基于轉(zhuǎn)矩控制的電控轉(zhuǎn)子泵控制措施的開發(fā)及研究

李進(jìn)+吳西艷+白崇慧

摘 要 在轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)上，對(duì)電控轉(zhuǎn)子泵控制措施進(jìn)行分析，并提出新的控制策略。該項(xiàng)控制策略主要是在轉(zhuǎn)矩基礎(chǔ)上，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的定時(shí)噴油和噴油量，進(jìn)而促使整個(gè)控制方法具備良好的匹配功能和外展性。在經(jīng)過相應(yīng)的整機(jī)性能和排放性能試驗(yàn)之后，結(jié)果表明其與歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)相符合。通過本次研究，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究者提供參考。

關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)矩控制；電控轉(zhuǎn)子泵；控制措施；開發(fā)

中圖分類號(hào)：U464 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）10-0048-01

1 基于柴油機(jī)電控轉(zhuǎn)子泵的控制策略分析

在實(shí)現(xiàn)控制柴油機(jī)電控轉(zhuǎn)子泵的計(jì)算中，整個(gè)計(jì)算過程均是處理診斷發(fā)動(dòng)機(jī)給出相關(guān)開關(guān)信號(hào)（如：空調(diào)、啟動(dòng)電機(jī)等）和模擬信號(hào)（如：轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度、燃油溫度、油門開度等）。在接收到相關(guān)信號(hào)后，控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，從而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出、機(jī)械負(fù)荷、冒煙極限等進(jìn)行控制，然后通過相應(yīng)轉(zhuǎn)換操作，然后確定發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況條件下的噴油時(shí)間和噴油量。進(jìn)而對(duì)電磁閥的關(guān)閉時(shí)機(jī)進(jìn)行控制，最大限度的保證將噴油動(dòng)作完成。該種柴油機(jī)電控轉(zhuǎn)子泵控制策略的應(yīng)用，具有諸多的功能。具體而言，主要表現(xiàn)為以下內(nèi)容：?jiǎn)?dòng)工況、怠速工況、高水溫時(shí)油量控制與保護(hù)、對(duì)中冷后進(jìn)氣溫度傳感器出現(xiàn)故障進(jìn)行保護(hù)和控制、控制極限強(qiáng)度的轉(zhuǎn)矩、控制循環(huán)、調(diào)速段的油量；控制定時(shí)噴油；定時(shí)補(bǔ)償MAT、ECT、BARO的噴油；診斷失火故障等。由于該項(xiàng)技術(shù)的諸多功能，還能夠控制好發(fā)電機(jī)處于各種工況下的油量，或是控制好故障發(fā)生時(shí)的油量[1]。

2 控制策略中模型代碼的實(shí)現(xiàn)

在V模式之下得出的ECU開發(fā)流程，具備諸多優(yōu)勢(shì)，不但能夠?qū)㈤_發(fā)周期縮短，還能夠?qū)㈤_發(fā)的成本降低。其中，整個(gè)控制策略算法的基本操作需在模型的基礎(chǔ)上，對(duì)控制算法進(jìn)行控制，還需實(shí)施相應(yīng)的仿真操作。在本次設(shè)計(jì)研究中，筆者主要根據(jù)軟件MATLAB/Simulink來開展控制策略的開發(fā)與研究工作，首先將MicrAutoBox做為硬件的控制器，然后連接發(fā)動(dòng)現(xiàn)，將試驗(yàn)工作和標(biāo)定工作初步完成。在研究工作中，標(biāo)定工作主要含 有初標(biāo)定空燃比MAP、標(biāo)定油量MAP、目標(biāo)轉(zhuǎn)矩MAP等。完成初步的運(yùn)行標(biāo)定之后，應(yīng)對(duì)各個(gè)功能模塊的有效性進(jìn)行確定，同時(shí)還需保證功能模塊能夠得到最大程度的完善。之后通過Targetlin代碼轉(zhuǎn)換工具處理Simulink模型，促使其最終形成產(chǎn)品的代碼。在Targetlin當(dāng)中主要含有主控策略和信號(hào)處理兩個(gè)函數(shù)。在進(jìn)行相關(guān)代碼的轉(zhuǎn)換時(shí)，不但需定標(biāo)MAP表格及各相關(guān)參數(shù)，促使其能夠滿足數(shù)據(jù)精度的相關(guān)要求，還需簡(jiǎn)化或優(yōu)化代碼。

控制策略管理工作的應(yīng)用與開展主要是Data Dictionary管理器。在該管理器應(yīng)用時(shí)，可將標(biāo)定的需求作為依據(jù)，進(jìn)而把數(shù)據(jù)劃分為Display Data和Calibration Data兩個(gè)類型進(jìn)行管理。除此之外，該管理器的應(yīng)用不僅可以自主建立自身標(biāo)定的類型，還可以與控制策略數(shù)據(jù)給出的特殊要求，自由構(gòu)建自身定標(biāo)的類型，非常方便且適用。同時(shí)，其還能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)統(tǒng)一化的文件存檔，以及同一管理各模塊提供良好的條件。在完成相應(yīng)的定標(biāo)工作之后，targetlink model需完成SIL的仿真，對(duì)定標(biāo)精度的科學(xué)性進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證完畢，C代碼進(jìn)行轉(zhuǎn)換生成。最終，需將C代碼應(yīng)用Tasking和targetlink工具轉(zhuǎn)換后生成的底層軟件代碼進(jìn)行集成，從而將運(yùn)行的調(diào)試工作完成，最終將其下載至ECU當(dāng)中且實(shí)施試驗(yàn)操作[2]。另外，該系統(tǒng)所采用的是32單位的片機(jī)，具有精度高、運(yùn)算能力強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，能夠在控制系統(tǒng)當(dāng)中實(shí)現(xiàn)快速的擴(kuò)展。

3 標(biāo)定MAP數(shù)據(jù)及性能試驗(yàn)

在完成相應(yīng)測(cè)試工作，以及代碼集成之后，本次開發(fā)設(shè)計(jì)還根據(jù)所選用的發(fā)動(dòng)機(jī)和傳感器， 初始標(biāo)定相應(yīng)的MAP。初始標(biāo)定的實(shí)施針對(duì)的是各類型傳感器，但在發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定方面，與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程無關(guān)。為此，在實(shí)施相關(guān)操作時(shí)，應(yīng)通過廠家提供的再次試驗(yàn)驗(yàn)證和技術(shù)參數(shù)，獲取通過路由器的信號(hào)轉(zhuǎn)化而得到的與物理量信號(hào)相對(duì)應(yīng)的MAP。除初始標(biāo)定的MAP之外，其余在整個(gè)控制過程當(dāng)中出現(xiàn)的MAP的設(shè)定，應(yīng)在標(biāo)定發(fā)動(dòng)機(jī)的臺(tái)架之前完成，不允許存在空白。

1）發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架的試驗(yàn)標(biāo)定。在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架進(jìn)行試驗(yàn)和標(biāo)定的工作中，主要的標(biāo)定數(shù)據(jù)有：目標(biāo)轉(zhuǎn)矩MAP、噴油量MAP等。而對(duì)于標(biāo)定數(shù)據(jù)的合理性則需通過啟動(dòng)工況的順利性進(jìn)行判定。具體的標(biāo)定工作分兩種：第一是針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的配套要求，對(duì)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行標(biāo)定，然后依據(jù)外特性曲線的走勢(shì)對(duì)部分工況之下的轉(zhuǎn)矩大小進(jìn)行確定。在此操作過程中需注意調(diào)速段控制需要進(jìn)行單獨(dú)的控制。采用這樣的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)調(diào)速率進(jìn)行靈活的控制，也方便調(diào)整最高空轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。此外，在該控制策略的運(yùn)用中，還可以對(duì)雙功率系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體控制，從而針對(duì)不同工況，轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的功率系統(tǒng)，從而使整車處于經(jīng)濟(jì)、合理、平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)之中。第二是對(duì)噴油量MAP進(jìn)行標(biāo)定，噴油量作為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的函數(shù)，通過試驗(yàn)獲取機(jī)械泵的結(jié)果，得到轉(zhuǎn)矩點(diǎn)和標(biāo)定點(diǎn)在每小時(shí)的耗油量，之后能夠?qū)?duì)應(yīng)的循環(huán)過程中需用的噴油量計(jì)算出。在算出轉(zhuǎn)矩點(diǎn)和標(biāo)定點(diǎn)的噴油量之后，其余各點(diǎn)的噴油量可將發(fā)動(dòng)機(jī)耗油特性作為依據(jù)，進(jìn)而依次將其類推出，從而可以得出預(yù)設(shè)油量的MAP。而噴油脈寬的標(biāo)定則是按照EFS噴射儀預(yù)先測(cè)定出的MAP完成的。在確定噴油定時(shí)，需將發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行綜合性分析。

2）排放性能的試驗(yàn)。在進(jìn)行排放性能的試驗(yàn)時(shí)，所用設(shè)備包括DE系列的電控系統(tǒng)、P系列噴油器、HP60—3型增壓器和增壓中冷發(fā)動(dòng)機(jī)。在試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)滿足相應(yīng)的條件，首先大氣的溫度應(yīng)為30.8℃、大氣的壓力為100.0 kPa、相對(duì)濕度為70%、真空度則為5.5 kPa。此時(shí)，還應(yīng)對(duì)試驗(yàn)所用的發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定的相關(guān)參數(shù)控制好，包括2 200 r/min的轉(zhuǎn)速、96 kW的功率。相應(yīng)轉(zhuǎn)據(jù)點(diǎn)的參數(shù)則為88kW的功率和1 600 r/min的轉(zhuǎn)速。完成測(cè)試之后，其結(jié)果顯示，一氧化碳的排放量為0.785 g/（kW·h），HC的排放量則為0.239g/（kW·h），NOx排放量為3.648 （kW·h），PM排放量為0.227 g/（kW·h），（NO +HC）排放量為3.887 g/（kW·h）。其結(jié)果表明，該控制策略已達(dá)到柴油機(jī)非道路當(dāng)中的歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)，在整機(jī)運(yùn)行時(shí)還具有優(yōu)良的穩(wěn)定性，具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

綜上所述，基于轉(zhuǎn)矩控制的電控轉(zhuǎn)子泵控制措施的開發(fā)，在計(jì)算方面相對(duì)直接且明了，并且整個(gè)控制系統(tǒng)當(dāng)中的適應(yīng)性和魯棒性較強(qiáng)，在標(biāo)定移植不同機(jī)型時(shí)較為方便。同時(shí)，本次研究對(duì)整個(gè)控制策略應(yīng)用的都是模塊化的設(shè)計(jì)，并且具有良好的移植性和較強(qiáng)的擴(kuò)展能力。另外，結(jié)合諸多冗余設(shè)計(jì)的應(yīng)用，可增加控制系統(tǒng)的可靠性和安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]雷軍，王夢(mèng)華，姜斌，劉泉.基于轉(zhuǎn)矩控制的電控轉(zhuǎn)子泵控制策略開發(fā)[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2011，6（4）：541-542.

[2]趙云，劉洋，李葉松.實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)寬范圍最大轉(zhuǎn)矩控制的電流優(yōu)化策略[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，9（3）：321-322.endprint