CN103742278B - 挡位切换时的发动机转速控制系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种挡位切换时的发动机转速控制系统，由TMS和EMS组成。EMS包括基础扭矩模块、PID控制模块和微处理器。TMS进行挡位切换，向发动机管理系统发送转速控制请求信号、整车负载阻力矩、响应时间和发动机目标转速。当转速控制请求信号有效时，基础扭矩模块将发动机阻力矩、整车负载阻力矩和转动惯量力矩相加作为基本扭矩输出。PID控制模块以发动机转速偏差和发动机实际扭矩作为输入，得到修正扭矩输出。微处理器根据发动机转速偏差计算得到转动惯量力矩，还将基本扭矩输出和修正扭矩输出相加，得到发动机实际扭矩输出和发动机实际转速输出。本申请具有扭矩按需输出、转速响应精准、PID控制精细等优点。

Description

挡位切换时的发动机转速控制系统以及方法

技术领域

本申请涉及一种自动挡车辆的发动机控制系统，特别是涉及一种自动挡车辆在挡位变化时EMS根据TMS的请求进行转速控制的系统。

背景技术

自动变速器主要有双离合变速器（DCT）、液力耦合变速器（AT）、机械自动变速器（AMT）和无极变速器（CVT）四类。当自动变速器的挡位发生切换时，会请求车辆的发动机根据新的挡位来合理输出发动机转速，这就是挡位切换时的发动机转速控制。

请参阅图1，现有的挡位切换时的发动机转速控制系统由自动变速器管理系统（TMS）和发动机管理系统（EMS）两部分组成。

TMS根据实际运行工况判断目标挡位并进行挡位切换，向EMS发送转速控制请求信号、响应时间和发动机目标转速。所述转速控制请求信号有效时，EMS要在响应时间内达到发动机目标转速。所述转速控制请求信号无效时，EMS根据驾驶员的油门踏板踩下程度进行扭矩控制。

EMS主要由基础扭矩模块、PID控制模块、微处理器所组成。

所述转速控制请求信号有效时，基础扭矩模块将发动机阻力矩和驾驶员需求扭矩相加得到基本扭矩输出。

PID控制模块以发动机转速偏差作为输入，得到修正扭矩输出。

微处理器一方面将TMS发送的发动机目标转速与发动机实际转速相减得到发动机转速偏差，提供给PID控制模块作为输入。微处理器另一方面将基本扭矩输出和修正扭矩输出相加，得到发动机扭矩输出以及相应的发动机转速输出。

现有的发动机转速控制方法为：TMS向EMS发送转速控制请求信号、响应时间和发动机目标转速。当转速控制请求信号有效时，EMS中的基础扭矩模块将发动机阻力矩和驾驶员需求扭矩相加作为基本扭矩输出；EMS中的微处理器将发动机目标转速与发动机实际转速相减而得到发动机转速偏差；EMS中的PID控制模块根据发动机转速偏差，得到修正扭矩输出；EMS中的微处理器再将基本扭矩输出和修正扭矩输出相加作为EMS的发动机扭矩输出，并得到相应的发动机转速输出。

优选地，微处理器还将响应时间分解为多个时段，将发动机目标转速分解为各时段对应的发动机节点目标转速，然后微处理器将各时段的发动机节点目标转速与发动机实际转速输出相减得到发动机节点转速偏差，并将发动机节点转速偏差和发动机实际扭矩输出提供给PID控制模块作为输入。PID控制模块在由响应时间分解而来的各时段中，以发动机节点转速偏差和发动机实际扭矩作为输入，得到各时段的修正扭矩输出。

现有的挡位切换时的发动机转速控制系统以及方法具有如下不足：

其一，驾驶员需求扭矩只是对油门踏板踩下程度的一个反映，并不是发动机转速提升所真实需要的扭矩，因而以此计算的基本扭矩输出不能反映发动机的实际需求扭矩。

其二，请参阅图2，在转速控制开始和结束时，发动机输出的扭矩都会出现剧烈跳变。这是由于现有方案在转速控制开始和结束时没有考虑整车负载的阻力矩，因而在正常驾驶和转速控制切换时无法做到平滑过渡。

其二，PID控制模块以发动机转速偏差作为唯一输入进行PID微积分补偿，没有充分考虑到不同负载时PID控制力度应有所不同，从而在转速提升时容易产生不足或者超调。请参阅图2，在转速提升的开始和末尾阶段分别出现转速提升不足和超调。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种自动挡车辆在挡位切换时的发动机转速控制系统，使得发动机输出扭矩平滑、输出转速平滑。为此，本申请还要提供一种自动挡车辆在挡位切换时的发动机转速控制方法。

为解决上述技术问题，本申请挡位切换时的发动机转速控制系统由自动变速器管理系统和发动机管理系统两部分组成；所述发动机管理系统包括基础扭矩模块、PID控制模块和微处理器；

所述自动变速器管理系统进行挡位切换，向发动机管理系统发送转速控制请求信号、整车负载阻力矩、响应时间和发动机目标转速；所述转速控制请求信号有效时，发动机管理系统要在响应时间内达到发动机目标转速；

当转速控制请求信号有效时，所述基础扭矩模块将发动机阻力矩、整车负载阻力矩和转动惯量力矩相加作为基本扭矩输出；

所述PID控制模块以发动机转速偏差和发动机实际扭矩作为输入，得到修正扭矩输出；

所述微处理器一方面将发动机目标转速与发动机实际转速相减得到发动机转速偏差，并将发动机转速偏差和发动机实际扭矩输出提供给PID控制模块作为输入；所述微处理器另一方面根据发动机转速偏差计算得到转动惯量力矩，提供给基础扭矩模块作为输入；所述微处理器再一方面将基本扭矩输出和修正扭矩输出相加，得到发动机实际扭矩输出和发动机实际转速输出。

本申请挡位切换时的发动机转速控制方法为：自动变速器管理系统向发动机管理系统发送转速控制请求信号、整车负载阻力矩、响应时间和发动机目标转速；

当转速控制请求信号有效时，发动机管理系统中的基础扭矩模块将发动机阻力矩、整车负载阻力矩和转动惯量力矩相加作为基本扭矩输出；发动机管理系统中的微处理器将发动机目标转速与发动机实际转速相减而得到发动机转速偏差，并根据发动机转速偏差计算转动惯量力矩；发动机管理系统中的PID控制模块根据发动机转速偏差和发动机实际扭矩输出，得到修正扭矩输出；发动机管理系统中的微处理器再将基本扭矩输出和修正扭矩输出相加作为发动机管理系统的发动机扭矩输出，并得到相应的发动机转速输出。

本申请具有扭矩按需输出、转速响应精准、PID控制精细等优点。

附图说明

图1是现有的挡位切换时的发动机转速控制系统的结构示意图；

图2是现有的挡位切换时的发动机转速控制系统的扭矩输出曲线、转速输出曲线；

图3是本申请的挡位切换时的发动机转速控制系统的结构示意图；

图4是本申请的挡位切换时的发动机转速控制系统的扭矩输出曲线、转速输出曲线。

具体实施方式

请参阅图3，本申请的挡位切换时的发动机转速控制系统也由TMS和EMS两部分组成。

TMS根据实际运行工况进行目标挡位判断并进行挡位切换，向EMS发送转速控制请求信号、整车负载阻力矩、响应时间和发动机目标转速。所述转速控制请求信号有效时，EMS要在响应时间内达到发动机目标转速。所述转速控制请求信号无效时，EMS根据驾驶员的油门踏板踩下程度进行扭矩控制。

EMS主要由基础扭矩模块、PID控制模块、微处理器所组成。

TMS发送的转速控制请求信号有效时，基础扭矩模块将发动机阻力矩、整车负载阻力矩和转动惯量力矩相加作为基本扭矩输出。该转速控制请求信号无效时，EMS将根据驾驶员的油门踏板踩下程度进行扭矩控制，这就不属于本申请所讨论的挡位切换时的发动机转速控制的范畴了。所述发动机阻力矩是指发动机调整扭矩输出所要克服的阻力矩，在发动机台架标定时由转鼓实际测试得到。

PID控制模块以发动机转速偏差和发动机实际扭矩作为输入，经过比例、积分、微分算法得到修正扭矩输出。例如，可以预先标定PID控制模块的输入和输出表格，该表格是三维的，X轴表示当前的发动机实际扭矩，Y轴表示当前的发动机转速偏差，Z轴是标定好的当前的修正扭矩输出值。

微处理器一方面将TMS发送的发动机目标转速与发动机实际转速相减得到发动机节点转速偏差，并将发动机转速偏差和发动机实际扭矩提供给PID控制模块作为输入。微处理器另一方面根据发动机转速偏差计算得到转动惯量力矩，提供给基础扭矩模块作为输入。微处理器再一方面将基本扭矩输出和修正扭矩输出相加，得到发动机实际扭矩输出和发动机实际转速输出。

本申请的挡位切换时的发动机转速控制方法为：TMS向EMS发送转速控制请求信号、整车负载阻力矩、响应时间和发动机目标转速。当转速控制请求信号有效时，EMS中的基础扭矩模块将发动机阻力矩、整车负载阻力矩和转动惯量力矩相加作为基本扭矩输出。EMS中的微处理器将发动机目标转速与发动机实际转速相减而得到发动机转速偏差，并根据发动机转速偏差计算转动惯量力矩。EMS中的PID控制模块根据发动机转速偏差和发动机实际扭矩输出，得到修正扭矩输出。EMS中的微处理器再将基本扭矩输出和修正扭矩输出相加作为EMS的发动机扭矩输出，并得到相应的发动机转速输出。

优选地，微处理器还将TMS发送的响应时间分为多个时段，将发动机目标转速分解为各时段对应的发动机节点目标转速，便于PID控制需要。然后微处理器将各时段的发动机节点目标转速与发动机实际转速输出相减得到发动机节点转速偏差，并将发动机节点转速偏差和发动机实际扭矩输出提供给PID控制模块作为输入。PID控制模块在由响应时间分解而来的各时段中，以发动机节点转速偏差和发动机实际扭矩作为输入，经过比例、积分、微分算法得到各时段的修正扭矩输出。

与现有的挡位切换时的发动机转速控制系统相比，本申请的主要创新在于：

其一，改进了基础扭矩模块，取消了驾驶员需求扭矩的输入，新增了转动惯量力矩和整车负载阻力矩作为输入，使其更能反映出发动机改变扭矩输出时的真实阻力矩情况。请参阅图4，这是本申请的自动挡车辆的挡位切换时的发动机输出转速、输出扭矩的示意图。可以看到在转速控制开始和结束时，发动机输出的扭矩不再出现剧烈跳变，仅有轻微变化。这是由于改进后的基础扭矩模块的基本扭矩输出与整车真实力矩需求值基本接近，因而扭矩输出平滑。

其二，改进了PID控制模块，新增了发动机实际扭矩输出作为输入，这便充分考虑到发动机负载不同所需要的PID控制力度的差异，因而可满足发动机不同负载情况下的转速控制请求。请参阅图4，可以看到在转速提升的整个阶段发动机实际转速以一定斜率上升达到目标转速，不再出现不足或者超调，转速输出在响应时间和目标转速值上都较为精准。

本申请的挡位切换时的发动机转速控制系统以及方法特别适用于自动挡车辆进行降挡操作时，例如从4挡降为2挡。此时，车辆主减速器的齿轮传动比（速比）会下降，因为短时间内车速是一定的，意味着转速会急剧上升。为避免发动机端的转速和变速器端的转速偏差较大，导致两端有相对转速差形成相对运动，而对离合器片形成干磨，导致离合器寿命降低和动力冲击，TMS会请求转速控制，让EMS以一定的方式提升发动机端的转速，达到最接近变速器端转速，最大程度地减小彼此间的相对运动，实现对离合器的保护和改善驾驶性。

以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种挡位切换时的发动机转速控制系统，由自动变速器管理系统和发动机管理系统两部分组成；所述发动机管理系统包括基础扭矩模块、PID控制模块和微处理器；

其特征是，

所述自动变速器管理系统进行挡位切换，向发动机管理系统发送转速控制请求信号、整车负载阻力矩、响应时间和发动机目标转速；所述转速控制请求信号有效时，发动机管理系统要在响应时间内达到发动机目标转速；

当转速控制请求信号有效时，所述基础扭矩模块将发动机阻力矩、整车负载阻力矩和转动惯量力矩相加作为基本扭矩输出；

所述PID控制模块以发动机转速偏差和发动机实际扭矩作为输入，得到修正扭矩输出；

所述微处理器一方面将发动机目标转速与发动机实际转速相减得到发动机转速偏差，并将发动机转速偏差和发动机实际扭矩输出提供给PID控制模块作为输入；所述微处理器另一方面根据发动机转速偏差计算得到转动惯量力矩，提供给基础扭矩模块作为输入；所述微处理器再一方面将基本扭矩输出和修正扭矩输出相加，得到发动机实际扭矩输出和发动机实际转速输出。

2.一种挡位切换时的发动机转速控制方法，其特征是，自动变速器管理系统向发动机管理系统发送转速控制请求信号、整车负载阻力矩、响应时间和发动机目标转速；

当转速控制请求信号有效时，发动机管理系统中的基础扭矩模块将发动机阻力矩、整车负载阻力矩和转动惯量力矩相加作为基本扭矩输出；发动机管理系统中的微处理器将发动机目标转速与发动机实际转速相减而得到发动机转速偏差，并根据发动机转速偏差计算转动惯量力矩；发动机管理系统中的PID控制模块根据发动机转速偏差和发动机实际扭矩输出，得到修正扭矩输出；发动机管理系统中的微处理器再将基本扭矩输出和修正扭矩输出相加作为发动机管理系统的发动机扭矩输出，并得到相应的发动机转速输出。

3.根据权利要求2所述的挡位切换时的发动机转速控制方法，其特征是，微处理器还将自动变速器管理系统发送的响应时间分为多个时段，将发动机目标转速分解为各时段对应的发动机节点目标转速；然后微处理器将各时段的发动机节点目标转速与发动机实际转速输出相减得到发动机节点转速偏差，并将发动机节点转速偏差和发动机实际扭矩输出提供给PID控制模块作为输入；

PID控制模块在由响应时间分解而来的各时段中，以发动机节点转速偏差和发动机实际扭矩作为输入，得到各时段的修正扭矩输出。