CN102979636B - 一种降低怠速工况下动力总成系统振动的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低怠速工况下动力总成系统振动的方法及装置，用于解决现有技术中降低车辆振动对发动机进行主动控制时，需要持续供应外部能量，耗能较大的问题。该方法包括：当车辆处于怠速工况时，获取车身的三向加速度信号以及发动机的转速信号；根据车身三向加速度信号计算车身振动加速度等效均值；判断等效均值是否大于第一预设值；如果是，则计算车身振动加速度峰值频率以及发动机激励频率；判断振动加速度峰值频率与激励频率的差值是否小于第二预设值；如果差值小于第二预设值，启动比例-积分-微分PID控制逻辑，根据发动机转速确定最佳怠速转速以及与最佳怠速转速对应的节气门开度。该方案降低了能耗，并且提高了控制精度。

Description

一种降低怠速工况下动力总成系统振动的方法及装置

技术领域

本发明涉及发动机控制领域，具体而言涉及一种降低怠速工况下动力总成系统振动的方法及装置。

背景技术

怠速是发动机主要运行工况之一，该工况下发动机的减振降噪是改善汽车NV H性能的关键。发动机作为汽车的主要激振源之一，其气缸内的燃气压力、转速及输出转矩的周期性波动和不平衡惯性力（力矩），会激发动力总成系统的刚体振动和弹性振动，以及动力传动系的扭转与弯曲振动。动力总成系统是包括发动机与传动系在内的动力传动系统，它产生的振动与噪声可以通过两种途径传递至车内：一种是先通过动力总成悬置的衰减传递至车架，再通过车架传递至车身，形成驾驶员与乘客能感知到的振动与噪声；另一种途径是动力总成产生的噪声通过空气直接传递至车内。这些会严重降低乘员舒适性和结构可靠性，因此，必须对动力总成的振动进行控制。

动力总成振动的控制方法一般可分为被动控制和主动控制。被动控制无需外部能量，主要方法包括：（1）消弱激振源，即在设计、制造过程中尽量降低由于不平衡引起的动力总成振动；（2）避免共振，可通过改变动力总成设计调整系统的固有频率实现；（3）减小振动响应，即通过隔振器（悬置等）隔离或减小动力总成振动向车身的传播。悬置是用于减少与控制振动的传递，并起到支承作用的汽车动力总成部件。对于这几种被动控制方式而言，由于产品在出厂时已经定型，无法随着动力总成的使用工况实现自适应的调整，其隔振效果会随着使用是时间的增加而越显不足。

主动控制又称有源控制，根据动力总成的动态特性，采用由外部输入能量的控制方法来抑制动力总成的振动，常用以下三种形式：（1）主动减振，利用控制系统通过执行机构调节悬置的参数，使其自动跟踪动力总成振动的主频率，消耗振动能量，减小振动；（2）主动隔振，采用加入力作动器的主动悬置系统，通过主动控制力的作用减小力的传递，降低动力总成振动的影响；（3）半主动隔振，通过改变动力总成悬置的动特性（如改变阻尼）来消耗振动能量，达到减振的目的。这几种控制方式虽然能够实现对动力总成系统的主动控制，然而需要持续的输入外部能量，较耗费能量。并且由于外部能量的输入，会导致电磁干扰，同时能量输入电路的设计、电子元器件的选型、供电以及软件等原因，会降低电控装置的可靠性。

发明内容

本发明提供了一种降低怠速工况下动力总成系统振动的方法及装置，用于解决现有技术中降低车辆振动对发动机进行主动控制时，需要持续供应外部能量，耗能较大的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种降低怠速工况下动力总成系统振动的方法，包括：当车辆处于怠速工况时，获取车身的三向振动加速度信号以及发动机的转速信号；根据车身的三向振动加速度信号计算车身振动加速度等效均值；判断等效均值是否大于第一预设值；如果是，以等效均值为输入量，等效均值与第一预设值的差值作为PID控制的输入量，计算发动机的最佳怠速转速；确定与最佳怠速转速对应的节气门开度；将节气门开度发送至发动机的ECU执行。

进一步地，上述方法还包括：在判断等效均值是否大于第一预设值后，如果等效均值大于第一阈值，则计算车身振动加速度峰值频率以及发动机激励频率；判断振动加速度峰值频率与激励频率的差值是否大于第二预设值；如果是，则执行以等效均值为输入量，等效均值与第一预设值的差值作为PID控制的输入量，计算发动机的最佳怠速转速的步骤。

进一步地，上述方法还包括：在获取车身的三向振动加速度信号以及发动机的转速信号之前，通过CAN总线读取发动机节气门位置信号；根据节气门位置信号确定节气门开度是否为零，如果节气门开度为零，判断车速是否为零；如果车速为零，则确定车辆处于怠速工况。

进一步地，上述方法还包括：在根据车身三向振动加速度信号计算车身振动加速度等效均值之后，获取动力总成系统上三向振动加速度信号；根据各测量点的三向振动加速度信号计算动力总成系统的加速度均方根值；判断等效均值是否大于第一预设值包括：判断等效均值以均方根值是否均大于第一预设值。

进一步地，上述方法还包括：根据发动机转速确定最佳怠速转速以及与最佳怠速转速对应的节气门开度之后，将发动机转速以及节气门开度作为振动处理数据保存至资源库。

根据本发明的另一个方面，提供了一种降低怠速工况下动力总成系统振动的装置，包括：第一获取模块，用于当车辆处于怠速工况时，获取车身的三向振动加速度信号以及发动机的转速信号；第一计算模块，用于根据车身的三向振动加速度信号计算车身振动加速度等效均值；第一判断模块，用于判断等效均值是否大于第一预设值；第二计算模块，用于当第一判断模块的判断结果为是时，以等效均值为输入量，等效均值与第一预设值的差值作为PID控制的输入量，计算发动机的最佳怠速转速；第一确定模块，用于与最佳怠速转速对应的节气门开度；发送模块，用于将节气门开度发送至发动机的ECU执行。

进一步地，上述装置还包括：第三计算模块，用在第一判断模块判断等效均值是否大于第一预设值后，如果等效均值大于第一阈值，则计算车身振动加速度峰值频率以及发动机激励频率；第二判断模块，用于判断振动加速度峰值频率与激励频率的差值是否大于第二预设值；执行模块，用于当第二判断模块的判断结果为是时，则执行以等效均值为输入量，等效均值与第一预设值的差值作为PID控制的输入量，计算发动机的最佳怠速转速的步骤。

进一步地，上述装置还包括：读取模块，用于在获取车身的三向振动加速度信号以及发动机的转速信号之前，通过CAN总线读取发动机解气门位置信号；第二确定模块，用于根据节气门开度信号确定节气门开度是否为零；第三判断模块，用于当第二确定模块的确定结果为是时，判断车速是否为零；第三确定模块，用于当第三判断模块的判断结果为是时，确定车辆处于怠速工况。

进一步地，上述装置还包括：第二获取模块，用于在根据车身三向振动加速度信号计算车身振动加速度等效均值之后，获取动力总成系统上三向振动加速度信号；第四计算模块，用于根据各测量点的三向振动加速度信号计算动力总成系统的加速度均方根值；第一判断模块包括：判断单元，用于判断等效均值以均方根值是否均大于第一预设值。

进一步地，上述装置还包括：保存模块，用于根据发动机转速确定最佳怠速转速以及与最佳怠速转速对应的节气门开度之后，将发动机转速以及节气门开度作为振动处理数据保存至资源库。

本发明的技术方案，根据车身的振动情况来对发动机进行主动控制，通过控制发动机的转速来改善车辆原地怠速时动力总成系统的NVH（Noise，Vibration&Harshness，噪声、振动与舒适性）性能，因此无需持续供应外部能量，降低了能耗，同时采用PID控制逻辑，提高了控制精度。

附图说明

图1是本发明的降低怠速工况下动力总成系统振动的方法的流程图；

图2是本发明的降低怠速工况下动力总成系统振动的装置的结构框图；

图3是本发明的发动机主动控制的系统框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例作进一步详细的说明。

图1是本发明的降低怠速工况下动力总成系统振动的方法的流程图。

如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤101：当车辆处于怠速工况时，获取车身的三向振动加速度信号以及发动机的转速信号；

步骤102：根据车身的三向振动加速度信号计算车身振动加速度的等效均值；

步骤103：判断车身振动加速度等效均值是否大于第一预设值；

步骤104：如果是，以等效均值为输入量，等效均值与第一预设值的差值作为PID控制的输入量，计算发动机的最佳怠速转速；

步骤105：确定与最佳怠速转速对应的节气门开度；

步骤106：将节气门开度发送至发动机的ECU执行。

在上述步骤102中，具体可以通过以下公式来计算车身振动加速度的等效均值：

$L_{\mathrm{eq}}=20\log \frac{a_w}{{10}^{-6}};$

其中L_eq为车身振动加速度等效均值；a_w为一定测量时间内的车身的加权加速度均方根值，优选地，在本实施例中，测量时间可以取5s。

上述步骤103中，由于车身振动加速度与司机、乘客的舒适度密切相关，因此，可以以车身的振动加速度来衡量是否需要触发发动机主动控制，从而降低车身的振动。本实施例的方案中，当车身的振动加速度超过第一预设值时，需要降低车身的振动。具体地，第一预设值可以根据人对乘坐舒适度的要求来确定，也可以根据设计者的经验来设定，此处对该值不做具体限定。由于此时车身的振动并不一定是由于发动机振动的原因，因此，在这种情况下需要进一步判断是否由于发动机与车身产生共振而引起车身的振动，此时，需要执行判断发动机与车身是否产生共振，首先，计算车身振动加速度峰值频率以及发动机激励频率，然后判断该车身振动加速度峰值频率与发动机激励频率之差是否小于第二预设值，当车身的振动加速度峰值频率与发动机的激励频率的差值小于第二预设值时，说明二者产生共振，需要对发动机进行主动控制来避开发动机的共振转速。此时，可以再执行步骤106启动PID控制逻辑，根据发动机转速确定最佳怠速转速以及与最佳怠速转速对应的节气门开度，将节气门开度信号输出给ECU执行，发动机的主动控制结束。

在执行上述步骤101之前，可以通过以下步骤来确定车辆是否处于怠速工况：

在获取车身的三向加速度信号以及发动机的转速信号之前，通过CAN总线读取发动机节气门位置信号；根据节气门位置信号确定节气门开度是否为零，如果节气门开度为零，判断车速是否为零；如果车速为零，则确定车辆处于怠速工况。

除了上述采用车身振动加速度作为衡量是否需要对发动机进行主动控制的因素之外，本实施例的方案还可以综合考虑将车整体的振动情况作为对发动机进行主动控制的触发条件，基于此在根据车身三向加速度信号计算车身振动加速度等效均值之后，还可以获取动力总成系统上三向加速度信号；根据各测量点的三向加速度信号计算动力总成系统的加权加速度均方根值的均值；此处，可以采用以下公式进行计算：

$a_{\mathrm{Ej}}={(k_x^2{a}_{\mathrm{xj}}^2+k_y^2{a}_{\mathrm{yj}}^2+k_z^2{a}_{\mathrm{zj}}^2)}^{1/2};$

${\stackrel{\‾}{a}}_E=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{Ej}};$

其中，a_xj、a_yj与a_zj为单轴向加速度；k_x、k_y与k_z为单轴向加速度的加权系数。a_Ej为加权加速度均方根值；为所有测点加权加速度均方根值的均值；n为测点数量，这里测量点数至少需要取两点。

得出动力总成系统的加a_xj、a_yj与a_zj为单轴向加速度；k_x、k_y与k_z为单轴向加速度的加权系数。

均方根值的均值后，判断上述等效均值以均方根值的均值是否均大于第一预设值，当二者均大于第一预设值时，说明此时需要对发动机进行主动控制从而降低整车振动。

在发动机主动控制结果后，还可以根据发动机转速确定最佳怠速转速以及与最佳怠速转速对应的节气门开度之后，将发动机转速以及节气门开度作为振动处理数据保存至自学习资源库。基于此，在后续需要对发动机进行主动控制时，可以直接在自学习资源库中检索，判断是否具有相似的解决措施，如有，则可以直接在自学习资源库中选取相应的怠速转速并输出。

图2是本发明的降低怠速工况下动力总成系统振动的装置的结构框图。

如图2所示，该装置包括以下组成部分：

第一获取模块21，用于当车辆处于怠速工况时，获取车身三向加速度信号以及发动机的转速信号；

第一计算模块22，用于根据车身三向加速度信号计算车身振动加速度等效均值；

第一判断模块23，用于判断等效均值是否大于第一预设值；

第二计算模块24，用于当第一判断模块的判断结果为是时，用于当第一判断模块的判断结果为是时，以等效均值为输入量，等效均值与第一预设值的差值作为PID控制的输入量，计算发动机的最佳怠速转速；

第一确定模块25，用于判断振动加速度峰值频率与激励频率的差值是否小于第二预设值；

发送模块26，用于将所述节气门开度发送至所述发动机的ECU执行。

为了降低由于发动机与车身产生的共振，上述装置20还可以进一步包括以下组成部分：

第三计算模块，用在所述第一判断模块23判断所述等效均值是否大于第一预设值后，如果所述等效均值大于所述第一阈值，则计算车身振动加速度峰值频率以及发动机激励频率；

第二判断模块，用于判断所述振动加速度峰值频率与所述激励频率的差值是否大于第二预设值；

执行模块，用于当所述第二判断模块的判断结果为是时，则执行所述以所述等效均值为输入量，所述等效均值与所述第一预设值的差值作为PI D控制的输入量，计算所述发动机的最佳怠速转速的步骤。

其中，上述装置还可以包括以下用于判断车辆是否处于怠速工况的各模块：读取模块，用于在获取车身的三向加速度信号以及发动机的转速信号之前，通过CAN总线读取发动机解气门位置信号；第二确定模块，用于根据节气门开度信号确定节气门开度是否为零；第三判断模块，用于当第二确定模块的确定结果为是时，判断车速是否为零；第三确定模块，用于当第三判断模块的判断结果为是时，确定车辆处于怠速工况。

为了综合考虑整车振动情况，以便根据整车振动情况确定是否需要对发动机进行主动控制，上述装置还可以包括：第二获取模块，用于在根据车身三向加速度信号计算车身振动加速度等效均值之后，获取动力总成系统上三向加速度信号；第三计算模块，用于根据各测量点的三向加速度信号计算动力总成系统的加权加速度均方根值的均值；第一判断模块包括：判断单元，用于判断上述等效均值以均方根值的均值是否均大于第一预设值。

为了便于后续降低整车振动操作，上述装置还包括保存模块，用于根据发动机转速确定最佳怠速转速以及与最佳怠速转速对应的节气门开度之后，将发动机转速以及节气门开度作为振动处理数据保存至资源库。这样，后续对发动机进行主动控制时，可以直接在资源库中检索是否有过类似或相同的解决措施，如果有，则可以直接获取到相应怠速转速并输出，不必在启动PID控制逻辑。

图3是本发明的发动机主动控制的系统框图。

如图3所示，本发明的降低怠速工况下动力总成系统振动的装置还可以由图中所示的各功能模块来实现，其中，信号采集与分析系统，用于采集发动机怠速时车身、发动机和传动系统的三向振动加速度信号（至少采集其中的两路信号）、发动机转速信号，计算加权加速度均方根值、加速度等效均值、振动加速度特征频率及发动机激励频率。自学习模块，用于对NVH主动控制过程及控制数据进行自学习，以更适应使用工况与技术条件的变化。

ECU与作动器，作为执行机构，通过发动机的ECU与电子油门实现。

NVH主动控制系统，用于判断当前是否对发动机进行主动控制、如何对发动机进行控制，具体判断方式与上述装置20的判断方式相同，此处不在赘述。并向发动机ECU输出执行的目标节气门开度信号，包括四个模块，即整车NVH性能检测与判断模块、发动机怠速工况判断模块、NVH主动控制模块及自学习模块。

本发明实施例的技术方案，可以根据车身的振动情况来对发动机进行主动控制，通过控制发动机的转速来改善车辆原地怠速时动力总成系统的NVH性能，因此无需持续供应外部能量，降低了能耗。同时，将对发动机的主动控制的处理数据存储至资源库，后续需要对发动机进行主动控制时，可以直接在资源库中检索类似的解决方案，提高了振动处理的效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种降低怠速工况下动力总成系统振动的方法，其特征在于，包括：

当车辆处于怠速工况时，获取车身的三向振动加速度信号以及发动机的转速信号；

根据所述车身的三向振动加速度信号计算车身振动加速度等效均值；

判断所述等效均值是否大于第一预设值；

如果是，以所述等效均值为输入量，所述等效均值与所述第一预设值的差值作为PID控制的输入量，计算所述发动机的最佳怠速转速；

确定与所述最佳怠速转速对应的节气门开度；

将所述节气门开度发送至所述发动机的ECU执行；

在判断所述等效均值是否大于第一预设值后，如果所述等效均值大于所述第一预设值，则计算车身振动加速度峰值频率以及发动机激励频率；

判断所述振动加速度峰值频率与所述激励频率的差值是否大于第二预设值；

如果是，则执行所述以所述等效均值为输入量，所述等效均值与所述第一预设值的差值作为PID控制的输入量，计算所述发动机的最佳怠速转速的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在获取车身的三向振动加速度信号以及发动机的转速信号之前，通过CAN总线读取发动机节气门位置信号；

根据所述节气门位置信号确定所述节气门开度是否为零，如果所述节气门开度为零，判断车速是否为零；

如果所述车速为零，则确定车辆处于怠速工况。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在根据所述车身三向振动加速度信号计算车身振动加速度等效均值之后，获取动力总成系统上三向振动加速度信号；

根据所述动力总成系统上三向振动加速度信号计算所述动力总成系统的加速度均方根值；

判断所述等效均值是否大于第一预设值包括：

判断所述等效均值和所述均方根值是否均大于所述第一预设值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述发动机转速确定最佳怠速转速以及与所述最佳怠速转速对应的节气门开度之后，将所述发动机转速以及所述节气门开度作为振动处理数据保存至资源库。

5.一种降低怠速工况下动力总成系统振动的装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于当车辆处于怠速工况时，获取车身的三向振动加速度信号以及发动机的转速信号；

第一计算模块，用于根据所述车身的三向振动加速度信号计算车身振动加速度等效均值；

第一判断模块，用于判断所述等效均值是否大于第一预设值；

第二计算模块，用于当所述第一判断模块的判断结果为是时，以所述等效均值为输入量，所述等效均值与所述第一预设值的差值作为PID控制的输入量，计算所述发动机的最佳怠速转速；

第一确定模块，用于确定与所述最佳怠速转速对应的节气门开度；

发送模块，用于将所述节气门开度发送至所述发动机的ECU执行；

第三计算模块，用在所述第一判断模块判断所述等效均值是否大于第一预设值后，如果所述等效均值大于所述第一预设值，则计算车身振动加速度峰值频率以及发动机激励频率；

第二判断模块，用于判断所述振动加速度峰值频率与所述激励频率的差值是否大于第二预设值；

执行模块，用于当所述第二判断模块的判断结果为是时，则执行所述以所述等效均值为输入量，所述等效均值与所述第一预设值的差值作为PID控制的输入量，计算所述发动机的最佳怠速转速的步骤。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

读取模块，用于在获取车身的三向振动加速度信号以及发动机的转速信号之前，通过CAN总线读取发动机解气门位置信号；

第二确定模块，用于根据所述节气门开度信号确定所述节气门开度是否为零；

第三判断模块，用于当所述第二确定模块的确定结果为是时，判断车速是否为零；

第三确定模块，用于当所述第三判断模块的判断结果为是时，确定车辆处于怠速工况。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二获取模块，用于在根据所述车身三向振动加速度信号计算车身振动加速度等效均值之后，获取动力总成系统上三向振动加速度信号；

第四计算模块，用于根据所述动力总成系统上三向振动加速度信号计算所述动力总成系统的加速度均方根值；

所述第一判断模块包括：

判断单元，用于判断所述等效均值和所述均方根值是否均大于所述第一预设值。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

保存模块，用于根据所述发动机转速确定最佳怠速转速以及与所述最佳怠速转速对应的节气门开度之后，将所述发动机转速以及所述节气门开度作为振动处理数据保存至资源库。