阅读说明：本技术 一种基于模型的用于amt换挡的发动机转速控制方法 (model-based engine speed control method for AMT gear shifting ) 是由 周鹏 张建锐 张正兴 于 2019-09-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于模型的用于AMT换挡的发动机转速控制方法,属于换挡控制策略开发技术领域,其包括以下步骤：在发动机断油减速或者增油加速时,首先做发动机包括执行器的万有特性试验和瞬态特性试验；基于以上试验做出气路平均值模型以及发动机动力学模型；基于试验数据分析标定出排气节流阀关闭的最佳开度并制作最佳开度MAP表；然后建立一个观测器；根据Bang-Bang原理计算制动阀的开关面,建立代数函数使得发动机达到目标转速用时最短,同时在达到稳定时转速加速度在给定范围内；计算排气节流阀全开时维持发动机在目标转速下维持稳定的喷油量,以此为喷油量计算的前馈值,并通过喷油反馈调节转速。本发明可以精确的控制发动机转速,达到迅速换挡的目的。(The invention relates to a model-based engine speed control method for AMT gear shifting, which belongs to the technical field of gear shifting control strategy development and comprises the following steps: when the engine is in oil-cut deceleration or oil-increasing acceleration, firstly, universal characteristic tests and transient characteristic tests of the engine including an actuator are carried out; making a gas path average value model and an engine dynamics model based on the tests; analyzing and calibrating the optimal opening of the exhaust throttle valve based on the test data and making an optimal opening MAP table; then establishing an observer; calculating the switch surface of the brake valve according to the Bang-Bang principle, and establishing an algebraic function to ensure that the time for the engine to reach the target rotating speed is shortest, and the rotating speed acceleration is in a given range when the engine is stable; and calculating the fuel injection quantity for maintaining the engine to be stable at the target rotating speed when the exhaust throttle valve is fully opened, taking the fuel injection quantity as a feedforward value calculated by the fuel injection quantity, and adjusting the rotating speed through fuel injection feedback. The invention can accurately control the rotating speed of the engine and achieve the purpose of rapid gear shifting.)

一种基于模型的用于AMT换挡的发动机转速控制方法

技术领域

本发明属于换挡控制策略开发技术领域，具体涉及一种用于重型柴油汽车发动机转速控制方法。

背景技术

汽车电控机械式自动变速器是在传统的固定轴式变速器(MT)的基础上加装自动换挡系统，采用变速器控制单元控制执行机构。与其他自动变速器系统相比具有传动效率高、制造成本低、工艺流程成熟、易于制造等优点。但换挡过程中离合器与发动机的协调控制一直是AMT控制的难点。离合器不分离AMT继承了传统AMT的优点，同时取消了对离合器的控制，依靠对发动机转速及转矩的精确调节和对变速器换挡机构的控制实现自动换挡过程，消除了换挡过程中的离合器滑磨时间过长的缺点。对发动机转速的控制通常采用电磁制动器或者液力、电力制动器等，制动器本身需要耗能，而且会产生热量。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于模型的用于AMT换挡的发动机转速控制方法，包括以下步骤：

在发动机断油减速或者增油加速，首先发动机万有特性试验和瞬态特性试验，包括执行器的万有特性；

基于以上试验做出气路平均值模型以及发动机动力学模型；

基于试验数据分析标定出排气节流阀关闭的最佳开度，制作排气节流阀最佳开度MAP表；

通过进气歧管压力和空气流量传感器值结合平均值模型建立一个观测器；

根据Bang-Bang原理计算制动阀的开关面，建立代数函数使得发动机达到目标转速用时最短，同时在达到稳定时转速加速度在给定范围内；

计算排气节流阀全开时维持发动机在目标转速下维持稳定的喷油量，以此为喷油量计算的前馈值，并通过喷油反馈调节转速。

作为本发明的进一步改进，所述平均值模型的计算公式为：

imep＝f₂(n,θ_exthrottle,T_im,P_im,P_ex,θ_EGR,θ_VGT,P_amb)

fmep＝f₃(imep,n,T_engine)

发动机断油时，废气节流阀迅速达到最小值，该最小值通过标定获得，在经过一段时间后迅速重新开启，最终目的是计算最大和最小值的开关面，即节流阀关闭持续时间；

式中，n为发动机转速，θ_exthrottle为废气节流阀开度，T_im为进气歧管温度，P_im为进气歧管压力，P_ex是排气歧管压力，θ_EGR是EGR开度，θ_VGT为VGT开度，P_amb为环境压力，T_engine为水温，V_s为发动机排量。

作为本发明的进一步改进，所述平均值建模用以计算瞬态值，可以获得气缸进气排气歧管压力，排气歧管压力的动态值，通过简化能够反映阀动作与IMEP的直接关系，但是要以MAP和传感器值为初值输入。

作为本发明的进一步改进，建立了代价函数使废气节流阀关闭和开启后，发动机达到目标转速时间最短，同时达到目标时，发动机转速加速度小于标定值。

作为本发明的进一步改进，所述观测器通过进气歧管压力和空气流量传感器值结合平均值模型建立的，以断油时刻进排气歧管压力为初始条件，计算发动机转速达到开关面目标转速所需时间，以及节流阀全开后，发动机转速达到目标值所需时间，建立代价函数使得两段时间相加最小，同时，达到目标转速时，对发动机转速加速度有一个约束；此后，通过喷油闭环控制保证精度。。

从以上所述可以看出，本发明提供的用于重型柴油汽车发动机转速控制方法，与现有技术相比具备以下优点：

该控制方式能够在线实时计算最速和时间最短，适应性强，基于模型的控制可以减少标定量，平均值模型给控制减轻负担同时有很好的瞬态响应，bang-bang控制的优点是稳定，废气节流阀粗调和喷油量精调能够保证精度。

附图说明

图1是本发明采用的Bang-Bang控制的基本逻辑图。

图2是排气制动阀开度与制动时间关系图。

图3是VGT开度与制动时间关系图。

图4是一维建模模型。

图5是FMEP标定图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。

如图1至图5所示，用于重型柴油汽车发动机转速控制方法具体包括：

S100：接收换挡需求；

S200：判断发动机是否具备换挡调速条件；

S300：若发动机具备换挡条件，减少喷油量使得发动机达到零扭矩输出；

S400：控制齿轮脱开；

S500：发动机断油减速或者增油加速；

S600：控制齿轮啮合并调整喷油至需求扭矩，调整执行器到正常工作位置。

其中，S300减少喷油量使得发动机达到零扭矩输出，是为了能够在离合器不分离时让变速器齿轮脱开，S500中增油或减油是为了让发动机达到换挡之后的转速，S600在转速达到后变速箱齿轮因转速相同可以直接再次啮合。

本发明的控制方法，主要对S500中的自动变速系统进行改进，以达到精确控制转速的目的。

对于S500：断油减速或者增油加速步骤中若发动机换挡减速，首先根据Bang-Bang原理控制制动阀的开启与关闭角度以及开关面，则发动机断油减速的具体步骤包括：

S511：通过万有特性试验，特别是与气路有关的各种阀类(VGT、废气旁通阀、排气节流阀、进气节流阀等)的万有特性，设计加速和断油的瞬态试验，监测当前水温、转速、进气歧管压力采集值、进气温度值、进气流量、废气再循环流量(如果有废气再循环系统)、缸内空燃比以及发动机转速。

S512:做出气路平均值模型，反映了发动机转速与发动机气路各种阀类和VGT以及发动机状态之间的关系，如下式所示

imep＝f₂(n,θ_exthrottle,T_im,P_im,P_ex,θ_EGR,θ_VGT,P_amb)

fmep＝f₃(imep,n,T_engine)

式中，n为发动机转速，θ_exthrottle为废气节流阀开度，T_im为进气歧管温度，P_im为进气歧管压力，P_ex是排气歧管压力，θ_EGR是EGR开度，θ_VGT为VGT开度，P_amb为环境压力，T_engine为水温，V_s为发动机排量。

IMEP基本是转速的函数，需要进气歧管温度和压力以及环境压力的修正，同时需要考虑不同VGT、EGR开度对IMEP计算的修正；FMEP是IMEP和转速的函数，需要水温的修正；

发动机加速时，喷油量最大值受制与当前空气量和容许空燃比，以防触发烟限，其控制原理与发动机减速时相同。

S513：通过上述模型计算找到排气节流阀关闭的最佳开度，最佳开度为当前发动机转速和目标转速差值为输入的一张MAP表，该MAP表的输出为排气节流阀最佳开度；

S514：通过进气歧管压力和空气流量传感器值结合平均值模型建立一个观测器，其中水温、进气歧管温度为传感器温度，用于给计算排气节流阀在最佳开度下的持续时间提供初始值，即以断油时刻进排气歧管压力为初始条件；

S515：排气节流阀开度为最佳保持不变，此时计算发动机转速达到开关面所需时间，以及之后节流阀全开后，发动机转速达到目标值所需时间，建立代价函数使得两段时间相加最小，同时，达到目标转速时，对发动机转速加速度有一个约束，该约束为节流阀全开时且达到目标转速稳定时的加速度减去标定的加速度容许偏差值；

S516：计算排气节流阀全开时维持发动机在目标转速下维持稳定的喷油量，以此为喷油量计算的前馈值；

对于S500：断油减速或者增油加速步骤中若发动机降档升速，则发动机增油加速的具体步骤包括：

S521：步骤同S511，S512，区别是排气节流阀一直全开；

S522：通过上述模型计算找到发动机增速的最佳喷油量，为当前发动机转速和目标转速差值为输入的一张MAP表，该MAP表的输出为最佳喷油量。喷油量最大值受制与当前空气量和容许空燃比，以防触发烟限，其控制原理与发动机减速时相同。

S523：喷油量保持不变，此时计算发动机转速达到开关面所需时间，以及喷油量为0后，发动机转速达到目标值所需时间，建立代价函数使得两段时间相加最小，同时，达到目标转速时，与减速不同的是没有发动机加速度约束；

S524：计算发动机在目标转速下维持稳定的喷油量，以此为喷油量计算的前馈值，反馈部分PID目标是发动机目标转速；

最终在经历步骤S500后，在发动机转速达到目标允许范围内实现齿轮啮合，然后调整喷油到驾驶员需求扭矩，EGR和VGT不受此控制策略影响，按照原本的气路策略执行。

实施例1：

此实施例发生在升档过程中，要求发动机转速从1500转速迅速降低至1200转，并稳定维持在1200转附近，然后变速箱齿轮啮合，此时水温90℃，进气歧管温度50℃，此时发动机进气歧管压力为1.2bar，进气流量为400kg/h，VGT开度30％，EGR阀开度20°。

通过万有特性试验，特别是与气路有关的各种阀类(VGT、废气旁通阀、排气节流阀、进气节流阀等)的万有特性，设计加速和断油的瞬态试验，监测当前水温、转速、进气歧管压力采集值、进气温度值、进气流量、废气再循环流量(如果有废气再循环系统)、缸内空燃比以及发动机转速。发动机到达不同转速的时间与制动阀开度的关系；如图2所示。

发动机到达不同转速的时间与VGT的关系；如图3所示

做出气路平均值模型，反映了发动机转速与发动机气路各种阀类和VGT以及发动机状态之间的关系，如下式所示

imep＝f₂(n,θ_exthrottle,T_im,P_im,P_ex,θ_EGR,θ_VGT,P_amb)

fmep＝f₃(imep,n,T_engine)

式中，n为发动机转速，θ_exthrottle为废气节流阀开度，T_im为进气歧管温度，P_im为进气歧管压力，P_ex是排气歧管压力，θ_EGR是EGR开度，θ_VGT为VGT开度，P_amb为环境压力，T_engine为水温，V_s为发动机排量。

IMEP基本是转速的函数，需要进气歧管温度和压力以及环境压力的修正，同时需要考虑不同VGT、EGR开度对IMEP计算的修正；FMEP是IMEP和转速的函数，需要水温的修正；通过反拖试验可以获得不同制动阀开度与转速与IMEP之间的关系；

通过上述模型计算找到排气节流阀关闭的最佳开度，最佳开度为当前发动机转速和目标转速差值为输入的一张MAP表，该MAP表的输出为排气节流阀最佳开度，MAP表如下所示：由于此时转速差值为300，所以最佳开度为10°。

发动机转速差	100	200	300	400	500	600
							最佳开度	15°	12°	10°	8°	6°	3°

通过进气歧管压力和空气流量传感器值结合平均值模型建立一个观测器，其中水温、进气歧管温度为传感器温度，用于给计算排气节流阀在最佳开度下的持续时间提供初始值，即以断油时刻进排气歧管压力为初始条件；

排气节流阀开度为10°保持不变，此时计算发动机转速达到开关面所需时间，以及之后节流阀全开后，发动机转速达到目标值所需时间，建立代价函数使得两段时间相加最小，同时，达到目标转速时，对发动机转速加速度有一个约束，该约束为节流阀全开时且达到目标转速稳定时的加速度减去10r/s²，最终计算到排气节流阀开度关小时间为0.5s，之后到达目标转速附近时间为0.1s，总计0.6s，该过程如图1所示；

计算排气节流阀全开时维持发动机在目标转速下维持稳定的喷油量，该喷油量为25mg/stroke，以此为喷油量计算的前馈值，反馈部分PID，I环节给数值5，不需要D部分和P部分，反馈控制，发动机转速达到1200转每分钟，总耗时0.7s；

实施例2：

此实施例发生在发动机降档时，要求发动机转速从1200转速迅速升至1500转，并稳定维持在1500转附近，然后变速箱齿轮啮合，此时水温90℃，进气歧管温度50℃，此时发动机进气歧管压力为1.2bar，进气流量为400kg/h，VGT开度30％，EGR阀开度20°。

步骤同S511，S512，区别是排气节流阀一直全开；

通过上述模型计算找到发动机增速的最佳喷油量，为当前发动机转速和目标转速差值为输入的一张MAP表，该MAP表的输出为最佳喷油量，MAP表如下所示：由于此时转速差值为300，所以最佳喷油量为25mg/stroke。

发动机转速差	100	200	300	400	500	600
							最佳喷油量	15mg/stroke	20mg/stroke	25mg/stroke	30mg/stroke	35mg/stroke	40mg/stroke

喷油量最大值受制与当前空气量和容许空燃比，以防触发烟限，其控制原理与发动机减速时相同。

喷油量保持25mg/stroke不变，此时计算发动机转速达到开关面所需时间，以及喷油量为0后，发动机转速达到目标值所需时间，建立代价函数使得两段时间相加最小，同时，达到目标转速时，与减速不同的是没有发动机加速度约束，最终计算25mg/stroke喷油量时间为0.2s，之后到达目标转速附近时间为0.03s，总计0.23s；

计算发动机在目标转速下维持稳定的喷油量，该喷油量为20mg/stroke，以此为喷油量计算的前馈值，反馈部分PID，I环节给数值5，不需要D部分和P部分，反馈控制，发动机转速达到1200转每分钟，总耗时0.3s；

最终在经历步骤S500后，在发动机转速达到目标允许范围内实现齿轮啮合，然后调整喷油到驾驶员需求扭矩，EGR和VGT不受此控制策略影响，按照原本的气路策略执行。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的主旨之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。