CN100374699C - 控制汽车动力装置的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种控制汽车动力装置的方法和设备，它们在翻译加速踏板位置对应形成的标定加速度时，消除了空行程和死行程。其中由操纵元件(1)特别是加速踏板的一个位置导出一个加速度期望值，并且依据加速度期望值形成了动力装置初始参数的一个标定值。依据瞬时行驶阻力确定汽车加速度的最小值和/或最大值。最小值和/或最大值对应于操纵元件(1)位置调节范围的每一个极限。

Description

控制汽车动力装置的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种控制汽车动力装置的方法和一种控制汽车动力装置的设备。
在所述方法中，由一个操纵元件的一个位置导出一个加速度期望值，并且依据加速度期望值形成动力装置初始参数的标定值。
所述设备设有从操纵元件的一个位置导出一个加速度期望值的中间块，并且设有依据加速度期望值形成动力装置初始参数的一个标定值的中间块。
背景技术
将加速度作为相关驱动装置系统中控制汽车纵向运动的主要参数。诸如行驶速度调节或行驶动力学调节的应用已经应用加速度规定值。加速度规定值目前通过司机操纵传统的加速踏板来实现是有问题的，因为无论是加速踏板的静止位置，还是加速踏板的上止档位置都未能明确地对应一个加速度规定值，此时没有形成一个空行程(也就是脱离踏板静止位置以后对发动机不起作用的踏板行程)或一个死行程(即在踏板上部范围对于牵引力不再起作用的踏板行程)。空行程或死行程都使司机感觉不快。下面的例子将说明这种实际情况。
通过加速踏板控制的加速度规定值由具有初始值0m/s2的0位置至具有值4m/s2的加速踏板上止档之间线性内插得之。为了描述空行程，假定汽车由于重力而下坡加速，例如具有0.8m/s2。这就意味着，在汽车反应以前，司机必须使加速踏板运动到相应于0.8m/s2的角度。对于死行程则假定，汽车由于重力而下坡制动，例如同样具有0.8m/s2。因此汽车在发动机最大功率时不能达到4m/s2的加速度，而只能达到值3.2m/s2。这就意味着，司机减小一个相应于3.2m/s2的角度，就不再能感觉到汽车继续反应。
发明内容
相反，上述缺陷由一种控制汽车动力装置的方法和一种控制汽车动力装置的设备来克服。
在所述方法中，由一个操纵元件的一个位置导出一个加速度期望值，并且依据加速度期望值形成动力装置初始参数的标定值。根据本发明，依据瞬时行驶阻力确定汽车加速度的最小值和/或最大值，并且该最小值和/或最大值分别对应于操纵元件位置调节范围的每一个极限。
所述设备设有从操纵元件的一个位置导出一个加速度期望值的中间块，并且设有依据加速度期望值形成动力装置初始参数的一个标定值的中间块。根据本发明，设有用来依据瞬时行驶阻力求出汽车加速度的最小值和/或最大值的中间块；设有用来将最小值和/或最大值对应于对操纵元件位置调节范围的每一个极限的中间块。
所述方法和设备如下的优点：依据瞬时行驶阻力确定汽车加速度的最大值和/或最小值，最小值和/或最大值分别对应于操纵元件位置调节范围的每一个极限。这样就能够使操纵元件位置调节范围依据瞬时行驶阻力而符合于实际情况，在通过加速踏板实现规定的加速度期望值时，无论是空行程还是死行程都不出现。从而提高行驶舒适性。
通过下面列举的措施实现了前述方法的优选改进和完善。
特别优选的是，借助于行驶动力学公式，依据汽车瞬时驱动力、行驶阻力的已知部分和瞬时汽车加速度推导出行驶阻力的未知部分，这样就能够在既考虑其已知部分又考虑其未知部分的情况下很精确地得到瞬时行驶阻力。这样也能够很精确地求出汽车加速度的最小值和/或最大值，因此能够更好地避免空行程和死行程。
具有优越性的方案还有，行驶阻力的未知部分被滤波，特别是采用低通滤波器，从而能够进一步消除在确定行驶阻力未知部分时产生的振动。
特别优选的是，加速度的最小值由汽车瞬时牵引力矩决定的驱动力扣除瞬时行驶阻力求得。这样，加速度的最小值基本上相应于释放加速踏板时出现的实际行驶加速度。因此在通过加速踏板实现规定的加速度期望值时，能够在最大程度上避免所述的空行程。
其他的优点在于，加速度的最大值由汽车瞬时运转工况点决定的最大驱动力扣除瞬时行驶阻力求得。这样，加速度最大值基本上相应于汽车瞬时运转工况点能达到的最大汽车加速度值，因此在踏板上止档范围内，通过加速踏板实现规定的加速度期望值时，能够在最大程度上避免死行程。
特别优选的是，在超过0值的最小加速度值的情况下，在最小值对应的操纵元件位置时，汽车制动装置将起作用。这样，在释放加速踏板的情况下和较陡的坡道时，牵引力矩不再足以保持汽车瞬时速度的情况下，能够使司机意识到和改变制动期望值，而不需要操纵制动踏板。因此而提高行驶舒适性。
特别优选的是，制动力的选择使加速度的最小值降低到0值左右。这就使释放加速踏板应该能对应于最小的加速度值0值，从而提高行驶安全性，特别是在坡道地段的情况下。
另外的一个优点在于，最小值和/或最大值与调节范围每个极限的对应，都依据汽车的瞬时速度进行，因此诸如在坡道地段时，在释放加速踏板的情况下，仅仅在超过汽车的规定速度时才会导致汽车制动装置附加的动作，以便使司机从持续操纵加速踏板降低制动作用中解放出来。从而又提高行驶舒适性。
附图说明
附图中示出了本发明的一个实施例，详细说明如下：
图1本发明设备的方框图；
图2描述本发明方法和本发明设备结构的功能图；
图3为了求出驱动力最小值的功能图；
图4为了求出最大驱动力的功能图；
图5在第一种行驶状况时标定加速度随加速踏板行程的变化曲线
图6在第二种行驶状况时标定加速度随踏板行程的变化曲线
具体实施方式
图1表示出汽车动力装置的发动机控制装置30。本发明对于任何种类的动力装置皆可实施，因此动力装置可以包括诸如一个电力驱动装置或一个内燃机。在内燃机时可以是汽油机或柴油机。下面例如假定动力装置包含一个汽油机。现将图1中动力装置的发动机控制装置用30表征。发动机控制装置30包括形成动力装置初始参数标定值的中间块15。动力装置的初始参数可以是诸如发动机输出扭矩、车轮力矩、发动机功率或其他类似的参数。下面例如假定初始参数是车轮力矩。由图1中未表示出并为专业人员所熟知的检测机构而得到的汽车瞬时速度vist(后面也表示为实际速度)、汽车瞬时加速度aist(后面也表示为实际加速度)、瞬时车轮力矩Mist(后面也表示为实际力矩)、瞬时发动机转速n和瞬时充量rl输入给中间块15。此时实际加速度aist也可由输入的实际速度vist求导得出。另外，中间块15与操纵元件1相连，该操纵元件例如被做成加速踏板，并通过踏板的位置汽车司机可对于标定加速度asoll预先确定出一个加速度期望值。下面例如假定操纵元件是加速踏板。本发明的对象是将加速踏板1的位置转换到标定加速度asoll。由给定的标定加速度asoll，中间块15根据发动机瞬时运转工况点和瞬时行驶状况，特别是实际加速度aist求出作为车轮力矩标定值的标定力矩Msoll。将此输到发动机控制装置30的一个中间块25，以便形成至少一个为了转换标定力矩Msoll的调节参数。此时对于汽油机的情况，例如可以规定下列参数为转换标定力矩Msoll的调节参数：点火时刻、喷油时刻、喷油量、空气输入、燃油-空气混合。另外，中间块15能够控制一个汽车制动装置10。
本发明根据瞬时行驶阻力而求得汽车加速度的最小值和/或最大值。下面例如假定，加速度的最小值和最大值都被求得，加速度最小值和最大值用行驶动力学公式计算如下：
asoll*mfzg＝FANsoll-FWb-FWu    (1)
其中
mfzg       汽车质量
FANsoll    汽车的标定驱动力
FWb        已知瞬时行驶阻力
FWu        未知瞬时行驶阻力
已知行驶阻力FWb例如通过滚动摩擦阻力FRO、空气阻力FL和坡道行驶阻力FST相加求得：
FWb＝FRO+FL+FST    (2)
为了以尽可能小的计算耗费求得与已知行驶阻力FWb相近似的值，可以只采用所列行驶阻力FRO、FL、FST中的一项或采用所有列出的行驶阻力FRO、FL、FST中少几项的和。但是下面例如假定，已知行驶阻力FWb按照公式(2)求得，其中滚动摩擦阻力FRO可假定为常数；空气阻力FL可以作为汽车速度的函数；由于行驶道路的坡度而产生的行驶阻力FST可以采用诸如加速度传感器测量。
得知公式(1)中的汽车质量mfzg的前提条件例如同样可以由汽车数据求得。
未知行驶阻力FWu可根据公式(1)由下列关系式求出：
aist*mfzg＝FANist-FWb-FWu    (3)
其中瞬时驱动力FANist(以后还表示为驱动力的实际值)由车轮实际力矩Mist和驱动车轮半径r得知，实际加速度aist例如由实际速度vist求导得出。由公式(3)得出：
FWu＝FANist-FWb-aist*mfzg    (4)
出于动力学方面的原因，公式(4)的右方用滤波器，例如第一级低通滤波器T1进行滤波，特别是以此能够消除由于实际速度vist的求导带来的不精确性对瞬时未知行驶阻力FWu产生的影响。因此在低通滤波以后，由公式(4)得出瞬时未知行驶阻力FWu：
FWu＝T1{FANist-FWb-aist*mfzg}    (5)
公式(5)可代入公式(1)，则得：
asoll*mfzg＝FANsoll-FWb-T1{FANist-FWb-aist*mfzg}    (6)
驱动力的标定值FANsoll用瞬时牵引力矩Mschlepp和车轮半径r倒数的乘积来代替之，则可由公式(6)最终计算加速度的最小值，因此得到加速度的最小值agrenzmin：
agrenzmin＝(Mschlepp/r-FWb-T1{FANist-FWb-aist*mfzg})/mfzg    (7)
其中瞬时牵引力矩Mschlepp可以在中间块15中，根据试验台上得到的特性曲线，以专业人员熟知的方式，由实际的发动机转速n和充量r1求得。通过在公式(6)中，驱动力的标定值FANsoll用瞬时最大车轮力矩Mengmax和车轮半径r倒数的乘积来代替，则得到汽车加速度的最大值agrenzmax，因此得出加速度的最大值agrenzmax如下：
agrenzmax＝(Mengmax/r-FWb-T1{FANist-FWb-aist*mfzg})/mfzg    (8)
瞬时最大车轮力矩Mengmax同样可以以专业人员熟知的方式，由试验台确定的特性曲线得出的最大瞬时充量rl和瞬时发动机转速n求得。
如果内燃机是柴油机，则由每一条特性曲线以相应的方式求出瞬时发动机牵引力矩Mschlepp和瞬时最大车轮力矩Mengmax，特性曲线的输入参数为瞬时发动机转速n和喷油量。在柴油机情况下，为了计算FANist必须将瞬时喷油量的测量值输入给中间块15。
图2表示求解汽车加速度最小值agrenzmin和最大值agrenzmax用的功能图，这个功能图描述出求解加速度最小值agrenzmin和最大值agrenzmax的中间块20的结构。此时中间块20是为形成标定力矩Msoll的中间块15的一部分。中间块20的结构如下所述：
输入第一个乘法项35的有实际加速度aist和汽车质量mfzg。乘积在第一个加法项60中与公式(2)求得的瞬时已知行驶阻力FWb相加。和在乘以-1以后在第二个加法项65中与驱动力的实际值FANist相加。此时得到的和被输入到前述的低通滤波器(在图2中以相关数字5表示)中，在滤波以后输入到第三个加法项70中，并与瞬时已知行驶阻力FWb相加。此时得到的和在乘以-1后在第四个加法项75中与驱动力的极限值FANgrenz相加，此时得到的和在第三个乘法项45中与汽车质量mfzg的倒数相乘。此时得到的乘积则是汽车加速度的极限值agrenz。驱动力的实际值FANist(相应于汽车瞬时驱动力)通过实际力矩Mist(相应于瞬时车轮力矩)与车轮半径r的倒数在第二个乘法项40中相乘得出。
为了求出驱动力的极限值FANgrenz，设备20根据求得的加速度极限值agrenz是否应该对应加速度的最小值agrenzmin或最大值agrenzmax，而在图3的第一个功能块和图4的第二个功能块之间转换。为了求出加速度的最小值agrenzmin，图3表示出求解所属驱动力最小极限值FANgrenzmin的功能图，作为瞬时牵引力矩Mschlepp和车轮半径r倒数的乘积借助于第四个乘法项50进行计算。
如果驱动力的极限值FANgrenz是驱动力的最大极限值FANgrenzmax，则加速度的最大值agrenzmax根据图4的功能图求得。驱动力的最大极限值FANgrenzmax借助于第五乘法项55，作为瞬时最大车轮力矩Mengmax和车轮半径r倒数的乘积而得出。
图2、3和4的功能图可以以软件和/或硬件的方式实现。
对于汽车每一个瞬时运转工况点和由瞬时已知和未知行驶阻力FWb、FWu以前述方式求得的汽车加速度最小值agrenzmin和最大值agrenzmax都对应着加速踏板1位置调节范围的极限值。此时，最小值agrenzmin对应加速踏板的释放位置，最大值agrenzmax对应加速踏板完全踩到底的位置，或者换言之，是加速踏板1上止档的位置。这在图5中表示为，标定加速度asoll(单位m/s2)随加速踏板1的踏板行程(单位％)的变化曲线。在最小值agrenzmin和最大值agrenzmax之间通过合适的标定而可预先给出标定加速度asoll与踏板行程之间的关系，如图5所示。此时的标定asoll曲线按图5例如是非直线的，并且是单调上升的。但是它也可以从释放加速踏板时(即踏板行程＝0％)的最小值agrenzmin直到加速踏板完全踏到底时(即踏板行程＝100％)的最大值agrenzmax之间线性内插变化。此时图5的特性曲线同样在中间块15中形成。由于将最小值agrenzmin定为踏板行程0％，将最大值agrenzmax定为踏板行程值100％，而单调上升的标定加速度asoll曲线在这两个值之间，因此在通过加速踏板位置翻译加速度期望值时避免了空行程和死行程。在图5例中，最小值agrenzmin为负。但是在坡度相当陡的情况下，可能发生瞬时行驶阻力从数值上变大，以至最小值agrenzmin超过0值，也就是说牵引力矩Mschlepp不再足以保持瞬时行驶速度vist。在此情况下可预先规定，中间块15使汽车制动装置10起作用。此时中间块15可以控制汽车制动装置10，使制动作用在释放加速踏板时(即踏板行程0％)，加速度标定值asoll规定为0值，也就是说，在释放加速踏板时不加速然后制动作用随踏板行程增加而减小，此时随着标定加速度asoll达到最小值agrenzmin，制动作用返回到0，因此在相应的踏板位置P1(图6)时，中间块15可以使汽车制动装置10重新不起作用。图6在此处同样表示具有正的最小值agrenzmin的标定加速度asoll(m/s2)随踏板行程值(％)的变化曲线，当标定加速度asoll低于最小值agrenzmin时，中间块15将使汽车制动装置10起作用，从而处于制动范围。因此，图6实例的标定加速度asoll曲线在释放加速踏板，即踏板行程0％的情况下，从0一直单调地提高到加速踏板完全踩到底，即踏板行程100％的最大值agrenzmax。在汽车制动装置10起作用的情况下，制动作用的降低和踏板行程值的增加，都必须在前述如图6例所示的制动范围内按照标定加速度asoll为直线变化来处理，以便能够实现相应踏板行程时的标定加速度asoll。
此外还可以有选择地规定，根据实际速度vist确定标定加速度asoll随踏板行程变化的特性曲线，从而也能得到与实际速度vist有关的特性曲线族。例如也可以规定，通过汽车制动装置10起作用产生如图6所示的制动作用，只有在实际速度vist超过规定的速度阈值时才发生，以此限制标定加速度asoll变到释放加速踏板的0位，并且只有实际速度vist在前述速度阈值上方时才有效地变为正的最小值。这样就减轻汽车司机在坡道地段为阻止制动作用而对加速踏板的持续操作。
由于前述的加速踏板行程或加速踏板角度解释为，在无空行程和无死行程的标定加速度asoll，使舒适行驶方式成为可能，因为为了不产生加速度，行驶阻力不必非得通过操纵加速踏板来协调。
在确定标定加速度asoll随踏板行程变化的特性曲线时，在与速度有关的情况下，也可能得到不同的加速度最小值agrenzmin和/或最大值agrenzmax。
在行驶期间，最小值agrenzmin和最大值agrenzmax总是以上述方式一再与每个实际工况点和每个实际行驶状况以及每个实际瞬时行驶阻力相匹配，以此保障在整个行驶范围内为了达到规定的标定加速度asoll而操纵加速踏板时避免空行程和死行程。

Claims (13)

1.控制汽车动力装置的方法，其中由一个操纵元件(1)的一个位置导出一个加速度期望值，并且依据加速度期望值形成动力装置初始参数的标定值，其特征是，依据瞬时行驶阻力确定汽车加速度的最小值和/或最大值，并且该最小值和/或最大值分别对应于操纵元件(1)位置调节范围的每一个极限。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，行驶阻力依据滚动摩擦、空气阻力、爬坡行驶阻力和/或惯性力求得。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征是，借助于行驶动力学公式，依据汽车瞬时驱动力、行驶阻力的已知部分和瞬时汽车加速度导出行驶阻力的未知部分。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，行驶阻力的未知部分被滤波。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，加速度的最小值由一个瞬时牵引力矩决定的汽车驱动力扣除瞬时行驶阻力求得。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，加速度的最大值由一个汽车瞬时工况点决定的最大驱动力扣除瞬时行驶阻力求得。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，在超过0值的加速度最小值的情况下，在最小值对应的操纵元件(1)的位置时，汽车制动装置(10)起作用。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征是，选择制动力，使加速度最小值大致减小到0。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，最小值和/或最大值对应于调节范围的实际极限依据瞬时汽车速度进行。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述操纵元件(1)是加速踏板。
11.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述滤波采用一个低通滤波器(5)来进行。
12.控制汽车动力装置的设备(30)，它设有从操纵元件(1)的一个位置导出一个加速度期望值的中间块(15)，并且设有依据加速度期望值形成动力装置初始参数的一个标定值的中间块(15)，其特征是，设有用来依据瞬时行驶阻力求出汽车加速度的最小值和/或最大值的中间块(20)；设有用来将最小值和/或最大值对应于对操纵元件(1)位置调节范围的每一个极限的中间块(15)。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征是，所述操纵元件(1)是加速踏板。
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