CN102116208A - 一种通用型汽油机转速控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用型汽油机转速控制方法及系统，包括：确定发动机期望的工作状态、激活被控设备；控制油泵和主继电器的状态、修正执行器的执行值，获取当前节气门位置、进气温度、进气压力、缸温与档位选择信息的合理参数，计算发动机的转速、梯度、以及当前发动机的运转位置信息，对喷油进行lambda闭环控制和自适应的计算，工况和工作点的选择，工作点的切换协调，点火、节气门与喷油控制；该系统包括ECU，以及分别与ECU连接的电源单元、信号采集单元与执行器。本发明所述通用型汽油机转速控制方法及系统，可以克服现有技术中精确性差、实用性差、结构复杂与成本高等缺陷，以实现精确性好、实用性好、结构简单与成本低的优点。

Description

一种通用型汽油机转速控制方法及系统

技术领域

本发明涉及通用型汽油机的控制技术，具体地，涉及一种通用型汽油机转速控制方法及系统。

背景技术

一般地，通用型汽油机可以作为动力装置，应用于小型发电机系统或者专用机械领域，一般要求被应用的系统具备稳定的转速输出能力，即要求被应用的系统一直工作于转速的闭环控制范围内。

目前，在通用型汽油机的电子调速机构中，大多使用化油器作为油气混合方案，但在空燃比控制上不如使用喷油器更精确。例如，在专利(申请)号为200610084664.6、名称为“一种用于通用型内燃机的电子调速装置”的专利申请中，公开了一种用于通用型内燃机的电子调速装置，具有配置吸气路的节气门和阻风门，这些节气门和阻风门中的至少一个节气门或阻风门的开闭是由电动执行机构执行的；还具有电子控制单元、主开关与动力输出轴动作检测部件；其中，电子控制单元通过控制向电动执行机构通电，来调节节气门和阻风门中至少一个节气门或阻风门的开闭；主开关配置成操作者可自由操作，当被操作时，使电子控制单元起动；动力输出轴动作检测部件用于检测内燃机上的动力输出轴的运动；在由操作者对主开关实行操作使电子控制单元起动之后，并且当内燃机上的动力输出轴的运动被检测到时，电子控制单元开始执行向电动执行机构通电。

另外，通用型汽油机也有电控燃油喷射方案，但是这种通用型汽油机系统多用于摩托车系统，其转速控制仅需要在发动机空载下，使用怠速旁通阀控制进气量。例如，在专利(申请)号200610101350.2、名称为“一种电池的充电控制方法”的专利申请中，公开了一种电池的充电控制方法，包括步骤：(1)读取电池的满充电容量和设计容量，把满充电容量和设计容量进行比较；(2)若满充电容量小于设计容量，则调整现在的充电电压及现在的中断电流，其中，调整中断电流包括加大充电电压与降低中断电流；(3)若满充电容量大于等于设计容量，则维持现在的充电电压和中断电流；(4)用经过调整后的中断电流及充电电压控制电池充电。

还有，在汽车系统上，可以使用电子节气门来控制发动机转速，以实现多转速的控制，但是系统的结构较复杂，成本很高。例如，在专利(申请)号为200710196160.8、名称为“一种实现内燃机的所需发动机转速的方法”的专利申请中，公开了一种实现内燃机的所需发动机转速的方法，包括：确定所需发动机转速，根据所需发送机转速分别计算慢响应转矩值和快响应转矩值，分别根据慢响应转矩值和快响应转矩值产生慢响应执行器指令和快响应执行器指令，并根据慢响应执行器指令和快响应执行器指令调整发动机的操作以实现所需发送机转速。

综上所述，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下缺陷：

(1)精确性差：在通用型汽油机的电子调速机构中，大多使用化油器作为油气混合方案，在空燃比控制上，不如使用喷油器更精确；

(2)实用性差：通用型汽油机也有电控燃油喷射方案，但是这种通用型汽油机系统多用于摩托车系统，其转速控制仅需要在发动机空载下，使用怠速旁通阀控制进气量，控制条件有限，不能实现大节气门下的转速闭环控制；

(3)结构复杂：在汽车系统上，虽然可以使用电子节气门来控制发动机转速，以实现多转速的控制，但结构较复杂；

(4)成本高：在汽车系统上，可以使用电子节气门来控制发动机转速，以实现多转速的控制，不仅结构较复杂，成本也较高。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种通用型汽油机转速控制方法，以实现精确性好、实用性好、结构简单与成本低的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种通用型汽油机转速控制方法，包括：(1)采集系统电源和点火钥匙的状态，结合发动机的转速信号，确定发动机期望的工作状态，使主控制器ECU根据预先设定的顺序，依次激活相应的被控设备；(2)计算系统电源的状态，根据所得电源状态控制油泵和主继电器的状态，同时根据电源的电压参数修正执行器的执行值；(3)通过A/D转换器读取信号采集模块的采集信息，进行滤波和诊断，获取当前节气门位置和/或进气温度和/或进气压力和/或缸温和/或档位选择信息的合理参数；(4)通过MCU的比较捕捉功能，获取曲轴信号轮的脉冲信息，通过计算齿时间并进行数齿比较，计算发动机的转速、梯度、以及当前发动机的运转位置信息；(5)读取氧传感器采集所得窄氧信息，与预先设定的浓稀限制量进行比较，得到当前混合气体的浓稀状态；并通过对当前混合气体浓稀时间的滤波处理，得到当前工作循环的空燃比相关状态参数，以对喷油进行lambda闭环控制和自适应的计算；(6)工况和工作点的选择：设定发动机的工况，计算发动机的实际进气量，并在发电工况时，依据当前条件选择合适的工作点；(7)工作点的切换协调：通过比较当前的工作点与目标工作点，采用分时二分法趋近的方式，切换工作点；同时通过相应的切换信息对进气、喷油和点火进行快慢调节的协调，并计算目标值；(8)点火控制：通过目标点火效率，结合当前发动机的工作条件，计算实际输出的点火角和点火蓄能时间；(9)节气门控制：通过进气量的目标值，结合当前实际进气量以及进气道动态，改变节气门开度控制的占空比；(10)喷油控制：通过喷油目标值，结合当前的实际进气量、氧传感器的反馈信号以及进气道的动态条件，计算喷油相位和喷油时间。

进一步地，在(1)中，所述被控设备包括信号调理模块与执行器。

进一步地，在(5)中，当所述氧传感器为加热型氧传感器时，还包括氧传感器的加热状态与功率的计算。

进一步地，还包括：元器件的电气诊断及功能性诊断，以及与外部设备之间的CAN通信和/或K线通信。

同时，本发明采用的另一技术方案是：一种通用型汽油机转速控制系统，包括电源单元、主控制器ECU、信号采集单元与执行器，其中：所述电源单元，与ECU连接，用于向ECU供电；信号采集单元，与ECU连接，用于采集相应被控元件的传感信号、并发送至ECU；ECU根据相应的传感信号，进行相应的处理，并将所得执行信号发送至执行器；执行器，与ECU连接，用于接收并执行ECU发送的执行信号。

进一步地，所述ECU包括电源调理模块、信号调理模块、主控芯片MCU、点火驱动模块与集成驱动模块，其中：所述电源调理模块，连接在电源单元与MCU之间，用于根据电源状态进行电源管理；信号调理模块，连接在信号采集单元与MCU之间，用于接收信号采集单元发送的传感信号，经调整后发送至MCU；MCU，用于根据信号调整模块的发送信号，进行工况和工作点的选择、以及发电工况下工作点的协调与逻辑切换，并将相应的执行信号发送至相应的执行器；点火驱动模块及集成驱动模块分别连接在MCU与执行器之间，用于接收并执行MCU发送的执行信号。

进一步地，所述电源单元包括点火钥匙与系统电源，其中：所述点火钥匙与系统电源连接，用于为系统电源提供点火信号。

进一步地，所述信号采集单元包括节气门位置传感器、进气温度传感器、进气压力传感器、缸温传感器、曲轴位置传感器、氧传感器与档位选择开关，其中：所述节气门位置传感器，用于采集节气门位置信号，并发送至信号调理模块；进气温度传感器，用于采集进气温度信号，并发送至信号调理模块；进气压力传感器，用于采集进气压力信号，并发送至信号调理模块；缸温传感器，用于采集缸温信号，并发送至信号调理模块；曲轴位置传感器，用于采集曲轴位置信号，并发送至信号调理模块；氧传感器，用于采集氧传感器信号，并发送至信号调理模块；档位选择开关，用于采集档位选择信号，并发送至信号调理模块。

进一步地，所述执行器包括点火线圈、喷油器、节气门电机、氧加热模块、主继电器、油泵控制模块与故障灯，其中：所述点火线圈与点火驱动模块连接，用于接收并执行点火驱动模块发送的点火控制信号；喷油器，与集成驱动模块连接，用于接收并执行集成驱动模块发送的喷油控制信号；节气门电机，与集成驱动模块连接，用于接收并执行集成驱动模块发送的电机控制信号；氧加热模块，与集成驱动模块连接，用于接收并执行集成驱动模块发送的氧加热信号；主继电器，与集成驱动模块连接，用于接收并执行集成驱动模块发送的主继电器信号；油泵控制模块，与集成驱动模块连接，用于接收并执行集成驱动模块发送的油泵控制信号；故障灯，与集成驱动模块连接，用于接收集成驱动模块发送的故障灯信号，显示相应的故障信息。

进一步地，所述ECU还包括通信模块，所述通信模块与MCU连接，用于MCU与外部通信设备之间的CAN通信和/或K线通信。

本发明各实施例的通用型汽油机转速控制方法及系统，其中，该方法包括：(1)采集系统电源和点火钥匙的状态，结合发动机的转速信号，确定发动机期望的工作状态，使主控制器ECU根据预先设定的顺序，依次激活相应的被控设备；(2)计算系统电源的状态，根据所得电源状态控制油泵和主继电器的状态，同时根据电源的电压参数修正执行器的执行值；(3)通过A/D转换器读取信号采集模块的采集信息，进行滤波和诊断，获取当前节气门位置和/或进气温度和/或进气压力和/或缸温和/或档位选择信息的合理参数；(4)通过MCU的比较捕捉功能，获取曲轴信号轮的脉冲信息，通过计算齿时间并进行数齿比较，计算发动机的转速、梯度、以及当前发动机的运转位置信息；(5)读取氧传感器采集所得窄氧信息，与预先设定的浓稀限制量进行比较，得到当前混合气体的浓稀状态；并通过对当前混合气体浓稀时间的滤波处理，得到当前工作循环的空燃比相关状态参数，以对喷油进行lambda闭环控制和自适应的计算；(6)工况和工作点的选择：设定发动机的工况，计算发动机的实际进气量，并在发电工况时，依据当前条件选择合适的工作点；(7)工作点的切换协调：通过比较当前的工作点与目标工作点，采用分时二分法趋近的方式，切换工作点；同时通过相应的切换信息对进气、喷油和点火进行快慢调节的协调，并计算目标值；(8)点火控制：通过目标点火效率，结合当前发动机的工作条件，计算实际输出的点火角和点火蓄能时间；(9)节气门控制：通过进气量的目标值，结合当前实际进气量以及进气道动态，改变节气门开度控制的占空比；(10)喷油控制：通过喷油目标值，结合当前的实际进气量、氧传感器的反馈信号以及进气道的动态条件，计算喷油相位和喷油时间；该系统包括：电源单元、主控制器ECU、信号采集单元与执行器，其中：电源单元，与ECU连接，用于向ECU供电；信号采集单元，与ECU连接，用于采集相应被控元件的传感信号、并发送至ECU；ECU根据相应的传感信号，进行相应的处理，并将所得执行信号发送至执行器；执行器，与ECU连接，用于接收并执行ECU发送的执行信号；使用上述方法及系统的结果是，可以达到全范围的转速闭环控制，可以在不同转速要求下，输出不同的功率，这样可以使发动机工作在最佳状态，有效的提高电控系统的燃油经济性和动力性；工作点切换的路径选择和扭矩的分配方法可以使瞬态下发动机也能够工作平顺，改善过渡工况的排放；基于工作点和扭矩变化的协调机制，使得瞬态响应较高；使用电控喷油、点火，结合进气模型，燃油经济性较化油器高；使用电机拉动节流阀片，在成本和技术复杂度上低于ETC系统，使得价格可以接受；从而可以克服现有技术中精确性差、实用性差、结构复杂与成本高的缺陷，以实现精确性好、实用性好、结构简单与成本低的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明通用型汽油机转速控制系统的结构示意图；

图2为根据本发明通用型汽油机转速控制方法的流程示意图；

图3为根据本发明通用型汽油机转速控制方法及系统的基本工作过程示意图；

图4为根据本发明通用型汽油机转速控制方法及系统在发电工况下发动机的状态分布示意图；

图5为根据本发明通用型汽油机转速控制方法及系统中目标工作点的选择方式以及执行器分配逻辑示意图；

图6为根据本发明通用型汽油机转速控制方法及系统中在发动机允许工作范围内的工作点划分示意图；

图7为根据本发明通用型汽油机转速控制方法及系统中目标工作点切换的逻辑示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-电源单元；11-点火钥匙；12-系统电源；2-信号采集单元；21-节气门位置传感器；22-进气温度传感器；23-进气压力传感器；24-缸温传感器；25-曲轴位置传感器；26-氧传感器；27-档位选择开关；3-主控制器(ECU)；31-电源调理模块；32-信号调理模块；33-主控芯片(MCU)；34-通信模块；35-点火驱动模块；36-集成驱动模块；4-执行器；41-点火线圈；42-喷油器；43-节气门电机；44-氧加热模块；45-主继电器；46-油泵控制模块；47-故障灯；5-外部通信设备。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明实施例，如图1-图7所示，提供了一种通用型汽油机转速控制方法及系统。

在本实施例中，如图1所示，通用型汽油机转速控制系统包括电源单元1、主控制器ECU 3、信号采集单元2与执行器4，其中：电源单元1，与ECU 3连接，用于向ECU 3供电；信号采集单元2，与ECU 3连接，用于采集相应被控元件的传感信号、并发送至ECU 3；ECU 3根据相应的传感信号，进行相应的处理，并将所得执行信号发送至执行器4；执行器4，与ECU 3连接，用于接收并执行ECU 3发送的执行信号。

进一步地，在上述通用型汽油机转速控制系统中，ECU 3包括电源调理模块31、信号调理模块32、主控芯片MCU 33、点火驱动模块35与集成驱动模块36，其中：电源调理模块31，连接在电源单元1与MCU 3之间，用于根据电源状态进行电源管理；信号调理模块32，连接在信号采集单元2与MCU 3之间，用于接收信号采集单元2发送的传感信号，经调整后发送至MCU 3；MCU 3，用于根据信号调整模块32的发送信号，进行工况和工作点的选择、以及发电工况下工作点的协调与逻辑切换，并将相应的执行信号发送至相应的执行器4；点火驱动模块35及集成驱动模块36分别连接在MCU 3与执行器4之间，用于接收并执行MCU 3发送的执行信号。

具体地，MCU 33进行工况和工作点的选择的过程具体包括：需要先设定发动机的工况，计算发动机的实际进气量，并在发电工况时，依据当前条件选择合适的工作点；MCU 33在发电工况下工作点的协调与逻辑切换的过程具体包括：通过比较当前的工作点与目标工作点，采用分时二分法趋近的方式，切换工作点；同时通过相应的切换信息对进气、喷油和点火进行快慢调节的协调，并计算目标值。

进一步地，在上述通用型汽油机转速控制系统中，电源单元1包括点火钥匙11与系统电源12，其中：点火钥匙11与系统电源12连接，用于为系统电源11提供点火信号。

这里，系统电源12(Voltage_Battery)接于点火钥匙11(Voltage_Key)之后，在点火钥匙11上电之后，系统电源12输入到电源调理模块31，使用系统电源12，将外部12V电源，转化成ECU 3内部元器件使用的稳定的12V和5V电源。工作时，输入信号通过外部的传感器采集，对应为节气门位置传感器21(Throttle_Postion)采集节气门位置信号，进气温度和压力传感器(Temperature&Pressure_IntakeAir)采集进气温度信号和进气压力信号，缸温传感器24(Temperature_Cylinder)采集发动机气缸壁的温度，氧传感器26(O₂_Signal)采集所在位置的空气氧浓度，档位选择开关27(Power_Grade)采集发电机系统的功率选择开关信号，这个开关可配置，曲轴位置传感器25(Crank)采集曲轴脉冲，可以计算发动机的转速，通过与齿和发动机配置的配合，可以得到当前发动机的工作位置。这些传感器信号在输入到MCU 33中都需要信号调理模块32进行硬件调理以得道可以输入到MCU 33的信号。

进一步地，在上述通用型汽油机转速控制系统中，信号采集单元2包括节气门位置传感器21、进气温度传感器22、进气压力传感器23、缸温传感器24、曲轴位置传感器25、氧传感器26与档位选择开关27，其中：节气门位置传感器21，用于采集节气门位置信号，并发送至信号调理模块32；进气温度传感器22，用于采集进气温度信号，并发送至信号调理模块32；进气压力传感器23，用于采集进气压力信号，并发送至信号调理模块32；缸温传感器24，用于采集缸温信号，并发送至信号调理模块32；曲轴位置传感器25，用于采集曲轴位置信号，并发送至信号调理模块32；氧传感器26，用于采集氧传感器信号，并发送至信号调理模块32；档位选择开关27，用于采集档位选择信号，并发送至信号调理模块32。

进一步地，在上述通用型汽油机转速控制系统中，执行器4包括点火线圈41、喷油器42、节气门电机43、氧加热模块44、主继电器45、油泵控制模块46与故障灯47，其中：点火线圈41与点火驱动模块35连接，用于接收并执行点火驱动模块35发送的点火控制信号；喷油器42，与集成驱动模块36连接，用于接收并执行集成驱动模块36发送的喷油控制信号；节气门电机43，与集成驱动模块36连接，用于接收并执行集成驱动模块36发送的电机控制信号；氧加热模块44，与集成驱动模块36连接，用于接收并执行集成驱动模块36发送的氧加热信号；主继电器45，与集成驱动模块36连接，用于接收并执行集成驱动模块36发送的主继电器信号；油泵控制模块46，与集成驱动模块36连接，用于接收并执行集成驱动模块36发送的油泵控制信号；故障灯47，与集成驱动模块36连接，用于接收集成驱动模块36发送的故障灯信号，显示相应的故障信息。

进一步地，在上述通用型汽油机转速控制系统中，ECU 3还包括通信模块34，通信模块34与MCU 3连接，用于MCU 3与外部通信设备5之间的CAN通信和/或K线通信。通信模块34可以是专门为标定和诊断而开发的，可以通过CAN通信和K线这两个通信通道，使外部通信设备5与MCU 33交互数据；MCU 33中的软件程序，除处理基本一般的计算和控制功能之外，还集成了AD、CAN和串口通信对应的功能，以便能够获取信号并输出相应的执行信号。

另外，在上述通用型汽油机转速控制系统中，点火驱动模块35可以使用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)，对点火信号进行放大以驱动外部的点火执行器一点火线圈；喷油器、油泵、节气门执行电机、氧传感器加热(可选，视传感器型式而定)、主继电器和诊断信号的输出通过集成的驱动芯片输出给相应的执行器。

在本实施例中，如图2所示，通用型汽油机转速控制方法包括：

(1)采集系统电源和点火钥匙的状态，结合发动机的转速信号，确定发动机期望的工作状态，使主控制器ECU根据预先设定的顺序，依次激活相应的被控设备；这里，被控设备包括信号调理模块与执行器；

(2)计算系统电源的状态，根据所得电源状态控制油泵和主继电器的状态，同时根据电源的电压参数修正执行器的执行值；

(3)通过A/D转换器读取信号采集模块的采集信息，进行滤波和诊断，获取当前节气门位置和/或进气温度和/或进气压力和/或缸温和/或档位选择信息的合理参数；

(4)通过MCU的比较捕捉功能，获取曲轴信号轮的脉冲信息，通过计算齿时间并进行数齿比较，计算发动机的转速、梯度、以及当前发动机的运转位置信息；

(5)读取氧传感器采集所得窄氧信息，与预先设定的浓稀限制量进行比较，得到当前混合气体的浓稀状态；并通过对当前混合气体浓稀时间的滤波处理，得到当前工作循环的空燃比相关状态参数，以对喷油进行lambda闭环控制和自适应的计算；这里，当氧传感器为加热型氧传感器时，还包括氧传感器的加热状态与功率的计算；

(6)工况和工作点的选择：设定发动机的工况，计算发动机的实际进气量，并在发电工况时，依据当前条件选择合适的工作点；

(7)工作点的切换协调：通过比较当前的工作点与目标工作点，采用分时二分法趋近的方式，切换工作点；同时通过相应的切换信息对进气、喷油和点火进行快慢调节的协调，并计算目标值；

(8)点火控制：通过目标点火效率，结合当前发动机的工作条件，计算实际输出的点火角和点火蓄能时间；

(9)节气门控制：通过进气量的目标值，结合当前实际进气量以及进气道动态，改变节气门开度控制的占空比；

(10)喷油控制：通过喷油目标值，结合当前的实际进气量、氧传感器的反馈信号以及进气道的动态条件，计算喷油相位和喷油时间。

进一步地，在上述通用型汽油机转速控制方法中，还包括：元器件的电气诊断及功能性诊断，以及与外部设备之间的CAN通信和/或K线通信。这里，串口通信用于系统和外部诊断上设备通信，CAN通信断开用于标定数据通信；元器件的电气诊断和功能性诊断，可以在各个模块中实现。

在上述实施例中，如图3所示，汽油机转速控制方法及系统的基本工作过程包括：

(1)当外部点火钥匙上电之后，系统开始进行复位和自检；

(2)在外部起动机的辅助下起动，发动机开始做功，转速升高；

(3)成功起动时，发动机转速达到怠速的要求，系统运行在怠速状态，目标转速为根据水温的查表值，怠速下，发动机的工作点不存在负荷的变化，仅以目标转速，通过调整点火角和节气门开度是实现；

(4)通用型汽油机转速控制系统稳定运行一段时间之后，可以通过档位的选择对外发电，此时通用型汽油机转速控制系统根据外部复杂导致发动机状态的变化，设定期望的发动机工作点，对目标转速和负荷的协调设定，从而确定进气、喷油和点火的控制目标值。目标值根据系统状态进行修正，转化为对节气门开度、喷油时间和时刻、点火正时的控制值来驱动执行器，从而使发动机在稳态和瞬态变化时都能尽快的响应外界条件的变化；

(5)当点火钥匙关闭时，系统抑制喷油、点火，使回落到0，实现关机。

如图4所示，在发电工况下，通用型汽油机转速控制方法及系统中发动机的状态可以细分为：

(1)对应为从怠速(Idle)工况进入发电状态(Power)时，进入发电状态初始化(Power_State_ini)，这一部分设定发动机在对外输出功率之前，进入初始的工作点，查表设定发动机的转速、点火效率和初始负荷进气量。特别说明的是，由于发动机马上会开始对外发电，此事的点火效率不是最佳，从而可以储备一定的扭矩，可以在对外输出功率之时，释放出来，这样可以保证第一次进入发电保证发动机转速相对稳定；

(2)当目标转速达到并且转速稳定时，通用型汽油机转速控制系统可以开始对外发电，稳定状态(Power_State_Stable)；当然，如果在稳定之前，需要对外输出电流，通用型汽油机转速控制系统以当前的目标转速作为工作点，调整进气量达到稳定运转；

(3)当发动机的转速一直过低，或者有外界命令输入时系统进入Idle状态，则通用型汽油机转速控制系统执行退出发电状态(Power_State_Exit)逐步退出Power而进入Idle，这时发动机的目标工作点为怠速工作点；

(4)当在稳定状态下，出现明显的转速下降时，通用型汽油机转速控制系统进入功率上升(Power_State_Increase)，提升工作点，根据转速明显下降情况，在根据发动机万有特性曲线而设定的标定表上移动工作点，设定发动机的目标转速(Target_Speed_Op)和目标负荷(Target_Load_Op)，将目标值与当前的实际值进行比较Target_Speed_Act和Target_Load_Act，选择合适的步长Target_Speed_Step和Target_Load_Step逐渐趋近于目标工作点，直到达到最优值。由于发动机在特性和使用上的差异，最终设定的工作点为一定的转速和负荷范围。并且这一范围会随着发动机的使用而进行自适应；

(5)当出现转速突然上升时，通用型汽油机转速控制系统进入功率下降(Power_State_Decrease)，所采取的步骤与Power_State_Increase类似，但方向相反；

(6)当从Power_State_Increase或者Power_State_Deccrease状态下达到工作点并且转速稳定时，通用型汽油机转速控制系统回复到Power_State_Stable。这时发动机需要根据当前的负荷、转速等信息，计算实际的发动机扭矩、转动惯量信息，以便在下次出现转速突然变化时，估计新的工作点；并且在此状态下，对不同稳定状态下的发动机特性参数进行自适应，是工作点的选择更符合发动机的实际情况。

为了满足排放的要求，喷油的控制依照实际的进气量，采用Lambda闭环控制，在瞬态下增加油膜修正，所以通用型汽油机转速控制系统实际需要协调的就是点火效率和进气量；而这种协调在不同的状态下，使用的方式是不同的。

在Idle、Power_State_ini、Power_State_Stable和Power_State_Exit状态下，由于工作点已经确定，所以通过点火角的PD调节和节气门的PI调节来达到稳定工作点的要求。

如图5所示，在Power_State_Increase和Power_State_Decrease，工作点处于动态变化之中，点火角和节气门开度的协调与状态过渡所处的阶段会产生相互作用，目标工作点的选择方式以及执行器分配逻辑具体方法，以增加为例：

(1)计算新工作点需要通过速度梯度(Speed_Grade)，结合当前的工作点和转动惯量，可以计算出新的扭矩和扭矩的变化量，即发动机扭矩满足如下公式①：

$({\stackrel{\·}{T}}_{\mathrm{Eng}}-{\stackrel{\·}{T}}_{\mathrm{Gen}})=J\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}$ ①

在公式①中，

为发动机产生的扭矩，

为发动机消耗的扭矩，J为系统转动惯量(为定值)，

为发动机角速度变化率(这里用发动机速度梯度表达)。在突加负载的条件下，由于的变化而暂时不变时，导致

的变化，反过来我们可以通过速度的梯度来计算当前发动机应该产生多大的扭矩来是

达到新的平衡，这样的话，通过发动机产生的扭矩来查发动机万有特性曲线选择最合适的工作点。从而可以计算出工作点Work_Point_Op、发动机扭矩(Engine_Torque)和Torque_Inc等信息供后续的计算使用；

关于工作点的选择，系统会划分优先级，即按照经济性、动力性、稳定性的标准在不同的工作点区域，依照不同的要求，在发动机允许工作范围内的划分，如图6所示。这种选择也会对喷油、点火和进气执行器产生影响；

(2)执行工作点切换，采用分步延时的方式，即根据当前工作点与目标工作点在负荷以及转速之间的差异，通过预存在ECU内部的过渡优化曲线选择Work_Point_Step分步接近最终使目标工作点，作为分配快慢路径的目标值。目标工作点切换的逻辑，如图7所示，一般通过3步切换，第一次高于工作点Work_Point_Op，保持一定工作循环，假设为2，第二步低于Work_Point_Op，保持第一步2倍的工作循环，为4，第三步使用Work_Point_Op作为工作点，直到遇到新的工作点切换；

(3)快慢扭矩的协调就是计算当前的目标工作点Work_Point_step对应的转速和负荷的要求，来对快慢切换进行分配，因为点火效率的变化可以离散变化，但是负荷的变化则是连续，这得益于节气门电机执行器可以对阀片的开度进行完全的控制，从而可以较快的完整的实现负荷的改变；

(4)计算期望喷油量，当计算出期望进气之后，由于实际的进气量需要通过节气门的改变来实现，这就相应的会有延时效果，所以喷油的计算需要结合扭矩变化的动态条件来进行滤波处理，即

Fuel_Mass_indi＝K_lam×Air_Mass_Op×WorkP_Factor

Fuel_Mass_Op＝Fuel_Mass_indi×Filter_Factor+Fuel_Mass_Op×(1-Filter_Factor)其中，

K_lam为系数，依照特定的Lambda要求而设定的空气量与喷油量对应关系；WorkP_Factor(Speed，Load)为工作点修正系数，转速和负荷的函数；Filter_Factor一阶滤波的滤波因子，扭矩动态条件的函数；Fuel_Mass_Op计算的期望喷油量；

(5)点火效率、进气量和喷油量的目标值作为相应执行器模块的输入，在各自模块中综合发动机工作条件、系统状态等信息计算合适的驱动执行器的值。

在上述各实施例中，还具备以下性能：

(1)通过发动机特性曲线设定发动机目标工作点的方法，包括：通过发动机的工作条件的采集，判断合适的工作点，计算发动机扭矩状态；根据发动机的工作点和扭矩状况，选择合适的过渡路径；根据路径和扭矩的状况计算进气、喷油和点火执行器目标值；根据所示执行器的目标值指令调整发动机的操作以实现发动机的工作点；

(2)能够是保证工作点稳定切换的通机电控系统：确定发动机的工况和工作点；确定发动机的过渡路径分配执行器目标值；执行器调整实现发动机工作点的变化。

综上所述，上述各实施例的通用型汽油机转速控制方法及系统，在发动机上配置相应的传感器和执行器，汽油机的进气、喷油和点火相关执行器进行电子控制，可以应用于通用型汽油机应用于发电机系统和专用机械领域，具有以下有益效果：

(1)可以达到全范围的转速闭环控制，可以在不同转速要求下，输出不同的功率，这样可以使发动机工作在最佳状态，有效的提高电控系统的燃油经济性和动力性；

(2)工作点切换的路径选择和扭矩的分配方法可以使瞬态下发动机也能够工作平顺，改善过渡工况的排放；

(3)基于工作点和扭矩变化的协调机制，使得瞬态响应较高；

(4)系统使用电控喷油、点火，结合进气模型，燃油经济性较化油器高；

(5)使用电机拉动节流阀片，在成本和技术复杂度上低于ETC系统，使得价格可以接受。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通用型汽油机转速控制方法，其特征在于，包括：

(1)采集系统电源和点火钥匙的状态，结合发动机的转速信号，确定发动机期望的工作状态，使主控制器ECU根据预先设定的顺序，依次激活相应的被控设备；

(2)计算系统电源的状态，根据所得电源状态控制油泵和主继电器的状态，同时根据电源的电压参数修正执行器的执行值；

(3)通过A/D转换器读取信号采集模块的采集信息，进行滤波和诊断，获取当前节气门位置和/或进气温度和/或进气压力和/或缸温和/或档位选择信息的合理参数；

(4)通过MCU的比较捕捉功能，获取曲轴信号轮的脉冲信息，通过计算齿时间并进行数齿比较，计算发动机的转速、梯度、以及当前发动机的运转位置信息；

(5)读取氧传感器采集所得窄氧信息，与预先设定的浓稀限制量进行比较，得到当前混合气体的浓稀状态；并通过对当前混合气体浓稀时间的滤波处理，得到当前工作循环的空燃比相关状态参数，以对喷油进行lambda闭环控制和自适应的计算；

(6)工况和工作点的选择：设定发动机的工况，计算发动机的实际进气量，并在发电工况时，依据当前条件选择合适的工作点；

(7)工作点的切换协调：通过比较当前的工作点与目标工作点，采用分时二分法趋近的方式，切换工作点；同时通过相应的切换信息对进气、喷油和点火进行快慢调节的协调，并计算目标值；

(8)点火控制：通过目标点火效率，结合当前发动机的工作条件，计算实际输出的点火角和点火蓄能时间；

(9)节气门控制：通过进气量的目标值，结合当前实际进气量以及进气道动态，改变节气门开度控制的占空比；

(10)喷油控制：通过喷油目标值，结合当前的实际进气量、氧传感器的反馈信号以及进气道的动态条件，计算喷油相位和喷油时间。

2.根据权利要求1所述的通用型汽油机转速控制方法，其特征在于，在(1)中，所述被控设备包括信号调理模块与执行器。

3.根据权利要求1所述的通用型汽油机转速控制方法，其特征在于，在(5)中，当所述氧传感器为加热型氧传感器时，还包括氧传感器的加热状态与功率的计算。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的通用型汽油机转速控制方法，其特征在于，还包括：元器件的电气诊断及功能性诊断，以及与外部设备之间的CAN通信和/或K线通信。

5.一种通用型汽油机转速控制系统，其特征在于，包括电源单元、主控制器ECU、信号采集单元与执行器，其中：

所述电源单元，与ECU连接，用于向ECU供电；信号采集单元，与ECU连接，用于采集相应被控元件的传感信号、并发送至ECU；ECU根据相应的传感信号，进行相应的处理，并将所得执行信号发送至执行器；执行器，与ECU连接，用于接收并执行ECU发送的执行信号。

6.根据权利要求5所述的通用型汽油机转速控制系统，其特征在于，所述ECU包括电源调理模块、信号调理模块、主控芯片MCU、点火驱动模块与集成驱动模块，其中：

所述电源调理模块，连接在电源单元与MCU之间，用于根据电源状态进行电源管理；信号调理模块，连接在信号采集单元与MCU之间，用于接收信号采集单元发送的传感信号，经调整后发送至MCU；MCU，用于根据信号调整模块的发送信号，进行工况和工作点的选择、以及发电工况下工作点的协调与逻辑切换，并将相应的执行信号发送至相应的执行器；点火驱动模块及集成驱动模块分别连接在MCU与执行器之间，用于接收并执行MCU发送的执行信号。

7.根据权利要求5或6所述的通用型汽油机转速控制系统，其特征在于，所述电源单元包括点火钥匙与系统电源，其中：

所述点火钥匙与系统电源连接，用于为系统电源提供点火信号。

8.根据权利要求5或6所述的通用型汽油机转速控制系统，其特征在于，所述信号采集单元包括节气门位置传感器、进气温度传感器、进气压力传感器、缸温传感器、曲轴位置传感器、氧传感器与档位选择开关，其中：

所述节气门位置传感器，用于采集节气门位置信号，并发送至信号调理模块；进气温度传感器，用于采集进气温度信号，并发送至信号调理模块；进气压力传感器，用于采集进气压力信号，并发送至信号调理模块；缸温传感器，用于采集缸温信号，并发送至信号调理模块；曲轴位置传感器，用于采集曲轴位置信号，并发送至信号调理模块；氧传感器，用于采集氧传感器信号，并发送至信号调理模块；档位选择开关，用于采集档位选择信号，并发送至信号调理模块。

9.根据权利要求5或6所述的通用型汽油机转速控制系统，其特征在于，所述执行器包括点火线圈、喷油器、节气门电机、氧加热模块、主继电器、油泵控制模块与故障灯，其中：

所述点火线圈与点火驱动模块连接，用于接收并执行点火驱动模块发送的点火控制信号；喷油器，与集成驱动模块连接，用于接收并执行集成驱动模块发送的喷油控制信号；节气门电机，与集成驱动模块连接，用于接收并执行集成驱动模块发送的电机控制信号；氧加热模块，与集成驱动模块连接，用于接收并执行集成驱动模块发送的氧加热信号；主继电器，与集成驱动模块连接，用于接收并执行集成驱动模块发送的主继电器信号；油泵控制模块，与集成驱动模块连接，用于接收并执行集成驱动模块发送的油泵控制信号；故障灯，与集成驱动模块连接，用于接收集成驱动模块发送的故障灯信号，显示相应的故障信息。

10.根据权利要求6所述的通用型汽油机转速控制系统，其特征在于，所述ECU还包括通信模块，所述通信模块与MCU连接，用于MCU与外部通信设备之间的CAN通信和/或K线通信。

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