基于扭矩的發(fā)動機控制策略

1、Delphi Confidential 1白彬毅, 5/15/2005 扭矩控制策略的目標 u根據(jù)駕駛員意圖實現(xiàn)最佳車輛響應 調整發(fā)動機扭矩輸出以實現(xiàn)駕駛性目標 對應加速踏板輸入的最佳響應 協(xié)調各控制裝置以降低油耗 協(xié)調并充分發(fā)揮電子節(jié)氣門, 進排氣門正時及自動變速箱對動力 總成性能的改善 在發(fā)動機硬件性能允許范圍內給予空燃比, 點火提前角, EGR, 進排相位及自動變速箱檔位以靈活變化的空間, 同時不影響發(fā)動 機扭矩輸出 u接收處理多項扭矩請求 核實每項扭矩請求 快速(點火提前角控制)或慢速(進氣, 燃油控制)減扭請求 增扭請求(進氣控制) Delphi Confidential 2白彬毅,

2、 5/15/2005 扭矩控制的優(yōu)點 u全時扭矩控制的優(yōu)越性 扭矩是發(fā)動機對車輛的基本輸出量 使得進排氣相位控制更易實現(xiàn)并且性能更優(yōu) 駕駛性 “自動” 補償由于變速箱,進排氣相位變化, 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動引起的沖擊 為實現(xiàn)對應加速踏板的車輛響應可調性提供了更多空間(除 油門全開時) 更精確的發(fā)動機附件及摩擦扭矩補償 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求(來自加速踏板) 最大發(fā)動機扭矩(Maximum engine t

3、orque) 在當前發(fā)動機轉速及環(huán)境調件下節(jié)氣們全開時的發(fā)動機凈 扭矩 最大發(fā)動機負扭矩(Maximum negative engine torque) 在當前發(fā)動機轉速及環(huán)境調件下斷油時的發(fā)動機凈扭矩 扭矩請求源(Torque command source) 可能發(fā)出扭矩請求的EMS控制模塊: 加速踏板, 定速巡航, 變速箱, 車輛驅動力控制, 發(fā)動機倒拖控制, 限速控制等 所需指示平均壓力(IMEP) 希望發(fā)動機產出的指示平均壓力, 此量與發(fā)動機指示扭矩成 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) 由混合汽燃燒產生的扭矩 摩擦扭矩(Friction torque) 用于克服發(fā)動機運動阻力, 泵氣損失和附件阻力的扭矩 凈扭矩(Net torque) 從發(fā)動機輸出至變速箱的扭矩 - 不考慮發(fā)動機慣性矩 也稱發(fā)動機制動力矩或飛輪力矩 未經控制扭矩(Unmanaged torque) 當未實施扭矩控制, 例如車輛驅動力控制時的扭矩值 經控制扭矩(Managed torque) 在當前燃油, 點火提前角和進氣量情況下, 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) 用于進氣或燃油控制的目標扭矩 快速控制扭矩(Fast Torque) 用于點

5、火提前角控制的目標扭矩 用于滿足車輛驅動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 扭矩控制的原理結構 1) 發(fā)動機扭矩估測 根據(jù)EMS傳感器及發(fā)動機數(shù)據(jù)估測指示扭矩, 凈扭矩, 摩擦扭矩, 發(fā)動機附件阻力扭矩 2) 期望扭矩計算 期望凈扭矩的計算是基于: 加速踏板位置 發(fā)動機轉速 變速箱檔位 進氣溫度和壓力 電子節(jié)氣門工作狀況 Delphi Confidential 6白彬毅, 5/15/2005 3)扭矩請求源的選擇 增扭源選擇 (最小期望扭矩) 加速踏板, 發(fā)動機倒拖控制, 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) 車輛驅動力控制 變速箱控制 u保證換檔質量及防破壞性駕駛 限速 發(fā)動機轉速及車速 扭矩控制的原理結構 Delphi Confidential 7白彬毅, 5/15/2005 扭矩控制的原理結構 4)扭矩控制 u根據(jù)期望指示平均壓力(IMEP)計算期望燃油質量 u在燃油量基礎上計算其它參數(shù)(氣量, 點火提前角) u缸內燃燒狀況控制要求計算指示平均壓力(IMEP) 進氣量:計算調節(jié)所需節(jié)氣門開度及進排氣門相位, 以實現(xiàn)期望扭矩值(慢 速扭矩控制目標值) 推遲點火提前角以滿足快速扭矩控制目標值 如電子節(jié)氣門失靈則斷油以減扭以滿足慢速扭矩控制目標值 Delphi

7、Confidential 8白彬毅, 5/15/2005 扭矩估測邏輯概要扭矩估測邏輯概要 計算最佳點火提前角 (MBT)的延遲 計算由于點火提前角 延遲引起的扭矩損失 計算發(fā)動機凈扭矩 燃油/進氣量變 + 空燃比 計算發(fā)動機熱效率 計算最佳點火提前角 (MBT)下扭矩值 計算發(fā)動機摩擦扭矩 計算最佳點火提前角 (MBT) 扭矩估測流程 Delphi Confidential 9白彬毅, 5/15/2005 指示扭矩計算: 模型計算從燃油化學能到動能的轉 燃油化學能 =燃油質量*燃油熱值 燃油質量計算是基于燃油噴射量 在最佳點火提前角(MBT)時的指示扭矩 = 燃油化學能*發(fā)動機熱效率*轉化常

8、數(shù) 發(fā)動機熱效率 = f(RPM, A/F Ratio) - 指示效率 在最佳點火提前角(MBT)時和理想空燃比條件下的指示效率近乎不變 根據(jù)實際點火提前角調整指示扭矩 最佳點火提前角(MBT) = f(RPM, Load) + EGR Spark for VVT, based on cam angle 扭矩損失 = 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 扭矩估測簡介 Delphi Confidential 10白彬毅, 5/15/2005 u發(fā)動機摩擦扭矩 運動摩擦扭矩 = f(RPM, 溫度) 包括水泵, 其它附件和發(fā)動機回轉運動件阻力扭矩 泵氣阻力矩 = F(RPM, 進氣歧管壓力) 空調阻力矩 = f(空調壓力或進氣溫度) 發(fā)電機阻力矩 = f(RPM, 電瓶電壓) u發(fā)動機凈扭矩 凈扭矩 =指示扭矩 摩擦扭矩 扭矩估測簡介 Delphi Confidential 11白彬

10、毅, 5/15/2005 u 轉換駕駛員及車輛扭矩請求為期望 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 機負荷指示參數(shù) u 使用平均有效壓力(IMEP)比指示扭 矩使在不通排量發(fā)動機上的調試標 定更加簡化 駕駛員請求 加速踏板位置 駕駛員期望制動扭矩 總和期望制動扭矩 總和期望指示 扭矩 期望指示平均有效壓 力(IMEP) 期望燃油量 期望進氣量 扭矩控制流程 Delphi Confidential 12白彬毅, 5/15/2005 扭矩控制簡介 u期望進氣量 計算基于期望燃油量及空燃比 u期望節(jié)氣門開度 利用德爾福發(fā)動機控制軟件中的空氣動力學與熱力學計算模塊 輸

11、入:期望進氣量 輸出:期望節(jié)氣門開度 考慮及協(xié)調發(fā)動機尾氣再循環(huán)控制和進排氣相位控制 Delphi Confidential 13白彬毅, 5/15/2005 扭矩控制簡介 u通過點火提前角的扭矩控制 使用條件取決于扭矩請求源 為達到期限扭矩值所需的點火提前角計算是基于扭矩損失-相對最佳點 火提前角遲滯特性 相對最佳點火提前角的推遲當超過時限后將被限制以避免催化器溫度過 高 絕對點火提前角的限制基于點火系統(tǒng)硬件特性 u通過燃油的扭矩控制 如電子節(jié)氣門失靈則扭矩控制通過單缸斷油實現(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換: 扭矩

12、控制簡介 * 踏板位置到扭矩的轉換須達到所期望的車輛反應特性的要求 Delphi Confidential 15白彬毅, 5/15/2005 扭矩遲滯控制: u當期望扭矩值快速變化時, 過大的變化量被限制以避免造成沖擊和 傳動系的振蕩及駕駛舒適性的惡化 扭矩控制簡介 Delphi Confidential 16白彬毅, 5/15/2005 自動變速箱 u自動檔變速箱種類 傳統(tǒng)液壓機械式自動變速箱 電子控制式自動變速箱（TCM不與ECM溝通） 電子控制式自動變速箱（TCM與ECM溝通） 并行通訊 串行通訊 無級自動變速箱CVT 自動化的手動變速箱(AMT, 手自一體?) Delphi Confi

13、dential 17白彬毅, 5/15/2005 uTCM 與 ECM 溝通目的 降低換檔時的沖擊感 延遲點火角降低發(fā)動機扭力 防破壞性駕駛 提升怠速 保持驅動力 u變速箱油溫高時，機油粘滯力 變低 自動變速箱 轉 速 時間 發(fā)動 機慣 性力 1檔 2 檔 Delphi Confidential 18白彬毅, 5/15/2005 自動變速箱與發(fā)動機的通訊 u并行通訊 占空比(PWM) 開關訊號 (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 自動變速箱與發(fā)動機的通訊 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