一種可變氣門正時機構(gòu)的仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可變氣門正時機構(gòu)的仿真方法，該方法包括以下步驟：步驟一、以發(fā)動機轉(zhuǎn)速作為輸入量查表獲得相位調(diào)節(jié)器在當前發(fā)動機轉(zhuǎn)速下的最大轉(zhuǎn)動角速度；步驟二、以采集到的可變氣門正時閥控制信號的占空比作為輸入量查表獲得相對速度；步驟三、通過機油溫度查表獲得某一修正因子對此轉(zhuǎn)動速度進行修正；步驟四、以該轉(zhuǎn)動角速度對時間進行積分得到凸輪軸實際產(chǎn)生偏移的相位值。所述步驟二相對于平衡位置，正值代表正轉(zhuǎn)，負值代表反轉(zhuǎn)，最大轉(zhuǎn)動角速度和相對速度相乘得到實際轉(zhuǎn)動速度。本發(fā)明投入較少的測試人力和測試成本，在較短的測試周期完成測試任務(wù)。
【專利說明】
一種可變氣門正時機構(gòu)的仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于汽車電子控制領(lǐng)域，具體涉及一種可變氣門正時機構(gòu)的仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，隨著汽車行業(yè)的深入發(fā)展，車上的控制器逐漸增多，控制系統(tǒng)越來越復(fù) 雜。同時，為了最大限度的縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)成本和減少產(chǎn)品進入市場后的召回風(fēng) 險，硬件在環(huán)(HIL)測試在控制單元的開發(fā)中發(fā)揮越來越大的作用。通過HIL測試，測試人員 可以靈活的配置測試環(huán)境，投入較少的測試人力和測試成本，在較短的測試周期完成測試 任務(wù)。對于HIL測試而言，每個控制器都會有對應(yīng)的被控對象仿真模型以滿足測試需要。隨 著被控對象的不斷升級換代，被控對象仿真模型也應(yīng)進行升級換代。以發(fā)動機為例，為滿足 用戶對經(jīng)濟性、動力性的追求以及日益嚴苛的排放要求，出現(xiàn)了可變氣門正時機構(gòu)。本文正 是針對這一新增機構(gòu)，對基于模型的HIL測試進行被控對象的升級換代，建立了可變氣門正 時(VVT)機構(gòu)的仿真算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明針對發(fā)動機新增的可變氣門正時機構(gòu)，進行HIL 測試的發(fā)動機仿真模型也應(yīng)增加該機構(gòu)的仿真模型，投入較少的測試人力和測試成本，在 較短的測試周期完成測試任務(wù)。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種可變氣門正時機構(gòu)的仿 真方法，該方法包括以下步驟:步驟一、以發(fā)動機轉(zhuǎn)速作為輸入量查表MaxAngularSpeed獲 得相位調(diào)節(jié)器在當前發(fā)動機轉(zhuǎn)速下的最大轉(zhuǎn)動角速度;步驟二、以采集到的可變氣門正時 閥控制信號的占空比作為輸入量查表RelativeSpeed獲得相對速度;步驟三、通過機油溫度 查表CorrectFactor獲得某一修正因子對此轉(zhuǎn)動速度進行修正;步驟四、以該轉(zhuǎn)動角速度對 時間進行積分得到凸輪軸實際產(chǎn)生偏移的相位值。所述步驟二相對于平衡位置，正值代表 正轉(zhuǎn)，負值代表反轉(zhuǎn)，最大轉(zhuǎn)動角速度和相對速度相乘得到實際轉(zhuǎn)動速度。所述平衡位置可 變氣門正時閥控制信號的占空比為50%。所述步驟三還設(shè)有一個低通濾波器。通過采集進 氣可變氣門正時和排氣可變氣門正時的控制信號占空比，分別模擬采集進氣可變氣門正時 和排氣可變氣門正時的相位偏移量。該方法通過調(diào)整積分模塊的積分時間常數(shù)來調(diào)節(jié)凸輪 軸轉(zhuǎn)動角速度。該方法通過調(diào)節(jié)可變氣門正時可調(diào)節(jié)的角度范圍，調(diào)節(jié)凸輪軸實際的偏移 角度上限。
[0005] 本發(fā)明有益效果是：仿真模型以可變氣門正時閥的控制信號(PWM)占空比作為主 要輸入，并根據(jù)當前的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和機油溫度修正，分別模擬計算出進氣VVT和排氣VVT內(nèi) 的機油流量，并根據(jù)該流量模擬出凸輪軸轉(zhuǎn)動的角速度，最終積分出相位偏移角度。對該機 構(gòu)的模擬效果最終體現(xiàn)在凸輪軸角度的變化。該模型可分別獨立模擬進氣凸輪軸和排氣凸 輪軸經(jīng)過相位調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后的凸輪軸相位偏移角度，并保證模擬的凸輪軸實際角度與ECU 控制需求的目標角度實時近似相等，因此可用于VVT的自學(xué)習(xí)、診斷以及與控制相關(guān)的功能 性測試。
【附圖說明】
[0006] 下面對本說明書附圖所表達的內(nèi)容及圖中的標記作簡要說明：
[0007] 圖1是本發(fā)明【具體實施方式】的可變氣門正時機構(gòu)示意圖。
[0008] 圖2是本發(fā)明【具體實施方式】的可變氣門正時閥流量特性曲線圖。
[0009] 圖3是本發(fā)明【具體實施方式】的可變氣門正時機構(gòu)仿真結(jié)構(gòu)圖。
[0010] 圖4是本發(fā)明【具體實施方式】的進/排氣VVT的模擬效果圖。
[0011] 圖1中，1、凸輪軸相位調(diào)節(jié)器;2、凸輪軸位置傳感器;3、曲軸位置傳感器;4、可變氣 門正時閥；5、機油栗。
【具體實施方式】
[0012] 下面對照附圖，通過對實施例的描述，本發(fā)明的【具體實施方式】如所涉及的各構(gòu)件 的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及 操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù) 方案有更完整、準確和深入的理解。
[0013] 可變氣門正時機構(gòu)如圖1所示，假設(shè)可變氣門正時閥液壓腔內(nèi)的油壓固定不變，則 凸輪軸相位的偏移量（角度)正比于液壓腔內(nèi)的機油流量，流量由電磁閥占空比控制，流量 與占空比的關(guān)系可以通過電磁閥的特性獲得。ECU工作時，控制策略會計算出當前工況需求 的目標凸輪軸角度，并輸出與之對應(yīng)的HVM占空比，通過采集該控制信號的占空比，可模擬 出液壓腔內(nèi)的機油流量。
[0014] 由于對應(yīng)的相位調(diào)節(jié)器在不同的油壓下的最大流量是定值，故其最大的轉(zhuǎn)動角速 度是定值。因此，可通過發(fā)動機轉(zhuǎn)速(機油壓力是轉(zhuǎn)速的函數(shù))算出此轉(zhuǎn)速下的最大偏移角 速度。不同占空比條件下電磁閥的機油流量如圖2所示，其和最大流量的關(guān)系與發(fā)動機轉(zhuǎn)速 和相位調(diào)節(jié)器最大轉(zhuǎn)動角速度的關(guān)系是一致的，通過此關(guān)系即可算出當前占空比下相位調(diào) 節(jié)器的轉(zhuǎn)動角速度。通過角速度對時間進行積分就可以得到凸輪軸在相位調(diào)節(jié)器驅(qū)動后的 實際角度偏移量。
[0015] 具體實現(xiàn)方式為：以發(fā)動機轉(zhuǎn)速n_Engine作為輸入量查表獲得相位調(diào)節(jié)器在當前 發(fā)動機轉(zhuǎn)速下的最大轉(zhuǎn)動角速度。以采集到的可變氣門正時閥控制信號的占空比PWM_ DutyCycle作為輸入量查表獲得相對速度(-1~1)。相對于平衡位置（占空比為50%)而言， 正值代表正轉(zhuǎn)，負值代表反轉(zhuǎn)，最大轉(zhuǎn)動角速度和相對速度相乘得到實際轉(zhuǎn)動速度。再通過 機油溫度!^。^查表獲得某一修正因子對此轉(zhuǎn)動速度進行修正。與此同時，算法中添加了一 個低通濾波器VVT_LPT，以防止該角速度模擬過程中出現(xiàn)階躍跳變。最后以該轉(zhuǎn)動角速度對 時間進行積分得到凸輪軸實際產(chǎn)生偏移的相位值OffsetAngle。由于進氣VVT和排氣VVT的 工作原理相同，因此其仿真模型亦相同，通過分別采集進氣VVT和排氣VVT的控制信號占空 比，即可模擬出各自的相位偏移量。最終仿真模型和變量如圖3和表1所示。
[0016] 表1模型輸入輸出變量

[0018] 由上文描述可知，影響VVT控制相位精度的主要因素有VVT的轉(zhuǎn)動速度、最大偏移 角度。前者直接影響凸輪軸實際角度對目標角度的跟隨效果，可通過調(diào)整積分模塊的積分 時間常數(shù)dT來調(diào)節(jié)凸輪軸轉(zhuǎn)動角速度;另一影響因素為VVT可調(diào)節(jié)的角度范圍，直接影響到 凸輪軸實際的偏移角度上限。其他因素可起到對凸輪軸偏移角度的修正效果。因此，調(diào)試需 要做的步驟有：（1)確定VVT控制的目標開度范圍；（2)調(diào)整VVT的積分常數(shù)(dT)，使實際相位 角度與目標相位角度跟隨性達到要求。
[0019] 結(jié)合某一版本控制策略標定值可知，VVT對相位控制的目標值范圍為:進氣VVT可 調(diào)節(jié)范圍為-21°至49°，即可調(diào)節(jié)進氣閥在進氣TDC后21°至TDC前49°范圍內(nèi)打開;排氣VVT 可調(diào)節(jié)范圍為-30°至40°，即可調(diào)節(jié)排氣閥在排氣TDC后30°至TDC前40°范圍內(nèi)關(guān)閉。因此， 進排氣VVT的最大偏移角度(Shift_MX)均為70°。最終調(diào)試采用參數(shù)如表2所示。
[0020] 表2進/排氣VVT模擬參數(shù)表
[0024] 通過HIL設(shè)備運行設(shè)定的工況，驗證VVT的控制效果，如表3和圖4所示。進氣凸輪軸 需求的目標角度wnwse_w為實線1，實際凸輪軸角度wnwvfe_w為虛線2;排氣凸輪軸需求的目 標角度wnwsa_w為實線3,實際凸輪軸角度wnwvfa_w為虛線4。由圖4可知，進氣VVT和排氣VVT 控制凸輪軸的實際角度對目標角度跟隨性良好，凸輪軸的實際角度總能隨著需求的目標角 度變化而快速調(diào)節(jié)響應(yīng)，且凸輪軸偏移的角度在設(shè)定的范圍內(nèi)，模擬效果足以滿足測試要 求。
[0025]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式 的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改 進將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本發(fā) 明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護范圍為準。
【主權(quán)項】
1. 一種可變氣門正時機構(gòu)的仿真方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： 步驟一、以發(fā)動機轉(zhuǎn)速作為輸入量查表獲得相位調(diào)節(jié)器在當前發(fā)動機轉(zhuǎn)速下的最大轉(zhuǎn) 動角速度； 步驟二、以采集到的可變氣門正時閥控制信號的占空比作為輸入量查表獲得相對速 度； 步驟三、通過機油溫度查表獲得某一修正因子對此轉(zhuǎn)動速度進行修正； 步驟四、以該轉(zhuǎn)動角速度對時間進行積分得到凸輪軸實際產(chǎn)生偏移的相位值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣門正時機構(gòu)的仿真方法，其特征在于，所述步驟二相對 于平衡位置，正值代表正轉(zhuǎn)，負值代表反轉(zhuǎn)，最大轉(zhuǎn)動角速度和相對速度相乘得到實際轉(zhuǎn)動 速度。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變氣門正時機構(gòu)的仿真方法，其特征在于，所述平衡位置可 變氣門正時閥控制信號的占空比為50 %。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣門正時機構(gòu)的仿真方法，其特征在于，步驟三還設(shè)有一 個低通濾波器。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣門正時機構(gòu)的仿真方法，其特征在于，通過采集進氣可 變氣門正時和排氣可變氣門正時的控制信號占空比，分別模擬采集進氣可變氣門正時和排 氣可變氣門正時的相位偏移量。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣門正時機構(gòu)的仿真方法，其特征在于，該方法通過調(diào)整 積分模塊的積分時間常數(shù)來調(diào)節(jié)凸輪軸轉(zhuǎn)動角速度。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣門正時機構(gòu)的仿真方法，其特征在于，該方法通過調(diào)節(jié) 可變氣門正時可調(diào)節(jié)的角度范圍，調(diào)節(jié)凸輪軸實際的偏移角度上限。
【文檔編號】G05B17/02GK105911881SQ201610230104
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】農(nóng)偉全
【申請人】奇瑞汽車股份有限公司