(完整版)基于扭矩的发动机控制策略简介
发动机转矩控制原理
发动机转矩控制原理引言：发动机转矩控制是现代汽车技术中的重要一环，它对于车辆性能和燃油经济性具有重要影响。
本文将介绍发动机转矩控制的基本原理和实现方式，旨在帮助读者更好地理解和应用该技术。
一、发动机转矩的定义和重要性发动机转矩是指发动机输出的扭矩，它是引擎输出功率的重要指标之一。
发动机的转矩直接影响车辆的加速性能和牵引力，因此对于汽车的性能和驾驶体验具有重要作用。
合理地控制发动机转矩可以提高车辆的动力性能和燃油经济性。
二、发动机转矩控制的基本原理发动机转矩控制的基本原理是通过调节燃油供给量来控制发动机的扭矩输出。
传统的机械燃油喷射系统通过调节喷油量和喷油时间来控制发动机转矩，而现代的电子燃油喷射系统则通过电子控制单元（ECU）来实现更精确的转矩控制。
三、发动机转矩控制的实现方式1. 空燃比控制：通过调节燃油与空气的混合比例，控制发动机的转矩输出。
当需要增加转矩时，增加燃油供给量；当需要减小转矩时，减少燃油供给量。
2. 进气门控制：通过调节进气门的开度和关闭时间，控制发动机的进气量，从而控制转矩输出。
当需要增加转矩时，增加进气门开度；当需要减小转矩时，减小进气门开度。
3. 点火提前角控制：通过调节点火提前角的大小，控制发动机燃烧过程的时机，从而控制转矩输出。
当需要增加转矩时，提前点火时机；当需要减小转矩时，推迟点火时机。
4. 变速器控制：通过调节变速器的传动比，控制发动机输出转矩的传递效率，从而控制转矩输出。
当需要增加转矩时，选择更低的传动比；当需要减小转矩时，选择更高的传动比。
四、发动机转矩控制的应用1. 提高车辆的动力性能：通过精确控制发动机转矩输出，可以使车辆在加速和超车等场景下具有更好的动力响应和加速性能。
2. 提高车辆的燃油经济性：合理地控制发动机转矩输出，可以降低发动机的燃油消耗，提高车辆的燃油经济性。
3. 提高车辆的驾驶舒适性：通过精确控制发动机转矩输出，可以使车辆在起步、换挡和减速等操作中更加平顺和舒适。
基于扭矩的控制策略ppt课件
一、发动机控制算法的发
在过去的展系统（中续，各）种功能需要或子
系统将会直接影响与扭矩相关的控制变量。
例如：直接改变节气门转角影响进气量；直
接改变喷油时间或各缸独立断油影响喷油量；
直接调整喷油提前角影响发动机效率；直接
控制增压压力调节器影响增压压力。
由于这些需求的实现没有经过协调，对 整个系统工作将可能带来以下影响：
1．由于各种需求不断同时出现，即使有优
先级控制，但其对整个系统的影响难以清楚
的监测；
5
一、发动机控制算法的发
展（续）
随着汽车电子的发展，现代汽车上已 经形成了一个控制网络，每个控制节点上 都由相应的ECU控制 。需求扭矩被工程师 们用来作为各个控制单元与发动机ECU间 的唯一接口，这样就方便系统集成与扩展。
当汽车上需要扩展新的ECU时，只需要 通过总线协议将需求扭矩传给发动机ECU， 发动机ECU经过协调各部件的需求扭矩和 判断发动机工作状态后计算出发动机最终
6
二、基于扭矩控制算法概述
自1997年由J.Gethardt最先提出了基于 扭矩的控制算法后，各研究单位都对基于扭 矩的控制算法进行了深入的研究。基于扭矩 控制的控制策略在现代发动机管理系统EMS 开发中逐渐获得应用。
基于扭矩的柴油机控制策略
1
一、发动机控制算法的发 展
传统的柴油机电控系统采用
基于油量的
控制算法，每循环喷油量由发动 机转速和负
荷(油门踏板开度)确定出基本喷
油量，然后根
2
一、发动机控制算法的发 展（续）
图中的斜线是同一油门开度下发动机喷射油量，随着转速的升高，同一油 门开度下的油量减少以保证发动机的稳定工作。发动机起动时的油量不受此调速 特性曲线的限制，为了让发动机迅速起动需要增大发动机的每循环喷油量。怠速 时油门开度为零，此时的油量由油门开度为0时的调速特性曲线控制。为了保证 发动机正常工作还需要对发动机负荷及最高转速进行限制。
扭矩控制方法的原理和应用
扭矩控制方法的原理和应用1. 引言扭矩控制是一种重要的控制方法，广泛应用于工业生产中的各种机械设备和系统中。
本文将介绍扭矩控制方法的原理和应用，帮助读者更好地了解和应用扭矩控制技术。
2. 扭矩控制的原理扭矩是物体在力的作用下发生转动时所产生的力矩，扭矩控制即通过控制力矩的大小和作用方向，来达到控制物体转动的目的。
扭矩控制的原理可以简要概括如下：1.传感器测量扭矩信号通过安装在物体上的传感器，测量物体所受到的扭矩信号，并将信号传输给控制器。
2.控制器处理扭矩信号控制器接收到传感器测量的扭矩信号后，根据预设的控制算法进行处理，计算出需要施加的力矩大小和作用方向。
3.执行器施加扭矩执行器根据控制器计算得出的力矩指令，通过机械装置将力矩施加在控制对象上，控制物体的转动。
3. 扭矩控制方法的应用扭矩控制方法广泛应用于各种机械设备和系统中，以下列举了一些常见的应用领域和具体案例。
1.机械加工–金属加工：扭矩控制方法在车床、铣床、钻床等设备中的应用十分常见，可以实现对工件的精准加工。
–木工加工：扭矩控制方法在木工加工设备中的应用可以提高加工质量和效率。
2.电动机控制–电动车：扭矩控制方法在电动车的电机驱动系统中起到关键作用，可以实现对车辆行驶性能的控制和优化。
–工业电机：扭矩控制方法在各种工业设备中的电机控制系统中应用广泛，如泵、风扇、压缩机等。
3.机器人–工业机器人：扭矩控制方法使得工业机器人能够精准地完成各种操作任务，如焊接、搬运、装配等。
–服务机器人：扭矩控制方法可以实现对服务机器人的移动和操作的精准控制，提高机器人的安全性和灵活性。
4.医疗设备–手术机器人：扭矩控制方法在手术机器人中的应用可以实现对手术器械的精细操作，提高手术的准确性和安全性。
–假肢：扭矩控制方法可以实现对假肢的运动和力度的精确控制，提高使用者的舒适性和生活质量。
4. 总结扭矩控制方法是一种重要的控制技术，其原理是通过测量和处理扭矩信号，然后施加相应的力矩来实现对物体转动的控制。
基于扭矩模型的汽油机电控系统怠速控制
（）<0时亦然。因此，通过积分控制器，可以逐步减小 目标怠速转速设定值与发动机实际转速的偏差，实现
当自变量 （）发生突然的变化，比例微分控制器 怠速转速的精确控制。这里需要注意， 不能设置过 通过乘以不同的放大系数输出 （），对 （）进行控制。 大，否者将会使输出扭矩变化太大，从而导致发动机转
图 ! 比例#微分控制逻辑图
火；发动机怠速转速波动在合理范围且要避免转速波 动频率对驾驶员及乘客造成不适的影响；发动机从高 转速进入怠速工况，及时将发动机转速平稳控制在目
根据图 1，可以推导出： （）=P（）+D""（ ）
（1）
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2第01192（期12）
技术聚焦
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德尔福基于扭矩的发动机控制策略课件
03
基于扭矩的发动机控制策略的优 势与挑 战
基于扭矩的发动机控制策略的优势
01
02
03
优化动力输出
通过控制扭矩，发动机可 以更精确地匹配车辆行驶 需求，提高动力输出效率。
降低油耗
通过对扭矩的精确控制， 发动机可以减少不必要的 燃油消耗，提高燃油经济 性。
减少排放
优化扭矩输出有助于减少 发动机燃烧不充分所产生 的排放，降低对环境的影 响。
05
基于扭矩的发动机控制策略的发 展趋势与展望
基于扭矩的发动机控制策略的发展趋势
高压化
随着排放法规的日益严格，发动 机控制策略正朝着高压化的方向 发展，以降低排放和提高燃油经
济性。
智能化
随着人工智能和传感器技术的发展， 发动机控制策略正朝着智能化的方 向发展，以实现更精准的控制和优 化。
电动化
随着新能源汽车市场的不断扩大， 发动机控制策略正朝着电动化的方 向发展，以实现更高效、更环保的 动力输出。
发动机控制策略是指通过控制发动机的运转，实现汽车的动力、经济、排放等 性能的有效调节和优化。
发动机控制策略的重要性
随着汽车工业的发展，发动机控制策略已成为汽车制造商核心竞争力的重要组 成部分。优秀的控制策略可以提高汽车的性能、降低油耗、减少排放，同时满 足日益严格的环保要求。
发动机控制策略的分类与特点
高速公路驾驶、山区驾驶等。
德尔福基于扭矩的发动机控制策略的前景展望
德尔福作为全球领先的汽车零部 件供应商，其基于扭矩的发动机 控制策略在市场上具有较高的竞
争力。
随着排放法规的日益严格和新能 源汽车市场的不断扩大，基于扭 矩的发动机控制策略的市场需求
将不断增加。
德尔福基于扭矩的发动机控制策略PPT文档共22页
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
Hale Waihona Puke 40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
扭矩控制策略
扭矩控制策略1. 引言扭矩控制策略是一种用于控制机械系统中扭矩输出的方法。
在许多机械应用中，如电动机驱动、机器人运动控制等，扭矩的精确控制是非常重要的。
扭矩控制策略可以通过调整电流、电压或其他参数来实现对扭矩输出的精确控制。
本文将介绍几种常见的扭矩控制策略，包括直接扭矩控制、间接扭矩控制和预测性扭矩控制。
我们将分析每种策略的原理、优点和缺点，并比较它们在不同应用场景下的适用性。
2. 直接扭矩控制直接扭矩控制（Direct Torque Control，DTC）是一种基于电机模型和误差反馈的方法。
它通过测量电机转子位置和速度，计算出所需的转子电流，并将其与实际电流进行比较，从而实现对扭矩输出的闭环控制。
直接扭矩控制具有以下优点： - 响应速度快：直接扭矩控制不需要传统的速度环，可以直接根据电机转子位置和速度进行控制，响应速度更快。
- 精确性高：通过精确测量电机参数和实时反馈，直接扭矩控制可以实现对扭矩输出的精确控制。
然而，直接扭矩控制也存在一些缺点： - 复杂性高：直接扭矩控制需要准确建立电机模型，并且需要对多个参数进行精确测量。
这增加了系统设计和调试的复杂性。
- 高频噪声：由于直接扭矩控制的工作原理，它可能会在高频段产生噪声。
这可能会对系统稳定性和可靠性造成一定影响。
3. 间接扭矩控制间接扭矩控制（Indirect Torque Control，ITC）是一种基于电流和转子位置反馈的方法。
它通过测量电机相电流和转子位置，计算出所需的转子电流，并将其与实际电流进行比较，从而实现对扭矩输出的闭环控制。
间接扭矩控制具有以下优点： - 稳定性好：间接扭矩控制基于电流和转子位置反馈，可以提供较好的稳定性和鲁棒性。
- 系统设计简单：相对于直接扭矩控制，间接扭矩控制的系统设计相对简单，不需要准确建立电机模型。
然而，间接扭矩控制也存在一些缺点： - 响应速度较慢：由于间接扭矩控制需要通过测量电流和转子位置来计算所需的转子电流，响应速度相对较慢。
基于扭矩的发动机控制策略
关键技术
基于扭矩的发动机控制策略涉及的关键技术包括扭 矩估计、优化算法、发动机工作点优化和控制等。
实施方案
通过采集车辆运行状态信息，如车速、发动 机转速、油门踏板位置等，计算并控制发动 机的扭矩输出。
扭矩估计与优化算法
扭矩估计
利用车辆运行状态信息，通过建立数学模型或使用机器学习算法，对发动机的 扭矩进行估计。
将基于扭矩的发动机控制策略应用于不同类型和型号的 发动机，以扩大其应用范围。
多领域应用
将基于扭矩的发动机控制策略应用于其他领域，如车辆 、船舶、航空航天等领域，以拓展其应用领域。
06
结论与展望
研究成果总结
总结了基于扭矩的发动机控制策略的研究成果，包括 控制策略的设计、实现和应用效果。
指出了研究过程中遇到的主要问题和解决方法，以及 未来研究方向。
优化算法
根据车辆动力学特性和控制目标，设计优化算法，如遗传算法、粒子群算法等 ，优化发动机的扭矩输出。
发动机工作点优化与控制
工作点优化
通过优化算法，将发动机的工作点调整到最优区域，以提高燃油经济性、动力性和排放性能。
控制策略
根据车辆运行状态和驾驶员需求，通过调整油门踏板位置、喷油量等参数，实现对发动机扭矩的精确 控制。
效果评估
通过各项性能指标的检测和分析，评估控制 策略的实际应用效果，并进行优化和改进。
05
基于扭矩的发动机控制 策略优化一步改进控制算法，提高算法的精度和效 率，可以采用更先进的优化算法，如遗传算 法、粒子群优化算法等。
模型预测
建立发动机的数学模型，利用模型预测发动 机的扭矩输出，并以此为依据进行控制策略
基于扭矩的发动机控制策略是一种更为直接和高效的控制方法，通过控制发动机扭矩来实现对车辆行驶 性能的精确控制。
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ECU开发参考文档基于扭矩的发动机控制策略
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目录
1 绪论
基于扭矩模型的电喷系统将车辆的各种功能和发动机的各种控制参数以扭矩为中间变量建立了扭矩关系并以扭矩请求的形式向系统提出请求。
系统在扭矩协调器中将上述扭矩请求与系统的运行效率进行协调，并通过扭矩中央转换实现了对发动机输出扭矩的控制。
1.1引言
基于扭矩模型的发动机管理系统其控制策略是以扭矩为主，通过子系统（如起动控制、怠速控制、转速控制、零部件保护控制等）、车辆功能要求（如真空助力转向、空调运行等）、传动系统控制（如自动变速器换档等）以及驾驶性要求等向系统提出发动机输出功率和扭矩的要求。
系统对上述请求通过计算产生该请求扭矩的发动机进气充量，再控制电子节气门提供理想的进气冲量，从而实现对发动机输出扭矩的请求。
虽然实现上述扭矩模型控制策略的一个重要执行元件是电子节气门，但是在采用机械连接式节气门的发动机管理系统开发过程中引入扭矩模型的控制策略，其同样也能获得较满意的效果。
目前东南汽车与上海联合电子合作的菱帅轿车新电喷系统开发过程中采用了扭矩模型控制策略，其不仅在标定和匹配过程中简化了工作，而且更重要的是在满足EURO-Ⅱ排放法规的前提下获得了良好的动力性、驾驶性和燃油经济性。
2 模型介绍
根据Moskwa 和Hedrick 建立的汽车动力传动系统控制的四冲程火花塞点燃式发动机模型，它有三个状态变量：进气管内的空气质量（也可是进气管内压力），进入燃烧室的燃油质量流动速率和发动机转速。
第一状态方程：m'α = m'αi - m'α0 (1)
mα为进气管内的空气质量。
m'αi 为进入进气管的空气质量流动速率，是节气门开度α的函数f(α)。
m'α0 为离开进气管并进入燃烧室的空气质量速率。
第二状态方程，即燃油质量流动速率状态方程：
τf * m"fi + m'fi = m'fc (2)
m'fi是进入燃烧室的真实燃油速率。
m'fc是控制元件发出指令所要求的燃油质量流动速率。
τf 是有效供油时间常数，是空燃比λ的函数τf =f(λ,… )。
第三状态方程，牛顿第二定律用于发动机旋转动力学：
Ie * n'= Ti - Tf - Tα - Tp (3)
Ti 是发动机的指示扭矩，是由混合气燃烧产生的，所以我们又叫它燃烧扭矩。
Tf 是发动机摩擦扭矩，是由活塞、活塞环对缸壁的摩擦，曲柄连杆机构轴承的摩擦以及配气机构的摩擦所产生的损耗扭矩。
Tα 是发动机驱动附件，如驱动水泵、发电机、空调压缩机等所需的扭矩。
Tp 是发动机的泵气损失扭矩。
Ie n' 是发动机从飞轮端输出的扭矩，其可有效用于驱动车辆，我们又叫它飞轮扭矩。
由于发动机扭矩的产生是离散的，并且决定于发动机的转速n，为建立时间连续的发动机扭矩模型，引入了周转滞后概念：吸气至产生扭矩的滞后和点火至产生扭矩的滞后。
于是可得到发动机扭矩模型如下：
Ti = Ct*m'α0(t-△t it)*AFI(t-△t it)*SI(t-△t st) (4)
△t it=5.48/n 为吸气至产生扭矩的滞后期。
△t st=1.30/n 为点火至产生扭矩的滞后期。
AFI 是标准化空燃比影响函数，AFI=f(λ)。
SI 是标准化点火影响函数，SI=f(θ)。
Ct 代表AFI=1、SI=1 时发动机产生最大扭矩的能力。
若考虑整车上传动系统的损耗，包括离合器损耗、变速器损耗、传动轴损耗以及差速器损耗等，由（3）可得到
Fr * R = Ti - Tf - Tα - Tp - Tv (5)
Fr*R为用于驱动车辆的扭矩，由于它作用于驱动轮上，因此我们又叫它车轮扭矩。
Tv 即为整车传动系统的损耗扭矩。
由以上模型可知车用发动机的扭矩模型有三个状态变量（mα 、m'fi、n）,两个调整参数（λ、θ）和一个控制变量（α）。
发动机的扭矩都和发动机的所有变量、参数相关联，可以以扭矩作为中间变量，将这些原本相互独立的变量、参数进行
协调统一，因此就可以采用以扭矩为主的控制策略对车用汽油机进行控制。
3 扭矩模型控制的实现
3.1 扭矩协调
1）不以扭矩模型为基础的发动机管理系统工作过程中，若子系统（起动控制、怠速控制、转速控制、零部件保护控制等）、外部驾驶员的动力性、驾驶性要求以及车辆功能要求（如空调运行等）等几项要求同时出现，由于这些要求之间相互独立，各项要求的优先等级在各自系统中独立定义，缺少中央控制调节，它们就直接在控制参数（气缸冲量、喷油和点火）上进行控制，如图1。
图1
这样满足了动力性，但在每个实际的运行点上的排放和燃油消耗往往就不是最优的。
发动机在工作过程中若工作点发生了偏移就会使得各项要求相互影响。
而且在匹配过程中，不同的子系统匹配数据之间有很强的依赖性，匹配过程中每个工作点要进行多次测量，重复标定，使得标定工作变得繁琐。
2）扭矩模型系统的扭矩协调，其系统结构见图2。
所谓车辆的扭矩要求体现在无论驾驶员踩油门对动力性、驾驶性的要求，还是开空调、开大灯、打动力转向等舒适性和方便性要求以及车速限制、整车动态控制等要求，其最终的目的就是车辆向系统发出扭矩要求。
对于发动机本身为了能顺利起动，得到良好的怠速稳定性，同时通过实时监控为了保护发动机本身和电喷系统零部件，还有发动机转速限制控制等，其最直接的表达就是向系统提出扭矩要求。
同时为了满足排放和获得低的燃油消耗等必须确保起动过程、加热催化转化器和怠速控制等的运行效率。
由于车辆和发动机的扭矩要求与运行效率要求两者是矛盾的，可以把前者看作目标，把后者看作约束，因此基于扭矩模型的电喷系统就必须对扭矩要求和运行效率要求进行协调，使得在效率要求的约束下，满足扭矩要求。
基于扭矩模型的电喷系统其重要的功能就是在扭矩协调器中将扭矩要求与运行效率要求进行协调：在使用已获得的控制参数实现所要求的扭矩之前，先区分各项要求的优先次序，然后再对它们进行扭矩协调。
这样使得发动机能够在每个实际运行点上得到最优的排放和燃油消耗。
3.2 扭矩转换
扭矩模型控制的最终目的是精确地选择发动机控制参数，这些控制参数是正确地响应驾驶员的要求，并同时补偿发动机及车辆的各种损失和补充一些要求所必须的扭矩。
通过扭矩中央转换就是用发动机管理系统已获得的控制参数高精度地实现发动机对输出扭矩的要求。
扭矩要求的实现有两种方式：一种方式是系统提供渐进响应，触发怠速控制器调节进气冲量来实现；另一种方式是系统提供快速响应，靠调节点火角和部分
缸断油来实现，这样能对扭矩产生中的动态变化作出快速响应。
4 扭矩模型的应用
菱帅轿车在新电喷系统开发的过程中应用了扭矩模型，在满足EURO-Ⅱ排放法规的前提下获得了较为满意的动力性和燃油经济性，见表1、表2。
表1 菱帅轿车发动机主要参数
表2 新、旧电喷系统的动力性、燃油经济性比较
由于采用了扭矩模型，菱帅轿车在新电喷系统开发过程中，发动机基本特性曲线和脉谱图仅依靠发动机数据，与其它函数不发生干涉，不同子系统匹配数据间相互独立，每个工作点只需测量一次，避免了重复标定，从而简化了标定工作；同时由于通过各种扭矩要求的集中协调，在整车上提高了驾驶性。
5 结论
1) 车辆及发动机请求均以扭矩定义，特性曲线和脉谱图仅依靠发动机数据，简化了匹配。
2) 发动机控制变量之间相互独立，提高了控制精度。
3) 扭矩要求的集中协调提高了车辆驾驶性。
4) 扭矩为变量的模型有利于系统将来的扩充。