一种水陆两栖车用发动机多功率控制方法及系统
阅读说明：本技术 一种水陆两栖车用发动机多功率控制方法及系统 (Multi-power control method and system for engine of amphibious vehicle ) 是由 胡伟 吴卫星 周忠胜 张强 况文宇 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明属于发动机控制领域,并具体公开了一种水陆两栖车用发动机多功率控制方法及系统。所述方法包括动力分配器选择“水上”或“陆地”档位,发动机ECU导入动力分配器陆地挡结合状态信号,若为“Y”,发动机ECU控制发动机输出扭矩,做低功率输出,若为“N”,发动机ECU控制发动机输出扭矩,做高功率输出,并判断是否进入水上短时极限工作模式。所述系统包括发动机、动力分配器、变速箱、桨叶以及控制系统,控制系统包括发动机ECU和整车控制器VCU。本发明能满足陆地行驶低功率、水上高速滑行高功率、水上过渡起滑航行极限功率的功率输出,有效的减轻了车辆整备重量、提升了载重量和最高航速等性能、提高了整车陆地行驶经济性。(The invention belongs to the field of engine control, and particularly discloses a multi-power control method and system for an amphibious vehicle engine. The method comprises the steps that a power divider selects a water gear or a land gear, an engine ECU (electronic control unit) introduces a land gear combination state signal of the power divider, if the gear is Y, the engine ECU controls the output torque of the engine and performs low-power output, if the gear is N, the engine ECU controls the output torque of the engine and performs high-power output, and whether the power divider enters a water short-time limit working mode or not is judged. The system comprises an engine, a power distributor, a gearbox, blades and a control system, wherein the control system comprises an engine ECU and a vehicle control unit VCU. The invention can meet the power output of low power during land running, high power during high-speed sliding on water and limit power during transition sliding starting on water, effectively reduces the vehicle servicing weight, improves the performances of load capacity, maximum navigational speed and the like, and improves the land running economy of the whole vehicle.)
技术领域
本发明属于发动机动力控制领域，更具体地，涉及一种水陆两栖车用发动机多功率控制方法及系统。
背景技术
高速水陆两栖车具有在陆地和水上快速行驶的能力，在不同的工况下对发动机的功率输出需求不同。当车辆在陆地行驶时，其功率需求与普通车辆无异，只需要较小的功率即可满足动力性需求。当车辆在水上高速航行时对功率需求远大于陆地行驶，在实际应用中，车辆在水上航行到达最高航速之前，航行阻力会短时间达到峰值，之后随着航速增加逐渐降低然后再继续增加，如图4所示。
目前常用的发动机功率控制方法，一种是采用单功率控制方法，在陆地和水上采用同一种功率控制。车辆需根据水上航行时的峰值阻力以及相应航速来选择高功率发动机，而陆地行驶工况下传动系统为了匹配高功率的发动机，相应的变速箱、传动轴等输入功率、扭矩均相应增大，从而导致传动系统体积、重量都较大。这会造成传动系统布置困难，同时整车整备质量较大对车辆陆地行驶和水上航行的性能都会产生不利影响，形成恶性循环，导致两栖车辆的成本增高、燃油经济性变差。
中国专利CN107914775A公开了一种双功率专用车底盘及控制方法，该控制方法主要提供了一种双功率专用车底盘构成及双功率控制方法。其发动机双功率控制逻辑为通过车速是否为0判断发动机功率进入低功率或高功率模式。该专利涉及的功率判断模式与两栖车功率选择有很大差别。两栖车辆发动机功率的选择受到水上航行及陆地航行工况的影响，还受到节气门开度、航行加速度、航行速度、加速时间等诸多因素影响，控制策略与该专利完全不同，应用场景也完全不同。
水陆两栖车辆在陆地行驶时，只需要较小的功率即可满足动力性需求。当车辆在水上高速航行时功率需求较大，同时由于行驶条件发生变化，受到诸如水流方向、风向、温度、海拔、紧急救援超载、船舱渗水等不可控因素的影响，发动机功率往往不足以克服车辆在达到最高航速滑行状态前的阻力峰值，导致车辆无法达到一个较高的、较经济的航速。
因此设计一种既能满足陆地行驶低功率、水上高速滑行高功率、水上过渡起滑航行极限功率等多种功率输出的发动机控制方法及系统，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种水陆两栖车用发动机多功率控制方法及系统，其中结合水陆两栖车自身的特征及其发动机功率控制特点，相应设计了一种既能满足陆地行驶低功率、水上高速滑行高功率、水上过渡起滑航行极限功率等多种功率输出的发动机控制方法及系统，相应的能满足陆地行驶低功率、水上高速滑行高功率、水上过渡起滑航行极限功率等多种功率输出，有效的减轻了车辆整备重量、提升了载重量和最高航速等性能、提高了整车陆地行驶经济性。利用发动机可短时运行于极限工况的固有特性，控制发动机在极限工作模式下短时高功率输出，增强了车辆在恶劣环境下航行的机动性、续航里程以及生存能力。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种水陆两栖车用发动机多功率控制方法，包括以下步骤：
步骤一，动力分配器选择“水上”或“陆地”档位，发动机ECU导入动力分配器陆地挡结合状态信号，如为“Y”则进入步骤二，如为“N”则进入步骤三；
步骤二，发动机ECU判定车辆进入陆地行驶或登陆行驶状态，发动机ECU控制发动机输出扭矩，做低功率输出；
步骤三，发动机ECU判定车辆进入水上航行模式，发动机ECU控制发动机输出扭矩，做高功率输出，进入步骤四；
步骤四，发动机ECU判定车辆是否进入水上短时极限工作模式，若是，则发动机ECU控制发动机输出扭矩，做极限功率输出，持续指定时间后返回步骤一，若否，则返回步骤一。
作为进一步优选的，步骤四中，发动机ECU接收以下信号并据此判断车辆是否进入水上短时极限工作模式：
(1)极限功率输出使用时间间隔Δt是否大于2分钟；
(2)发动机节气门开度k是否大于等于98％；
(3)水上航行加速度是否小于等于0.5m/s2；
(4)水上航行速度是否小于等于30km/h；
以上条件均为是，则判定车辆进入水上短时极限工作模式。
作为进一步优选的，步骤四中，所述指定时间的范围为30～120秒。
按照本发明的另一个方面，还提供了一种水陆两栖车用发动机多功率控制系统，该系统用于实现上述的方法，包括发动机、动力分配器、变速箱、桨叶以及控制系统，其中，
所述动力分配器用于选择“水上”或“陆地”档位；
所述动力分配器位于发动机和变速箱之间，该动力分配器用于将发动机输出的不同功率的动力分别输出给桨叶(或喷泵)和变速箱；
所述控制系统包括发动机ECU和整车控制器VCU，所述发动机ECU与整车控制器VCU通信连接，该发动机ECU用于接收反馈整车控制器VCU的信息，并根据其获取的信息判定车辆进入陆地行驶、登陆行驶状态或者水上短时极限工作模式。
作为进一步优选的，所述变速箱的输出端传动连接陆地分动箱，该分动箱通过前桥传动轴与前桥总成传动连接，同时，该分动箱通过后桥传动轴与后桥传动总成传动连接。
作为进一步优选的，所述发动机设置有一台或者多台，所述桨叶(喷泵)设置有一个或者多个。
作为进一步优选的，进入所述水上短时极限工作模式需同时满足以下要求：
(1)极限功率输出使用时间间隔Δt是否大于2分钟；
(2)发动机节气门开度k是否大于等于98％；
(3)水上航行加速度是否小于等于0.5m/s2；
(4)水上航行速度是否小于等于30km/h。
作为进一步优选的，每次所述水上短时极限工作模式的工作时间范围为为30～120秒。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明控制方法既能满足陆地行驶低功率、水上高速滑行高功率、水上过渡起滑航行极限功率等多种功率输出,有效的减轻了车辆整备重量、提升了载重量和最高航速等性能、提高了整车陆地行驶经济性。利用发动机可短时运行于极限工况的固有特性，控制发动机在极限工作模式下短时高功率输出，增强了车辆在恶劣环境下航行的机动性、续航里程以及生存能力。
2.本发明克服现有方案存在体积大、重量大、经济性不好、恶劣工况航行性能不高等问题，提供一种既能满足陆地行驶低功率、水上高速滑行高功率、水上过渡起滑航行极限功率等多种功率输出的发动机控制方法及系统。
3.本发明通过对不同航行模式下发动机变速箱扭矩和功率输出的计算与判断，在不同的模式下输出不同的扭矩和功率，提高了系统的功率输出效率。
附图说明
图1是本发明实施例涉及的一种水陆两栖车用发动机多功率控制方法的流程图；
图2是本发明实施例涉及的一种水陆两栖车用发动机多功率控制方法中水上短时极限工作模式信号传递图；
图3是本发明实施例涉及的一种水陆两栖车用发动机多功率控制系统的动力分配结构示意图；
图4是现有技术中高速水陆两栖车在水上航行到达最高航速之前，航行速度与航行阻力的关系图；
图5发明实施例涉及的一种水陆两栖车用发动机多功率控制系统中发动机功率控制曲线图。
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-发动机,2-动力分配器，3-变速箱，4-桨叶(或喷泵)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1和图3所示，本发明实施例提供的一种水陆两栖车用发动机多功率控制方法,其在实施过程中主要使用了下述系统:该系统包括发动机1、动力分配器2、变速箱3、桨叶4(或喷泵)等组成，还包括发动机ECU，以及整车控制器VCU等控制系统。其中,动力分配器2位于发动机1和变速箱3之间，动力分配器用于将不同功率的动力分别输出给桨叶(或喷泵)和变速箱。变速箱驱动陆地传动系统，桨叶(或喷泵)驱动水上传动系统。
通过上述系统,本发明的控制方法包括以下步骤:
步骤一，动力分配器选择“水上”或“陆地”档位，发动机ECU导入动力分配器陆地挡结合状态信号，如为“Y”则进入步骤二，如为“N”则进入步骤三.其中,“Y”为确定进入“陆地”档位,“N”为不进入“陆地”档位,即进入“水上”档位。
步骤二，发动机ECU判定车辆进入陆地行驶或登陆行驶状态，发动机ECU控制发动机输出扭矩，做低功率输出；
步骤三，发动机ECU判定车辆进入水上航行模式，发动机ECU控制发动机输出扭矩，做高功率输出，进入步骤四；
步骤四，发动机ECU判定车辆是否进入水上短时极限工作模式，若是，则发动机ECU控制发动机输出扭矩，做极限功率输出，持续30～120秒中某一个时间数值后返回步骤一，若否，则返回步骤一。
在本步骤中,发动机ECU接收以下信号并据此判断车辆是否进入水上短时极限工作模式：
(1)极限功率输出使用时间间隔Δt是否大于2分钟；
(2)发动机节气门开度k是否大于等于98％；
(3)水上航行加速度是否小于等于0.5m/s2；
(4)水上航行速度是否小于等于30km/h；
以上条件均为是，则判定车辆进入水上短时极限工作模式。
本发明中的控制方法，实现陆地行驶低功率、水上长时航行高功率、水上起滑航行极限功率等三种功率需求。同时，作为本发明的一个实施例，本发明方法中，还通过裁剪控制方法，实现陆地行驶低功率、水上航行高功率等两种功率需求。即通过裁减方法，将步骤三和步骤四进行拦截锁定，直接返回至步骤一。
本发明控制方法通过控制发动机的不同输出功率满足车辆不同行驶工况的需求，有效的减轻了车辆整备重量、提升了载重量和最高航速等性能、提高了整车陆地行驶经济性。利用发动机可短时运行于极限工况的固有特性，控制发动机在极限工作模式下短时高功率输出，增强了车辆在恶劣环境下航行的机动性、续航里程以及生存能力。
按照本发明的另一个方面,还提供了一种水陆两栖车用发动机多功率控制系统,该系统包括发动机1、动力分配器2、变速箱3、桨叶4以及控制系统，其中，所述动力分配器2用于选择“水上”或“陆地”档位；所述动力分配器2位于发动机1和变速箱3之间，该动力分配器2用于将发动机1输出的不同功率的动力分别输出给桨叶4和变速箱3；动力分配器2位于发动机1和变速箱3之间，动力分配器用于将不同功率的动力分别输出给桨叶(或喷泵)和变速箱。变速箱用于驱动陆地传动系统，桨叶(或喷泵)用于驱动水上传动系统。所述控制系统包括发动机ECU和整车控制器VCU，所述发动机ECU与整车控制器VCU通信连接，该发动机ECU用于导出取整车控制器VCU的信息，并根据其获取的信息判定车辆进入陆地行驶、登陆行驶状态或者水上短时极限工作模式。
更具体的,动力分配器2选择“水上”或“陆地”档位，发动机ECU导入动力分配器陆地挡结合状态信号，当获取的信号为“陆地”档位时,发动机ECU判定车辆进入陆地行驶或登陆行驶状态，发动机ECU控制发动机输出扭矩，做低功率输出。当获取的信号为“水上”档位时，发动机ECU判定车辆进入水上航行模式，发动机ECU控制发动机输出扭矩，做高功率输出。在水上航行模式中，发动机ECU判定车辆是否进入水上短时极限工作模式，若是，则发动机ECU控制发动机输出扭矩，做极限功率输出，持续30～120秒中某一个数值后，发动机ECU会重新导入动力分配器陆地挡结合状态信号。
在本发明的一个优选实施例中，所述变速箱3的输出端传动连接分动箱，该分动箱通过前桥传动轴与前桥总成传动连接，同时，该分动箱通过后桥传动轴与后桥传动总成传动连接。
在本发明的另一个优选实施例中，所述发动机1设置有一台或者多台，所述桨叶4设置有一个或者多个。
在本发明的一个实施例中，陆地行驶系统包括发动机、带一轴取力器、变速箱传动轴和后桥，发动机1输出端连接变速箱的输入端，变速箱的输出端通过传动轴连接后桥，一轴取力器位于发动机与变速箱之间，输入端连接发动机，输出端连接上装作业系统的输入端。
控制系统包括上装工作开关、发动机ECU、整车控制器VCU。所述上装工作开关电连接发动机ECU并向整车控制器VCU发送工作状态信号。所述整车控制器VCU与发动机ECU信号连接。
上述系统的控制方法步骤如下：
步骤I：动力分配器选择“水上”或“陆地”档位，发动机ECU导入动力分配器陆地挡结合状态信号，如为“Y”则进入步骤II，如为“N”则进入步骤III；
步骤II：发动机ECU判定车辆进入陆地行驶或登陆行驶状态，发动机ECU控制发动机输出扭矩，做低功率输出；
步骤III：发动机ECU判定车辆进入水上航行模式，发动机ECU控制发动机输出扭矩，做高功率输出；进入步骤IV；
步骤IV：发动机ECU接收并判断以下信号：
(1)极限功率模式使用时间间隔Δt是否大于2分钟；
(2)节气门开度k是否大于等于98％；
(3)水上航行加速度是否小于等于0.5m/s2；
(4)水上航行速度小于等于30km/h；
以上条件均为“Y”则进入步骤V，否则返回步骤I。
步骤V：判定车辆进入水上短时极限工作模式，发动机ECU控制发动机输出扭矩，做极限功率输出，持续时间t为30～120秒中某一个数值，并返回步骤I。
其中，发动机ECU接收不限于步骤IV所述的特例值信号。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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