一种天然气发动机扭矩闭环响应方法与流程

本发明涉及天然发动机技术领域，尤其涉及一种天然发动机扭矩响应方法。

背景技术：

天然气和电混动动力车型的发动机扭矩响应的精度对换挡和整车性能有极大的影响，目前现有的扭矩响应方式均为开环响应，即发动机收到扭矩指令后，响应固定的节气门开度(节气门开度决定进气量、燃空比和点火角)，没有根据扭矩目标值对输出的扭矩进行修正，所以由于发动机环境和边界条件的的变化，发动机输出的扭矩与目标值会有偏差。这会导致换挡不平顺甚至换挡失败，利用发动机扭矩给整车限速的会限速失败，及其他利用发动机扭矩的功能也不能正常工作，不能满足整车对发动机的扭矩要求，严重影响整车驾驶性，不利于发动机的匹配。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种使发动机扭矩输出可控精确、且能够满足整车要求的天然气发动机扭矩闭环响应方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种天然气发动机扭矩闭环响应方法，包括下述步骤：

步骤一，请求扭矩的响应是以发动机计算扭矩的准确性为基础，为保证扭矩计算的准确性，精确计算天然气流量、精确标定发动机各点的摩擦扭矩和热效率；

步骤二，发动机收到命令扭矩占参考扭矩的百分比后，首先转换成占各个转速外特性指示扭矩的百分比；

步骤三，查表获得发动机转速、负荷对应的节气门开度表，发动机输出一个节气门开度；

步骤四，根据此时实际的发动机进气量、空燃比、点火角、热效率、摩擦扭矩计算出此时的发动机指示扭矩，用此时的发动机指示扭矩除以参考扭矩，得到发动机输出扭矩的百分比；

步骤五，比较发动机输出扭矩的百分比与命令扭矩的百分比的大小，通过PID控制调整节气门开度使发动机输出扭矩百分比与命令扭矩百分比一致。

作为一种优选的技术方案，所述摩擦扭矩的标定方法：用电力测功机倒拖发动机，使发动机运行到各个转速和出水温度点，记录电力测功机的扭矩值，稳定后的测功机扭矩值即是发动机摩擦扭矩。

作为一种优选的技术方案，所述热效率表的标定方法：调整测功机和发动机油门信号电压，使发动机运行在各个转速和各个进气量点，标定热效率表使软件计算的净扭矩和台架测得的一致。

作为一种优选的技术方案，所述燃气流量的计算方法：根据天然气喷射阀喷射前后压差、天然气喷射阀处燃料温度和天然气喷射阀喷嘴数量、天然气喷射阀喷嘴口径和喷射脉宽计算天然气流量。

由于采用了上述技术方案，一种天然气发动机扭矩闭环响应方法，包括下述步骤：步骤一，请求扭矩的响应是以发动机计算扭矩的准确性为基础，为保证扭矩计算的准确性，精确计算天然气流量、精确标定发动机各点的摩擦扭矩和热效率；步骤二，发动机收到命令扭矩占参考扭矩的百分比后，首先转换成占各个转速外特性指示扭矩的百分比；步骤三，查表获得发动机转速、负荷对应的节气门开度表，发动机输出一个节气门开度；步骤四，根据此时实际的发动机进气量、空燃比、点火角、热效率、摩擦扭矩计算出此时的发动机指示扭矩，用此时的发动机指示扭矩除以参考扭矩，得到发动机输出扭矩的百分比；步骤五，比较发动机输出扭矩的百分比与命令扭矩的百分比的大小，通过PID控制调整节气门开度使发动机输出扭矩百分比与命令扭矩百分比一致；本发明可以实现在发动机环境边界条件发生变化的情况下，发动机实际输出的扭矩与扭矩命令值零差异。可有效减少自动变速箱换挡失败率和换挡异响问题，使利用发动机扭矩的整车限速更准确，及其他利用发动机扭矩的功能能正常工作，优化了发动机的整车匹配，提高了发动机的性能，改善了整车的驾驶性能。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例的扭矩闭环响应流程图；

图2是本发明实施例的燃气流量计算方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，一种天然气发动机扭矩闭环响应方法，包括下述步骤：

步骤一，请求扭矩的响应是以发动机计算扭矩的准确性为基础，为保证扭矩计算的准确性，精确计算天然气流量、精确标定发动机各点的摩擦扭矩和热效率；

由于发动机的摩擦扭矩主要与发动机转速和水温有关，所以摩擦扭矩的标定表格可以做成横纵坐标分别是发动机转速和发动机出水温度。热效率主要与发动机转速、进气量、空燃比、点火角有关，又空燃比、点火角由进气量和发动机转速决定，所以热效率标定表格横纵坐标可以分别做成发动机转速和进气量(进气量由节气门后进气总管压力代替)。

步骤二，发动机收到命令扭矩占参考扭矩的百分比后，首先转换成占各个转速外特性指示扭矩的百分比；

步骤三，查表获得发动机转速、负荷对应的节气门开度表，发动机输出一个节气门开度；

步骤四，根据此时实际的发动机进气量、空燃比、点火角、热效率、摩擦扭矩计算出此时的发动机指示扭矩，用此时的发动机指示扭矩除以参考扭矩，得到发动机输出扭矩的百分比；

步骤五，比较发动机输出扭矩的百分比与命令扭矩的百分比的大小，通过PID控制调整节气门开度使发动机输出扭矩百分比与命令扭矩百分比一致。

所述摩擦扭矩的标定方法：用电力测功机倒拖发动机，使发动机运行到各个转速和出水温度点，记录电力测功机的扭矩值，稳定后的测功机扭矩值即是发动机摩擦扭矩。

所述热效率表的标定方法：调整测功机和发动机油门信号电压，使发动机运行在各个转速和各个进气量点，标定热效率表使软件计算的净扭矩和台架测得的一致。

如图2所示，所述燃气流量的计算方法：根据天然气喷射阀喷射前后压差、天然气喷射阀处燃料温度和天然气喷射阀喷嘴数量、天然气喷射阀喷嘴口径和喷射脉宽计算天然气流量。

实现本发明所述的响应过程需要以下设置：

1.发动机外特性的指示扭矩占参考扭矩的百分比表。

标定此表的方法：运行发动机外特性点，得到发动机外特性净扭矩值，将台架测得净扭矩值加上对应的摩擦扭矩后除以参考扭矩得到百分比数填入此表。

2.发动机转速、负荷对应的进气道节气门开度前馈表。

标定此表的方法：在用can-oe设备模拟整车控制器给发动机发送扭矩百分比报文，调整各个转速、各个负荷的节气门开度，使输出扭矩百分比等于命令扭矩百分比。

3.以命令扭矩百分比为目标值调整节气门开度使输出扭矩百分比与命令扭矩百分比一致的一套PID调节装置。

PID控制器由比例单元(P)、积分单元(I)、微分单元(D)组成。其输入e(t)与输出的关系u(t)的关系为u(t)＝kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt]式中积分的上下限分别是0和t，因此它的传递函数为：G(s)＝U(s)/E(s)＝kp[1+1/(TI*s+TD*s],其中kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。

由于本发明是通过调整节气门实现闭环，为预防与其他控制节气门的控制程序发生干涉，所以要加入一个PID贡献率放大率的表格，为使此表格在全区域都能起作用，此表格的横纵坐标可分别为发动机转速和负荷。

本发明中，精确标定热效率表使软件计算的净扭矩值准确，精确标定扭矩响应节气门开度使扭矩响应不考虑环境变化的情况下准确，整车控制器根据需求发出扭矩命令值，发动机根据扭矩命令值会响应一个节气门开度(节气门开度决定进气量、燃空比和点火角等计算扭矩的关键参数)，此时比较发动机输出的扭矩值与命令值，以扭矩命令值为目标值通过PID控制调整节气门开度使发动机输出的扭矩值与目标值一致。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。