对基于转矩控制策略的电喷系统的研究

[摘要]早期的控制系统主要是以气缸充气量、燃油质量和点火正时为控制参数。由于系统内还有许多功能子系统参与对行驶伺服机构和通常的汽车附属功能的控制，这些设备运行时就会要求对转矩进行补偿，就会经常出现相互矛盾的要求。早期的电喷系统的控制策略不能够很好的处理这些矛盾。本文介绍的转矩控制策略能够区分出这些相互矛盾的需求的优先程度，并执行最至关重要的需求，这也是该控制策略的优势所在。[Abstract]Earlier engine control systems mainly based on mass air flow，fuel quality and Spark Timing．Because many subsystems in the system participate in controlling the driving servo mechanism and assistant function of automobile，it needs more torque when they are running，then usually it leads to conflict．And earlier control Strategy can not solve this problem．The torque control strategy introduced in this paper can better deal with the problem by setting the priority，and responses to the most important need．This is also the important advantage of the control strategy．关键词：转矩 控制策略 电子节气门 电喷系统Key words：Torque Control Strategy ETC EFI1 前言 随着电子技术的不断发展，汽车车身电子技术也得到了广泛的发展。而且人们的环境保护意识的不断增强以及燃油价格的不断上涨，对发动机的控制提出了更高的要求。电子控制汽油喷射系统（EFI）的好坏直接影响到发动机的排放和燃油经济性，它是以一个电子控制单元（ECU）为控制中心，利用安装在发动机不同部位上的各种传感器，测得发动机的各种工作参数，按照汽车制造厂在电脑中设定的控制程序，精确地控制喷油量和点火时刻，使发动机在各种工况下都获得最佳浓度的混合，从而提高了燃油经济性和排放性。而电子控制汽油喷射系统的控制精度跟其控制策略有很大关系，本文主要讨论基于转矩的控制策略。2 转矩控制策略 发动机管理系统的首要任务是将驾驶指令反映到发动机的功率和转矩输出上。不论是在恒速前进还是加速前进，驾驶员都需要发动机输出转矩克服前进中的阻力。早期发动机运行时，主要是以气缸充气量、燃油质量和点火正时为控制参数直接执行。由于系统内还有许多功能子系统（如怠速控制和转速调速等）参与对行驶伺服机构和通常的汽车附属功能（如空调等）的控制，这些设备运行时就会要求对转矩进行补偿，需要调整发动机的输出功率。大多数辅助开环和闭环控制功能都会体现在对发动机转矩的影响上，这经常导致同时出现相互矛盾的要求。各种可能互相矛盾的需求同时出现时，彼此之间就会协调不好。采用转矩控制后，这种矛盾就得到解决。转矩控制策略是首先对各部件的要求进行优先级判断和协调，然后再利用得出的控制参数去实现指定转矩的输出。采用转矩控制策略的发动机管理系统的基本功能是根据驾驶者的意愿设置相应的转矩输出，具体地说，就是利用加速踏板位置传感器反映当前驾驶者的驾驶意愿，中央电控单元（ECU）将认为当前的加速踏板位置传感器的测量值对应着一个特定的输出转矩，为了获得这个对应的转矩，ECU将在采集各类发动机工况参数和车辆：运行参数的基础上，协调各个输出控制信号，如：气缸进气量，喷油量，点火正时等，以达到要求的输出转矩，同时系统将监测当前运行参数的变化情况。该控制策略能够区分出这些相互矛盾的需求的优先程度，并执行最至关重要的需求，这也是基于转矩控制的控制策略的优势所在。采用转矩控制策略的发动机管理系统不仅能控制喷油和点火，还能较好地兼顾很多复杂的功能，如启动、怠速、三元催化器加热、发动机最高转速限制、增压压力控制和零部件过热保护等控制功能，还能接受来自驱动系统和车辆动态控制系统的请求，如防震颤控制、巡航控制、最高车速限制、变速箱控制的换挡优化和牵引力控制等。汽油发动机转矩调节如图1所示。3 转矩控制的实现3．1 转矩控制的实现 转矩控制的实现如图2所示。ECU根据驾驶指令和内外部得到的转矩要求设定进气量和点火正时的优先级别，然后计算出实际需要的转矩及对应的进气量，最后通过对执行机构的控制来实现转矩的输出。如图2所示，系统在转矩生成的时候采用两种方法调节输出转矩：一种是通过电子节气门改变进气量，这是一种逐渐缓慢过渡的方法，主要负责稳态运行。另外一种是采用调节点火正时或关闭某个气缸喷油的快速响应方式。这种方法可以在转矩生成时对动力变化非常迅速地响应。下面主要介绍怠速工况的转矩控制。在怠速时，发动机没有转矩输出，燃烧过程产生的能量被用来维持发动机本身的运转和驱动附属设备。在这种工况下，维持运转所需要的转矩和怠速转速一起决定了油耗。在交通严重拥堵时，车辆很多油耗就是在这种工况下发生的，它被用来克服怠速时最低水平的摩擦损耗，并由此决定了低怠速的转速。闭环怠速控制能保证在设定的怠速状态下稳定、可靠地工作，而与其他条件的变化无关。这些变化则可能是由于多种因素，诸如电气系统、空调压缩机、助力转向等引起的电流波动等而导致的。控制过程如图3所示。 基于转矩控制的发动机管理系统要求怠速闭环控制能够定量输出功率，以确保在任何工况下都能维持怠速工况的稳定。其结果是使在转速降低的时候增加输出功率，而在转速升高的时候降低功率输出。系统在识别到一些影响因素，如空调压缩机起动的时候，将会相应地增加功率输出。3．2 电子节气门（ETC） 通过电子节气门可以改变进气量，从而可以改变转矩输出。电子节气门控制涉及部件包括加速踏板、ECU和电子节气门总成。加速踏板内有两个输出信号同向变化的电位器负责监控踏板的位置，其位置由驾驶员决定。电子节气门体包括节气阀门、节气门执行器、节气门开度传感器[sup][1][/sup] 。工作过程：加速踏板位置传感器将感受到的加速踏板位置信号传递给ECU，ECU计算出相应的节气门开度，在根据发动机当前运行工况作适当调整后，产生一个相应的控制信号传递给电子节气门总成的节气门执行器。节气门执行器能够对ECU的输出控制信号做出精确的响应，同时两个节气门位置传感器又将当前的节气门开度信息反馈给ECU，由ECU再做适当的反馈控制。其控制原理如4所示。4 结束语 本文主要简述了汽车电喷系统中的转矩控制系统对转矩的需求。采用优先级方式，先响应优先级高的子系统对转矩的需求，然后满足优先级低的子系统，避免同时出现相互矛盾的要求。使用电子节气门可以改变进气量，最终达到改变转矩的目策略。参考文献[1] 黄河．汽车电喷系统基本原理[M]．上海交通大学出版社，上海，2003．[2]冯能莲，董春波，宾 洋，等．电子节气门控制系统研究 [J]．汽车技术，2004，（1）．对基于转矩控制策略的电喷系统的研究：PDF