基于openECU的點火正時控制策略設(shè)計

凌憲政，吳長水，劉揚柏，魯 勝

（上海工程技術(shù)大學(xué)汽車工程學(xué)院，上海 201620）

基于openECU的點火正時控制策略設(shè)計

凌憲政，吳長水，劉揚柏，魯 勝

（上海工程技術(shù)大學(xué)汽車工程學(xué)院，上海 201620）

點火系統(tǒng)是發(fā)動機(jī)的重要主成部分，對發(fā)動機(jī)的性能有絕對性的影響；在開放式ECU的基礎(chǔ)上進(jìn)行了點火正時策略的設(shè)計以及預(yù)標(biāo)定的工作，大大縮短了開發(fā)的難度和周期；對某LNG氣體機(jī)的點火正時策略進(jìn)行了設(shè)計和優(yōu)化，并結(jié)合發(fā)動機(jī)計算模型（進(jìn)氣，壓縮，做功，排氣）進(jìn)行了反饋和驗證；使用開放式ECU進(jìn)行實驗開發(fā)，可以為實驗節(jié)省大量的時間和資源，監(jiān)測不同的輸入條件對點火提前角的影響，實現(xiàn)了脈譜的預(yù)標(biāo)定，大大縮短了開發(fā)工作，具有一定的實際運用價值。

點火正時策略；開放式電子控制單元；預(yù)標(biāo)定

0 引言

節(jié)能與環(huán)保是現(xiàn)代汽車發(fā)展的主流，天然氣汽車以排氣污染少越來越受到重視。點火提前角是電控發(fā)動機(jī)的一個重要參數(shù)。在原有的柴油機(jī)基礎(chǔ)上改為氣體機(jī)，需要開發(fā)性能可靠，成本低的點火正時裝置［1 2］。由于天然氣特殊的理化性質(zhì)，點火提前角需要精確制定。為了使發(fā)動機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最佳，需要制定合理可靠的點火正時控制策略，試驗確定最佳點火提前角，從而提高發(fā)動機(jī)使用天然氣的性能，達(dá)到環(huán)保的效果。

1 點火正時控制策略的實現(xiàn)

在點火系統(tǒng)中，電控單元對點火提前角的控制可分為起動工況模式和起動后工況模式。起動工況的點火提前角是根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力查詢脈譜圖得到，起動后的工況又分為是否處于怠速狀態(tài)，但點火提前角［3 5］都由下式確定：

實際點火提前角＝基本點火提前角＋修正量

1.1 起動工況點火提前角

起動工況的點火提前角是根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣歧管內(nèi)的進(jìn)氣壓力查詢相應(yīng)的脈譜圖獲得，作為初始點火提前角［6］。

1.2 起動后工況點火提前角

1.2.1 怠速工況點火提前角

怠速工況的實際點火提前角等于基本點火提前角和修正點火提前角之和。基本點火提前角的確定是根據(jù)是否接通空調(diào)使能開關(guān)，用相應(yīng)的代替值來作為點火角度。采用的修正有：暖機(jī)修正，過熱修正，怠速穩(wěn)定性修正。

1）當(dāng)發(fā)動機(jī)處于暖機(jī)過程時，ECU根據(jù)冷卻水溫查脈譜，輸出修正的角度。

2）發(fā)動機(jī)處于怠速運行工況，當(dāng)冷卻水溫度過高時，為了避免長時間過熱，應(yīng)將點火提前角增大，即怠速過熱修正。

3）發(fā)動機(jī)在怠速運行工況，由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在怠速參考轉(zhuǎn)速下波動，因此ECU要調(diào)整點火提前角，并且ECU要不斷計算發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，并與怠速參考轉(zhuǎn)速做差，作為修正依據(jù)。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速大于怠速參考轉(zhuǎn)速時，減小點火提前角；反之，增大點火提前角。相應(yīng)的控制策略如圖1所示。

圖1 怠速時點火提前角控制策略

1.2.2 正常運行工況點火提前角

發(fā)動機(jī)正常工作時的實際點火提前角等于基本點火提前角與修正點火提前角之和［7］。基本點火提前角是根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣壓力查詢相應(yīng)的脈譜圖確定。修正量有：冷卻水溫修正，空燃比反饋修正，爆燃修正，進(jìn)氣溫度修正。

1）ECU根據(jù)冷卻水溫查脈譜，輸出修正的角度，若冷卻水溫度較低，應(yīng)增大點火提前角。

2）ECU通過氧傳感器反饋回來的氧含量信號來調(diào)節(jié)噴油量，空燃比在這一過程中不斷波動，因此可通過空燃比來查詢相應(yīng)脈譜確定點火提前角的修正量。

3）爆燃修正是通過發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣壓力查對應(yīng)的脈譜圖，確定點火提前角的修正量。

4）對進(jìn)氣溫度進(jìn)行修正時，必須要滿足兩個條件，進(jìn)氣溫度和轉(zhuǎn)速度都要達(dá)到相應(yīng)的閾值，否則不對進(jìn)氣溫度進(jìn)行修正。當(dāng)滿足條件時，根據(jù)進(jìn)氣溫度查找脈譜圖確定點火提前角。具體的策略如圖2所示。

圖2 正常運行時點火提前角控制策略

2 正時限值控制

2.1 MBT的設(shè)計策略

最佳點火提前角MBT的確定需要考慮發(fā)動機(jī)EGR的控制。實際點火提前角等于基本點火提前角與修正點火提前角之和。基本點火提前角與正常運行時的點火提前角采用相同的脈譜。相應(yīng)的修正有冷卻水溫修正，空燃比反饋修正，以及有EGR控制時的角度與無EGR控制時的角度做差，與EGR率相乘的修正。策略如圖3所示。

圖3 MBT控制策略

2.2 最大和最小點火提前角的確定

為使發(fā)動機(jī)正常運行，ECU得到的點火提前角必須要在一個合理的范圍內(nèi)。發(fā)動機(jī)的實際點火提前角等于基本點火提前角與修正點火提前角之和，該值應(yīng)在一定范圍之內(nèi)。最大點火提前角的確定需要考慮發(fā)動機(jī)是否處于怠速運行工況。當(dāng)發(fā)動機(jī)處于非怠速運行工況時，最大點火提前角就是最佳點火提前角；當(dāng)發(fā)動機(jī)處于怠速工況時，根據(jù)進(jìn)氣壓力查找相應(yīng)脈譜確定點火角度，并與MBT值之間取其較小值作為最大點火提前角。最小點火提前角采用固定的代替值。具體的控制策略如圖4所示。

圖4 最大最小點火提前角控制策略

3 模型在openECU上的應(yīng)用

Pi lnnovo公司生產(chǎn)的openECUM250是與pisnoop是聯(lián)合使用的，pisnoop是公司自行研發(fā)的一款標(biāo)定工具。在simulink中，我們配置好M250的硬件模塊，并通過其公司自帶的庫模塊，由信號盤上的曲軸傳感器信號模擬輸入一個發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，其它的輸入我們暫做常量進(jìn)行處理，后期可在pisnoop中進(jìn)行修改。對建立好的模型（例如正常工況）進(jìn)行編譯后生成A2L和S37文件，添加到pisnoop中，并對M250上電即可燒寫程序。程序燒寫完成后，調(diào)整信號盤上的轉(zhuǎn)速，M250可以實時地檢測到轉(zhuǎn)速信號的變化，并將其值反映在pisnoop界面中，通過增加轉(zhuǎn)速或減小轉(zhuǎn)速來監(jiān)測點火提前角的變化情況。如圖5～7所示。

圖5 預(yù)標(biāo)定界面

4 結(jié)束語

1）本文提出了一種天然氣發(fā)動機(jī)點火正時的控制策略，點火提前角根據(jù)不同的工況采用不同的策略，每一工況下都計算出當(dāng)前的基本點火提前角并根據(jù)不同的外界條件進(jìn)行修正。

最后將輸出的點火提前角進(jìn)行限值處理即為最終的點火提前角。

2）通過開放式ECU，實現(xiàn)了點火控制策略程序編譯和燒寫；通過標(biāo)定工具pisnoop實時地監(jiān)測不同的輸入條件對點火提前角的影響；實現(xiàn)了脈譜的預(yù)標(biāo)定，大大縮短了開發(fā)工作。

3）使用開放式ECU進(jìn)行實驗開發(fā)，可以為實驗節(jié)省大量的時間和資源，具有一定的實際運用價值。

圖7 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速降低

［1］余文明.微機(jī)控制點火系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用［J］.淮陰工學(xué)院學(xué)報，2003，12（3）：55-58.

［2］馮幸福，吳同起.燃?xì)馄嚰凹託庹炯夹g(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2000.

［3］林在犁.車用天然氣燃料在我國的應(yīng)用與發(fā)展［J］.內(nèi)燃機(jī)，2007（2）：1-4.

［4］郝利君，張付軍，黃 英，等.天然氣發(fā)動機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望［J］.汽車工程，2000，22（5）：332-337.

［5］卓 斌.天然氣發(fā)動機(jī)燃燒特征與功率恢復(fù)［J］.車用發(fā)動機(jī)，1999（1）：11-17.

［6］嵇全喜.GDI發(fā)動機(jī)冷起動控制策略研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2011.

［7］周龍保，劉 俊，高宗英，等.內(nèi)燃機(jī)學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

Ignition Timing Control Strategy Design Based on OpenECU

Ling Xianzheng，Wu Changshui，Liu Yangbai，Lu Sheng

（College of Automotive Engineering，Shanghai University of Engineering and Science，Shanghai 201620，China）

Ignition system is the main important part of the engine，and has absolute influence on engine performance.Open ECU for ignition timing strategy on the basis of the design and calibration work，greatly shorten the development difficulty and cycle；Machine of a LNG gas ignition timing strategy has carried on the design and optimization，and combining the calculation model for the engine（air intake，compression，power，and exhaust）feedback and verification.It can save a lot of time and resources for experiment if experiments use open ECU.It also can monitor the influence of the different inputs conditions on the ignition advance angle，It has realized the pulse spectrum of calibration，greatly shorten the development work and has certain actual application value.

ignition timing strategy；openECU；pre－calibration

1671-4598（2016）08-0097-02

10.16526／j.cnki.11－4762／tp.2016.08.026

：TP273

：A

2016-02-25；

：2016-03-16。

凌憲政（1991-），男，浙江嘉興人，碩士研究生，主要從事發(fā)動機(jī)電子控制策略方向的研究。