混合动力汽车发动机转速模式下失火诊断方法及电子设备
阅读说明：本技术 混合动力汽车发动机转速模式下失火诊断方法及电子设备 (Misfire diagnosis method under engine speed mode of hybrid electric vehicle and electronic equipment ) 是由 秦龙 王冬 王恺 田丰民 柳丛彦 于 2021-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及混合动力控制领域,尤其涉及混合动力汽车发动机转速模式下失火诊断方法及电子设备。在发动机转速闭环调控模式下,通过ISG扭矩和扭矩变化率来补偿失火评价相关系数,充分考虑了ISG扭矩对转速调控的影响,可提高发动机失火监测的准确性和稳定性,有效保护发动机；同时,通过确定预设监测窗口,可在区分失火和未失火特征最佳的区域内进行失火评价,进一步提高了失火监测的准确性；提出了失火评价时间阈值自学习方法,可根据失火评价时间的变化实时更新失火评价时间阈值,使失火诊断的结果更加准确和可靠。(The invention relates to the field of hybrid power control, in particular to a misfire diagnosis method and electronic equipment under a hybrid electric vehicle engine speed mode. Under the engine rotating speed closed-loop regulation mode, the misfire evaluation correlation coefficient is compensated through the ISG torque and the torque change rate, the influence of the ISG torque on the rotating speed regulation is fully considered, the accuracy and the stability of the engine misfire monitoring can be improved, and the engine is effectively protected; meanwhile, by determining the preset monitoring window, the misfire evaluation can be carried out in the area with the best distinguishing misfire and non-misfire characteristics, and the accuracy of misfire monitoring is further improved; the self-learning method of the misfire evaluation time threshold value is provided, and the misfire evaluation time threshold value can be updated in real time according to the change of the misfire evaluation time, so that the misfire diagnosis result is more accurate and reliable.)
技术领域
本发明涉及混合动力控制领域，尤其涉及混合动力汽车发动机转速模式下失火诊断方法及电子设备。
背景技术
传统燃油车主要通过监测曲轴角速度变化的方法进行失火诊断，其原理主要是通过发电机平稳运转和失火时曲轴角速度变化量的不同表现来区分判断。典型的P1+P3混合动力构型，由于发动机运行时存在串联发电和并联直驱两种截然不同的传动方式，ISG(集成启动/发电一体电机)既可以起到助力作用，也可以发电。因此对于曲轴而言，ISG电机会在不同的工况下要么发出正扭矩，驱动曲轴的转动，要么发出负扭矩，作为曲轴的一个负载。ISG扭矩的调控速度比发动机燃烧产生的扭矩调控速度快很多。
在同样的发动机工况下，即发动机转速和扭矩保持恒定，由于ISG调控速度大，在发动机转速闭环调控模式下，ISG扭矩的调控会削弱发动机失火造成的转速波动，若采用现有的发动机失火诊断策略，由于并不考虑ISG扭矩的影响，会造成发动机失火误判。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种混合动力汽车发动机转速模式下失火诊断方法及电子设备，能够在发动机转速闭环调控模式下，提高发动机失火监测的准确性和稳定性，使失火诊断结果更加可靠。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种混合动力汽车发动机转速模式下失火诊断方法，其特征在于：
当ISG扭矩未出现降低，且转速模式下失火诊断激活条件满足时，则进行相应失火诊断策略；
所述的失火诊断策略包括：确定预设监测窗口，记录发动机各缸在所述预设监测窗口的运行时间，并基于ISG扭矩和扭矩变化率补偿所述运行时间，然后确定失火评价时间和失火评价时间阈值，当失火评价时间阈值自学习条件满足时，则进行失火评价时间阈值自学习更新，最后比较失火评价时间是否小于失火评价时间阈值，若是，则发动机未出现失火，若否，则发动机出现失火；
所述失火评价时间阈值自学习更新包括：比较相同工况下的失火评价时间，并记录失火评价时间增加和减少的次数，当失火评价时间阈值更新条件满足时，则更新失火评价时间阈值，并记录失火评价时间阈值更新为增加的次数和更新为减小的次数，同时判断失火评价时间阈值只增加或只减少条件是否满足，若是，则失火评价时间阈值只能更新为增加或只能更新为减少，若否，则失火评价时间阈值可更新为增加也可更新为减少。
进一步的，所述混合动力汽车发动机转速模式下失火诊断方法，具体包括如下步骤：
S1，判断ISG扭矩是否出现降低，具体为判断ISG扭矩变化率是否小于0Nm/s，若是，则发动机未出现失火，若否，则执行步骤S2；
S2，判断转速模式下失火诊断激活条件是否满足，若是，则执行步骤S3，若否，则重新执行步骤S1；
S3，确定预设监测窗口，具体为取发动机各缸压缩上止点附近一定曲轴角度范围，实时记录发动机各缸在所述预设监测窗口的运行时间Tn_Raw，其中n为发动机缸号；
S4，基于ISG扭矩和扭矩变化率补偿所述运行时间，具体为计算出发动机在所述预设监测窗口内ISG扭矩的平均值MISG和ISG扭矩变化率的平均值△MISG，基于所述ISG扭矩的平均值MISG和ISG扭矩变化率的平均值△MISG进行标定查表来确定乘法因子将作为修正后的发动机各缸在预设监测窗口的运行时间；
S5，确定失火评价时间，具体为计算同一缸连续两次的Tn时间差TnDiff，然后再计算上一个燃烧缸连续两次的Tm时间差TmDiff，其中m是上一个燃烧缸的缸号，则TnDiffTotal＝TmDiff–TnDiff即为当前燃烧缸n的失火评价时间；
S6，确定失火评价时间阈值，具体为在一定水温和点火效率下通过台架标定不同转速和负荷下的失火评价时间阈值，然后在实车上在不同水温和负荷下补偿失火评价时间阈值；
S7，判断失火评价时间阈值自学习条件是否满足，若是，则执行步骤S8，若否，则执行步骤S12；
S8，计算一段时间内发动机一定转速、负荷、点火角、水温工况下的失火评价时间的平均值，待发动机再次达到同样转速、负荷、点火角、水温工况时，计算同样时间段内发动机失火评价时间的平均值，比较相邻两次得出的失火评价时间平均值，并使用计数器a和计数器b分别记录失火评价时间增加和减少的次数；
S9，判断失火评价时间阈值更新条件是否满足，具体为比较计数器a和计数器b的值，若计数器b的值小于预设值C，但计数器a的值大于预设值D，则将失火评价时间出现增加时的失火评价时间平均值乘以预设系数A累加到修正前的失火评价时间阈值，并将计数器a和计数器b的值清零，若计数器a的值小于预设值E，但计数器b的值大于预设值F，则将失火评价时间出现减小时的失火评价时间平均值乘以预设系数B累减到修正前的失火评价时间阈值，并将计数器a和计数器b的值清零，若上述两种情况均不满足，则不更新失火评价时间阈值，直接执行步骤S12；
S10，使用计数器c记录失火评价时间阈值更新为增加的次数，使用计数器d记录失火评价时间阈值更新为减小的次数；
S11，判断失火评价时间阈值只增加或只减少条件是否满足，具体为比较计数器c和计数器d的值，若计数器c的值大于计数器d的值超过预设值G，则失火评价时间阈值更新只允许增加，若计数器c的值小于计数器d的值超过预设值H，则失火评价时间阈值更新只允许减小，若上述两种情况均不满足，则失火评价时间阈值更新可增加也可减小。
S12，判断失火评价时间是否小于失火评价时间阈值，若是，则发动机未出现失火，若否，则发动机出现失火。
进一步的，所述转速模式下失火诊断激活条件具体包括：
1)没有断油请求；
2)发动机水温在预设范围内；
3)诊断过程中节气门开度波动较小；
4)发动机处在运行状态；
5)ISG扭矩精度在±2％范围内；
6)混合动力汽车处于发动机转速闭环控制模式；
7)发动机转速波动不超过预设转速波动值。
进一步的，所述发动机水温在预设范围内具体为，发动机水温在40℃至105℃之间；所述诊断过程中节气门开度波动较小具体为，节气门在0.1s内的最大开度和最小开度差小于15％；所述混合动力汽车处于发动机转速闭环控制模式具体为，混合动力汽车离合器脱开或离合器处于脱开到接合过程中；所述发动机转速波动不超过预设转速波动值具体为，发动机转速波动不超过±15rpm。
进一步的，所述ISG扭矩的平均值MISG是由ISG实时扭矩值MISGRaw、ISG转速SISG和离合器的转速SClutch共同决定，具体如下：
式中，为ISG实时扭矩值MISGRaw的平均值，k为系数，SISG(t)和SClutch(t)分别为实时t时刻的ISG转速和离合器转速；
所述ISG扭矩变化率的平均值△MISG的计算方法如下：
式中，K为系数，为ISG扭矩变化率实时值，为采样步长，Δt为采样周期，为上一个采样周期的ISG扭矩变化率值，phi为发动机运转角度，SEng为实时发动机转速；
所述乘法因子式中Tn0_Raw为同样发动机转速和负荷下没有加载ISG扭矩时发动机各缸在所述预设监测窗口的运行时间。
进一步的，所述失火评价时间阈值自学习条件具体包括：
1)未检测到失火；
2)ISG未进行转速调节；
3)发动机处于运行状态；
4)发动机未出现断油；
5)平整路面；
6)发动机转速和负荷均稳定；
7)发动机水温在预设范围内。
进一步的，所述ISG未进行转速调节具体为，ISG扭矩变化率小于0Nm/s；所述发动机转速和负荷均稳定具体为，发动机转速变化率不超过±15rpm，发动机负荷未超过±20mg/l；所述发动机水温在预设范围内具体为，发动机水温在40℃至105℃之间。
进一步的，计算所述失火评价时间出现增加时的失火评价时间平均值时，要先剔除数值中最小的20％和最大的20％，再求平均值；计算所述失火评价时间出现减小时的失火评价时间平均值时，要先剔除数值中最小的20％和最大的20％，再求平均值。
进一步的，所述计数器a、b在清零后，会从零开始再次计数；所述计数器a、b、c、d和失火评价时间阈值均可下电保存。
一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述程序时实现如上述方法所述的步骤。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
1、在发动机转速闭环调控模式下，通过ISG扭矩和扭矩变化率来补偿失火评价相关系数，充分考虑了ISG扭矩对转速调控的影响，可提高发动机失火监测的准确性和稳定性，有效保护发动机；
2、通过确定预设监测窗口，可在区分失火和未失火特征最佳的区域内进行失火评价，进一步提高了失火监测的准确性；
3、提出了失火评价时间阈值自学习方法，可根据失火评价时间的变化实时更新失火评价时间阈值，使失火诊断的结果更加准确和可靠。
附图说明
图1为混合动力汽车主要电控驱动总成示意图；
图2为本发明混合动力汽车发动机转速模式下失火诊断方法逻辑图。
图中：1、发动机；2、集成启动/发电一体电机(ISG)；3、驱动电机；4、高压电池；5、离合器。
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1～2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。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
实施例一，混合动力汽车的主要电控驱动总成如图1所示，包括发动机1、集成启动/发电一体电机(ISG)2、驱动电机3、高压电池4、离合器5。
ISG与发动机直连用于启动、发电和助力；发动机与驱动电机共同输出动力，发动机后布置离合器，用于切换传动状态。纯电状态下，发动机与ISG电机均不工作，动力电池提供电能供给驱动电机驱动车辆；串联状态下，离合器脱开，发动机不参与驱动车辆，仅负责驱动ISG电机发电，供给驱动电机驱动车辆，多余的发电存储进动力电池；并联状态下，离合器接合，发动机直接用于驱动车辆。
发动机转速模式，具体为混合动力汽车离合器脱开或离合器处于脱开到接合过程中，此时发动机转速进行闭环调控。在转速闭环调控过程中，由于ISG的调控，ISG会输出扭矩，如果扭矩为负值，可表征为发动机扭矩可提高ISG进行充电；如果扭矩为正值，可表征为发动机扭矩需要ISG进行电动，驱动发动机进行转速稳定性。
根据本发明实施的混合动力汽车发动机转速模式下失火诊断方法如图2所示，包括以下步骤：
S1，判断ISG扭矩是否出现降低，具体为判断ISG扭矩变化率是否小于0Nm/s，若是，则发动机未出现失火，若否，则执行步骤S2。
其中，ISG扭矩降低说明此时发动机转速调控未经由ISG来调控，此时未出现失火。
S2，判断转速模式下失火诊断激活条件是否满足，若是，则执行步骤S3，若否，则重新执行步骤S1。
其中，所述转速模式下失火诊断激活条件具体包括：
1)没有断油请求；
2)发动机水温在预设范围内，具体为发动机水温在40℃至105℃之间；
3)诊断过程中节气门开度波动较小，具体为节气门在0.1s内的最大开度和最小开度差小于15％；
4)发动机处在运行状态；
5)ISG扭矩精度在±2％范围内；
6)混合动力汽车处于发动机转速闭环控制模式，具体为混合动力汽车离合器脱开或离合器处于脱开到接合过程中；
7)发动机转速波动不超过预设转速波动值，具体为发动机转速波动不超过±15rpm。
S3，在允许进入失火诊断后，确定预设监测窗口，实时记录发动机各缸在所述预设监测窗口的运行时间Tn_Raw，其中n为发动机缸号(本实例中发动机为四缸机，则n可以取0,1,2,3)。
其中，所述预设监测窗口具体为发动机各缸压缩上止点附近一定曲轴角度范围，在预设的监测窗口内根据失火评价方法评价是否失火发生。预设监测窗口的确定目的是找到一个最佳的可以区分失火和未失火的特征区域，在最佳区域内评价发动机失火与否，可提高发动机失火监测的准确性。
S4，基于ISG扭矩和扭矩变化率补偿所述运行时间，具体为计算出发动机在所述预设监测窗口内ISG扭矩的平均值MISG和ISG扭矩变化率的平均值△MISG，基于所述ISG扭矩的平均值MISG和ISG扭矩变化率的平均值△MISG进行标定查表来确定乘法因子将作为修正后的发动机各缸在预设监测窗口的运行时间。
其中，所述ISG扭矩的平均值MISG是由ISG实时扭矩值MISGRaw、ISG转速SISG和离合器5的转速SClutch共同决定。主要是考虑到ISG发出的扭矩一方面需要对发动机扭矩进行补偿，另一方面会由于ISG与离合器端传动系统链接的扭振干扰而进行补偿。
其中为ISG实时扭矩值MISGRaw的平均值，k为系数，本实例取0.2308r/min，其中SISG(t)和SClutch(t)分别代表实时t时刻的ISG转速和离合器转速。
ISG扭矩变化率的平均值△MISG的计算方法如下，为了保证扭矩变化率的平顺性：
为ISG扭矩变化率实时值，其中
为上一个采样周期的ISG扭矩变化率值，其中采样周期Δt＝10ms。
为ISG扭矩变化率的平均值，其中，K为系数，本实例取0.34(r/min)2。
进一步的，为了确定采样步长ΔT，首先确定扭矩变化率采样的发动机角度周期phi：对于四冲程发动机而言，发动机每转2圈各气缸均完成一次进气，每一次进气均会造成扭矩的真实变化，需要基于发动机转速(即发动机角度)进行采样计算更能代表扭矩变化率的真实性。最大的发动机角度周期务必是各缸进气冲程的平均发动机运转角度，即720°/N，其中720°是指发动机转2圈的曲轴角度，N为发动机缸数，那么各缸进气冲程的平均发动机运转角度为720°/N。那么为了进一步提高控制精度，进一步细化采样周期，但要保持一个原则，ΔT对应的发动机运转角度phi能够被720°/N整除，采样周期过小有会对控制系统运算负载率提高，最终phi由项目开发精度需求来权衡(本实例为4缸机，发动机角度周期phi为22.5°，那么发动机失火误报率和漏报率均低于1％)。
基于用于计算扭矩变化率的发动机运转角度phi和实时发动机转速SEng(rpm)来确定采样步长ΔT：
其中，phi能够被720°/N整除。
更进一步的，所述乘法因子的标定获得方法根据在不同转速下通过不同程度上设置ISG扭矩和不同扭矩变化率的初始运行时间Tn_Raw，将同样发动机转速和负荷下没有加载ISG扭矩时的运行时间Tn0_Raw，则乘法因子等于Tn0_Raw/Tn_Raw。
S5，确定失火评价时间，具体为计算同一缸连续两次的Tn时间差TnDiff，然后再计算上一个燃烧缸连续两次的Tm时间差TmDiff，其中m是上一个燃烧缸的缸号，则TnDiffTotal＝∣TmDiff–TnDiff∣即为当前燃烧缸n的失火评价时间。
S6，根据发动机转速、负荷、水温、点火效率确定失火评价时间阈值，具体为在一定水温和点火效率下通过台架标定不同转速和负荷下的失火评价时间阈值，然后在实车上在不同水温和负荷下补偿失火评价时间阈值。
失火评价时间阈值的确定方法如下，失火(通过失火发生器设置失火)时的时间标准作为该工况下的失火评价时间阈值：
在失火监测窗口区域内的任意工况下，失火时间标准在没有失火和失火发生时的计算值组成统计数据分别为S1和S2，假设它们均满足正态分布，则一个有效的算法应当满足以下条件，即三倍标准差原理。
μ1和μ2分别为大量数据采样(数据采样不小于10000)得到的该工况下没有发生失火和发生失火时的失火时间标准的平均值；
σ1和σ1分别为大量数据采样(数据采样不小于10000)得到的该工况下没有发生失火和发生失火时的失火时间标准的标准差值。
S7，判断失火评价时间阈值自学习条件是否满足，若是，则执行步骤S8，若否，则执行步骤S12。
其中，所述失火评价时间阈值自学习条件具体包括：
1)未检测到失火；
2)ISG未进行转速调节，具体为ISG扭矩变化率小于0Nm/s；
3)发动机处于运行状态；
4)发动机未出现断油；
5)平整路面；
6)发动机转速和负荷均稳定，具体为发动机转速变化率不超过±15rpm，发动机负荷未超过±20mg/l；
7)发动机水温在预设范围内，具体为发动机水温在40℃至105℃之间。
S8，计算一段时间内(本实例该时间段为5s)发动机一定转速、负荷、点火角、水温工况下的失火评价时间的平均值，待发动机再次达到同样转速、负荷、点火角、水温工况时，计算同样时间段内(本实例该时间段为5s)发动机失火评价时间的平均值，比较相邻两次得出的失火评价时间平均值，并使用计数器a和计数器b分别记录失火评价时间增加和减少的次数。
S9，判断失火评价时间阈值更新条件是否满足，具体为比较计数器a和计数器b的值：
若计数器b的值小于预设值C(本实例取200)，但计数器a的值大于预设值D(本实例取2000)，则将失火评价时间出现增加时的失火评价时间平均值乘以预设系数A(本实例取0.001)累加到修正前的失火评价时间阈值，并将计数器a和计数器b的值清零。
其中，计算所述失火评价时间出现增加时的失火评价时间平均值时，要先剔除所述出现增加时的失火评价时间中数值最小的20％和最大的20％，再求平均值。
若计数器a的值小于预设值E(本实例取20)，但计数器b的值大于预设值F(本实例取200)，则将失火评价时间出现减小时的失火评价时间平均值乘以预设系数B(本实例取0.03)累减到修正前的失火评价时间阈值，并将计数器a和计数器b的值清零。
其中，计算所述失火评价时间出现减小时的失火评价时间平均值时，要先剔除所述出现减小时的失火评价时间中数值最小的20％和最大的20％，再求平均值。
进一步的，预设系数A不大于预设系数B，且预设值C大于预设值E，如此标定的原因是，在失火评价时间阈值减小时，更容易检测到失火。
更进一步的，本发明更新失火评价时间阈值的原因是，发动机喷油点火进气等零部件的老化，导致发动机燃烧不稳定而可能出现失火，本发明通过大量试验发现零部件老化后工作性能恶化，燃烧效果不稳定，发动机出现失火的概率更容易发生，因此有必要通过相应预设系数对失火评价时间阈值进行更新。
若上述两种情况均不满足，则不更新失火评价时间阈值，直接执行步骤S12。
其中，计数器a和计数器b清零后可再次根据前面的方法来累加评价时间增加和减少的次数。
S10，使用计数器c记录失火评价时间阈值更新为增加的次数，使用计数器d记录失火评价时间阈值更新为减小的次数。
S11，判断失火评价时间阈值只增加或只减少条件是否满足，具体为比较计数器c和计数器d的值：
若计数器c的值大于计数器d的值超过预设值G(本实例取12000)，则失火评价时间阈值更新只允许增加；
若计数器c的值小于计数器d的值超过预设值H(本实例取12000)，则失火评价时间阈值更新只允许减小；
若上述两种情况均不满足，则失火评价时间阈值更新可增加也可减小。
S12，判断失火评价时间是否小于失火评价时间阈值，若是，则发动机未出现失火，若否，则发动机出现失火。
其中，所述计数器a、b、c、d和失火评价时间阈值均可下电保存。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的所有方法步骤或部分方法步骤。
实施例二，本实施例的原理和技术方案与实施例一基本相同，其不同之处在于：在所述转速模式下失火诊断激活条件前6项满足后，尝试进入失火诊断，如果在进入失火诊断后发动机转速波动超过预设转速(±15rpm)，则终止失火诊断；如果进入失火诊断后发动机转速波动不超过预设转速(±15rpm)，则进入失火诊断。
实施例三，本实施例的原理和技术方案与实施例一基本相同，其不同之处在于：在步骤S8之后，判断失火评价时间阈值更新条件满足，只有满足才更新失火评价时间阈值，否则不更新失火评价时间阈值。
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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