阅读说明：本技术 一种基于点火放电电离信号的发动机转矩检测方法 (A kind of motor torque detection method based on ignition discharge ionization signal ) 是由 刘寅童 李堂科 张珺涪 梁琳 卢方军 郭七一 于 2019-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于点火放电电离信号的发动机转矩检测方法,包括正常运行发动机,读取当前运行工况下的发动机转速；确定各燃烧循环的放电电离持续时间；确定当前运行工况下的放电电离平均持续时间；计算当前运行工况下的发动机转矩；以及将当前运行工况下的发动机转矩作为发动机转矩检测值输出。采用本发明能对发动机转矩进行稳定、准确检测,同时降低成本。(The invention discloses a kind of motor torque detection methods based on ignition discharge ionization signal, including operate normally engine, read the engine speed under current operating condition；Determine the electric discharge ionization duration of each burn cycle；Determine the electric discharge ionization average duration under current operating condition；Calculate the motor torque under current operating condition；And it is exported the motor torque under current operating condition as motor torque detected value.Motor torque can be stablized using the present invention, accurate detection, while reduce cost.)

一种基于点火放电电离信号的发动机转矩检测方法

技术领域

本发明涉及发动机检测领域，具体涉及一种基于点火放电电离信号的发动机转矩检测方法。

背景技术

整车运行工况与发动机的运行工况密切相关，整车的动力性、经济性及排放性能均直接受到发动机运行工况影响，同时发动机工况信息也是变速器控制的主要输入参数之一。通常开发过程中，发动机在台架上完成标定后，搭载整车只能够对其转速进行直接测量，但发动机的实际输出转矩仅能够通过控制单元的转矩模型计算得到，其与真实值的差异直接受到转矩模型的标定精度影响。但在整车实际运行工况下，因为存在大量瞬态工况，并且随着里程增加，发动机状态发生变化，转矩计算值与真实值的误差会有增加，从而影响变速器正常工作，造成整车性能异常。传统动力汽车因为动力总成仅由发动机和变速器构成，对于发动机转矩值判断的容错率相对较大。但针对当下快速发展的混合动力汽车，其动力总成需要发动机、电机协同输出转矩至变速器，这使得控制单元需要提前计算发动机与电机的功率输出需求比例，并分别对发动机和电机发出目标转矩。因此，在混合动力汽车中，发动机转矩判断精度不仅影响了变速器工作，还会对电机及电池工作状态造成影响。由于影响范围增加，发动机转矩判断的容错率大幅下降，这就在整车上需求更高精度的发动机转矩检测。

目前，除了发动机控制单元的转矩模型外，发动机输出转矩还可通过转矩传感器测量、基于发动机缸内压力计算等方式测量。但在整车上无法轻易安装转矩传感器；而缸压传感器成本较高，易损坏，也不易于在整车上批量应用。

CN103603731A公开了一种基于离子电流的发动机转矩估计方法，其采用离子电流信号第二峰值（即燃烧峰值）与基于缸压传感器的指示扭矩关联分析，从而估算发动机转矩的方法。这种方法存在如下问题：（1）在大部分情况下，发动机缸内燃烧（为化学反应）产生的离子电流信号循环波动大，燃烧峰值与转矩的拟合关系不稳定，从而影响最终的转矩估计结果；（2）需要采用缸压传感器，成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于点火放电电离信号的发动机转矩检测方法，以对发动机转矩进行稳定、准确检测，同时降低成本。

本发明所述的基于点火放电电离信号的发动机转矩检测方法，包括：

步骤一、正常运行发动机，读取当前运行工况下的发动机转速；

步骤二、采集当前运行工况下各燃烧循环的缸内离子电流信号，并进行处理，以点火放电时刻为起点，提取各燃烧循环的放电电离持续时间；

步骤三、对预设数量的连续燃烧循环的放电电离持续时间进行平均值计算，并滚动更新，得到当前运行工况下的放电电离平均持续时间；

步骤四、将所述发动机转速和所述放电电离平均持续时间代入发动机转矩数据表，采用插值法计算得到当前运行工况下的发动机转矩；其中，所述发动机转矩数据表为标定得到的发动机转速、放电电离平均持续时间与发动机转矩的对应关系表；

步骤五、将当前运行工况下的发动机转矩作为发动机转矩检测值输出。

优选的，所述发动机转矩数据表通过如下步骤标定得到：

第一步、在发动机台架上使发动机按照万有特性工况中的某一个工况运行，采集该工况下的发动机转速、发动机转矩和各燃烧循环的缸内离子电流信号，然后执行第二步；

第二步、判断该工况下各燃烧循环的缸内离子电流信号的点火放电时刻与从点火线圈上测得的点火时刻是否完全对应，如果是，则执行第三步，否则结束本次标定；

第三步、判断该工况下各燃烧循环的缸内离子电流信号的电压值是否都能达到采样系统测量电压最大值，如果是，则执行第五步，否则执行第四步；

第四步、调节缸内离子电流检测电路的分压比例，然后返回执行第一步；

第五步、在发动机台架上使发动机按照万有特性工况中的剩余工况运行，采集剩余工况下的发动机转速、发动机转矩和各燃烧循环的缸内离子电流信号，然后执行第六步；

第六步、对各个工况下各燃烧循环的缸内离子电流信号进行处理，以点火放电时刻为起点，提取各个工况下各燃烧循环的放电电离持续时间，然后执行第七步；

第七步、将同一工况下各燃烧循环的放电电离持续时间进行平均值计算，得到该工况下的放电电离平均持续时间，然后执行第八步；

第八步、重复第七步，直至将发动机万有特性工况中的所有工况测完，得到各个工况下的放电电离平均持续时间，然后执行第九步；

第九步、将各个工况下的发动机转速、发动机转矩、放电电离平均持续时间对应，并进行矩阵化处理，得到所述发动机转矩数据表。

优选的，在标定得到发动机转矩数据表的步骤中，发动机转速范围至少覆盖1000r/min至额定功率转速，发动机转矩范围至少覆盖怠速工况转矩至外特性工况转矩，各个工况下的燃烧循环数≥50个。

优选的，所述放电电离持续时间为缸内离子电流信号的电压值达到采样系统测量电压最大值并维持的时间。

优选的，所述放电电离持续时间通过如下方式获得：

确定缸内离子电流信号的电压值达到采样系统测量电压最大值时所对应的曲轴转角α₁和缸内离子电流信号的电压值从采样系统测量电压最大值开始减小时所对应的曲轴转角α₂；

将α₂与α₁相减，得到曲轴转角变化量△α，利用转速将曲轴转角变化量△α转换为时间，将该时间作为所述放电电离持续时间（即将曲轴转角变化量△α与转速相除，并经换算，得到的时间即为所述放电电离持续时间）。

本发明具有如下效果：

（1）与基于转矩传感器和缸压传感器测量发动机转矩的方法相比，本发明中的传感器为产品火花塞，更易于在整车上安装，应用成本较低。

（2）与基于离子电流信号第二峰值（即燃烧峰值）进行发动机转矩估计的方法相比，本发明以点火放电阶段电离产生的缸内离子电流信号为基础，以放电电离持续时间作为参考变量，而放电电离持续时间是受到不同工况下的缸内充气量影响，主要为物理作用，比起燃烧的化学作用，循环波动率更低，发动机转矩检测稳定性、准确度更高；并且本发明不需要借助缸压传感器，成本更低。

（3）本发明既可用于离线发动机转矩检测，也可用于发动机搭载整车在线转矩检测。

（4）本发明所采用的转矩检测形式，操作简单，与当前发动机控制单元的控制参数查表设定模式相似，能够在产品中快速应用，减少了额外定制开发工作量，应用效率较高。

附图说明

图1为本实施例的检测流程图。

图2为本实施例中发动机转矩数据表的标定流程图。

图3为本实施例中所采用的发动机的缸内离子电流信号示意图。

图4为本实施例中发动机转速-放电电离平均持续时间-发动机转矩的等高线关系示意图。

具体实施方式

在进行发动机转矩检测前，需要先进行标定，以得到发动机转矩数据表，发动机转矩数据表为标定得到的发动机转速、放电电离平均持续时间与发动机转矩的对应关系表。

如图2、图3所示，发动机转矩数据表通过如下步骤标定得到：

第一步、在发动机台架上使发动机按照万有特性工况中的某一个工况运行，采集该工况下的发动机转速、发动机转矩和各燃烧循环（本实施例中的取值为50个燃烧循环）的缸内离子电流信号，然后执行第二步；

第二步、判断该工况下50个燃烧循环的缸内离子电流信号的点火放电时刻与从点火线圈上测得的点火时刻是否完全对应，如果是，则执行第三步，否则结束本次标定；

第三步、判断该工况下50个燃烧循环的缸内离子电流信号的电压值是否都能达到采样系统测量电压最大值（本实施例中取值为5V），如果是，则执行第五步，否则执行第四步；

第四步、调节缸内离子电流检测电路的分压比例，然后返回执行第一步，直至该工况下50个燃烧循环的缸内离子电流信号的电压值都能达到5V；

第五步、在发动机台架上使发动机按照万有特性工况中的剩余工况运行，采集剩余工况下的发动机转速、发动机转矩和50个燃烧循环的缸内离子电流信号，然后执行第六步；

第六步、对各个工况下50个燃烧循环的缸内离子电流信号进行处理，以点火放电时刻为起点，提取各个工况下50个燃烧循环的放电电离持续时间，然后执行第七步；其中，放电电离持续时间为缸内离子电流信号的电压值达到5V并维持的时间，通过如下方式获取：首先，确定缸内离子电流信号的电压值达到5V时所对应的曲轴转角α₁（即点火放电时刻所对应的曲轴转角α₁）和缸内离子电流信号的电压值从5V开始减小时所对应的曲轴转角α₂；其次，将α₂与α₁相减，得到曲轴转角变化量△α，利用转速将曲轴转角变化量△α转换为时间，将该时间作为放电电离持续时间（即将曲轴转角变化量△α与转速相除，并经换算，得到的时间即为放电电离持续时间）；

第七步、将同一工况下50个燃烧循环的放电电离持续时间进行平均值计算，得到该工况下的放电电离平均持续时间，然后执行第八步；

第八步、重复第七步，直至将发动机万有特性工况中的所有工况测完，得到各个工况下的放电电离平均持续时间，然后执行第九步；

第九步、将各个工况下的发动机转速、发动机转矩、放电电离平均持续时间对应，并进行矩阵化处理，得到发动机转矩数据表。其中，X变量为发动机转速，Y变量为放电电离平均持续时间，Z变量为发动机转矩。采用发动机转矩数据表中的数据可得到图4所示的某个型号的发动机对应的三维坐标系等高线图，发动机转矩变化梯度与发动机转速、放电电离平均持续时间有较明显的单调变化关系。

如图1所示的基于点火放电电离信号的发动机转矩检测方法，包括：

步骤一、正常运行发动机，从发动机控制单元读取当前运行工况下的发动机转速（该发动机转速也可以是发动机转速传感器直接测量的转速）。

步骤二、确定各燃烧循环的放电电离持续时间：采集当前运行工况下各燃烧循环的缸内离子电流信号，并进行处理，以点火放电时刻为起点，提取各燃烧循环的放电电离持续时间。该放电电离持续时间为缸内离子电流信号的电压值达到5V并维持的时间，其获取方式与前述第六步中描述的放电电离持续时间的获取方式相同。

步骤三、确定当前运行工况下的放电电离平均持续时间：对预设数量的连续燃烧循环（本实施例中取值为15个连续燃烧循环）的放电电离持续时间进行平均值计算，并滚动更新，得到当前运行工况下的放电电离平均持续时间。

步骤四、计算当前运行工况下的发动机转矩：将前述发动机转速和前述放电电离平均持续时间代入前述发动机转矩数据表，采用最近邻插值法计算得到当前运行工况下的发动机转矩。

步骤五、将当前运行工况下的发动机转矩作为发动机转矩检测值输出。