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CN111042938B - 一种可调节的多工况动力分配方法 - Google Patents

一种可调节的多工况动力分配方法 Download PDF

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CN111042938B
CN111042938B CN201911190362.0A CN201911190362A CN111042938B CN 111042938 B CN111042938 B CN 111042938B CN 201911190362 A CN201911190362 A CN 201911190362A CN 111042938 B CN111042938 B CN 111042938B
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Abstract

本发明公开了一种可调节的多工况动力分配方法，该方法对传统的车载动力控制方法进行了改进，将传统的综合转矩控制方法进行了改进，将转矩控制分解为工况期望分解、综合取优和转矩控制三个环节，在工况期望分解环节各工况分别计算工况所需动力对发动机角加速度的期望值，然后在取优环节根据优先级和期望值进行分类判定，将各分类最优值进行取优整合后作为后续控制的输入信号，最后在转矩控制环节计算最终期望转矩。该方法对参与工况进行了解耦，并且针对不同车型，参与工况可灵活增减，有效提高了多工况车载动力控制方法的通用性、可靠性和可移植性。

Description

一种可调节的多工况动力分配方法
技术领域
本发明属于电控发动机动力控制技术领域。具体来说是一种针对电控车载发动机在复杂工况下的动力分配及控制方法。
背景技术
目前在汽车领域电控喷油技术已被广泛应用，该技术使用ECU作为主控单元，通过软件控制电控执行机构实现对发动机动力的精确控制。电控喷油通常将整个喷油过程分为信号输入、转矩控制、喷油量控制、喷油输出等环节。其中转矩控制是实现电控喷油技术的核心，其有效性直接影响着发动机的动力性和经济型。该环节将外界环境信号和发动机运行参数信号作为输入，通过一个多次迭代的闭环控制方法计算转矩，每个控制周期都对上一周期的结果进行修正，在有限次周期迭代后得到稳定的期望转矩，作为喷油量控制环节的输入。
传统的动力控制逻辑在转矩计算部分将发动机转速作为核心的参考参数，采用PID等自动控制算法进行转矩计算。并且为了提高精度，将发动机转速划分为若干个转速区间，在不同的转速区间采用不同控制参数进行运算。其特点是将外界环境信号、发动机内部反馈信号统一纳入控制算法进行逻辑控制。这种控制方法的优点是迭代速度快，精确度高；缺点是控制逻辑耦合性强，不利于移植和扩展。
另一方面，随着汽车技术的发展，新功能不断涌现，比如巡航控制(CC)、跛行回家(LMP)、恒转速输出(PTO)、发动机制动(ERC)等等。这些功能的加入，会导致传统轨压控制方法过于冗杂，不仅提高了资源占用，降低了运行效率，而且一旦出现软件运行问题，及其不利于维护和排故。
发明内容
针对传统动力控制方法耦合性强，逻辑复杂不利维护的缺点，本发明提出了一种可调节的多工况动力分配方法。
本发明的基本实现原理是：
该方法将控制逻辑分解为三个环节：工况期望分解、综合取优和转矩控制。将车载动力控制相关功能独立为不同的工况，在工况分解环节每个工况分别计算各自对发动机的转速加速度期望值，由综合取优环节判定整合最终的加速度期望值。在转矩控制环节由加速度期望值迭代计算输出的期望转矩。
本发明的具体技术方案是：
本发明提供的一种可调节的多工况动力分配方法，包括运行在车载电脑上的程序，所述程序的具体实现步骤如下：
步骤1：定义所需工况；该工况所实现功能必须为汽车发动机动力输出所提供；
步骤2：工况分解：
步骤2.1：将工况分解为两个请求域Region，分别为：静态请求域SR和动态请求域DR；
其中，静态请求域SR是指输入不变的情况下，目标转速不变，在此情况下的加速请求；动态请求域DR是指随着负载变化的加速请求；
步骤2.2：在每个请求域计算三组权量Class，分别为：请求量RC、上限量HC和下限量LC；
其中，请求量RC是该工况在该请求域Region的期望加速度值；上限量HC和下限量LC是为了保护发动机和传动系所设计的边界极限值，目标期望加速度必须在上限量HC和下限量LC之间的范围内；
步骤2.3：每个请求域Region的每组权量Class由三个元素组成，分别为：请求值Value、工况ID和优先级Pri；
其中，请求值Value为该组权量Class的期望值，在静态请求域SR中，由于目标转速不变，因此该值反映加速请求，单位为RPM/s；
在动态请求域DR中，由于加速请求随负载变化，直接用转矩反映发动力动力的期望变化，单位为N.m；
工况ID用于在后续判优时标识权量Class所属工况；
优先级Pri表示该工况在该请求域Region的权量Class的重要程度；
步骤3：综合判优：
步骤3.1：同类请求域判优；
Part1：静态请求比较规则为：
规则A：在所有工况的静态请求域SR中，选择请求量RC的优先级Pri最大的工况，得到静态用户请求SR_Demand，单位为RPM/s；
规则B：在不同工况的请求量RC的优先级Pri相同时，选择请求量RC的请求值Value最大的工况，得到静态用户请求SR_Demand，单位为RPM/s；
规则A优先于规则B执行；
Part2：动态请求比较规则为：
规则C：在所有工况的动态请求域DR中，选择请求量RC的优先级Pri最大的工况，得到动态用户请求DR_Demand，单位：N.m；
规则D：在不同工况的请求量RC的优先级Pri相同时，选择请求量RC的请求值Value最大的工况，得到动态用户请求DR_Demand，单位：N.m；
规则C优先于规则D执行；
步骤3.2：不同类请求域判优
步骤3.2.1：量纲转换；
将动态用户请求DR_Demand转换为静态引用SR_Refence；
步骤3.2.2：混合比较规则：
量纲转换后比较规则：将静态用户请求SR_Demand与静态引用SR_Refence进行比较，比较规则为：选优先级大的请求，或者优先级相同时请求值较大的请求，得到未限幅前的用户请求USER_Demand；
步骤3.3：静态上界限幅：
将未限幅前的用户请求USER_Demand作为初始值，与静态域SR中的上限量HC进行比较，比较的规则为选择优先级较高且请求值Value较低的值作为上界限幅后的USER_Demand值；
步骤3.4：静态下界限幅：
将上界限幅后的用户请求USER_Demand作为初始值，与静态域SR中的下限量LC进行比较，比较的规则为选择优先级较高且请求值Value较高的值作为最终的加速请求Acc_Demand；
步骤4：转矩计算：
步骤4.1：计算总转矩
总转矩采用加入前馈环节的PI算法进行计算；
步骤4.2：计算期望净转矩；
将总转矩通过工况动态请求域DR的上限量HC和下限量LC进行限幅：
步骤4.2.1：选择请求值Value最小的上限量HC作为期望净转矩的上限；
步骤4.2.2：选择请求值Value最大的下限量LC作为期望净转矩的下限；
步骤4.2.3：将总转矩限制在上限和下限之间，得到最终的净转矩Final_Net_Torque为后续喷油提供计算依据。
进一步地，上述步骤3.2.1中将动态用户请求DR_Demand转换为静态引用SR_Refence的具体公式为：
AREF＝(T－T’+CINT×ACUR)/(CINT+CFD)…………………………(1)
式中：
AREF——静态引用SR_Refence，单位RPM/s；
T——动态用户请求DR_Demand，单位N.m；
T’——上一周期动态用户请求DR_Demand，单位N.m；
CINT——转矩积分常量；
ACUR——当前发动机转速加速度，单位RPM/s；
CFD——转矩前馈常量。
进一步地，上述步骤4.1中总转矩的具体计算公式如下：
TGOV＝TINT+TPP+TFF……………………………………………(2)
TFF＝CFF×α………………………………………………………(3)
TINT＝δa×CINT+T’INT……………………………………………(4)
TPP＝CPP×[(δ’a－δa)×CFLT+δa]……………………………………(5)
式中：
TINT——转矩积分分量，单位N.m；
TPP——转矩比例分量，单位N.m；
TFF——转矩前馈分量，单位N.m；
T’INT——上一周期计算得到的转矩积分分量，单位N.m；
α——最终的加速请求Acc_Demand，单位RPM/s；
δa——最终的加速请求Acc_Demand与当前发动机加速度之差，单位RPM/s；
δ’a——上一周期参与转矩比例分量TPP计算的δa，单位RPM/s；
CFF——前馈系数；
CFLT——比例滤波系数；
CINT——转矩积分系数；
Cpp——转矩比例系数；
TGOV——总转矩，单位N.m。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明针对传统的车载动力控制方法进行了改进，将综合控制逻辑改进为分段控制，分解为加速度期望值计算、期望判优和期望转矩计算三个阶段，分散了控制器计算压力，从一定程度上降低了硬件资源占用、提高了运行效率及后续的可维护性；
(2)本发明将输入的诸工况进行了解耦，每种工况独立计算，不相互干涉，因此当工况日趋复杂时，不会提高了复杂工况下车在动力控制软件的可靠性和可维护性；
(3)本发明的动力控制方法中可并行地对各工况进行控制运算，开发人员可以有效地对工况进行增减，提高了动力控制软件的可移植性和可扩展性。
附图说明
图1为本发明方法的流程框图；
图2为本发明的工况分解示意图；
图3为本发明请求值比较流程图；
图4为本发明综合判优比较流程图；
图5为本发明静态上界限幅流程图；
图6为本发明静态下界限幅流程图；
图7为本发明实施例工况示意图。
具体实施方式
下面通过实例来说明本发明的实施方式，该实施例使用的是六缸重卡用发动机电子控制器。
如图1所示，一种可调节的多工况动力分配方法，包括运行在车载电脑(发动机电子控制器)上的程序，该程序的具体实现步骤如下：
步骤1：定义所需工况；该工况所实现功能必须为汽车发动机动力输出所提供；并且可以转化为对发动机转速的加速或减速的期望；本实施例中工况有四种：怠速工况、发动机制动工况ERC、巡航控制工况CC、基于转矩的加速控制工况ABT。，同时，根据发动机特性确定各常量参数：转矩积分系数CINT为0.85，转矩前馈系数CFF为0.2，转矩前馈常量CFD为0.89，转矩比例系数Cpp为0.31，比例滤波系数CFLT为0.55；
步骤2：工况分解：按照工况特性，对工况进行细化和分解，如图2所示：
步骤2.1：将工况分解为两个请求域Region，分别为：静态请求域SR(StaticRegion)和动态请求域DR(Dynamic Region)；
静态请求域SR是指输入信号不变的情况下，使发动机转速不变，在此情况下的加速请求；动态请求域DR是指随着负载变化的加速请求；
步骤2.2：在每个请求域计算三组权量Class，分别为：请求量RC(Request Class)、上限量HC(High Class)和下限量LC(Low Class)：
其中，请求量RC是该工况在该请求域Region的期望加速度值；上限量HC和下限量LC是为了保护发动机和传动系所设计的边界极限值，目标期望加速度必须在上限量HC和下限量LC之间的范围内；
步骤2.3：每个请求域Region的每组权量Class由三个元素组成，分别为请求值Value、工况ID和优先级Pri：
其中，请求值Value为该组权量Class的对应的加速请求期望值，在静态请求域SR中，由于目标转速不变，因此该值反映加速请求，单位为RPM/s；
在动态请求域DR中，由于加速请求随负载变化，直接用转矩反映发动力动力的期望变化，单位为N.m；
工况ID用于在后续判优时标识权量Class所属工况；
优先级Pri表示该工况在该请求域Region的权量Class的重要程度，是后续判优的重要依据；
在本实施中，各工况的分解如下：
怠速工况属于静态请求域SR，可分解为低怠速和高怠速。其中，低怠速的加速请求对应于发动机静态请求域SR的下限量LC(Low Class)，高怠速属于静态请求域SR的上限量HC(High Class)，静态请求域SR其他权量Class及动态域其他Class权量取最小负值(留空)；
发动机制动工况和基于转矩的加速控制工况ABT，其加速期望值对应于发动机动态请求域DR的请求量RC，其他权量Class取最小负值(留空)；
巡航控制工况其加速期望值对应于发动机静态请求域SR的请求量RC，其他权量Class取最小负值(留空)。
步骤3：综合判优：该阶段用于选择和整合工况，计算最终加速度请求；
步骤3.1：同类请求域判优；
A：静态请求比较规则为：
规则1:在所有工况的静态请求域SR中，选择请求量RC的优先级Pri最大的工况，得到静态用户请求SR_Demand，单位为RPM/s
规则2:在不同工况的请求量RC的优先级Pri相同时，选择请求量RC的请求值Value最大的工况，得到静态用户请求SR_Demand，单位为RPM/s，详见图3所示。
规则1优先于规则2执行。
B：动态请求比较规则为：
规则1:在所有工况的动态请求域DR中，选择请求量RC的优先级Pri最大的工况，得到动态用户请求DR_Demand，单位：N.m
规则2:在不同工况的请求量RC的优先级Pri相同时，选择请求量RC的请求值Value最大的工况，得到动态用户请求DR_Demand，单位：N.m
规则1优先于规则2执行。
本实施例中，根据以上步骤及图7进行判优，其静态用户请求SR_Demand为-8000RPM/s，动态用户请求DR_Demand为252N.M；
步骤3.2：不同类请求域判优
步骤3.2.1：量纲转换；
由于静态用户请求SR_Demand(单位：RPM/s)和动态用户请求DR_Demand(单位：N.m)量纲不同，将动态用户请求DR_Demand转换为静态引用SR_Refence，具体公式为：
AREF＝(T－T’+CINT×ACUR)/(CINT+CFD)……………(1)
式中：
AREF——静态引用SR_Refence，单位RPM/s；
T——动态用户请求DR_Demand，单位N.m；
T’—上一周期动态用户请求DR_Demand，单位N.m；
CINT——转矩积分系数；
ACUR——当前发动机转速加速度，单位RPM/s；
CFD——转矩前馈常量；
本实施例中将动态用户请求DR_Demand根据公式(1)转为静态引用SR_Refence，当前发动机转速加速度ACUR为82.84RPM/s，上一周期动态用户请求DR_Demand为190RPM/s，计算结果为(252-190+0.85×82.84)/(0.85+0.89)＝76.1RPM/s；
步骤3.2.2：混合比较规则：
量纲转换后比较规则：将静态用户请求SR_Demand与静态引用SR_Refence进行比较，比较规则为：选优先级大的请求，或者优先级相同时请求值较大的请求，得到未限幅前的用户请求USER_Demand，详见图4所示。
本实施例中，静态引用SR_Refence对应的优先级为92最大(对应转矩加速工况)，因此，综合比较阶段结果仍为76.1RPM/s。
步骤3.3：静态上界限幅：将未限幅前的用户请求USER_Demand作为初始值，与静态域SR中的上限量HC进行比较，比较的规则为选择优先级Pri较高且请求值Value较低的值作为上界限幅后的USER_Demand值，如图5所示。
步骤3.4：静态下界限幅：将上界限幅后的用户请求USER_Demand作为初始值，与静态域SR中的下限量LC进行比较，比较的规则为选择优先级Pri较高且请求值Value较高的值作为最终的加速请求Acc_Demand，如图6所示。
本实施例中，通过步骤3.3、步骤3.4再结合图7，由于最小上界HC为-1500RPM/s，最大下界LC为5000RPM/s，因此限幅后仍为76.1RPM/s。
步骤4：转矩计算：
步骤4.1：计算总转矩
总转矩采用加入前馈环节的PI算法进行计算，计算公式如下：
TGOV＝TINT+TPP+TFF……………………………………………(2)
TFF＝CFF×α…………………………………………………(3)
TINT＝δa×CINT+T’INT……………………………………………(4)
TPP＝CPP×[(δ’a－δa)×CFLT+δa]……………………………………(5)
式中：
TINT——转矩积分分量，单位N.m；
TPP——转矩比例分量，单位N.m；
TFF——转矩前馈分量，单位N.m；
T’INT——上一周期计算得到的转矩积分分量，单位N.m；
α——最终的加速请求Acc_Demand，单位RPM/s；
δa——最终的加速请求Acc_Demand与当前发动机加速度之差，单位RPM/s；
δ’a——上一周期参与转矩比例分量TPP计算的δa，单位RPM/s；
CFF——转矩前馈系数；
CFLT——比例滤波系数；
CINT——转矩积分系数；
Cpp——转矩比例系数；
TGOV——总转矩，单位N.m。
步骤4.2：计算期望净转矩；
将总转矩通过工况动态请求域DR的上限量HC和下限量LC进行限幅：
步骤4.2.1：选择请求值Value最小的上限量HC作为期望净转矩的上限；
步骤4.2.2：选择请求值Value值最大的下限量LC作为期望净转矩的下限；
步骤4.2.3：将总转矩限制在上限和下限之间，得到最终的净转矩Net_Torque为后续喷油提供计算依据。
本实施例中，根据公式(3)计算转矩前馈分量TFF＝0.2×76.1＝15.22N.M；
根据公式(4)计算转矩积分分量，上一周期计算得到的转矩积分分量T’INT为69N.M，因此转矩积分分量TINT＝(76.1-85.84)×0.85+69＝60.72N.M；
根据公式(5)计算转矩比例分量，上一周期参与转矩比例分量TPP计算的最终加速请求δ’a为-12.53RPM/s。因此转矩比例分量TPP＝0.31×[((-12.53)-(-9.74))×0.55+(-9.74)]＝3.49N.M；
根据公式(2)得到期望总转矩TGOV为72.45N.M；经过转矩限幅得到转矩期望值为72.45N.M。

Claims (3)

1.一种可调节的多工况动力分配方法，其特征在于：包括运行在车载电脑上的程序，所述程序的具体实现步骤如下：
步骤1：定义所需工况；该工况所实现功能必须为汽车发动机动力输出所提供；
步骤2：工况分解：
步骤2.1：将工况分解为两个请求域Region，分别为：静态请求域SR和动态请求域DR；
其中，静态请求域SR是指输入不变的情况下，目标转速不变，在此情况下的加速请求；动态请求域DR是指随着负载变化的加速请求；
步骤2.2：在每个请求域计算三组权量Class，分别为：请求量RC、上限量HC和下限量LC；
其中，请求量RC是该工况在该请求域Region的期望加速度值；上限量HC和下限量LC是为了保护发动机和传动系所设计的边界极限值，目标期望加速度必须在上限量HC和下限量LC之间的范围内；
步骤2.3：每个请求域Region的每组权量Class由三个元素组成，分别为：请求值Value、工况ID和优先级Pri；
其中，请求值Value为该组权量Class的期望值，在静态请求域SR中，由于目标转速不变，因此该值反映加速请求，单位为RPM/s；
在动态请求域DR中，由于加速请求随负载变化，直接用转矩反映发动机动力的期望变化，单位为N.m；
工况ID用于在后续判优时标识权量Class所属工况；
优先级Pri表示该工况在该请求域Region的权量Class的重要程度；
步骤3：综合判优：
步骤3.1：同类请求域判优；
Part1：静态请求比较规则为：
规则A：在所有工况的静态请求域SR中，选择请求量RC的优先级Pri最大的工况，得到静态用户请求SR_Demand，单位为RPM/s；
规则B：在不同工况的请求量RC的优先级Pri相同时，选择请求量RC的请求值Value最大的工况，得到静态用户请求SR_Demand，单位为RPM/s；
规则A优先于规则B执行；
Part2：动态请求比较规则为：
规则C：在所有工况的动态请求域DR中，选择请求量RC的优先级Pri最大的工况，得到动态用户请求DR_Demand，单位：N.m；
规则D：在不同工况的请求量RC的优先级Pri相同时，选择请求量RC的请求值Value最大的工况，得到动态用户请求DR_Demand，单位：N.m；
规则C优先于规则D执行；
步骤3.2：不同类请求域判优
步骤3.2.1：量纲转换；
将动态用户请求DR_Demand转换为静态引用SR_Refence；
步骤3.2.2：混合比较规则：
量纲转换后比较规则：将静态用户请求SR_Demand与静态引用SR_Refence进行比较，比较规则为：选优先级大的请求，或者优先级相同时请求值较大的请求，得到未限幅前的用户请求USER_Demand；
步骤3.3：静态上界限幅：
将未限幅前的用户请求USER_Demand作为初始值，与静态域SR中的上限量HC进行比较，比较的规则为选择优先级较高且请求值Value较低的值作为上界限幅后的USER_Demand值；
步骤3.4：静态下界限幅：
将上界限幅后的用户请求USER_Demand作为初始值，与静态域SR中的下限量LC进行比较，比较的规则为选择优先级较高且请求值Value较高的值作为最终的加速请求Acc_Demand；
步骤4：转矩计算：
步骤4.1：计算总转矩
总转矩采用加入前馈环节的PI算法进行计算；
步骤4.2：计算期望净转矩；
将总转矩通过工况动态请求域DR的上限量HC和下限量LC进行限幅：
步骤4.2.1：选择请求值Value最小的上限量HC作为期望净转矩的上限；
步骤4.2.2：选择请求值Value最大的下限量LC作为期望净转矩的下限；
步骤4.2.3：将总转矩限制在上限和下限之间，得到最终的净转矩Final_Net_Torque为后续喷油提供计算依据。
2.根据权利要求1所述的可调节的多工况动力分配方法，其特征在于：所述步骤3.2.1中将动态用户请求DR_Demand转换为静态引用SR_Refence的具体公式为：
AREF＝(T－T’+CINT×ACUR)/(CINT+CFD)…………………………(1)
式中：
AREF——静态引用SR_Refence，单位RPM/s；
T——动态用户请求DR_Demand，单位N.m；
T’——上一周期动态用户请求DR_Demand，单位N.m；
CINT——转矩积分常量；
ACUR——当前发动机转速加速度，单位RPM/s；
CFD——转矩前馈常量。
3.根据权利要求1所述的可调节的多工况动力分配方法，其特征在于：所述步骤4.1中总转矩的具体计算公式为：
TGOV＝TINT+TPP+TFF……………………………………………(2)
TFF＝CFF×α……………………………………………(3)
TINT＝δa×CINT+T’INT………………………………………………(4)
TPP＝CPP×[(δ’a－δa)×CFLT+δa]…………………………………(5)
式中：
TINT——转矩积分分量，单位N.m；
TPP——转矩比例分量，单位N.m；
TFF——转矩前馈分量，单位N.m；
T’INT——上一周期计算得到的转矩积分分量，单位N.m；
α——最终的加速请求Acc_Demand，单位RPM/s；
δa——最终的加速请求Acc_Demand与当前发动机加速度之差，单位RPM/s；
δ’a——上一周期参与转矩比例分量TPP计算的δa，单位RPM/s；
CFF——前馈系数；
CFLT——比例滤波系数；
CINT——转矩积分系数；
Cpp——转矩比例系数；
TGOV——总转矩，单位N.m。
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