轉(zhuǎn) 燃油化學(xué)能 =燃油質(zhì)量*燃油熱值 燃油質(zhì)量計(jì)算是基于燃油噴射量 在最佳點(diǎn)火提前角(MBT)時(shí)的指示扭矩 = 燃油化學(xué)能*發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率*轉(zhuǎn)化常

8、數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率 = f(RPM, A/F Ratio) - 指示效率 在最佳點(diǎn)火提前角(MBT)時(shí)和理想空燃比條件下的指示效率近乎不變 根據(jù)實(shí)際點(diǎn)火提前角調(diào)整指示扭矩 最佳點(diǎn)火提前角(MBT) = f(RPM, Load) + EGR Spark for VVT, based on cam angle 扭矩?fù)p失 = f(spark delta from MBT) 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 05101520253035404550 Delta Spark Retard from MBT CA deg. Percentage of I

9、ndicated MBT Torque % KtTRQC_Pct_TorqLossFromSprkRtd Extrapolated Portion of Curve 扭矩估測(cè)簡(jiǎn)介 Delphi Confidential 10白彬毅, 5/15/2005 u發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦扭矩 運(yùn)動(dòng)摩擦扭矩 = f(RPM, 溫度) 包括水泵, 其它附件和發(fā)動(dòng)機(jī)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件阻力扭矩 泵氣阻力矩 = F(RPM, 進(jìn)氣歧管壓力) 空調(diào)阻力矩 = f(空調(diào)壓力或進(jìn)氣溫度) 發(fā)電機(jī)阻力矩 = f(RPM, 電瓶電壓) u發(fā)動(dòng)機(jī)凈扭矩 凈扭矩 =指示扭矩 摩擦扭矩 扭矩估測(cè)簡(jiǎn)介 Delphi Confidential 11白彬

10、毅, 5/15/2005 u 轉(zhuǎn)換駕駛員及車輛扭矩請(qǐng)求為期望 指示平均有效壓力(IMEP) u 平均有效壓力IMEP 做為基本的發(fā)動(dòng) 機(jī)負(fù)荷指示參數(shù) u 使用平均有效壓力(IMEP)比指示扭 矩使在不通排量發(fā)動(dòng)機(jī)上的調(diào)試標(biāo) 定更加簡(jiǎn)化 駕駛員請(qǐng)求 加速踏板位置 駕駛員期望制動(dòng)扭矩 總和期望制動(dòng)扭矩 總和期望指示 扭矩 期望指示平均有效壓 力(IMEP) 期望燃油量 期望進(jìn)氣量 扭矩控制流程 Delphi Confidential 12白彬毅, 5/15/2005 扭矩控制簡(jiǎn)介 u期望進(jìn)氣量 計(jì)算基于期望燃油量及空燃比 u期望節(jié)氣門(mén)開(kāi)度 利用德?tīng)柛０l(fā)動(dòng)機(jī)控制軟件中的空氣動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)計(jì)算模塊 輸

11、入:期望進(jìn)氣量 輸出:期望節(jié)氣門(mén)開(kāi)度 考慮及協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣再循環(huán)控制和進(jìn)排氣相位控制 Delphi Confidential 13白彬毅, 5/15/2005 扭矩控制簡(jiǎn)介 u通過(guò)點(diǎn)火提前角的扭矩控制 使用條件取決于扭矩請(qǐng)求源 為達(dá)到期限扭矩值所需的點(diǎn)火提前角計(jì)算是基于扭矩?fù)p失-相對(duì)最佳點(diǎn) 火提前角遲滯特性 相對(duì)最佳點(diǎn)火提前角的推遲當(dāng)超過(guò)時(shí)限后將被限制以避免催化器溫度過(guò) 高 絕對(duì)點(diǎn)火提前角的限制基于點(diǎn)火系統(tǒng)硬件特性 u通過(guò)燃油的扭矩控制 如電子節(jié)氣門(mén)失靈則扭矩控制通過(guò)單缸斷油實(shí)現(xiàn) Delphi Confidential 14白彬毅, 5/15/2005 從加速踏板位置到期望扭矩值的轉(zhuǎn)換: 扭矩

12、控制簡(jiǎn)介 * 踏板位置到扭矩的轉(zhuǎn)換須達(dá)到所期望的車輛反應(yīng)特性的要求 Delphi Confidential 15白彬毅, 5/15/2005 扭矩遲滯控制: u當(dāng)期望扭矩值快速變化時(shí), 過(guò)大的變化量被限制以避免造成沖擊和 傳動(dòng)系的振蕩及駕駛舒適性的惡化 扭矩控制簡(jiǎn)介 Delphi Confidential 16白彬毅, 5/15/2005 自動(dòng)變速箱 u自動(dòng)檔變速箱種類 傳統(tǒng)液壓機(jī)械式自動(dòng)變速箱 電子控制式自動(dòng)變速箱（TCM不與ECM溝通） 電子控制式自動(dòng)變速箱（TCM與ECM溝通） 并行通訊 串行通訊 無(wú)級(jí)自動(dòng)變速箱CVT 自動(dòng)化的手動(dòng)變速箱(AMT, 手自一體?) Delphi Confi

13、dential 17白彬毅, 5/15/2005 uTCM 與 ECM 溝通目的 降低換檔時(shí)的沖擊感 延遲點(diǎn)火角降低發(fā)動(dòng)機(jī)扭力 防破壞性駕駛 提升怠速 保持驅(qū)動(dòng)力 u變速箱油溫高時(shí)，機(jī)油粘滯力 變低 自動(dòng)變速箱 轉(zhuǎn) 速 時(shí)間 發(fā)動(dòng) 機(jī)慣 性力 1檔 2 檔 Delphi Confidential 18白彬毅, 5/15/2005 自動(dòng)變速箱與發(fā)動(dòng)機(jī)的通訊 u并行通訊 占空比(PWM) 開(kāi)關(guān)訊號(hào) (ON/OFF) 頻率 ECMTCM Tachometer in Instrument Panel TP S MA P PN TRR IUR Engine load DTR ATR IDL E RP M Delphi Confidential 19白彬毅, 5/15/2005 自動(dòng)變速箱與發(fā)動(dòng)機(jī)的通訊 uCAN總線串行通訊 高速CAN總線， 500k bit/sec M essage ID Transm it Period (m s) ECM TCM EM S1 $316 10 Transm it Receive EM S2 $329 10 Transm it Receive TCU1 $43F 10 Receive Transm it Byte Bit7 Bit6 Bit5 Bit4