发动机电喷控制汽油机篇 人才最重要

西西eva613 (西西eva613) 资深会员
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发表于:2014-12-03 21:00 [只看楼主] [划词开启]

  自从汽车进入电子时代,中国就在汽油机电控方面付出了努力。目前,国内的汽油机电控工作,主要是依靠德尔福、联合电子、电装等外资和合资企业完成。长安奇瑞等车企也已经开始进行电控系统软硬件的开发。另外,很多高校的导师带领自己的学生进行了各方面的研究和理解,其方法也基本是参照国外企业的资料进行。

发动机台架实验发动机台架实验

  然而,这么多年过去,国内的汽油机电控核心技术的掌握,依然没有多大进展。合资和外资电控企业将核心技术牢牢掌握在外方手里,在国内只做一些工程上的表层工作,不可能涉及到核心策略。一旦有新的技术用于控制排放油耗,这些公司又要给国外的母公司大把的金钱引入新系统,而一旦引入后又能在中国市场无敌,根本不需要开发什么;车企方面,大多数依旧信心不足,不肯投入经费,不愿意购买设备,就更不用说培养人才。而我们高校呢?依旧只在普通的汽油机控制上拼命的研究,对一些新技术包括GDI、增压器等鲜有研究。

  目前,奇瑞已经开发了自己的汽油机电控系统,长安也已经开始行动。他们正在对员工进行ASCET的软件培训,希望用这套ETAS的软件工具进行电控系统的开发。然而,两家车企在电控上何时能够掌握汽油机电控的核心,目前还很难判断。因为这其中,有两个关键难点很难跨越:

  1、策略+程序双精通人才的匮乏。电控开发人员应该对策略有较深的了解,做过相关参考策略的标定工程师是最专业最合适的了。但问题是,有过多年经验的标定工程师,如果让他们去编写基本策略程序,不管是用C语言也好,模型编语言也罢,又是个比较大的障碍。如果找些没有什么标定经验的工程师进行软件培训,他们的积极性会很高,但是对策略的理解和把握上有一定的差距,会造成对原策略理解的误偏,这样的话根本无法做出策略。

控制策略基本原理图控制策略基本原理图

  2、开发软件的学习水平还处在皮毛层。对于开发的软件,我接触过不少国内的、类似于ETAS专门从事于软件贩卖的公司的工程师。这些工程师水平不是很高,可能一些简单的操作还可以,但是仅限如此。他们经常说的一些解决方案,基本上就是软件操作层面问题的解决,而对开发控制策略并没有多少想法。所以,千万不要指望在开发中遇到控制策略问题,期望从他们那里得到现成答案,其实他们懂的并不一定有标定工程师懂的多。

  鉴于以上两点,笔者窃以为,现阶段要开发汽油机电喷系统,只能依靠自身人员不断的艰苦摸索,从工作中学习。做好分工,让标定工程师向策略模型编写人员进行解释,模型工程师在软件工具公司工程师的帮助下不断摸索。实际上,在软件使用的过程中,遇到的问题会很多,但是总有办法解决,或在软件工具公司的工程师帮助,或是和其他同事交流。

  控制策略的开发基本流程

  在汽油机的电控技术中,最核心的技术,是控制策略的开发。我们可以将电喷的控制当成一到数学题,那么控制策略就是解题的方法。只要掌握了方法,那么对于所有发动机的电喷控制,都能够迎刃而解。

  和柴油机的控制策略开发一样,汽油机的电控开发,也需要根据专业将其分为两部分,其一为底层的开发,这包括AD采样、PWM波的输出和一些硬件方面的诊断;另一部分就是控制策略的开发,如扭矩的控制、气路的控制、点火角控制和喷油量的控制。基本原理谈起来都很简单,但其中肯定是数不甚数的,笔者主要谈谈其中的三点:

  1、etpu(加强型时间处理单元)

  在于角度系统(曲轴相位)的策略,这是在etpu中运行的程序,etpu通过采集曲轴传感器上的齿的边沿来确定发动机的 0度(起点)以及计算出当前的角度,这样就一方面可以触发喷油和点火的时刻,另一方面可以触发相关的计算任务。

  由于etpu属于底层的东西,同时又涉及到发动机的工作原理,这样很难有人把它研究的很透彻,以至于懂发动机原理以为这些程序在cpu中运行,而明白etpu的专业人士却不懂如何在etpu中开发出策略所需要的信号。

  一些论文中出现过etpu,但是深度显然不够,写的是原理,却没有涉及到策略,所以说,把策略与etpu的程序开发完美的无缝结合开发是开发策略的一个难点。

开发控制策略的基本设备开发控制策略的基本设备

  2、PID控制(P比例、I积分、D微分)

  对于控制来说,都是根据所处的情况或状态,计算出一个理论上的最佳值,然后给执行器发出指令让其实现该理论值。但是实际上由于外界的情况不同和产品的差异性,如果不用PID进行调控的话,执行器很能到达理论值。这种方法经常被称为自适应学习(adaptive)。

  理论上讲,PID控制中,D的介入会使得控制更精确。但是在很多应用中只会用到PI,所以说在什么时候要用D,什么时候不用D也是策略开发的一个难点。

  3、新的技术

  最近这几年,越来越多的新技术被应用到汽油机上,比如说VVT,GDI和增压器等等。这些新技术一旦用到汽油机上,那么就会有相应的控制策略,由于我们对这些新技术研究的不够,根本没办法对其控制策略进行开发,更不用说开发好了。

  汽油机电控开发的方向和挑战

  随着汽油机的不断进步,以及对汽油机排放和油耗法规的日趋严格,越来越多的新技术新要求被应用到汽油机上。那么,未来汽油机的电控将往哪些方向发展,又有哪些挑战?以下是笔者根据自己的了解所列,以供参考。

  1、随着新技术的出现,尤其是GDI发动机越来越普及,将来进气道喷射的汽油机会逐步淘汰,这是因为同一排量的GDI发动机的油耗会很低。那么未来电喷对GDI的燃烧模式的控制就变得尤为重要。如均质爆震控制、均质稀薄燃烧、均质分层燃烧、均质分裂燃烧、分层燃烧和分层催化器加热这些模式。由于GDI是缸内直喷,因此它的部件组成有不同于气道喷射使用的喷油器,其针孔更下,孔数更多;有类似于高压共轨柴油机共轨的油轨,油轨对压力有一定的要求,这是因为在气缸中喷射的时候,由于气缸中的压力远高于气道中的压力,这样对喷油器喷油的流量影响很大,因此采用一定的高压油轨,使得喷油器的流量稳定。

标定数据的采集标定数据的采集

  2、涉及到VVT的控制。目的是为了达到更高的排放要求,尤其是对NOx污染物的控制。

  3、对增压器的控制。其目的是为了提高充气效率,这样就可以喷入更多的燃油,提高发动机的动力性。

  4、更低的怠速控制。发动机在维持某一转速运转的时候,该转速越低油耗越小。我们在红绿灯或者堵车的时候,发动机都会进入怠速工况。国内发动机目前一般怠速都在750rpm左右,而国外先进的发动机可以做到更低怠速,如日本的怠速可以做到550rpm左右。那么如何在电控上实现低怠速的平稳运行,就是电控技术的又一方向和挑战。

  5、启停技术。众所周知,启停技术被很多车企当做节省燃油的技术来宣传,其原理已经不用我再介绍。我在这里要指出的是,如果电喷控制不当,启停技术也不一定就能够省油。笔者之前做过试验,有一款车,它的发动机起动一次的油耗相当于怠速7s的油耗。因此设计该策略的时候,一定要考虑是否有频繁起停,否则的话不一定达到省油得目的。

  6、混合燃料。由于中国汽车的保有量很高,因此汽油、柴油的需求量很大,所以出现了在汽油中掺加甲醇、乙醇,出现了这样的混合燃料。因此电喷系统就需要对不同混合比例的燃料进行适应性匹配,以保证动力性需求和满足排放法规。

  总结:

  笔者从事电喷工作已经有了几年的时间,但随着时间的增加,越感觉到需要学习的地方还有很多。在过去的两篇文章中,笔者只是针对其柴油机的电控现状和开发难点、挑战进行了简单的介绍。实际上,我们通常认为发动机、变速箱是中国汽车工业的两个核心技术短板,这种理解往往局限于机械方面,电控方面的技术缺失,更加值得我们关注。我也希望,随着时间的积累和中国电喷专业技术人员的努力,我们最终能够掌握到发动机和自动变速箱的电控核心技术。一起努力!

分类: 技术养护
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