过渡工况标定.docx

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过渡工况标定

第4章过渡工况的标定

4.1过渡工况介绍

过渡工况主要指汽车在加减速、改变档位、从怠速进入正常运转等过程中发动机负荷和转速快速变化的工况。

在实际使用时，发动机有大量时间处于过渡工况下。

过渡工况控制的好坏，直接影响到发动机排放和经济性。

过渡工况的评定标准主要考虑排放性能和驾驶性能两个方面：

（1）良好的排放性能

国3排放标准中的ETC循环大部分都是模拟发动机的过渡工况。

在过渡工况中，燃气喷射量控制为开环控制，如果数值标定不准确，极易造成空燃比过稀或过浓，导致排放恶化，最终造成发动机不能通过国3排放标准。

（2）平滑的驾驶性能

城市工况中或日常行车过程中，发动机基本运行在过渡工况中，良好的驾驶性能是至关重要的。

加速时转速不能下沉、抖动、滞后，应平滑上升；减速时转速应平滑下降，不能出现排气放炮；减速断油期间不能熄火和失速，退出时转速应平滑。

在实车上标定时主要靠检测发动机转速、车速以及驾驶员的驾驶感觉来评定的。

（3）满足整车性能要求

该项目中对HCNG发动机整车性能要求如下：

a）加速性能：

从静止至50km/h的时间不超过20s;

b）最高车速：

整车的最高车速不低于70km/h；

c）最大爬坡度：

最大爬坡角度能到20°；

d）经济性能：

进行中国典型城市公交循环工况试验，HCNG整车燃气消耗率要优于CNG整车。

良好的排放性能和平滑的驾驶性能是相互矛盾的，在排放满足国3排放标准的前提下，尽可能的不降低驾驶性能。

过渡工况的评定，除少数几个评定指标外，主要还是依赖于驾驶感觉。

因此要在各种过渡工况下进行试验，标定各种参数，在各种过渡工况下都能实现良好的、平滑的驾驶感觉。

【夏广文】

ITMS系统根据过渡工况的实际情况将控制分为三种方式，分别为加速加浓、减速减稀、减速断油。

4.2加速加浓工况标定

因HCNG燃料的体积热值要低于CNG燃料，如果采用原CNG标定数值，整车的加速性能将会下降，在标定时需要增大加速加浓量。

加速加浓工况下歧管绝对压力和节气门位置都处在快速的变化中，有不同于稳态的进气规律，其工况是从节气门（TPS）的变化率和歧管绝对压力（MAP）的变化量两方面来界定，相应的采用不同的修正方法。

图4-1是从实车上采集的TPS和MAP变化曲线。

图4-1TPS和MAP变化曲线

图中TPSAD为系统中TPS的AD数值，可以发现在加速过程中TPS的变化和MAP的变化是不相同的，57s后TPS是不再变化了，但MAP仍在增加。

所以加速加浓工况需要从节气门（TPS）的变化率和歧管绝对压力（MAP）的变化量两方面来界定。

4.2.1节气门加速加浓（TPSAE）的控制策略和标定

在汽油机上，TPSAE主要是解决节气门快速打开过程中，油膜蒸发速度小于稳态工况蒸发速度从而造成燃油偏稀的问题。

当燃料改成气体燃料后，油膜蒸发速度的问题没有了，TPSAE主要用来弥补MAP变化滞后时发动机的加浓，加浓量相对于汽油机有所减小。

系统的控制策略是根据TPS变化率来增加额外的异步喷气脉宽，如图4－1所示，通过合理的标定异步喷气脉宽，使缸内的空燃比保持在合适的数值，就可以保证良好的排放性能和动力性。

图4-2异步喷射供气方式

由于发动机是一个非线性、混和时变系统，不同节气门开度下，即使TPS变化率一样，需要增加的异步喷气脉宽也不一样，因此必须根据TPS开度的大小对异步喷气脉宽进行修正，其他修正项还包括进气歧管绝对压力（MAP）修正、转速修正、大气压力修正。

是否进入TPSAE工况，是由节气门变化率确定的。

TPS变化率的计算公式如下：

AEDTPS=[16×（ADTPS-ADTPS（LOOP#））]/LOOP#【夏广文】

其中：

AEDTPS：

节气门变化率；

ADTPS：

当前节气门在ECU中的AD值；

LOOP#：

距当前最近的16个7.81ms的序号，最近的7.81ms定义为LOOP1，次近的为LOOP2，以此类推，最远的定义为LOOP16。

ADTPS（LOOP#）就是距当前时刻LOOP＃个7.81ms时的TPSAD值。

系统每7.81ms计算一次TPSAD变化量，这样得到的ADTPS-ADTPS（LOOP#）分别对应的时间段为7.81ms*LOOP#。

为了便于比较，公式中最后除以时间因子LOOP#，换算成了绝对的变化率，同时将变化率放大了16倍（将变化率在单字节范围内放大，提高精度），最终得到的AEDTPS为绝对的每7.81ms内TPSAD的变化量（放大了16倍）。

在发动机控制系统中存储了最近16次TPSAD值，系统首先用LOOP1的TPSAD值与当前的TPSAD值比较，计算TPS变化率AEDTPS,若AEDTPS大于表格F23T中LOOP1节点的限值，则进入TPSAE工况。

如果小于限值，则计算LOOP2的AEDTPS值，同样与F23T表格中的LOOP2节点限值进行比较，大于就进入TPSAE工况，反之则继续LOOP3的比较。

如果所有的TPS变化率都小于F23T中对应LOOP#的限值，则视为非TPSAE工况。

系统中F23T表格的数值如下：

图4-3TPSAD变化率限值

TPSAE工况中，异步喷油脉宽的计算公式如下：

AsynBPW＝F23P×F23M×F37B×F38×F23BARO

其中：

AsynBPW：

最终异步喷油脉宽；

F23P：

根据TPSAD变化率确定的异步喷油脉宽；

F23M：

根据MAP的修正因子，是MAP的函数；

F37B：

冷却水修正系数；

F38：

转速修正系数；

F23BARO：

大气压力修正系数。

一旦TPSAD变化率超过F23T中的限值，则进入TPSAE工况，系统根据AsynBPW计算公式得出喷气脉宽，若此时没有同步喷油脉宽，则直接喷射，若有同步喷气脉宽，则添加在其后喷射。

在具体标定中，为弥补HCNG燃料体积的热值略低于CNG燃料的缺陷，适当增大了F23P中的标定数值，其他的修正量仍采用原天然气数值。

F23P表格中的最终标定数值如下：

图4-4异步喷气脉宽标定数值比较

4.2.2进气歧管绝对压力加速加浓（MAPAE）的控制策略和标定

系统BPW计算公式所采用的MAP值总与当前的MAP值有一定的滞后，发动机在稳态运行时，因MAP变化较小，故计算误差很小。

但在加速时，MAP在不断的增加，采用滞后的MAP值计算出的BPW值是要小于实际需要值的，所以需要对喷气脉宽进行修正；由于在速度密度法中，MAP直接决定基本喷气脉宽的大小，相应的控制策略是在原来的对应稳态工况计算的同步喷气脉宽上增加一个额外的脉宽。

电控系统采用一个单元值来作为限值，当现在的MAP值与31.24ms前软件滤波后的MAP值相比较，超过该限值时，则进入MAPAE工况。

低于该限值则退出或不进入MAPAE工况。

实际应用中，为防止MAP变化量在限值附近变化造成工况经常跳变，设置两个限值：

高限值KAEMAPOH（1.107），是首次进入MAPAE的MAP变化量限值；低限值KAEMAPOL

（1）是再次进入MAPAE的变化量限值。

进入MAPAE工况后，同步喷气脉宽的计算公式如下：

AEMAP=F21×F37A

其中：

AEMAP：

额外的同步喷气脉宽；

F21：

MAPAE的同步脉宽因子，是发动机转速和MAP变化量的函数。

F37A：

冷却液温度修正系数。

在实际标定中，因F21表格较大，一一标定工作量很大，且从CNG燃料更换成HCNG燃料，AEMAP数值都是需要适当增大。

所以在实际标定时F21表格采用原CNG表格，重新标定F37A表格，从而达到最终的AEMAP数值有所增加的目的。

原CNG发动机的表格F21数值和重新标定后的表格F37A数值如下：

图4-5F21表数值MAPAE同步加浓量

图4-6F37A表格标定后的数值

由于发动机运行在一个自由加速过程中，TPSAE和MAPAE大部分时间是同时发挥作用。

所以标定时需要在多个工况下同时验证TPSAE和MAPAE的作用效果。

以下为实际标定中取到的一些发动机加速运行参数：

图4-7加速加浓量较小的发动机加速图

图4-8加速加浓量合适的发动机加速图

图4-9加速加浓量过大的发动机加速图

因为在实车上很难做到节气门以相同的变化速率增大到相同的开度，所以图4-7、图4-8和图4-9是在试验台架上进行的发动机加速试验，节气门以相同的变化形式从0%增加到35%，三次试验的MAP变化也基本相同。

图4-7中，随着节气门的增大空燃比从18迅速增大到26，当节气门保持在35%后，MAP在增加的过程中，空燃比始终在26，采用此加速加浓量发动机的排放是最好的，但发动机的动力性很差，在实车上使用时，整车的加速性能极差。

图4-8中采用的加速加浓量较合适，节气门从0%增大到35%时，空燃比缓慢增大到23，在随后的MAPAE中空燃比保持在23，退出加速加浓工况后，空燃比才增大到26。

采用此加速加浓量，发动机的排放较好，加速过程中，空燃比保持在20、21、22的时间较短，避免了NOX高排放。

实车使用时整车的动力性也能满足要求。

图4-9中采用的加速加浓量加大，节气门从0%增大到35%时，空燃比缓慢增大到22，在MAPAE过程中，空燃比保持在23的时间要比图4-8长，从空燃比的变化可知采用该加速加浓量，排放较差，但在实车使用时整车的动力性是最好的。

因发动机需要通过国3ETC排放试验标准，所以最终没有采用较大的加速加浓量，在整车动力性达到要求的前提下，尽量使发动机的排放最好。

图4-10整车上采集的加速图（加速加浓量较小）

图4-11整车上采集的加速图（加速加浓量合适）

图4-10和图4-11是从实车上采集的发动机运行参数（图4-7和图4-10中采用的加速加浓量相同，图4-8和图4-11采用的加速加浓量相同）。

节气门不断的变化是因为驾驶员在不断的加档，MAP随节气门的变化而变化。

图4-10中采用的加速加浓量较小，第一次加大油门时，发动机的转速先下降再上升，明显的表明加速加浓量过小，在接下来的几个连续关闭加大油门的过程中，每次关闭时，发动机都降到极低的转速，表明过程中发动机的平均空燃比较低。

从图4-10还可知实车在挂完第二档后，离合器完全结合时发动机的转速为1200r/min，第三档时转速也为1200r/min，第四档时为1400r/min。

因各档的传动比是明确的，所以此时发动机转速也反映了实车车速。

图4-11中采用的加速加浓量较合适，第一次和第二次加大油门时都没有出现发动机转速下降的不良现象，且在每次换档时发动机的转速也没有下降的十分严重。

挂完第二档后，离合器完全结合时发动机的转速为1500r/min，第三档时转速为1400r/min，第四档时为1600r/min。

所有转速都比图4-10中的转速要高，表明实车的车速在每次换档时都较高。

4.3减速减稀工况的标定

对于汽油机而言，减速减稀十分重要，因为当节气门迅速减小时，歧管内的绝对压力迅速下降，产生比较高的真空度，使歧管内的油膜蒸发速度加快，形成过浓的混合气。

当燃料换成气体燃料时，油膜蒸发速度变快这个影响根本不存在。

因此发动机采用稀燃方式，且负荷越低空燃比越浓，所以在此发动机上采用减速减稀不是为了防止空燃比过浓，而是为了调整过渡过程中的空燃比，优化发动机的经济性和排放性。

因减速过程中，TPS和MAP的变化规律不同，所以电控系统从TPS变化率和MAP变化率两个方面来处理减速减稀工况。

图4-12是在实车上采集到的节气门快速减小时MAP的变化图。

从图中可以发现TPS的变化和MAP的变化不完全相同，如276秒后TPS已经不再变化，但MAP仍继续下降。

原天然气发动机中，为防止空燃比过稀，没有采用TPSDE控制，只用到了MAPDE控制来调整减速时的空燃比。

在标定HCNG发动机时也未采用TPSDE控制，以防止减速时空燃比过稀。

以下简单介绍TPSAE的控制策略。

图4-12TPS减小时的MAP变化图

4.3.1节气门减速减稀（TPSDE）的控制策略

电控系统每15.6ms计算TPS的变化率，当计算到的变化率比限值大时，则进入TPSDE工况，系统设定了两个限值，分别为KDETPST1（从非TPSDE工况进入TPSDE工况的TPS变化量限值）和KDETPST2（再次进入TPSDE工况的TPS变化量限值，也是退出TPSDE工况的限值），同时根据冷机和热机状态的不同设定了两个过滤系数，分别为KFIDETIC（冷机系数）和KFIDETIH（热机系数），进入TPSDE的条件如下：

KFIDETIH（或KFIDETIC）×TPSold–TPScurr>KDETPST1

或KFIDETIH（或KFIDETIC）×TPSold–TPScurr>KDETPST2

其中：

TPSold：

15.6ms前的TPSAD值；

TPScurr：

当前的TPSAD值。

进入TPSDE后，喷气脉宽的计算公式如下：

DETHROT=F35BF×36B

TPSDEBPW=DETHROT×F35×F34×F53×F38A

其中：

F35B：

表示当前基本喷气脉宽的减少量，是TPSAD变化率的函数；

F36B：

节气门位置修正因子，是节气门开度的函数；

TPSDEBPW：

根据TPS变化率计算的额外减少的同步喷气脉宽；

F35：

根据进入TPSDE工况下的REF个数（发动机每转有2个REF）而确定的乘子，用来调节减速不同阶段的比率，是自TPSDE工况使能后的REF个数的函数；

F34：

水温修正因子，是冷却液温度的函数；

F53：

发动机转速修正因子，是发动机转速的函数；

F38A：

车速修正因子，是车速的函数，无车速传感器时，则置为1。

计算出的喷气脉宽为负值，将添加到下一次的同步喷气脉宽上。

HCNG发动机标定时，将KDETPST1和KDETPST2都标定为99%来屏蔽TPSDE控制。

4.3.2进气歧管绝对压力减速减稀（MAPDE）的控制策略和标定

电控系统每15.6ms用当前的MAP值与15.6ms前的数据进行比较，当超过限值时，则进入MAPDE工况，低于限值时，则退出或不进入MAPDE工况。

实际应用中，为防止MAP变化量在限值附近变化造成工况经常跳变，特设置了两个限值，高限值KDEMAPT1是从非MAPDE工况进入MAPDE工况时的MAP变化量限值；低限值KDEMAPT2是再次进入和退出MAPDE的MAP变化量限值。

同TPSDE相同，滤波系数也采用两个，分别为冷机滤波系数KFIDEPIC（0.8）和热机滤波系数KFIDEPIH（0.85）。

最终进入MAPDE工况的条件如下：

KFIDEPIH（或KFIDEPIC）×MAPold－MAPcurr>KDEMAPT1

或KFIDEPIH（或KFIDEPIC）×MAPold－MAPcurr>KDEMAPT2

其中：

MAPold：

15.6ms前的MAP值；

MAPcurr：

当前的MAP值。

MAP变化量的限值反映的是在定节气开度的情况下，发动机克服传动系统阻力减小的能力（如：

下坡）。

应根据具体的要求来确定，但不能由于匀速行驶过程中MAP本身的波动而进入MAPDE工况。

最终KDEMAPT1和KDEMAPT2的标定数值分别为20kPa和15kPa。

进入MAPDE工况后，喷气脉宽的计算公式如下：

DEMAP=F35A×F31A

MAPDEBPW=DEMAP×F35×F34×F53×F38A

其中：

F35A：

表示当前基本喷气脉宽的减少量，是MAP值变化率的函数；

F31A：

MAP的修正因子，是当前MAP的函数；

MAPDEBPW：

额外减少的同步喷气脉宽；

F35：

是自进入TPSDE工况后的REF个数的函数，同TPSDE;

F34：

水温修正因子，同TPSDE;

F53：

发动机转速修正因子，同TPSDE;

F38A：

车速修正因子，同TPSDE。

计算出的喷气脉宽为负数，将添加到下一次同步喷气脉宽上。

HCNG发动机标定时，重新调整了F35A表格以优化减速时空燃比的变化，同时也调整了F35表格，F35表格实际上是MAPDEBPW的衰减率，进入MPADE工况后，系统开始计算REF个数，对应不同的REF，F35表格中有不同的乘子。

F35A和F35的最终标定数值如下：

图4-13基本喷气脉宽的减少率

图4-14MAPDE不同阶段的修正因子（F35）

以下为在实际标定中取得的HCNG发动机减速减稀工况时的发动机运行参速：

4.4减速断油工况（DFCO）的标定