一种发动机凸轮极限目标相位控制方法及装置

技术领域

本发明涉及发动机控制领域，特别是涉及一种发动机凸轮极限目标相位控制方法及装置。

背景技术

研究表明，发动机凸轮系统在全负荷工况对动力性和部分负荷工况对燃油经济性均有极大的优势。在发动机凸轮控制激活后，如果发动机凸轮相位过小，发动机凸轮控制电磁阀电流也会变小，容易造成发动机凸轮实际相位波动，且发动机凸轮相位与锁止位置接近，机油压力也容易出现波动，同样可能使发动机凸轮实际相位波动。

有鉴于此，一件申请号为“CN202011247319.6”、发明名称为“一种目标发动机凸轮相位的计算方法与系统”的发明，根据发动机转速和负荷确定基础目标发动机凸轮相位；根据特殊工况获取对应的修正率；根据基础目标发动机凸轮相位和各修正率确定初始目标发动机凸轮相位；根据发动机凸轮激活状态条件判断发动机凸轮是否激活；根据判断结果划分发动机凸轮状态，确定最终目标发动机凸轮相位。该发明从节气门开度、歧管压差以及最小点火角进行初始目标发动机凸轮相位计算，能够准确计算目标发动机凸轮相位，并且引入发动机凸轮控制激活条件，对最终目标发动机凸轮相位进行二次修正。虽然该发明根据点火角情况调节发动机凸轮相位的变化，但是并未考虑发动机凸轮极限相位的设计方法。

而另一件申请号为“CN202110717601.4”、发明名称为“发动机基本点火效率的计算方法、计算机设备及存储介质”的发明，对发动机基本点火效率进行基于气量的学习更新。但是同样的是，该方案也并未考虑发动机凸轮相位的设计方法。

因此，有必要引入发动机凸轮最小目标相位的控制，作为发动机凸轮激活时的最小目标相位，避免造成发动机凸轮实际相位波动而出现气量波动，以致造成动力性不稳和排放控制恶化。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种发动机凸轮极限目标相位控制方法及装置，使其在凸轮目标相位低于最终凸轮最小相位时，关闭凸轮控制系统，即不允许凸轮激活，作为凸轮目标相位设定时的最小限值，避免了在凸轮目标设定过程中因出现目标设定过小而导致的动力性和排放问题。

本发明提供的一种发动机凸轮极限目标相位控制方法，实质是对发动机凸轮极限相位进行自学习更新，其包括如下过程：在发动机工况稳定的时候进行发动机凸轮极限相位的自学习，在满足发动机凸轮极限相位自学习激活条件的前提下，依次进入发动机凸轮极限相位自学习稳定化阶段、发动机凸轮极限相位自学习激活阶段、发动机凸轮极限相位自学习更新阶段和发动机凸轮极限相位自学习存储阶段，将每一个工况下的凸轮最小相位学习值r

在上述技术方案中，所述发动机凸轮极限相位自学习更新中，发动机凸轮极限相位自学习的激活条件如下：发动机运行时间：发动机处于运行状态，且发动机运行时间超过发动机预设时间；闭环控制：凸轮系统处于闭环控制激活状态；目标相位：凸轮目标相位phi

在上述技术方案中，所述发动机凸轮极限相位自学习更新中，凸轮最小相位自学习激活阶段的具体过程如下：在进入凸轮最小相位的自学习激活阶段时，在累计时间T2内累计计算发动机转速总和、进气温度总和、水温总和、机油温度总和、机油压力总和、目标进入气缸新鲜空气进气密度总和、实际进入气缸新鲜空气进气密度总和、目标发动机转速n

在上述技术方案中，所述发动机凸轮极限相位自学习更新中，凸轮最小相位自学习更新阶段的具体过程如下：将进气温度、水温、机油温度、机油压力、发动机目标转速、目标进入气缸新鲜空气进气密度、凸轮目标相位与自学习激活阶段的累计时间T2内累计计算值相同时，设定为相同工况；将每一个工况下的凸轮最小相位学习系数r

在上述技术方案中，所述发动机凸轮极限相位自学习更新中，凸轮最小相位自学习存储阶段的具体过程如下：平均值计算：计算在进入凸轮最小相位自学习阶段内累计时间T2段的进气温度平均值、水温平均值、机油温度平均值、机油压力平均值、发动机目标转速平均值n

在上述技术方案中，所述发动机凸轮极限相位自学习更新中，凸轮最小相位自学习存储阶段的工况更新步骤的具体过程如下：凸轮最小相位学习值r

在上述技术方案中，所述发动机凸轮极限相位自学习更新中，凸轮最小相位自学习存储阶段的工况更新步骤的控制策略的具体过程如下：凸轮相位主动学习：如果C1大于3％，且C2大于2.5％，且C3大于2％时，判断发动机凸轮极限相位自学习更新的激活条件中除了目标相位和预设相位差以外的其他条件后，需要提高凸轮极限相位工况；如果C1小于1％，且C2小于0.5％，且C3小于0.5％时，判断发动机凸轮极限相位自学习更新的激活条件中除了目标相位和预设相位差以外的其他条件后，需要降低凸轮极限相位工况；除了前两种的其他情况下，最小凸轮相位学习值r

在上述技术方案中，所述凸轮最小相位自学习存储阶段的工况更新步骤的控制策略的凸轮相位主动学习步骤中，提高凸轮极限相位工况的具体过程如下：设定第一凸轮目标相位：phi

在上述技术方案中，所述凸轮最小相位自学习存储阶段的工况更新步骤的控制策略的凸轮相位主动学习步骤中，降低凸轮极限相位工况的具体过程如下：设定第二凸轮目标相位：设定凸轮目标相位为0并稳定在第二稳定时间T4，记录T4时间内的发动机点火效率平均值和高压电池SOC速率，结束后再次设定第二凸轮目标相位：phi

本发明还提供了一种发动机凸轮极限目标相位控制装置，具有计算机程序，该计算机程序能够执行发动机凸轮极限目标相位控制方法。

本发明发动机凸轮极限目标相位控制方法及装置，具有以下有益效果：

在不影响发动机正常运行的前提下，不管是发动机制造差异，还是发动机生命周期的差异，主动调控参数的方式下均可以对发动机凸轮极限相位进行自学习，从积极快速改善燃油经济性的角度设计，且不影响排放的前提下，同时改善了凸轮控制系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明发动机凸轮极限目标相位控制方法的总体流程示意图；

图2为本发明发动机凸轮极限目标相位控制方法的完整流程示意图；

图3为本发明发动机凸轮极限目标相位控制方法中发动机凸轮极限相位自学习存储阶段的流程示意图；

图4为本发明发动机凸轮极限目标相位控制方法中发动机凸轮极限相位自学习存储阶段工况更新步骤的控制策略流程示意图；

图5为本发明发动机凸轮极限目标相位控制装置的结构示意图图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

本发明的目的是在凸轮目标相位低于其最小相位时，通过关闭凸轮控制系统，即不允许凸轮激活，作为凸轮目标相位设定时的最小限值，从而避免在凸轮目标设定过程中出现目标设定过小而导致的动力性和排放问题。

一般而言，凸轮轴相位控制系统主要由凸轮相位器、凸轮轴位置传感器、水温传感器、凸轮轴正时液压控制阀(Oil Control Valve，OCV)、曲轴位置传感器和电控单元ECU构成。凸轮相位器主要由转子叶片、定子和回位弹簧构成。其中转子叶片固定在进气凸轮轴上，定子与从动正时链轮为一体。当系统油路中的机油受到正时液压控制阀的控制产生压力时，机油挤压转子并且带动进气凸轮轴旋转，使凸轮轴相位提前、滞后或者保持，从而改变进气气门的开启和关闭时间。在转子运动的过程中相位器形成了气门正时提前室和气门正时滞后室两个液压室。另外在该系统中可增加机油压力传感器和(或)可变排量机油泵，其中机油压力传感器读取机油主油道的机油压力，而可变排量机油泵可调节机油压力。

默认下凸轮极限相位，可以为0或者现有公开技术提到的凸轮极限相位，本发明主要是对发动机凸轮极限相位对凸轮极限相位进行自学习更新。

参见图1，本发明发动机凸轮极限目标相位控制方法，包括如下过程：

在发动机工况稳定的时候进行发动机凸轮极限相位的自学习，在满足发动机凸轮极限相位自学习激活条件的前提下，依次进入发动机凸轮极限相位自学习稳定化阶段、发动机凸轮极限相位自学习激活阶段、发动机凸轮极限相位自学习更新阶段和发动机凸轮极限相位自学习存储阶段，将每一个工况下的凸轮最小相位学习值r

参见图2，随着发动机运行过程中生命周期的推移，零部件出现老化以及控制参数控制性能可能出现偏移，在发动机工况稳定的时候进行发动机凸轮极限相位的自学习，以保证自学习的准确性。在最基本前提满足的情况下，可以开始进行自学习的过程。

一、发动机凸轮极限相位自学习激活条件如下：

1、发动机处于运行状态，且发动机运行时间超过发动机预设时间，本实施例取5min；

2、凸轮系统处于闭环控制激活状态(此时凸轮实际相位被控制跟随凸轮目标相位)；

3、凸轮目标相位phi

4、当前凸轮目标相位phi

5、碳罐未开启；

6、空调、大灯等均未开启；

7、目标进入气缸新鲜空气进气密度在一定范围内，本实施例取200mgpl到3000mgpl之间，且进入凸轮最小相位的自学习的目标进入气缸新鲜空气进气密度波动较小，本实施例取±10mgpl；

8、发动机水温在一定范围内(本实施例取0℃到100℃)，且进入凸轮最小相位的自学习的发动机水温波动较小，本实施例取±2℃；

9、进气温度在一定范围内(本实施例取30℃到80℃)，且进入凸轮最小相位的自学习的进气温度波动较小，本实施例取±1.5℃；

10、机油温度在一定范围内(本实施例取30℃到80℃)，且进入凸轮最小相位的自学习的机油温度波动较小，本实施例取±1.5℃；

11、机油压力在一定范围内(本实施例取100kPa到380kPa)，且进入凸轮最小相位的自学习的机油压力波动较小，本实施例取±5kPa；

12、发动机转速进入闭环控制；

13、发动机目标转速在一定范围内，本实施例取1000rpm到3000rpm之间，且进入凸轮最小相位的自学习的发动机目标转速波动较小，本实施例取±5rpm，由于本发明会主动调控凸轮相位，为了避免对发动机NVH造成影响，如果在发动机转速过低或者过高，可能会导致发动机抖动而影响NVH，基于此设定发动机目标转速；

14、发动机请求火路扭矩波动较小，本实施例取±2Nm；

15、曲轴强制通风功能开启状态不变化(即要么开启，要么关闭)；

16、未出现爆震；

17、未出现早燃；

18、目标进入气缸新鲜空气进气密度波动小，本实施例取±10mgpl。

如果在自学习过程中任何一阶段出现激活条件中任一条不满足时，则终止自学习，进入自学习未激活阶段。在以上激活条件满足时，可尝试进入基于凸轮最小相位的自学习过程，首先进入凸轮最小相位的自学习稳定化阶段。

二、发动机凸轮极限相位自学习稳定化阶段：

在进入发动机凸轮极限相位自学习稳定化阶段时，稳定化阶段的目的是确保自学习激活条件稳定可靠。在发动机凸轮极限相位自学习稳定化阶段过程中以下条件满足时，将进入凸轮最小相位的自学习激活阶段。

1、进入自学习稳定化阶段超过第一预设时间T0，本实施例取5s；

2、凸轮最小相位的自学习未更新超过第二预设时间T1(本实施例取7200h，凸轮最小相位的自学习完成便更新一次自学习次数。如果学习间隔过长会导致每次学习值的差异不同可能是发动机零部件老化造成，而并非学习到了准确的信息)；

在以上两个条件未满足，且激活条件满足，则维持在凸轮最小相位自学习稳定化阶段；如果以上两个条件不满足，且激活条件未满足，则返回至自学习未激活阶段；在以上两个条件满足，且激活条件满足时，则进入下一阶段，即进入凸轮最小相位自学习激活阶段。

三、发动机凸轮极限相位自学习激活阶段：

在进入凸轮最小相位的自学习激活阶段时，在累计时间T2(本实施例T2取3s)内累计计算发动机转速总和、进气温度总和、水温总和、机油温度总和、机油压力总和、目标进入气缸新鲜空气进气密度总和、实际进入气缸新鲜空气进气密度总和、目标发动机转速n

在本实施例中，实际发动机转速滤波值n

n

其中，n

四、发动机凸轮极限相位自学习更新阶段：

将进气温度、水温、机油温度、机油压力、发动机目标转速、目标进入气缸新鲜空气进气密度、凸轮目标相位相同时，设定为相同工况，其“相同”的定义是，其偏差均不超过±1％，以发动机目标转速为例，发动机目标转速相同是指两个发动机目标转速之差除以其中一个最小的发动机目标转速得到的结果如果不超过±1％，则认为两个发动机目标转速相同。将每一个工况下的凸轮最小相位学习系数r

五、发动机凸轮极限相位自学习存储阶段主要完成以下工作，具体参见图3：

(一)平均值计算：计算在进入凸轮最小相位自学习阶段累计时间T2段的进气温度平均值、水温平均值、机油温度平均值、机油压力平均值、发动机目标转速平均值n

(二)工况更新：将平均进气温度、平均水温、平均机油温度、平均机油压力、平均发动机目标转速、目标进入气缸新鲜空气进气密度、凸轮目标相位工况下的发动机凸轮极限相位学习值更新到对应工况(进气温度、水温、机油温度、机油压力、发动机目标转速、目标进入气缸新鲜空气进气密度、凸轮目标相位)下的EEPROM中。

在本实施例中，所述工况更新步骤的具体更新方法为：

一)凸轮最小相位学习值r

二)控制策略：

一旦C1过大，则说明气量控制波动较大，则需要提高凸轮最小相位，此时相位过小而控制不稳定；一旦C1过小，即偏差小于设计标准，则说明气量控制波动极小，则可以降低凸轮最小相位，提高凸轮使用工况范围，充分使用凸轮的燃油经济性优势；

一旦C2过大，则说明转速控制波动较大，则需要提高凸轮最小相位，此时相位过小而控制不稳定；一旦C2过小，即偏差小于设计标准，则说明转速控制波动极小，则可以降低凸轮最小相位，提高凸轮使用工况范围，充分使用凸轮的燃油经济性优势；

一旦C3过大，则说明凸轮相位控制波动较大，则需要提高凸轮最小相位，此时相位过小而控制不稳定；一旦C3过小，即偏差小于设计标准，则说明凸轮相位控制波动极小，则可以降低凸轮最小相位，提高凸轮使用工况范围，充分使用凸轮的燃油经济性优势；

参见图4，所述控制策略的具体过程如下：

1、凸轮相位主动学习：

本实施例中，如果C1大于3％，且C2大于2.5％，且C3大于2％时，则需要主动进行凸轮相位学习，提高凸轮极限相位，改善发动机稳定性，此种情况称为提高凸轮极限相位工况；同样如果C1小于1％，且C2小于0.5％，且C3小于0.5％时，则发动机稳定性极高，为了充分利用凸轮改善燃油经济性的优势，需要主动进行凸轮相位学习，降低凸轮极限相位，此种情况称为降低凸轮极限相位工况；其他情况下，最小凸轮相位学习值r

需要注意的是，在主动进行凸轮相位学习时，前面的稳定条件中不再判断凸轮相位相关是否满足，均认为满足，即发动机凸轮极限相位自学习的激活条件中第3条和第4条不再判断。在主动进行凸轮相位学习结束后，则下一次再次进入发动机凸轮极限相位自学习时要判断发动机凸轮极限相位自学习的激活条件中的所有条件均满足后才可以执行发动机凸轮极限相位自学习。

(1)在提高凸轮极限相位工况发生时，设定第一凸轮目标相位：

phi

1)如果，C1大于3％，且C2大于2.5％，且C3大于2％仍然满足(此时C1，C2，C3的计算方法方法为第一稳定时间T3内的气量、转速、VVT角度计算得到的)，且以下两个条件均不满足(条件一：T3内发动机点火效率平均值小于T2内发动机点火效率平均值；条件二：T3内高压电池SOC速率不小于T2内高压电池SOC速率。如果是非混动车型，则SOC不考虑)，说明发动机稳定性较差，且发动机动力输出能力(由于发动机请求火路扭矩波动较小，如果凸轮相位改善了发动机燃油经济性，则为了维持实际火路扭矩跟随请求火路扭矩，如果充电能力未提高，则需要降低发动机点火效率是其中的一个途径)或充电能力较差(由于发动机请求火路扭矩波动较小，如果凸轮相位改善了发动机燃油经济性，则为了维持实际火路扭矩跟随请求火路扭矩，则充电能力提高是其中的一个表现)，则进一步提高凸轮极限相位，设定第一凸轮目标相位：

将phi

2)如果，C1大于3％，且C2大于2.5％，且C3大于2％仍然满足(此时C1，C2，C3的计算方法方法为时间T3内的气量、转速、VVT角度计算得到的)，且以下两个条件均满足(条件一：T3内发动机点火效率平均值小于T2内发动机点火效率平均值；条件二：T3内高压电池SOC速率不小于T2内高压电池SOC速率。如果是非混动车型，则SOC不考虑)，说明发动机稳定性较差，但发动机动力输出能力或充电能力较好，则适当提高凸轮极限相位，设定第一凸轮目标相位：

将phi

3)如果，C1大于3％，C2大于2.5％，C3大于2％三者均不满足(此时C1，C2，C3的计算方法方法为时间T3内的气量、转速、VVT角度计算得到的)，且且以下两个条件均不满足(条件一：T3内发动机点火效率平均值小于T2内发动机点火效率平均值；条件二：T3内高压电池SOC速率不小于T2内高压电池SOC速率。如果是非混动车型，则SOC不考虑)，说明发动机稳定性较差，但发动机动力输出能力或充电能力较好，则适当提高凸轮极限相位，设定第一凸轮目标相位：

将phi

4)如果，C1大于3％，C2大于2.5％，C3大于2％三者均不满足(此时C1，C2，C3的计算方法方法为时间T3内的气量、转速、VVT角度计算得到的)，且且以下两个条件均满足(条件一：T3内发动机点火效率平均值小于T2内发动机点火效率平均值；条件二：T3内高压电池SOC速率不小于T2内高压电池SOC速率。如果未非混动车型，则SOC不考虑)，说明发动机稳定性较差，但发动机动力输出能力或充电能力较好，则适当提高凸轮极限相位，设定第一凸轮目标相位：

将phi

5)其他情况下，将phi

(2)在降低凸轮极限相位工况发生时，

首先设定第二凸轮目标相位为0并稳定在第二稳定时间T4(本实施例T4取3s)，记录T4时间内的发动机点火效率平均值和高压电池SOC速率。结束后再次设定第二凸轮目标相位：

phi

1)如果C1小于1％，且C2小于0.5％，且C3小于0.5％时仍然满足(此时C1，C2，C3的计算方法方法为第三稳定时间T5内的气量、转速、VVT角度计算得到的)，且以下两个条件均不满足(条件一：T5内发动机点火效率平均值小于T4内发动机点火效率平均值；条件二：T5内高压电池SOC速率不小于T4内高压电池SOC速率。如果是非混动车型，则SOC不考虑)，说明发动机稳定性极好，且发动机动力输出能力或充电能力较差，则可以进一步降低凸轮极限相位，设定第二凸轮目标相位：

将phi

2)如果C1小于1％，且C2小于0.5％，且C3小于0.5％仍然满足(此时C1，C2，C3的计算方法方法为第三稳定时间T5内的气量、转速、VVT角度计算得到的)，且以下两个条件均满足(条件一：T5内发动机点火效率平均值小于T4内发动机点火效率平均值；条件二：T5内动力电池SOC平均值不小于T4内动力电池平均值。如果是非混动车型，则SOC不考虑)，说明发动机稳定性极好，且发动机动力输出能力或充电能力较好，则适当降低凸轮极限相位，设定第二凸轮目标相位：

将phi

3)如果C1小于1％，且C2小于0.5％，且C3小于0.5％三者均不满足(此时C1，C2，C3的计算方法方法为时间T5内的气量、转速、VVT角度计算得到的)，且以下两个条件均不满足(条件一：T5内发动机点火效率平均值小于T4内发动机点火效率平均值；条件二：T5内动力电池SOC平均值不小于T4内动力电池平均值。如果是非混动车型，则SOC不考虑)，说明发动机稳定性中等，但发动机动力输出能力或充电能力较差，则适当降低凸轮极限相位，设定第二凸轮目标相位：

将phi

4)如果C1小于1％，且C2小于0.5％，且C3小于0.5％三者均不满足(此时C1，C2，C3的计算方法方法为时间T5内的气量、转速、VVT角度计算得到的)，且以下两个条件均满足(条件一：T5内发动机点火效率平均值小于T4内发动机点火效率平均值；条件二：T5内动力电池SOC平均值不小于T4内动力电池平均值。如果是非混动车型，则SOC不考虑)，说明发动机稳定性中等，但发动机动力输出能力或充电能力较好，则适当降低凸轮极限相位，设定第二凸轮目标相位：

将phi

5)其他情况下，将phi

2、凸轮极限相位更新：

每次学习条件满足后只进行降低凸轮极限相位工况或提高凸轮极限相位工况，且只更新一次凸轮极限相位phi

3、凸轮极限相位学习值：

学习后的凸轮极限相位phi

4、EEPROM存储工况：

最终学习到的发动机凸轮极限相位学习值phi

5、最终发动机凸轮极限相位值：

则最终的发动机凸轮极限相位phi

以上完成了发动机凸轮极限目标相位控制方法的全部描述。

参见图5，本发明发动机凸轮极限目标相位控制装置，包括如下部分：

激活条件模块：满足发动机凸轮极限相位自学习激活条件；

自学习稳定化模块：发动机凸轮极限相位自学习稳定化阶段；

自学习激活模块：发动机凸轮极限相位自学习激活阶段；

自学习更新模块：发动机凸轮极限相位自学习更新阶段

自学习存储模块：发动机凸轮极限相位自学习存储阶段，将每一个工况下的凸轮最小相位学习值r

本发明的关键点和技术原理如下：

1)发动机凸轮极限相位学习条件；

2)发动机凸轮极限相位学习更新方法。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。