一种液压式vvt相位控制方法
【专利摘要】本发明属于发动机电子控制【技术领域】，具体涉及一种液压式VVT相位控制方法。其中的控制单元ECU进行分析计算液压控制阀输出占空比的过程为：由发动机转速和冷却水温得到基本占空比，并由凸轮轴目标相位和凸轮轴实际相位的差值得到对基本占空比的PID修正和学习值修正后，通过系统电压修正得到液压控制阀输出占空比。本发明设计了液压控制阀输出占空比的学习值调节，减小了静态误差；同时增加了系统电压的修正，且提高了控制精度，消除了电压波动对VVT相位控制的影响，使实际VVT相位快速、稳定地跟随目标值地变化而变化，为VVT的正时功能提供了前提。
【专利说明】—种液压式VVT相位控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于发动机电子控制【技术领域】，具体涉及一种液压式VVT相位控制方法。【背景技术】
[0002]随着现代社会对发动机动力性和排放标准的要求越来越高，可变凸轮相位正时系统越来越受到人们的重视，它最大的特点是可根据发动机的工况控制进、排气凸轮轴，从而改变发动机进、排气门的正时，达到改善发动机动力性能，降低发动机排放，提高发动机燃油经济性的目的。如果凸轮轴相位控制不稳定，不能随目标相位的变化而变化，会影响发动机进、排气，以及喷油、点火等其它工作的正常进行，导致发动机性能恶化，因此良好的凸轮轴相位控制性能是实现VVT正时的前提和基础。目前液压式VVT正时系统是汽车产业中应用最广泛、最成熟的技术，所以，设计一套性能稳定的控制液压式VVT相位的控制策略是十分必要的。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就是为了解决上述【背景技术】存在的不足，提供一种液压式VVT相位控制方法，用于满足连续可变凸轮相位正时系统的正时要求。
[0004]本发明采用的技术方案是:一种液压式VVT相位控制方法，包括如下过程:控制单元ECU采集发动机转速、负荷和凸轮轴相位传感器的信号得到凸轮轴的目标相位和实际相位，通过计算确定VVT液压控制阀的输出占空比，驱动系统油路中的机油挤压凸轮轴转子并且带动进气凸轮轴旋转，使凸轮轴相对于曲轴相位提前、滞后或者保持不变，从而改变进气气门的开启和关闭时间，达到正时目的；所述控制单元ECU进行分析计算液压控制阀输出占空比的具体过程如下:由发动机转速和冷却水温得到基本占空比，并由凸轮轴目标相位和凸轮轴实际相位后的差值得到对基本占空比的PID修正和学习值修正后，通过系统电压的补偿得到最终液压控制阀输出占空比。
[0005]进一步地，所述最终液压控制阀输出占空比为基本占空比、P项修正、I项修正、D项修正、学习值修正叠加后经系统电压修正后的占空比。
[0006]进一步地，所述P项修正由转速和相位差值决定，I项修正、D项修正由相位差值决定；所述I项修正中将凸轮轴相位分为相位提前和相位滞后两个方向，如果判断为相位需要提前则I项修正值等于提前方向的I项修正，如果判断为相位需要滞后则I项修正值等于加滞后方向的I项修正。
[0007]进一步地，学习值修正为相位提前和相位滞后两个方向的I项修正求平均。
[0008]更进一步地，判定凸轮轴相位需提前还是滞后的方法为:根据目标相位和实际相位的差值以及实际相位的变化率将凸轮轴相位分为瞬时相位提前和瞬时相位滞后，瞬时相位提前必需持续一段时间以上才能判断为真实的相位提前，当瞬时相位滞后必需持续一段时间以上才能判断为真实的相位滞后。
[0009]本发明设计了液压控制阀输出占空比的学习值调节，减小了静态误差；同时增加了系统电压的修正，且提高了控制精度，消除了电压波动对VVT相位控制的影响，使实际VVT相位快速、稳定地跟随目标值地变化而变化，为VVT的正时功能提供了前提。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明液压式VVT相位控制总体框图
[0011]图2为本发明液压式VVT系统的结构框图。
[0012]图3为本发明液压控制阀输出占空比和机油流量的关。
[0013]图4为本发明液压式VVT相位控制逻辑图。
[0014]图5为本发明VVT相位提前或滞后的判定逻辑图。
[0015]图6为本发明系统电压对液压控制阀输出占空比的修正。
[0016]【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
[0018]如图1所示，本发明的控制过程为:控制单元ECU采集发动机转速、负荷和凸轮轴相位传感器的信号得到凸轮轴的目标相位和实际相位，通过计算确定VVT液压控制阀的输出占空比，驱动系统油路中的机油挤压凸轮轴转子并且带动进气凸轮轴旋转，使凸轮轴相对于曲轴相位提前、滞后或者保持不变，从而改变进气气门的开启和关闭时间，达到正时目的。
[0019]常见液压式的连续可变凸轮相位正时系统构成如图2所示，主要由凸轮相位器2、凸轮轴位置传感器6、水温传感器5、凸轮轴正时液压控制阀1、曲轴位置传感器3和控制单元ECU4构成。其中凸轮轴正时液压控制阀的输出占空比决定了 VVT相位提前还是滞后，两者之间的关系如图3所示，液压控制阀的输出占空比直接影响控制阀中机油流量的大小，当占空比大于50%时机油推动相位器运动，且凸轮轴相位提前；当占空比小于50%时凸轮轴相位滞后；当占空比等于50%时，机油油路被阻挡，凸轮轴相位保持不变。从图中可以看出系统电压不同时，相同占空比输出可以产生不同的机油流量，当系统电压升高或降低时分别需要较小的输出占空比和较大占空比形成相同的机油流量，从而满足正时要求。另夕卜，除了系统电压对控制阀输出占空比的影响，发动机转速、油温和机油压力也凸轮轴相位变化率有影响，从而改变需求的控制阀输出占空比。当发动机转速、油温或者机油压力上升时，凸轮轴相位变化率均会增大。
[0020]根据以上的分析，基于Simulink的逻辑框图如图4所示，控制单元E⑶进行分析计算液压控制阀输出占空比的具体过程如下:由发动机转速和冷却水温得到基本占空比，并由凸轮轴目标相位和凸轮轴实际相位后的差值得到对基本占空比的PID修正和学习值修正后，通过系统电压的补偿得到最终液压控制阀输出占空比。由于实际系统中没有油温传感器，所以用水温和转速共同决定了凸轮轴液压控制阀的基本占空比。
[0021]PID修正:如图4所示，P项修正由转速和相位差值决定；I项修正、D项修正由相位差值决定，P、1、D的参数可根据实际相位的响应情况进行标定。由于凸轮轴相位提前和滞后的变化率略有不同，在I项的设计中将凸轮轴相位分为凸轮轴相位提前和滞后两个方向，如果判断为相位需要提前则I项修正值VVT_I等于提前方向的I项修正Integral_Adv，如果判断为相位需要滞后则I项修正值VVT_I等于加滞后方向的I项修正Integral_Ret。另外设置了标定模块Range_I，如果相位差值小于此标定量，则I项不起作用，防止积分项频繁改变而导致滑阀抖动，PID参数以及Range_I均可标定。
[0022]学习值Learn修正:学习值Learn的计算是将前一时刻的相位提前和相位滞后两个方向的I项修正Integral_Adv和I项修正Integral_Ret求平均，同时发动机停机时保存，以备再次起动时应用。学习值的调节主要是减少VVT相位的静态误差。
[0023]需求相位的方向判断:为了确定凸轮轴相位需要提前还是滞后设计了一个判断模块(Adv_Ret_Jdg)，具体逻辑如图5所示。根据目标相位和实际相位的差值以及实际相位的变化率将VVT相位的状态分成六种，并且将这六种状态按照实际情况分为瞬时相位提前状态和瞬时相位滞后状态，即当差值大于O、变化率等于O或差值大于O、变化率小于O或差值等于O、变化率小于O时为瞬时相位提前状态；当差值等于O、变化率大于O或差值小于O、变化率大于O或差值小于O、变化率等于O时为瞬时相位滞后状态，瞬时相位提前状态必须持续一段时间以上才能判断为真实的相位提前，瞬时相位滞后必须持续一段时间以上才能判断为真实的相位滞后，这两个量可以根据实际响应情况进行标定。
[0024]目标相位的变化率限制:为了防止实际凸轮轴的相位突变，对目标凸轮轴的相位变化率做了限制，在规定的时间内，如IOms内不允许超过限定值Delta_Max，如果运算过程中两次目标值的差异较大，则将Delta_Max作为步长逐渐改变当前的目标相位，从而增加系统的稳定性，利于控制，此参数可标定。
[0025]系统电压修正:在上述分析中已经提到系统电压会影响液压控制阀中机油流量的大小，所以当基本占空比Base Duty、PID修正以及学习值修正Learn相加得到液压控制阀输出占空比后，要针对系统电压波动对输出占空比进行修正，具体的修正对照图6所示。当系统电压不是标准电压时，将系统电压调整到标准电压，则对应的占空比按照图6所示的标准相应的增大或减小。
[0026]控制逻辑设计完成以后在台架上对其进行调试，调整发动机到不同水温(90°C、70°C、50°C等)，在不同转速(1200rpm、2000rpm、4000rpm 等)和负荷(20%、30%、60%、WOT 等)下以4degCA为步长从O?40degCA手动改变目标凸轮轴相位值，调整PID参数、系统电压修正及目标相位的变化率使实际凸轮轴相位的响应时间达到设定值(此设定值根据VVT系统技术参数确定)，并且消除超调且使静态误差小于±0.5degCA，通过试验调试，此专利中的控制方法可以达到良好的控制效果。
[0027]本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.一种液压式VVT相位控制方法，其特征在于，包括如下过程:控制单元E⑶采集发动机转速、负荷和凸轮轴相位传感器的信号得到凸轮轴的目标相位和实际相位，通过计算确定VVT液压控制阀的输出占空比，驱动系统油路中的机油挤压凸轮轴转子并且带动进气凸轮轴旋转，使凸轮轴相对于曲轴相位提前、滞后或者保持不变，从而改变进气气门的开启和关闭时间，达到正时目的；所述控制单元ECU进行分析计算液压控制阀输出占空比的过程为:由发动机转速和冷却水温得到基本占空比，并由凸轮轴目标相位和凸轮轴实际相位的差值得到对基本占空比的PID修正和学习值修正后，通过系统电压修正得到最终液压控制阀输出占空比。
2.根据权利要求1所述的一种液压式VVT相位控制方法，其特征在于:所述最终液压控制阀输出占空比为基本占空比、P项修正、I项修正、D项修正、学习值修正叠加后经系统电压修正后的占空比。
3.根据权利要求1或2所述的一种液压式VVT相位控制方法，其特征在于:所述P项修正由转速和相位差值决定，I项修正、D项修正由相位差值决定；所述I项修正中将凸轮轴相位分为相位提前和相位滞后两个方向，如果判断为相位需要提前则I项修正值等于提前方向的I项修正，如果判断为相位需要滞后则I项修正值等于加滞后方向的I项修正。
4.根据权利要求3所述的一种液压式VVT相位控制方法，其特征在于:判定凸轮轴相位需提前还是滞后的方法为:根据目标相位和实际相位的差值以及实际相位的变化率将凸轮轴相位分为瞬时相位提前和瞬时相位滞后，瞬时相位提前必需持续一段时间以上才能判断为真实的相位提前，当瞬时相位滞后必需持续一段时间以上才能判断为真实的相位滞后。
5.根据权利要求1或2所述的一种液压式VVT相位控制方法，其特征在于:所述学习值修正为相位提前和相位滞后两个方向的I项修正求平均。
【文档编号】F01L1/344GK103470325SQ201310436922
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】徐凤, 郑建波, 王恺, 张春娇 申请人:东风汽车公司