技术领域
[0001] 本
发明涉及发动机技术，特别涉及一种发动机指示扭矩（燃烧指示）估算方法及发动机指示扭矩计算电路。
背景技术
[0002] 发动机指示扭矩实时估算对于传统发动机
动力总成的闭环控制、发动机的在线诊断等方面具有非常重要的意义。目前国内外就发动机指示扭矩的在线估计已经提出了多种
算法，主要有缸压估计法和
曲轴转速
波动估计法。但采用这两种算法都有其局限性：采用缸压估计法，由于
气缸压力
传感器成本高，耐用性差，且受发动机安装空间的限制，难于直接将气缸传感器安装在发动机上来执行控制或诊断任务；采用曲轴转速波动估计法，利用曲轴
位置估计气缸压力以及指示扭矩，所用曲轴
位置传感器价廉，安装简单，且
稳定性好，但在发动机工作中，瞬时转速存在有规律的波动，又面临模型复杂，考虑到
发动机控制单元（ECU）的运算能力，不适合做在线的实时估算，并且会带来瞬态误差。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题是，能够实时、精确地估算发动机的指示扭矩。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供的发动机指示扭矩估算方法，包括以下步骤：
[0005] 一.根据曲轴位置传感器的
信号，计算发动机的瞬时转速；
[0006] 二.根据曲轴位置传感器的信号，采集曲轴位置传感器每齿的时间片，记录做功过程内的时间片共n个，以m个时间片作为一个存储数据，存储一个长度为f的时间片数组，f=n/m；
[0007] 三.利用当前存储的时间片数组，计算当前的转速
加速度 具体的算法如下：
[0008]
[0009] 其中，为发动机的当前瞬时转速， 为当前的转速加速度，T[f-1]X-1为上一个做功过程的时间片数组的最后一个元素，T[i]为当前做功过程的时间片数组的第i个元素，Ci为第i个拟合系数，i为大于等于0小于等于f-1的整数，Ctrans为单位转换常数；
[0010] 四.根据当前发动机的喷油量Q、当前的转速加速度 发动机的当前瞬时转速计算输出发动机指示扭矩TInd:
[0011]
[0012] f(Q)为以当前发动机的喷油量Q为变量的负荷因子函数， 为以发动机的当前瞬时转速 为变量的转速因子函数，Cm为系数。
[0013] 较佳的，步骤二中，曲轴位置传感器采用58齿加2缺齿的曲轴位置信号盘，采集
四冲程发动机的曲轴位置信号，做功过程内的时间片共30个，每5个齿的时间片作为一个存储数据T，存储一个长度为6的时间片数组；
[0014] 步骤三中，利用当前存储的时间片数组，计算当前的转速加速度 具体的算法如下：
[0015]
[0016] 为解决上述技术问题，本发明提供的发动机指示扭矩计算电路，包括转速
加速度计算模
块、取小模块、负荷因子计算模块、转速因子计算模块、第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器、加法器、第一上下限限制单元、第二上下限限制单元、第三上下限限制单元；
[0017] 所述取小模块，输出两个输入中较小的值；
[0018] 所述第一上下限限制单元、第二上下限限制单元、第三上下限限制单元，当输入小于下限时输出下限值，大于上限时输出上限值，在上下限之间时则输出输入值；
[0019] 所述第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器，将各输入端的输入值相乘后的结果输出；
[0020] 所述加法器，将各输入端的输入值相加后的结果输出；
[0021] 所述负荷因子计算模块，用于根据当前发动机的喷油量，通过标定的喷油量/负荷曲线，计算当前发动机负荷，输出到所述第四乘法器的第二输入端；
[0022] 所述转速因子计算模块，用于根据发动机的当前瞬时转速，通过标定的转速/扭矩曲线，计算输出当前发动机
基础扭矩，输出到所述加法器的第二输入端；
[0023] 所述转速加速度计算模块，用于利用当前存储的时间片数组，计算当前的转速加速度，输出到第一乘法器的第一输入端，当前的转速加速度具体的算法为：
[0024]
[0025] 其中， 为当前的转速加速度， 为发动机的当前瞬时转速，T[f-1]X-1为上一个做功过程的时间片数组的最后一个元素，T[i]为当前做功过程的时间片数组的第i个元素，Ci为第i个拟合系数，i为大于等于0小于等于f-1的整数，Ctrans为单位转换常数；
[0026] 所述取小模块，第一输入端输入发动机的当前瞬时转速，第二输入端输入设定转速，输出接所述第一乘法器的第二输入端以及第二乘法器的第二输入端；
[0027] 所述第一乘法器，输出端接所述第一上下限限制单元的输入端；
[0028] 所述第一上下限限制单元，输出端接第二乘法器的第一输入端；
[0029] 所述第二乘法器，输出端接所述第二上下限限制单元的输入端；
[0030] 所述第二上下限限制单元，输出端接第三乘法器的第一输入端；
[0031] 所述第三乘法器，第二输入端输入一系数，输出端接第四乘法器的第一输入端；
[0032] 所述第四乘法器，输出端接所述加法器的第一输入端；
[0033] 所述加法器，输出端接所述第三上下限限制单元的输入端；
[0034] 所述第三上下限限制单元，输出端用于输出发动机指示扭矩。
[0035] 本发明的发动机指示扭矩估算方法及发动机指示扭矩计算电路，利用曲轴位置传感器，基于齿时间片，引入转速加速度概念，计算输出发动机指示扭矩（燃烧指示），实施电路结构简单，能够实时、精确地估算发动机的指示扭矩，实时反应当前循环的燃烧情况，为下一步的修正提供良好的依据，可以应用于发动机的闭环控制及在线诊断。
附图说明
[0036] 为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些
实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037] 图1是本发明的发动机指示扭矩估算方法一实施例示意图；
[0038] 图2是本发明的发动机指示扭矩估算方法一实施例时间片的采集、记录及运算时刻示意图；
[0039] 图3是本发明的发动机指示扭矩计算电路一实施例电路图。
具体实施方式
[0040] 下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041] 实施例一
[0042] 发动机指示扭矩估算方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0043] 一.根据曲轴位置传感器的信号，计算发动机的瞬时转速；
[0044] 不论是二冲程发动机还是四冲程发动机，都要经过进（扫）气、压缩、燃烧膨胀（做功）、排气四个工作过程，才能完成一个工作循环。所不同的是，在四冲程发动机中，曲轴每旋转两圈（720度），
活塞往复移动两次，发动机完成一个工作循环，即每四个冲程完成一个工作循环。而在二冲程发动机中，曲轴每旋转一圈（360度），活塞往复移动一次，发动机完成一个工作循环，即每二个冲程完成一个工作循环。二冲程发动机与四冲程发动机每完成一个工作循环，其进、排气
门或进、排、扫气口都只开启和关闭一次，但其开启和关闭的时间周期不同。
[0045] 根据曲轴位置传感器的信号，可计算发动机的瞬时转速。在发动机的工作过程中，瞬时转速存在有规律的波动，在做功过程终止时，瞬时转速达到最高点，压缩过程终止时，瞬时转速达到最低点。
[0046] 二.根据曲轴位置传感器的信号，通过增强型定时单元（eTPU），采集曲轴位置传感器每齿的时间片，记录做功过程内的时间片共n个，以m个时间片作为一个存储数据，存储一个长度为f的时间片数组，f=n/m，n、m、f为正整数；
[0047] 三.利用当前存储的时间片数组，计算当前的转速加速度 具体的算法如下：
[0048]
[0049] 其中， 为发动机的当前瞬时转速， 为当前的转速加速度，T[f-1]X-1为上一个做功过程的时间片数组的最后一个元素，T[i]为当前做功过程的时间片数组的第i个元素，Ci为第i个拟合系数，i为大于等于0小于等于f-1的整数，Ctrans为单位转换常数；
[0050] 四.根据当前发动机的喷油量Q、当前的转速加速度 发动机的当前瞬时转速计算输出发动机指示扭矩TInd:
[0051]
[0052] f(Q)为以当前发动机的喷油量Q为变量的负荷因子函数， 为以发动机的当前瞬时转速 为变量的转速因子函数，Cm为系数。
[0053] 本发明的发动机指示扭矩估算方法，利用曲轴位置传感器，基于齿时间片，引入转速加速度概念，计算输出发动机指示扭矩（燃烧指示），能够实时、精确地估算发动机的指示扭矩，实时反应当前循环的燃烧情况，为下一步的修正提供良好的依据，可以应用于发动机的闭环控制及在线诊断。
[0054] 假设曲轴为刚性轴，发动机的扭矩平衡方程为：
[0055] 公式(1)
[0056] 公式(1)中TInd为指示扭矩，TFric为摩擦扭矩，TLoad为负荷扭矩，J(θ)为转动变量，θ为
曲轴转角，为转速， 为转速加速度。
[0057] 由公式（1）可以得出发动机指示扭矩的计算公式：
[0058]
[0059] 当前发动机的喷油量Q，可反应当前负荷，f(Q)为以当前发动机的喷油量Q为变量的负荷因子函数， 为以发动机的当前瞬时转速 为变量的转速因子函数，Cm为系数。
[0060] 实施例二
[0061] 时间片的采集和记录需选取发动机的做功过程，而指示扭矩的计算需在当前做功过程完成，下一个做功过程来临前完成。基于实施例一的发动机指示扭矩估算方法，步骤二中，曲轴位置传感器采用58齿加2缺齿的曲轴位置信号盘，采集四冲程发动机的曲轴位置信号，做功过程内的时间片共30个，每5个齿的时间片作为一个存储数据T，存储一个长度为6的时间片数组，具体采集及记录时刻如图2所示。步骤三中，利用当前存储的时间片数组，计算当前的转速加速度 具体的算法如下：
[0062]
[0063] 实施例三
[0064] 实现实施例一的发动机指示扭矩估算方法的一种发动机指示扭矩计算电路，如图3所示，包括转速加速度计算模块、取小模块、负荷因子计算模块、转速因子计算模块、第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器、加法器、第一上下限限制单元、第二上下限限制单元、第三上下限限制单元；
[0065] 所述取小模块，输出两个输入中较小的值；
[0066] 所述第一上下限限制单元、第二上下限限制单元、第三上下限限制单元，当输入小于下限时输出下限值，大于上限时输出上限值，在上下限之间时则输出输入值；
[0067] 所述第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器，将各输入端的输入值相乘后的结果输出；
[0068] 所述加法器，将各输入端的输入值相加后的结果输出；
[0069] 所述负荷因子计算模块，用于根据当前发动机的喷油量Q，通过标定的喷油量/负荷曲线，计算输出当前发动机负荷，输出到所述第四乘法器的第二输入端；
[0070] 所述转速因子计算模块，用于根据发动机的当前瞬时转速 通过标定的转速/扭矩曲线，计算输出当前发动机基础扭矩，输出到所述加法器的第二输入端；
[0071] 所述转速加速度计算模块，用于利用当前存储的时间片数组，计算当前的转速加速度 输出到第一乘法器的第一输入端，当前的转速加速度 具体的算法如下：
[0072]
[0073] 其中， 为当前的转速加速度， 为发动机的当前瞬时转速，T[f-1]X-1为上一个做功过程的时间片数组的最后一个元素，T[i]为当前做功过程的时间片数组的第i个元素，Ci为第i个拟合系数，i为大于等于0小于等于f-1的整数，Ctrans为单位转换常数；
[0074] 所述取小模块，第一输入端输入发动机的当前瞬时转速 第二输入端输入设定转速，输出接所述第一乘法器的第二输入端以及第二乘法器的第二输入端；
[0075] 所述第一乘法器，输出端接所述第一上下限限制单元的输入端；
[0076] 所述第一上下限限制单元，输出端接第二乘法器的第一输入端；
[0077] 所述第二乘法器，输出端接所述第二上下限限制单元的输入端；
[0078] 所述第二上下限限制单元，输出端接第三乘法器的第一输入端；
[0079] 所述第三乘法器，第二输入端输入一系数Cm，输出端接接第四乘法器的第一输入端；
[0080] 所述第四乘法器，输出端接所述加法器的第一输入端；
[0081] 所述加法器，输出端接所述第三上下限限制单元的输入端；
[0082] 所述第三上下限限制单元，输出端用于输出发动机指示扭矩。
[0083] 实施例三发动机指示扭矩计算电路，结构简单。
[0084] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
