商用車(chē)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置及其控制方法，適應(yīng)于采用火花點(diǎn)火和燃料噴射供應(yīng)方式的4?6缸商用車(chē)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，特別適用于采用稀薄燃燒方式的重型增壓燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，屬于汽車(chē)電子控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]以天然氣為代表的代用燃料清潔能源技術(shù)開(kāi)發(fā)及成熟應(yīng)用，可有效地降低商用車(chē)使用成本、緩解能源短缺、降低排放污染、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排等。
[0003]電子控制裝置是燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的核心技術(shù)。一直以來(lái)，商用車(chē)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)較為主流的技術(shù)路線(xiàn)是稀薄燃燒技術(shù)，同時(shí)，研宄表明，采用增壓中冷技術(shù)后可以使燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)燃料消耗降低10%，結(jié)合高能點(diǎn)火控制，以及氧化催化器可使排放達(dá)到歐V水平。例如，康明斯和戴姆勒-克萊斯勒公司分別推出了稀燃?jí)嚎s天然氣(Compressed NaturalGas，CNG)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品，采用增壓、中冷技術(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率高達(dá)38%。另一方面，國(guó)際上對(duì)歐V排放技術(shù)路線(xiàn)仍然存在較多爭(zhēng)議，一些公司認(rèn)為采用理論空燃比控制更容易實(shí)現(xiàn)低排放，但需要發(fā)動(dòng)機(jī)更加強(qiáng)化的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。例如，康明斯開(kāi)發(fā)出的ISL G320天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)排量為8.9L，額定功率為205kW，采用了理論空燃比控制和冷卻的大流量廢氣再循環(huán)(Exhaust Gas Recirculat1n，EGR)技術(shù)，結(jié)合三元催化后處理，使排放達(dá)到美國(guó)環(huán)保署2010年標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)很多商用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)也在開(kāi)發(fā)理論空燃比發(fā)動(dòng)機(jī)，但成熟機(jī)型大多采用增壓、稀燃技術(shù)，且只能達(dá)到歐III水平左右。隨著排放法規(guī)升級(jí)到歐IV/歐V，亟須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器控制技術(shù)和產(chǎn)品進(jìn)行更新?lián)Q代，綜合優(yōu)化扭矩控制策略和瞬態(tài)工況補(bǔ)償策略。
[0004]無(wú)論是稀薄燃燒還是理論空燃比燃燒，都需要電子控制系統(tǒng)的功能更完善，控制更精確、響應(yīng)更迅速，并能滿(mǎn)足即將實(shí)施的國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB/T7258要求。因此，采用電子控制燃料供給、電子控制增壓、可支持稀薄燃燒技術(shù)和高能點(diǎn)火等先進(jìn)技術(shù)是燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向，也是提高燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性、達(dá)到歐IV /歐V及以上排放標(biāo)準(zhǔn)的必然途徑。然而，對(duì)于電控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，首先需滿(mǎn)足駕駛員的扭矩要求，同時(shí)符合有關(guān)廢氣排放、燃料消耗、功率輸出、舒適和安全的嚴(yán)格要求，在很多條件下，諸多要求是相互矛盾的，很難實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳輸出扭矩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，本發(fā)明旨在提供一種商用車(chē)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置，將大量各不相同的目標(biāo)聯(lián)系在一起，將原來(lái)可能出現(xiàn)的相互矛盾的要求按照優(yōu)先順序排列的原則加以協(xié)調(diào)，并使所有功能都能互不相干的獨(dú)立提供對(duì)扭矩的要求，在提高燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的基礎(chǔ)上達(dá)到最佳扭矩輸出，改善了天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)排放，燃料經(jīng)濟(jì)性尚O
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案:一種商用車(chē)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置，包括燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)控制器，其該燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)控制器包括有，
[0007]信號(hào)處理模塊，采集商用車(chē)整車(chē)及發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)數(shù)據(jù)形成發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)和整車(chē)信號(hào);
[0008]扭矩管理模塊，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)和整車(chē)信號(hào)估算當(dāng)前工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際扭矩，并確定發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)扭矩；
[0009]進(jìn)氣系統(tǒng)控制模塊，根據(jù)扭矩管理模塊確定的目標(biāo)扭矩和當(dāng)前工況的目標(biāo)空燃比確定當(dāng)前工況的目標(biāo)進(jìn)氣量，并以該目標(biāo)進(jìn)氣量控制電子增壓器和電子節(jié)氣門(mén)；
[0010]燃?xì)夤┙o模塊，與所述扭矩管理模塊、進(jìn)氣系統(tǒng)控制模塊分別電性連接，通過(guò)所述扭矩管理模塊確定的目標(biāo)扭矩控制燃?xì)鈬娮旌腿細(xì)怆姶砰y實(shí)現(xiàn)燃?xì)夤┙o；
[0011]點(diǎn)火控制模塊，根據(jù)所述扭矩管理模塊確定的目標(biāo)扭矩與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩來(lái)控制點(diǎn)火線(xiàn)圈，并根據(jù)目標(biāo)扭矩與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩的偏差對(duì)點(diǎn)火時(shí)刻進(jìn)行修正。
[0012]進(jìn)一步的，所述進(jìn)氣系統(tǒng)控制模塊包括有，
[0013]扭矩/燃料轉(zhuǎn)換模型，用于借助發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性脈譜圖將所述扭矩管理模塊確定的目標(biāo)扭矩轉(zhuǎn)化為目標(biāo)進(jìn)氣量；
[0014]節(jié)氣門(mén)位置設(shè)定逆進(jìn)氣模型，用于建立節(jié)氣門(mén)特性曲線(xiàn)，通過(guò)目標(biāo)進(jìn)氣量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速得出節(jié)氣門(mén)位置設(shè)定基本值；
[0015]
[0016]
[0017]節(jié)氣門(mén)模式識(shí)別與遲滯控制模型，用于在當(dāng)前條件下，通過(guò)所述節(jié)氣門(mén)位置設(shè)定逆進(jìn)氣模型得出的節(jié)氣門(mén)位置設(shè)定基本值與節(jié)氣門(mén)實(shí)際位置得出節(jié)氣門(mén)控制目標(biāo)開(kāi)度；
[0018]節(jié)氣門(mén)電機(jī)前饋控制模型，用于對(duì)節(jié)氣門(mén)主控電機(jī)進(jìn)行前饋控制，通過(guò)節(jié)氣門(mén)實(shí)際位置和節(jié)氣門(mén)控制目標(biāo)開(kāi)度之間的修正偏移量，確保節(jié)氣門(mén)開(kāi)度可在短時(shí)間達(dá)到目標(biāo)開(kāi)度附近；
[0019]節(jié)氣門(mén)電機(jī)PID控制模型，用于進(jìn)行PID閉環(huán)控制，根據(jù)節(jié)氣門(mén)控制目標(biāo)開(kāi)度和實(shí)際開(kāi)度確保節(jié)氣門(mén)開(kāi)度穩(wěn)定在目標(biāo)值。
[0020]進(jìn)一步的，所述燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)控制器還包括有輔助設(shè)備控制模塊，與所述扭矩管理模塊電性連接，用于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和整車(chē)輔助設(shè)備的控制。
[0021]進(jìn)一步的，其特征在于:所述發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)包括有凸輪軸位置、曲軸轉(zhuǎn)速、冷卻水溫、進(jìn)氣歧管溫度、進(jìn)氣歧管壓力、增壓壓力、氣軌溫度、氣軌壓力、加速踏板位置、ETC位置反饋、大氣壓力、電源電壓、寬域氧傳感器；所述整車(chē)信號(hào)包括有車(chē)速、離合器或空擋開(kāi)關(guān)、風(fēng)扇開(kāi)關(guān)、空調(diào)開(kāi)關(guān)。
[0022]該發(fā)明在扭矩控制策略下，將大量各不相同的目標(biāo)聯(lián)系在一起，將原來(lái)可能出現(xiàn)的相互矛盾的要求按照優(yōu)先順序排列的原則加以協(xié)調(diào)，并使所有功能都能互不相干的獨(dú)立提供對(duì)扭矩的要求，采用稀薄燃燒、空燃比閉環(huán)、負(fù)荷閉環(huán)、進(jìn)氣壓力閉環(huán)等技術(shù)，以及寬域氧傳感器、多點(diǎn)噴射、電子節(jié)氣門(mén)和增壓廢氣閥等控制部件，在提高燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的基礎(chǔ)上達(dá)到最佳扭矩輸出，改善了天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)排放，燃料經(jīng)濟(jì)性高。
[0023]本發(fā)明另一目的在于提供一種商用車(chē)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置的控制方法，其包括有從目標(biāo)扭矩到執(zhí)行機(jī)構(gòu)所在的第一條主線(xiàn)，及從信號(hào)反饋到實(shí)際扭矩所在的第二條主線(xiàn)，其中，
[0024]第一條主線(xiàn):含外部扭矩請(qǐng)求和內(nèi)部扭矩請(qǐng)求的扭矩請(qǐng)求信號(hào)，通過(guò)扭矩管理模塊分析得出目標(biāo)扭矩，再由扭矩/燃料轉(zhuǎn)換模型分析出目標(biāo)進(jìn)氣量，其一，通過(guò)該目標(biāo)進(jìn)氣量通過(guò)增壓閉環(huán)分析出增壓閥目標(biāo)開(kāi)度，由該增壓閥目標(biāo)開(kāi)度通過(guò)增壓閥控制模型分析出增壓閥控制占空比并完成增壓預(yù)控；其二，通過(guò)該目標(biāo)進(jìn)氣量分析出目標(biāo)進(jìn)氣壓力，根據(jù)該目標(biāo)進(jìn)氣壓力及電子節(jié)氣門(mén)特性，通過(guò)節(jié)氣門(mén)模式識(shí)別與遲滯控制模型分析出電子節(jié)氣門(mén)目標(biāo)開(kāi)度，最后控制節(jié)氣門(mén)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；
[0025]第二條主線(xiàn):根據(jù)傳感器反饋信號(hào)分析出電子節(jié)氣門(mén)實(shí)際開(kāi)度及實(shí)際進(jìn)氣壓力，通過(guò)進(jìn)氣壓力建立進(jìn)氣模型，計(jì)算實(shí)際進(jìn)氣量，根據(jù)該實(shí)際進(jìn)氣量分析出實(shí)際扭矩和燃料目標(biāo)噴射量，根據(jù)該燃料目標(biāo)噴射量得出燃?xì)鈬娚漭敵鲂盘?hào)。
[0026]進(jìn)一步的，目標(biāo)進(jìn)氣量進(jìn)行增壓閥預(yù)控，預(yù)估出增壓閥目標(biāo)開(kāi)度，然后通過(guò)PI控制器，通過(guò)目標(biāo)進(jìn)氣量與實(shí)際進(jìn)氣量之間的偏差，對(duì)增壓閥開(kāi)度進(jìn)行閉環(huán)修正，將PI閉環(huán)修正量與目標(biāo)開(kāi)度結(jié)合，計(jì)算出增壓閥控制占空比，驅(qū)動(dòng)電子增壓器間接實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的調(diào)整。
[0027]進(jìn)一步的，控制裝置具有停機(jī)、啟動(dòng)、怠速、倒拖、部分負(fù)荷和倒拖斷油六種工作模式，其中，
[0028]S1、停機(jī)，裝置處于睡眠狀態(tài)，扭矩管理模塊停止工作，目標(biāo)扭矩為O ;
[0029]S2、啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速提升且點(diǎn)火鑰匙打開(kāi)，裝置根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和冷卻水溫計(jì)算目標(biāo)扭矩，以當(dāng)前水溫使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在最快的時(shí)間內(nèi)提升到正常范圍；
[0030]S3、怠速，轉(zhuǎn)速提升但沒(méi)有扭矩請(qǐng)求信號(hào)，裝置根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和目標(biāo)怠速之間的偏差，采用PID算法閉環(huán)計(jì)算目標(biāo)扭矩，確保發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在怠速范圍內(nèi)；
[0031]S4、部分負(fù)荷，轉(zhuǎn)速提升且發(fā)現(xiàn)扭矩請(qǐng)求信號(hào)，裝置根據(jù)當(dāng)前狀況的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板位置計(jì)算目標(biāo)扭矩，在盡快的時(shí)間內(nèi)相應(yīng)請(qǐng)求者的扭矩需求；
[0032]S5、倒拖，轉(zhuǎn)速持續(xù)上升，且一直沒(méi)有扭矩請(qǐng)求信號(hào)，裝置根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的最小扭矩值計(jì)算目標(biāo)扭矩，在確保發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下使發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩輸出最?。?br>[0033]S6、倒拖斷油，轉(zhuǎn)速上升過(guò)高，且一直沒(méi)有扭矩請(qǐng)求信號(hào)，裝置關(guān)閉燃?xì)鈬娮旌忘c(diǎn)火控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速盡快降低下來(lái)，以保證系統(tǒng)安全工作。
[0034]該發(fā)明在扭矩控制策略下，采用稀薄燃燒、空燃比閉環(huán)、負(fù)荷閉環(huán)、進(jìn)氣壓力閉環(huán)等技術(shù)，以及寬域氧傳感器、多點(diǎn)噴射、電子節(jié)氣門(mén)和增壓廢氣閥等的控制部件，在提高燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能的基礎(chǔ)上達(dá)到最佳扭矩輸出，