一种混合动力发动机的空燃比控制系统及方法与流程

本发明涉及汽车电子控制领域，尤其是涉及一种混合动力发动机的空燃比控制系统及方法。

背景技术：

混合动力发动机由于为了满足三元催化器的工作条件，需使发动机空燃比控制在当量空燃比附近，因此喷油系统的循环喷油量是由循环进气质量、空燃比、lambda传感器反馈值共同决定。

混合动力发动机的扭矩需求来自于混合动力控制单元(hybridcontrolunit,hcu)。在行车稳态过程，hcu根据能量管理策略，分配各驱动源扭矩；在模式切换以及换挡过程，hcu将协调控制各驱动源的扭矩输出，达到模式的平顺过渡和无动力中断换挡。

本发明主要针对空燃比的控制，影响预混合点燃式发动机空燃比不是当量空燃比的因素主要如下：

1.高负荷工况下，排气温度高于后处理系统温度限值，为满足动力性要求，通常加浓混合气来降低排气温度；

2.急加速工况，需要尽可能消耗缸内氧气，因此需要加浓混合气；

3.松油门滑行工况，一般采用断油方式；

4.gpf(汽油机颗粒捕集器)再生工况，排气中需要一定的氧气，用于gpf中沉积颗粒物的被动再生。

不考虑限值排气温度、gpf再生等工况需求，混合动力发动机不会出现滑行断油的工况，因此只考虑急加速和急减速工况下的空燃比控制需求。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种混合动力发动机的空燃比控制系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种混合动力发动机的空燃比控制系统，包括：

扭矩协调计算模块，将混合动力控制单元的目标有效扭矩转化为目标指示扭矩；

扭矩估计模块，根据发动机的运行状态得到估计指示扭矩；

空燃比反馈控制模块，通过扭矩估计模块的估计指示扭矩与扭矩协调计算模块的目标指示扭矩之间的差值产生反馈修正因子；

空燃比前馈控制模块，根据标定参数和发动机转速将扭矩协调计算模块的目标指示扭矩转化为空燃比前馈控制信号，空燃比前馈控制信号经空燃比反馈控制模块的反馈修正因子修正后得到目标空燃比，目标空燃比作用于发动机，实现空燃比控制。

所述的扭矩协调计算模块将扭矩估计模块的估计指示扭矩转化为估计有效扭矩，估计有效扭矩经混合动力控制单元产生电机扭矩控制信号。

所述扭矩协调计算模块将混合动力控制单元的目标有效扭矩转t目标有效化为目标指示扭矩t目标指示的过程为：

t目标指示＝t目标有效+t摩擦+t附件

其中，t摩擦为发动机机械摩擦扭矩，t附件为附件消耗扭矩。

所述发动机的运行状态包括发动机进温度压力、空燃比和点火提前角。

所述的空燃比反馈控制模块得到估计指示扭矩与目标指示扭矩之间的差值后，通过查表产生反馈修正因子。

所述的目标空燃比等于空燃比前馈控制信号与反馈修正因子的乘积，当目标空燃比在限值内，发动机输入目标空燃比，当目标空燃比在限值外，发动机输入限值。

当目标指示扭矩减去估计指示扭矩大于10n·m时，对混合气加浓，反馈修正因子在0.95-1之间；当目标指示扭矩减去估计指示扭矩小于-10n·m时，采用稀薄燃烧模式，反馈修正因子在1-1.6之间；当目标指示扭矩与估计指示扭矩的差值的绝对值小于10n·m时，反馈修正因子为1。

一种使用所述混合动力发动机的空燃比控制系统的控制方法，该方法包括：

扭矩协调计算模块将混合动力控制单元的目标有效扭矩转化为目标指示扭矩；

扭矩估计模块根据发动机的运行状态得到估计指示扭矩；

空燃比前馈控制模块根据标定参数和发动机转速将扭矩协调计算模块的目标指示扭矩转化为空燃比前馈控制信号；

空燃比反馈控制模块计算扭矩估计模块的估计指示扭矩与扭矩协调计算模块的目标指示扭矩之间的差值，并产生反馈修正因子；

空燃比前馈控制信号经反馈修正因子修正后得到目标空燃比，目标空燃比作用于发动机，实现空燃比控制。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)混合动力发动机的空燃比闭环控制系统在扭矩需求快速上升时，加浓混合气；在扭矩需求快速下降时，稀释混合气，可以使发动机快速响应并满足混合动力控制单元的转矩跟随性要求。

(2)设有扭矩协调计算模块，发动机管理系统与整车控制系统间的接口模块，负责指示扭矩与有效扭矩的相互转换，发动机指示扭矩直接受缸内燃烧放热状态所影响，将指示扭矩设为发动机控制系统的控制目标，利于整车控制系统与发动机管理系统的精确控制。

(3)包括空燃比前馈控制模块和反馈控制模块，采用简便易行的方法实现空燃比前馈控制信号的修正，使空燃比控制更精确。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的空燃比控制模型图；

图3为本发明的空燃比控制方法反馈流程图；

图4为本发明的反馈修正因子修正策略示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本实施例提供一种混合动力发动机的空燃比控制系统，如图1所示，空燃比控制系统主要包括的模块为：扭矩协调计算模块、空燃比前馈控制模块、扭矩估计模块、空燃比反馈控制模块，各模块作用如下：

扭矩协调计算模块：计算发动机当前机械摩擦扭矩、附件消耗扭矩；根据目标有效扭矩和估计指示扭矩，计算目标指示扭矩和估计有效扭矩。空燃比前馈控制模块：根据发动机性能试验标定好前馈控制参数，以之为基准控制参数，并结合发动机转速将目标指示扭矩转化为空燃比前馈控制信号。扭矩估计模块：根据发动机进温度压力、空燃比、点火提前角等状态反馈信号，实时快速估计发动机指示扭矩。空燃比反馈控制模块：将目标指示扭矩减去估计指示扭矩得到指示扭矩的差值，再将差值转化为反馈修正因子，使发动机更快更准的到达目标扭矩点。

具体而言，扭矩协调计算模块将混合动力控制单元的目标有效扭矩转t目标有效化为目标指示扭矩t目标指示的过程为：

t目标指示＝t目标有效+t摩擦+t附件

其中，t摩擦为发动机机械摩擦扭矩，t附件为附件消耗扭矩。

图2为发动机空燃比控制模型，空燃比采用前馈+估计扭矩反馈的控制策略。对于空燃比前馈控制模块，其输入为目标指示扭矩和发动机转速，输出为稳态工况下各工况点的空燃比，若不考虑排气温度的影响，均为1；对于空燃比反馈控制模块，其输入为估计指示扭矩和目标指示扭矩的差值，根据差值的大小，查表输出反馈修正因子。将空燃比前馈控制信号乘以反馈修正因子为目标空燃比，当目标空燃比在限值内，则空燃比控制参数为目标空燃比；当空燃比在限值外，则空燃比控制参数为限值。

空燃比控制方法反馈过程如图3所示，当目标指示扭矩减去估计指示扭矩大于10n·m时，对混合气加浓，反馈修正因子在0.95-1之间；目标指示扭矩减去估计指示扭矩小于-10n·m时，采用稀薄燃烧模式，反馈修正因子在1-1.6之间；当目标指示扭矩与估计指示扭矩偏差的绝对值小于10n·m时，反馈修正因子为1。具体的反馈修正因子修正策略如图4所示。

本实施例还提供一种混合动力发动机的空燃比控制方法，该方法包括：扭矩协调计算模块将混合动力控制单元的目标有效扭矩转化为目标指示扭矩；扭矩估计模块根据发动机的运行状态得到估计指示扭矩；空燃比前馈控制模块根据标定参数和发动机转速将扭矩协调计算模块的目标指示扭矩转化为空燃比前馈控制信号；空燃比反馈控制模块计算扭矩估计模块的估计指示扭矩与扭矩协调计算模块的目标指示扭矩之间的差值，并产生反馈修正因子；空燃比前馈控制信号经反馈修正因子修正后得到目标空燃比，目标空燃比作用于发动机，实现空燃比控制。

本实施例的空燃比控制系统及方法具有以下优点：

混合动力发动机的空燃比闭环控制系统在扭矩需求快速上升时，加浓混合气，在扭矩需求快速下降时，稀释混合气，可以使发动机快速响应并满足混合动力控制单元的转矩跟随性要求；设有扭矩协调计算模块，发动机管理系统与整车控制系统间的接口模块，负责指示扭矩与有效扭矩的相互转换，发动机指示扭矩直接受缸内燃烧放热状态所影响，将指示扭矩设为发动机控制系统的控制目标，利于整车控制系统与发动机管理系统的精确控制。