一种发动机阻力力矩的测试方法与流程

本发明属于发动机控制领域，特别提出一种发动机阻力力矩的测试方法。

背景技术：

汽车发动机在工作时会产生震动。发动机震动影响乘车体验，而造成发动机震动的原因是扭矩输出成周期波动，要想控制整个扭矩波动，就要检测整个波动的规律并建立对应的模型。

在发动机转矩建模过程中，会涉及到三个方面，一个是动力的发生，燃烧过程产生转矩，一个是曲柄连杆动力学，一个是阻力和阻尼。

动力的发生是可以通过喷油量，进气量等控制参数计算出来的，曲柄连杆动力学和曲轴动力学则是可以根据发动机的几何尺寸和质量、惯量计算出来的。但是阻力和阻尼，由于发动机的摩擦面众多，是很难精确计算的。

现有技术中转矩是通过计算推理得出，但是其中的阻力和阻尼很难精确计算，因为缸内燃烧情况不稳定、分缸不均匀性会影响计算的准确性。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种发动机阻力力矩的测试方法。本发明通过精准测量散点扭矩值并建立对应模型，能够精确计算出扭矩值，为后期如何控制电机补偿扭矩波动提供可靠的依据。

本发明提出一种发动机阻力力矩的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在发动机的气缸中安装气缸压力传感器，在发动机和恒速设备之间的连接轴上分别安装转矩采集装置和转角采集装置；所述气缸压力传感器用于采集发动机的缸压；所述转角采集装置用于采集发动机的曲轴的转角信号，以及利用此信号得到所述发动机的实时转速；所述转矩采集装置包括套设在连接轴上且相对设置的转矩旋转采集件和转矩固定接收件，所述转矩旋转采集件随连接轴转动，所述转矩固定接收件固定不动；其中，所述转矩旋转采集件上设置有形变传感器，用于检测连接轴的转矩，并将该转矩转化为转矩电信号输出；所述转矩固定接收件包括固定件电路板，所述转矩旋转采集件包括旋转件电路板，所述固定件电路板或者所述旋转件电路板上具有用于接收并处理所述转矩电信号的处理单元；

2)切断发动机的燃油供给系统，使用恒速设备倒拖发动机转动，并记录转矩采集装置上的转矩信号实际测量值f、转角采集装置上的发动机曲轴角度θca和转速ω、以及气缸压力传感器上的缸压信号p；

3)从静止到发动机最大转速区间上，对转速ω做n组平均分割，对分割后的转速进行扫描实验，得到关于m＝f1(θca、ω、p)一个离散数值表；其中m是由转矩采集装置测得的发动机总阻力转矩值；

4)计算由气体压缩产生的阻力转矩，表达式如下：

mp＝f2(p、θca)＝ft·r

其中，r为曲柄半径，ft为气体压缩力在垂直于连杆大头半径方向上的分力；

5)计算由摩擦和阻尼产生的阻力转矩，表达式如下：

mf＝f1(θca、ω、p)-f2(p、θca)。

本发明的特点及有益效果在于：本发明通过精准测量散点扭矩值并建立对应模型，为控制扭矩输出的波动提供更为精确的参考数据。

本发明为主动减震提供前馈，为研究发动机启动停机提供精准阻力测量，反应发动机在启动停机中的动力学参数变化。

本发明可为日后发动机电机控制提供精确反馈，可以更精确的控制发动机喷油量，点火正时，提高发动机控制精度，燃油经济性，燃烧稳定性。

附图说明

图1为本发明中发动机转矩传感器总成结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种发动机阻力力矩的测试方法，下面结合附图和具体实施例进一步详细说明如下。

本发明提出的一种发动机阻力力矩的测试方法，包括以下步骤：

1)在发动机的气缸中安装气缸压力传感器，在发动机和恒速设备之间的连接轴上分别安装转矩采集装置和转角采集装置；所述气缸压力传感器用于采集发动机的缸压；所述转角采集装置用于采集发动机的曲轴的转角信号，以及利用此信号得到所述发动机的实时转速；所述转矩采集装置包括套设在连接轴上且相对设置的转矩旋转采集件和转矩固定接收件，所述转矩旋转采集件随连接轴转动，所述转矩固定接收件固定不动；其中，所述转矩旋转采集件上设置有形变传感器，用于检测连接轴的转矩，并将该转矩转化为转矩电信号输出；所述转矩固定接收件包括固定件电路板，所述转矩旋转采集件包括旋转件电路板，所述固定件电路板或者所述旋转件电路板上具有用于接收并处理所述转矩电信号的处理单元。

本发明中发动机转矩传感器总成如图1所示，其中，转矩采集装置、转角采集装置和气缸压力传感器采集的信号均发送给数据采集设备。

2)切断发动机的燃油供给系统，使用恒速设备倒拖发动机转动，并记录转矩采集装置上的转矩信号实际测量值f、转角采集装置上的发动机曲轴角度θca和转速ω、以及气缸压力传感器上的缸压信号p；3)从静止到发动机最大转速区间上，对转速ω做n组平均分割，对分割后的转速进行扫描实验，得到关于转矩信号理论值m＝f1(θca、ω、p)一个离散数值表；其中m是由转矩采集装置测得的发动机总阻力转矩值；

4)计算由气体压缩产生的阻力转矩，表达式如下：

mp＝f2(p、θca)＝ft·r

其中，r为曲柄半径；ft为气体压缩力在垂直于连杆大头半径方向上的分力；

5)计算由摩擦和阻尼产生的阻力转矩，表达式如下：

mf＝f1(θca、ω、p)-f2(p、θca)。

至此，发动机在全转速范围内，由摩擦和阻尼产生的阻力转矩就得到了，是一个离散数值表。这是以单缸发动机举例说明，其他缸数的发动机可以根据具体的发动机参数，通过曲柄连杆动力学同理计算。

技术特征：

技术总结
本发明提出一种发动机阻力力矩的测试方法，属于发动机控制领域。该方法首先在发动机气缸中安装气缸压力传感器，在发动机和恒速设备之间的连接轴上安装转矩采集装置和转角采集装置；切断发动机燃油供给系统，使用恒速设备倒拖发动机转动，并记录转矩信号实际测量值、发动机曲轴角度、缸压信号和转速；从静止到发动机最大转速区间上，对转速做N组平均分割，对分割后的转速进行扫描实验，得到转矩理论值关于发动机曲轴角度、缸压信号和转速的一个离散数值表；然后计算由气体压缩产生的阻力转矩；最终得到由摩擦和阻尼产生的阻力转矩。本发明通过精准测量散点扭矩值并建立模型，能够精确计算出扭矩值，为后期控制电机补偿扭矩波动提供可靠的依据。

技术研发人员：杨福源;杜磊;胡耀东;姚昌晟
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2018.12.25
技术公布日：2019.04.19