电液式可变配气机构对气门型线特征的跟踪控制方法技术

本发明专利技术提供一种电液式可变配气机构对气门型线特征的跟踪控制方法，状态包括：一：配气机构启动或目标气门运动型线变更；二：控制信号查询；三：最大稳定升程跟踪控制；四：比较实际最大稳定升程与目标最大稳定升程，检测配气机构此循环最大稳定升程与目标最大稳定升程差值是否在一定阈值范围内；若气门运动最大稳定升程已经处于ECU内部程序所规定的阈值范围内时，开启对于气门运动正时的跟踪控制；五：气门运动型线的综合跟踪与校正控制；气门正时与气门升程的识别依靠电液式无凸轮可变配气机构气门运动型线上升与下降过程单调性与气门达到最大稳定升程后的稳定性识别。本发明专利技术满足对于目标气门运动型线特征跟踪的精确性要求。对于目标气门运动型线特征跟踪的精确性要求。对于目标气门运动型线特征跟踪的精确性要求。

【技术实现步骤摘要】
电液式可变配气机构对气门型线特征的跟踪控制方法


[0001]本专利技术属于配气机构控制方法
，具体为一种电液式可变配气机构对气门型线特征的跟踪控制方法。

技术介绍

[0002]电液式无凸轮可变配气机构的设计目标是用于驱动大功率柴油机配气机构，其主要目的是为了在柴油机全工况条件下实现气门配气相位、升程、时面值的完全可变以及准确控制，提高配气机构气门运动型线丰满系数。可变配气机构设计与开发主要应用于汽油机。目前已经有高校与研究机构开发出不同形式的电液式无凸轮可变配气机构，但是由于电液式可变配气机构液压波动与油温扰动特性影响气门运动型线在循环间变动较为明显，同时当发动机转速发生变化时电液式无凸轮可变配气机构无法通过机械约束自动适应发动机转速变化，因此需要一定的控制方法使得电液式无凸轮可变配气机构气门能快速对目标气门运动型线进行追踪并进行循环间校正。
[0003]发动机配气机构：是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和点火顺序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜的可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。在压缩与作功行程中，关闭气门保证燃烧室的密封。
[0004]电液式可变配气机构：通过液压力直接驱动气门，被广泛认为是一种具有良好应用前景的无凸轮气门机构。由于液压系统的设计灵活性、高功率密度、液压油源的兼容性等特征，使得可以通过各种主动或被动的方式来控制驱动气门运动的高压液体流量，进而得到响应迅速并且灵活可控的气门运动轨迹，并且实现软着陆特性。其与传统带凸轮时的配气机构相比具有控制自由度高可以实现气门配气相位、升程、时面值的完全可变与控制，可进行全工况配气正时优化，气门时面值大等特点。从而大幅提高发动机动力特性与经济特性和全工况适应性。同时该项技术为新型燃烧技术(HCCI)内燃机、停缸技术、可变EGR技术的研究提供技术支撑。
[0005]气门正时：用曲轴转角表示的进、排气门的开闭时刻和开启持续时间。
[0006]气门最大稳定升程：气门运动过程单个工作循环内，气门受力平衡并且运动达到稳定处的升程。
[0007]闭环控制方法：如图1所示，根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式。

技术实现思路

[0008]针对上述技术问题，本专利技术提供一种可以满足大气门升程、高发动机转速需求的无凸轮电液式可变配气机构的控制方法，主要应用于汽油机与特种发动机如液压式自由活塞发动机。
[0009]电液式可变配气机构对气门型线特征的跟踪控制方法，电液式无凸轮可变配气机构控制过程状态包括以下几种：
[0010]状态一：配气机构启动或目标气门运动型线变更。上位机或其他控制子单元会通过通讯总线向配气机构主控ECU中的MCU发送目标气门运动型线特征信息的指令。
[0011]状态二：控制信号查询。主控ECU会根据得到的目标气门运动型线特征查询内部已经具有的控制信号脉宽MAP与供油油压控制电压信号MAP输出用于控制气门正时的信号脉宽与用于控制油压控制比例电磁阀的控制电压信号。
[0012]状态三：最大稳定升程跟踪控制。ECU会根据位移传感器信号识别气门运动最大稳定升程并将其作为反馈量输入至已经集成至核心微控制器里的PID控制器。PID控制器会根据目标最大升程与反馈量输入经过计算得到下一循环DA输出模块应输出的电压值，改变油压控制比例阀输出油压从而改变下一循环的气门运动最大稳定升程。
[0013]状态四：比较实际最大稳定升程与目标最大稳定升程，检测配气机构此循环最大稳定升程与目标最大稳定升程差值是否在一定阈值范围内。若气门运动最大稳定升程已经处于ECU内部程序所规定的阈值范围内时，开启对于气门运动正时的跟踪控制。具体方法是将正时追踪使能标志位置1，此时主程序会跳至状态五。若气门运动最大稳定升程没有进入此阈值范围内时，只进行油压调节从而追踪目标气门最大运动升程，此时正时追踪使能标志位置0，此时主程序会跳至状态三。
[0014]状态五：气门运动型线的综合跟踪与校正控制。此状态下，上一循环的气门最大稳定升程与气门正时会作为反馈输入分别输入至对应PID控制器内。PID控制器经过计算会得出下一循环高频电磁阀信号脉宽与DA输出模块输出电压值从而实现对于目标气门运动型线特征的基于循环的跟踪与校正。完成下一循环配气机构所需控制信号的输出后若其他控制子单元或上位机发送来目标气门运动曲线变化的命令则主程序跳至状态三，否则跳至状态四。
[0015]在电液式无凸轮可变配气机构运行控制过程中，状态三到状态五都需要气门运动型线特征作为反馈量。提供气门运动型线特征识别算法将气门运动型线特征识别并反馈至闭环控制器中，气门正时与气门升程的识别依靠电液式无凸轮可变配气机构气门运动型线上升与下降过程单调性与气门达到最大稳定升程后的稳定性识别。具体过程：
[0016]第一步：将当前采样时刻位移值与前一采样时刻位移值做比较。若处于配气机构开始运行时刻即没有前一采样时刻位移值对应，则将当前采样值与默认值即气门运动机械限位处位移做出比较。若当前采样时刻位移值小于或等于前一采样时刻位移值，则将气门运动循环开启计数器置0，并将当前采样时刻与采样位移值存储至气门开启时刻识别存储区第一区(将气门开启时刻识别存储区即为Lift_start)。反之则将此计数器值加1。
[0017]第二步：判别气门运动循环开启计数器值是否达到规定阈值，若达到则标志着气门已经开启并进入单个气门运动循环此时将气门运动循环开始标志位置1并且主程序进入第三步。否则主程序仍回到第一步。
[0018]第三步：判别气门是否运动达到或超过最大稳定升程。检测当前采样时刻位移值是否超过一定阈值并且此时位移值小于或等于上一采样时刻位移值时气门进入最大稳定升程区域将对应气门最大升程标识位置1，此时主程序跳至第四步反之仍执行第三步。
[0019]第四步：比较当前采样时刻位移值与上一采样时刻位移值，若相同则将用于记录上一时刻位移值出现次数的计数器加一并比较此计数器与已统计得到的出现次数最多的位移值比较计数器若当前时刻位移比较计数器超过已统计得到的出现次数最多的位移值
比较计数器值，则用当前时刻位移值与其计数器值替换已统计得到的出次数最多的位移值与其计数器值，若当前时刻位移比较计数器数值未超过已统计得到的出现次数最多位移值比较计数器值则主程序进入第五步。
[0020]第五步：检验当前时刻位移值是否低于某一阈值，若此条件成立则说明气门运动进入落座过程，此时将最大升程标识位置0并且将主程序跳转至第六步。若不成立则主程序跳转至第四步。
[0021]第六步：检测当前采样时刻位移值是否低于气门关闭时刻校验所需阈值若不满足则重复执行第六步，若满足条件则继续比较当前采样时刻位移值与前一采样时刻位移值。若当前时刻位移值大于或等于前一时刻位移值则说明气门已经关闭。将此时刻记为气门关闭时刻，将气门运动循环开启位置0并将所有数据存储区与计数器清空，将已经记录的气门开启时刻与气门关闭时刻作为气门正时输出，将已经本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电液式可变配气机构对气门型线特征的跟踪控制方法，其特征在于，电液式无凸轮可变配气机构控制过程状态包括以下几种：状态一：配气机构启动或目标气门运动型线变更；状态二：控制信号查询；状态三：最大稳定升程跟踪控制；状态四：比较实际最大稳定升程与目标最大稳定升程，检测配气机构此循环最大稳定升程与目标最大稳定升程差值是否在一定阈值范围内；若气门运动最大稳定升程已经处于ECU内部程序所规定的阈值范围内时，开启对于气门运动正时的跟踪控制；状态五：气门运动型线的综合跟踪与校正控制；在电液式无凸轮可变配气机构运行控制过程中，状态三到状态五都需要气门运动型线特征作为反馈量；提供气门运动型线特征识别算法将气门运动型线特征识别并反馈至闭环控制器中，气门正时与气门升程的识别依靠电液式无凸轮可变配气机构气门运动型线上升与下降过程单调性与气门达到最大稳定升程后的稳定性识别。2.根据权利要求1所述的电液式可变配气机构对气门型线特征的跟踪控制方法，其特征在于：状态一中，上位机或控制子单元会通过通讯总线向配气机构主控ECU中的MCU发送目标气门运动型线特征信息的指令；状态二中主控ECU会根据得到的目标气门运动型线特征查询内部已经具有的控制信号脉宽MAP与供油油压控制电压信号MAP输出用于控制气门正时的信号脉宽与用于控制油压控制比例电磁阀的控制电压信号；状态三中PID控制器会根据目标最大升程与反馈量输入经过计算得到下一循环DA输出模块应输出的电压值，改变油压控制比例阀输出油压从而改变下一循环的气门运动最大稳定升程；状态四中具体方法是将正时追踪使能标志位置1，此时主程序会跳至状态五；若气门运动最大稳定升程没有进入此阈值范围内时，只进行油压调节从而追踪目标气门最大运动升程，此时正时追踪使能标志位置0，此时主程序会跳至状态三；状态五状态下，上一循环的气门最大稳定升程与气门正时会作为反馈输入分别输入至对应PID控制器内；PID控制器经过计算会得出下一循环高频电磁阀信号脉宽与DA输出模块输出电压值从而实现对于目标气门运动型线特征的基于循环的跟踪与校正；完成下一循环配气机构所需控制信号的输出后若其他控制子单元或上位机发送来目标气门运动曲线变化的命令则主程序跳至状态三，否则跳至状态四。3.根据权利要求1所述的电液式可变配气机构对气门型线特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：章振宇，杜强，钟祎，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：