CN103527339B - 一种控制柴油发动机快速启停的方法 - Google Patents

Abstract

本发明尤其涉及一种控制柴油机快速启停的方法。该装置由预处理器、启停控制模块依次相连；CAN总线分别与预处理器、启停控制模块相连。该方法包括以下内容：预处理器对加速踏板状态信息、车速、钥匙点火动作进行分析，将得到的启动或停机或不操作信号通过CAN总线发送给启停控制模块，启停控制模块根据预处理器发送过来的信号以及柴油发动机飞轮转速进行分析，得到断油控制、电机开关控制、电机转矩控制和喷油控制信号发送给喷油泵和电机；喷油泵根据喷油控制或断油控制信号进行工作，电机根据电机开关控制和电机扭矩控制信号进行工作。本发明实现了对柴油发动机的快速启动和停机，提高了燃油经济性，降低了尾气排放。

Description

一种控制柴油发动机快速启停的方法

技术领域

本发明尤其涉及一种控制柴油发动机快速启停的装置及方法，属于自动控制技术领域。

背景技术

现在全球都面临着环境污染，石油资源枯竭的威胁，而随着物流业的发展，使得公路运输对于柴油机的需求越来越大，降低柴油机燃油消耗，减少柴油机的排放迫在眉睫。为应对该挑战，世界各大汽车公司和相关研究机构都在积极开展节能环保柴油机汽车的研究，其中重点的研究内容就是柴油机汽车启停技术。

目前国内外的柴油机控制都是对柴油机工作点进行优化或对柴油发动机燃烧过程进行优化，而柴油机在某些工况下不必要的开机对燃油经济性以及排放的影响也不容忽视。本发明通过对柴油发动机进行有效的启动和停机控制，在不降低动力性的前提下，实现低燃油消耗，低排放的目标。

发明内容

本发明的目的是针对现有的柴油机的低油耗、低排放潜力发挥的不够好的现状，而提出了一种控制柴油发动机快速启停的装置及方法。

一种控制柴油发动机快速启停的装置，该装置由CAN总线、预处理器、启停控制模块组成，其中，

所述预处理器，用于对接收的加速踏板状态信息、车速和钥匙点火动作采用逻辑分析方法进行预处理，得到启动信号或停机信号或不操作信号；

所述启停控制模块，用于对接收的预处理器发送过来的信号以及柴油发动机飞轮转速利用逻辑控制分析方法分析控制，得到对应的控制信号输出给电机控制器和喷油泵；

所述预处理器、启停控制模块依次相连；

所述CAN总线分别与预处理器、启停控制模块相连。

一种控制柴油发动机快速启停的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：预处理器对收到的由CAN总线送来的加速踏板状态信息、车速、钥匙点火动作采用逻辑分析方法进行预处理，并将预处理得到的启动信号或停机信号或不操作信号发送给启停控制模块；

步骤2：启停控制模块根据预处理器发送过来的启动信号或停机信号或不操作信号以及由CAN总线提供的柴油发动机飞轮转速采用逻辑控制方法进行分析，得到断油控制信号、电机开关控制信号、电机转矩控制信号和喷油控制信号通过CAN总线发送给喷油泵和电机；

步骤3：喷油泵根据收到的喷油控制信号或断油控制信号进行工作，电机根据接收到的电机开关控制信号和电机扭矩控制信号进行工作，从而实现了对柴油机启停的控制。

所述预处理器对收到的由CAN总线送来的加速踏板状态信息、车速、钥匙点火动作采用逻辑分析方法进行预处理过程如下：

步骤S1：预处理器首先检测钥匙是否有点火动作，若检测到钥匙有点火动作，预处理器给启停控制模块发送启动信号；否则，执行步骤S2；

步骤S2：预处理器检测车速是否为零？同时计数器开始计时；若检测到车速不为零，预处理器给启停控制模块发送不操作信号；否则，执行步骤S3；

步骤S3：预处理器检测计时是否超过设定值？若检测到计时超过设定值，预处理器给启停控制模块发送停机信号；否则，执行步骤S4；

步骤S4：预处理器检测加速踏板有效行程是否大于零，若检测到有效行程大于零，预处理器给启停控制模块发送启动信号；否则，执行步骤S2。

所述启停控制模块根据预处理器发送过来的信号以及由CAN总线提供的柴油发动机飞轮转速采用逻辑控制分析方法进行如下分析：

步骤101：当启停控制模块收到启动信号时，首先通过CAN总线输出启动电机的电机开关控制信号给电机；

其次根据下式计算得到启动电机需要输出扭矩T_m，并将得到的启动电机需要输出扭矩T_m的电机扭矩控制信号通过CAN总线发送给电机控制器：

$T_m=\frac{1000\·P_m\·t_{start}-{\∫}_0^{{\mathrm{\ω}}_{idle}}{J}_e\·{\mathrm{\ω}}_e\·{\mathrm{d\ω}}_e}{{\mathrm{\ω}}_{idle}\·t_{start}};$

其中，P_m为启动柴油发动机的需求功率；t_start为启动柴油发动机所需的时间；ω_e为柴油发动机飞轮转速；ω_idle为柴油发动机怠速转速设定值；J_e为柴油发动机曲轴转动惯量设定值；

再次执行输出喷油量控制信号步骤，该步骤通过CAN总线给输出设定的初始喷油值的喷油量控制信号给喷油泵；

再次检测柴油发动机飞轮转速ω_e是否达到柴油发动机怠速转速；若柴油发动机飞轮转速ω_e没有达到柴油发动机怠速转速时，返回到输出喷油量控制信号步骤，在原初始喷油值基础上增加一个设定增量得到一个新的喷油值后，通过CAN总线将得到的新的喷油值的喷油量控制信号输出给喷油泵；

最后，当检测柴油发动机飞轮转速ω_e达到柴油发动机怠速转速时，启停控制模块启动结束；

步骤102：当启停控制模块收到停机信号时，首先通过CAN总线输出断缸控制信号给喷油泵，使喷油泵停止对气缸供油；

然后通过CAN总线给电机发送停止的电机开关控制信号；

再次检测飞轮转速ω_e是否小于设定值，若飞轮转速ω_e大于设定值，则返回到通过CAN总线输出断油控制信号给喷油泵，使喷油泵停止对气缸供油；否则，启停控制模块停机结束；

步骤103：当启停控制模块收到不操作信号时，当启停控制模块不工作，不给CAN总线输出任何信号。

本发明的有益效果：本发明实现了对柴油发动机的快速启动和停机，从而提高燃油经济性及降低排放；同时提高了整车正常运行的稳定性，为整车行驶提供了安全保障。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是预处理器判断流程图；

图3是启动控制流程图；

图4是停机控制流程图；

图5是柴油发动机启动过程传统控制与本发明控制效果比较；

图6是柴油发动机停机过程传统控制与本发明控制效果比较。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本发明主要由三部分组成：CAN总线、预处理器、启停控制模块。各部分主要用途如下：

所述预处理器，用于对接收的加速踏板状态信息、车速和钥匙点火动作采用逻辑分析方法进行预处理，得到启动信号或停机信号或不操作信号；

所述启停控制模块，用于对接收的预处理器发送过来的信号以及柴油发动机飞轮转速利用逻辑控制分析方法分析，得到对应的控制信号输出给电机控制器和喷油泵；

CAN总线，用来将分别安装在整车上的加速踏板位置传感器、车轮上测量车速的传感器、钥匙上的状态传感器所采集的加速踏板状态信息、车速、钥匙点火动作通过CAN总线发送给预处理器；用来将安装在飞轮上的测量转速的传感器所采集到的柴油机飞轮转速发送给启停控制模块；用来将启停控制模块分析得到的断油控制信号、喷油控制信号发送给喷油泵；用来将启停控制模块分析得到的电机开关控制信号发送给发动机控制器；用来将启停控制模块分析得到的电机转矩控制信号发送给电机控制器。

一种控制柴油发动机快速启停的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：预处理器对收到的由CAN总线送来的加速踏板状态信息、车速、钥匙点火动作采用逻辑分析方法进行预处理，并将预处理得到的启动信号或停机信号或不操作信号发送给启停控制模块；

如图3所示预处理器判断流程图，所述预处理器对收到的由CAN总线送来的加速踏板状态信息、车速、钥匙点火动作采用逻辑分析方法进行预处理过程如下：

步骤S1：预处理器首先检测钥匙是否有点火动作，若检测到钥匙有点火动作，预处理器给启停控制模块发送启动信号；否则，执行步骤S2；

步骤S2：预处理器检测车速是否为零？同时计数器开始计时；若检测到车速不为零，预处理器给启停控制模块发送不操作信号；否则，执行步骤S3；

步骤S3：预处理器检测计时是否超过设定值？若检测到计时超过设定值，预处理器给启停控制模块发送停机信号；否则，执行步骤S4；

步骤S4：预处理器检测加速踏板有效行程是否大于零，若检测到有效行程大于零，预处理器给启停控制模块发送启动信号；否则，执行步骤S2。

步骤2：启停控制模块根据预处理器发送过来的启动信号或停机信号或不操作信号以及由CAN总线提供的柴油发动机飞轮转速采用逻辑控制方法进行分析，得到断油控制信号、电机开关控制信号、电机转矩控制信号和喷油控制信号通过CAN总线发送给喷油泵和电机；

所述根据预处理器发送过来的启动信号或停机信号或不操作信号以及由CAN总线提供的柴油发动机飞轮转速采用逻辑控制分析方法如下：

步骤101：如图3所示，当启停控制模块收到启动信号时，首先通过CAN总线输出启动电机的电机开关控制信号给电机；

其次根据下式计算得到启动电机需要输出扭矩T_m，并将得到的启动电机需要输出扭矩T_m的电机扭矩控制信号通过CAN总线发送给电机控制器：

$T_m=\frac{1000\·P_m\·t_{start}-{\∫}_0^{{\mathrm{\ω}}_{idle}}{J}_e\·{\mathrm{\ω}}_e\·{\mathrm{d\ω}}_e}{{\mathrm{\ω}}_{idle}\·t_{start}};$

其中，P_m为启动柴油发动机的需求功率；t_start为启动柴油发动机所需的时间；ω_e为柴油发动机飞轮转速；ω_idle为柴油发动机怠速转速设定值；J_e为柴油发动机曲轴转动惯量设定值；

根据实际情况设定的值如下表1所示，

表1

项目	含义	数值
			Pm	启动柴油发动机的需求功率	20kw
tstart	启动柴油发动机的时间	3s
			ωidle	柴油发动机怠速转速	800rpm
Je	柴油发动机曲轴转动惯量	0.24kg*m^2

再次执行输出喷油量控制信号步骤，该步骤通过CAN总线给输出设定的初始喷油值的喷油量控制信号给喷油泵；

再次检测柴油发动机飞轮转速ω_e是否达到柴油发动机怠速转速；若柴油发动机飞轮转速ω_e没有达到柴油发动机怠速转速时，返回到输出喷油量控制信号步骤，在原初始喷油值基础上增加一个设定增量得到一个新的喷油值后，通过CAN总线将得到的新的喷油值的喷油量控制信号输出给喷油泵；

最后，当检测柴油发动机飞轮转速ω_e达到柴油发动机怠速转速时，启停控制模块启动结束；

步骤102：当启停控制模块收到停机信号时，如图4所示，首先通过CAN总线输出断缸控制信号给喷油泵，使喷油泵停止对气缸供油；

然后通过CAN总线给电机发送停止的电机开关控制信号；

再次检测飞轮转速ω_e是否小于设定值，若飞轮转速ω_e大于设定值，则返回到通过CAN总线输出断缸控制信号给喷油泵，使喷油泵停止对气缸供油；否则，启停控制模块停机结束；

步骤103：当启停控制模块收到不操作信号时，当启停控制模块不工作，不给CAN总线输出任何信号。

步骤3：喷油泵根据收到的喷油控制信号或断油控制信号进行工作，电机根据接收到的电机开关控制信号和电机扭矩控制信号进行工作，从而实现了对柴油机启停的控制。

图5为柴油发动机启动过程比较，横坐标为时间，纵坐标为飞轮转速。从图中可以看出，传统启动方式下的飞轮转速先是上升到300转每分附近，随后在0.4秒内突然上升到1200转每分，之后逐渐趋于800转每分。转速的突然上升，导致发动机会启动噪音较大等问题且趋于怠速转速过程不平稳。而采用本发明的装置及方法后，发动机转速在1秒内上升到1100转每分，随后在2秒内逐渐趋于800转每分，可见飞轮转速在上升过程中较为平稳且在较短时间内使飞轮转速达到怠速附近。

图6为柴油发动机关闭过程比较，横坐标为时间，纵坐标为飞轮转速。从图中可以看出，传统停机方式下，发动机转速在3秒内停止，在后期飞轮转速有回转现象，使得发动机停机过程不稳定；采用本发明的装置及方法后，发动机转速在0.5秒内降低为零且降低过程平稳。

Claims (1)

1.一种控制柴油发动机快速启停的方法，该方法采用的装置由CAN总线、预处理器、启停控制模块组成，其中，

所述预处理器，用于对接收的加速踏板状态信息、车速和钥匙点火动作采用逻辑分析方法进行预处理，得到启动信号或停机信号或不操作信号；

所述启停控制模块，用于对接收的预处理器发送过来的信号以及柴油发动机飞轮转速利用逻辑控制分析方法分析控制，得到对应的控制信号输出给电机控制器和喷油泵；

所述预处理器、启停控制模块依次相连；

所述CAN总线分别与预处理器、启停控制模块相连；其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：预处理器对收到的由CAN总线送来的加速踏板状态信息、车速、钥匙点火动作采用逻辑分析方法进行预处理，并将预处理得到的启动信号或停机信号或不操作信号发送给启停控制模块；

步骤2：启停控制模块根据预处理器发送过来的启动信号或停机信号或不操作信号以及由CAN总线提供的柴油发动机飞轮转速采用逻辑控制方法进行分析，得到断油控制信号、电机开关控制信号、电机转矩控制信号和喷油控制信号通过CAN总线发送给喷油泵和电机；

步骤3：喷油泵根据收到的喷油控制信号或断油控制信号进行工作，电机根据接收到的电机开关控制信号和电机扭矩控制信号进行工作，从而实现了对柴油机启停的控制；

所述预处理器对收到的由CAN总线送来的加速踏板状态信息、车速、钥匙点火动作采用逻辑分析方法进行预处理过程如下：

步骤S1：预处理器首先检测钥匙是否有点火动作，若检测到钥匙有点火动作，预处理器给启停控制模块发送启动信号；否则，执行步骤S2；

步骤S2：预处理器检测车速是否为零？同时计数器开始计时；若检测到车速不为零，预处理器给启停控制模块发送不操作信号；否则，执行步骤S3；

步骤S3：预处理器检测计时是否超过设定值？若检测到计时超过设定值，预处理器给启停控制模块发送停机信号；否则，执行步骤S4；

步骤S4：预处理器检测加速踏板有效行程是否大于零，若检测到有效行程大于零，预处理器给启停控制模块发送启动信号；否则，执行步骤S2；

所述启停控制模块根据预处理器发送过来的信号以及由CAN总线提供的柴油发动机飞轮转速采用逻辑控制分析方法进行如下分析：

步骤101：当启停控制模块收到启动信号时，首先通过CAN总线输出启动电机的电机开关控制信号给电机；

其次根据下式计算得到启动电机需要输出扭矩T_m，并将得到的启动电机需要输出扭矩T_m的电机扭矩控制信号通过CAN总线发送给电机控制器：

$T_m=\frac{1000\·P_m\·t_{start}-{\∫}_0^{{\mathrm{\ω}}_{idle}}{J}_e\·{\mathrm{\ω}}_e\·{\mathrm{d\ω}}_e}{{\mathrm{\ω}}_{idle}\·t_{start}};$

其中，P_m为启动柴油发动机的需求功率；t_start为启动柴油发动机所需的时间；ω_e为柴油发动机飞轮转速；ω_idle为柴油发动机怠速转速设定值；J_e为柴油发动机曲轴转动惯量设定值；

再次执行输出喷油量控制信号步骤，该步骤通过CAN总线给输出设定的初始喷油值的喷油量控制信号给喷油泵；

再次检测柴油发动机飞轮转速ω_e是否达到柴油发动机怠速转速；若柴油发动机飞轮转速ω_e没有达到柴油发动机怠速转速时，返回到输出喷油量控制信号步骤，在原初始喷油值基础上增加一个设定增量得到一个新的喷油值后，通过CAN总线将得到的新的喷油值的喷油量控制信号输出给喷油泵；

最后，当检测柴油发动机飞轮转速ω_e达到柴油发动机怠速转速时，启停控制模块启动结束；

步骤102：当启停控制模块收到停机信号时，首先通过CAN总线输出断缸控制信号给喷油泵，使喷油泵停止对气缸供油；

然后通过CAN总线给电机发送停止的电机开关控制信号；

再次检测飞轮转速ω_e是否小于设定值，若飞轮转速ω_e大于设定值，则返回到通过CAN总线输出断油控制信号给喷油泵，使喷油泵停止对气缸供油；否则，启停控制模块停机结束；

步骤103：当启停控制模块收到不操作信号时，当启停控制模块不工作，不给CAN总线输出任何信号。