一种车用发动机转矩估计方法

摘要

本发明公开了一种车用发动机转矩估计方法，包括以下步骤：先离线标定放热速率中的参数和转矩损失中的系数；再在线进行转矩估计，转矩估计是先确定发动机的指示转矩Ti，再确定发动机的损失转矩T损，指示转矩与发动机损失转矩之差即为发动机的有效转矩估计值。本发明根据放热速率能计算气缸内压力，不需要气缸内压力传感器和扭矩传感器，降低了成本，克服了传感器安装困难、有效使用期短的弊端；本发明根据放热速率估计发动机转矩值，不仅能在稳态状态下估计出发动机的转矩值，而且在瞬态状态下也能估计出发动机的转矩值；同时，在满足实时性的条件下，能够获得更高的精度要求。

主权项

1.一种车用发动机转矩估计方法，其特征在于：包括以下步骤：A、离线参数标定根据发动机实验对有关的参数进行标定，为在线估计提供准备工作；A1、标定放热速率中的参数使用韦伯函数估计发动机的放热速率，韦伯函数的形式为：式中，x为进入气缸内已燃的燃油量与总的燃油量的百分比；为发动机的曲轴转角，单位为°；为燃烧起始角，单位为°；为以曲轴转角表示的燃烧持续期，单位为°；m为燃烧品质指数，无量纲；Q为每循环实际燃油燃烧的放热量，单位为kJ；Q_fuel为每循环进入气缸总的燃油完全燃烧放出的热量，单位为kJ；所述的循环是发动机工作的一个完整的周期；Q_fuel＝m_f×H_μ    （2）式中，m_f为每循环的喷油量，单位为kg；H_μ为燃油的低热值，单位为kJ/kg；每循环的喷油量m_f由公式（3）确定：m_f＝δ·p_f·t_f（3）式中，δ为喷油量系数，为定值，单位为kg/kP_a·s；p_f为喷油压力，单位为kP_a；t_f为喷油时间，单位为s；p_f、t_f由发动机控制单元得到；公式（1）中需要确定的参数有m、其中，对于汽油机，燃烧起始角为点火提前角，对于柴油机，燃烧起始角为喷油提前角，无论是汽油机还是柴油机，均可通过发动机的控制单元得到；标定参数m、的具体步骤如下：A11、根据发动机实验，测出气缸内指示压力p和曲轴转角绘制成发动机示功图；A12、根据公式（2）计算出Q_fuel，然后根据下式（4）计算Q；接着，根据得到发动机燃烧特性曲线式中，γ为可燃混合气比热容比，无量纲；V为气缸工作容积，单位为L；为气缸工作容积的变化率；$V=\frac{\pi }{4}{D}^{2}S\times {10}^{-6}---\left(5\right)$$\stackrel{.}{V}=\frac{\pi }{4}{D}^2·\frac{S·{\omega }_e}{30}---\left(6\right)$式中，ω_e为发动机的转速，单位为rad/s；D为气缸直径，单位为mm；S为活塞行程，单位为mm；A13、对公式（1）两边取对数，得到如下方程：由步骤A12得到的发动机燃烧特性曲线通过拟合直线得到参数m和A2、标定转矩损失中的系数发动机的转矩损失T_损与发动机的转速、进排气歧管压力有关，其估计的表达式为：T_损＝d₀+d₁·ω_e+d₂·ω_e²+d₃(p₂-p₁)+d₄(p₂-p₁)²    （8）式中，d_i(i＝0,1,...,4)为待拟合的系数；p₁为进气歧管内气体压力，单位为kP_a；p₂为排气歧管内气体压力，单位为kP_a；确定系数d_i的具体步骤如下：A21、让发动机在给定的工况下运转，当冷却水和机油温度达到正常值时，立即切断供油，同时将电力测功机转换为电动机，以给定转速ω_e倒拖发动机，测出此时的进气歧管压力p₁和排气歧管压力p₂，此时的电力测功机转矩值为T_损；在运转过程中维持冷却水和机油温度不变；A22、用步骤A21同样的方法获得一系列的发动机转速ω_e、进气歧管压力p₁、排气歧管压力p₂、电力测功机的转矩值T_损；A23、将步骤A21-A22获得的实验数据用matlab软件进行拟合，得到d_i的值；B、在线转矩估计通过计算发动机指示转矩T_i和转矩损失T_损，从而得到发动机的有效转矩估计值T_e；B1、确定发动机的指示转矩T_i根据公式（1）得到放热速率计算公式，其表达式为：式中的参数在步骤A中已标定完，根据获得的喷油压力p_f、喷油时间t_f，发动机转速ω_e得到放热速率根据公式（4）就可以计算发动机缸内指示压力p；根据公式（10）计算出发动机的指示转矩T_i；$T_i=p\frac{i\times V}{\pi \times \tau }\times {10}^3---\left(10\right)$式中，τ为发动机的行程数；i为发动机的气缸数；B2、确定发动机的损失转矩T_损根据由发动机控制单元读取的进气歧管压力p₁、排气歧管压力p₂、发动机转速ω_e，利用公式（8）得到发动机的损失转矩T_损；B3、确定发动机的有效转矩发动机的有效转矩估计值为指示转矩与发动机损失转矩之差，即T_e＝T_i-T_损    （11）所述的输入量p_f、t_f、ω_e、p₁、p₂均通过读取发动机控制单元得到，从而得到T_i和T_损的值，进而得到发动机的有效转矩估计值T_e。