CN104196641B - 控制发动机由起动切换至怠速的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种控制发动机由起动切换至怠速的方法和系统，方法包括下述步骤：发动机起动成功；闭环控制发动机由起动成功后的实际转速最终调整至发动机的怠速设定值；调整过程中，控制发动机由实际转速调整至转速目标值；其中，转速目标值＝怠速设定值+怠速提升值；且，所述怠速提升值自起动成功时刻逐渐降低，至实现怠速时，降低为零。此种控制方法、系统，使得实际转速和目标转速之间的差值始终较小，输出的扭矩也慢慢地达到与怠速工况相适应的发动机内扭矩，故发动机内扭矩不会发生突变，起动转速可以平滑地过渡至怠速设定值，避免低温起动时发动机熄火。

Description

控制发动机由起动切换至怠速的方法和系统

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种控制发动机由起动切换至怠速的方法和系统。

背景技术

发动机怠速是指发动机空转的工况。一般，发动机运转时，如果完全放松油门踏板，这时的发动机就处于怠速状态。发动机具有转速的怠速设定值，即怠速时发动机的最低转速。

另外，发动机起动一般为开环控制，起动成功后，转速会升高至一较大值。此后，进入闭环控制，发动机会自较大的转速降低至较低的怠速设定值，并以较低的扭矩使发动机维持于该怠速设定值。

由于起动成功后的转速较高，要使该较高转速达到较低的怠速设定值，闭环控制PID输出扭矩将为负值(实际上处理为零)，即喷油器不喷油，以便发动机降速，当转速达到怠速设定值并具有进一步的降低趋势时，PID输出扭矩升高，以使喷油器喷油，维持发动机的转速处于怠速设定值。

如此，由于响应的滞后性，喷油器可能无法及时喷油，导致发动机无法维持于怠速设定值，则起动成功之后转速下降有较大的凹坑，甚至导致在恶劣工况下熄火。

基于此，现有技术中，起动成功后切换至怠速状态时，会初始化一个基础扭矩，然后再进行闭环控制，该基础扭矩需要维持一定的喷油量，以使转速达到怠速设定值后，喷油量可以及时达到需求量。

然而，上述方案存在下述技术问题：

第一、转速采取PID闭环控制，由于转速控制积分器初始化一基础扭矩，该扭矩与起动成功之后那一刻的扭矩无法联系起来，当起动成功之后，转速可能冲高再回落，与怠速设定值差值较大，PID会计算出较大负扭矩，抵消初始化的基础扭矩，导致转速急速回落，出现凹坑，从而产生振荡，无法实现转速的平滑过渡，尤其，在低温起动时，发动机燃烧不好，摩擦扭矩较大，一旦转速出现较大凹坑，就可能导致发动机熄火；可以参考图1理解，图1为现有技术中发动机由起动切换至怠速过程中，实际转速与怠速设定值的曲线图，其中，I为起动成功标志线，E为实际转速曲线，N1为怠速设定值。

第二、初始化的基础扭矩需要满足转速达到怠速设定值时的及时供油，故该基础扭矩需要标定。然而，扭矩会受到温度、怠速设定值、传动系啮合等因素影响，温度多变，不同机型发动机的怠速设定值也不同，传动系啮合工况需要核定，故基础扭矩的标定工作比较繁琐，而且，标定后，基础扭矩固定为一定值，也不能灵活应对各种工况下由起动切换至怠速的情形。

有鉴于此，如何改进发动机起动和怠速状态的切换，以使发动机能够由起动状态能够平滑过渡至怠速状态，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的为提供一种控制发动机由起动切换至怠速的方法和系统。该方法和系统能够实现发动机由起动状态平滑地过渡至怠速状态。

本发明提供的控制发动机由起动切换至怠速的方法，包括下述步骤：

发动机起动成功；

闭环控制发动机由起动成功后的实际转速最终调整至发动机的怠速设定值；

调整过程中，控制发动机由实际转速调整至转速目标值；

其中，转速目标值＝怠速设定值+怠速提升值；

且，所述怠速提升值自起动成功时刻逐渐降低，至实现怠速时，降低为零。

优选地，所述怠速提升值通过下述方式获得：

所述怠速提升值＝参考扭矩A×修正系数；

参考扭矩A＝扭矩B-扭矩C；

其中，扭矩B由起动成功时刻以发动机起动扭矩为初始值向发动机内扭矩滤波计算获得；扭矩C为发动机转速闭环控制过程中，转速控制积分器积分获得。

优选地，参考扭矩A＝扭矩B-扭矩C-扭矩D；

其中，扭矩D＝发动机转速变化率×发动机转动惯量。

本发明还提供一种控制发动机由起动切换至怠速的系统，包括控制器，所述控制器闭环控制发动机由起动成功后的实际转速最终调整至发动机的怠速设定值；

所述控制器在调整过程中，控制发动机由实际转速调整至转速目标值；

其中，转速目标值＝怠速设定值+怠速提升值；

且，所述控制器获得的所述怠速提升值自起动成功时刻逐渐降低，至实现怠速时，降低为零。

优选地，所述控制器设有滤波模块和转速控制积分器，所述控制器通过下述方式获得所述怠速提升值：

所述怠速提升值＝参考扭矩A×修正系数；

参考扭矩A＝扭矩B-扭矩C；

所述滤波模块自起动成功时刻以发动机起动扭矩为初始值向发动机内扭矩滤波计算获得所述扭矩B；发动机转速闭环控制过程中，所述转速控制积分器积分获得所述扭矩C。

优选地，所述控制器获得的参考扭矩A＝扭矩B-扭矩C-扭矩D；

其中，扭矩D＝发动机转速变化率×发动机转动惯量。

此种控制方法、系统，在起动成功之后，切换至怠速状态之初，转速目标值最大(怠速提升值最大)，以使转速目标值较为接近起动成功之后的发动机转速，相应地，闭环控制得出的发动机扭矩也接近于起动扭矩，防止扭矩变化过于剧烈，造成发动机转速变化过大，不利于PID闭环控制，之后，以逐渐降低的转速目标值为目标进行闭环控制，则实际转速和目标转速之间的差值始终较小，直至实际转速达到怠速设定值，输出的扭矩也慢慢地达到与怠速工况相适应的发动机内扭矩。

因此，相较于现有技术的由较高的起动成功转速直接调整至较低的怠速设定值而言，本发明提供的方案，发动机内扭矩不会发生突变，使得起动转速可以平滑地过渡至怠速设定值，消除振荡。

附图说明

图1为现有技术中发动机由起动切换至怠速过程中，实际转速与怠速设定值的曲线图；

图2为通过本发明所提供方法控制发动机由起动切换至怠速一种具体实施例中，实际转速与怠速设定值的曲线图；

图3为扭矩B和扭矩C的曲线图；

图4为起动扭矩和切换至怠速过程中发动机内扭矩的曲线示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。为便于理解和简洁描述，下文结合控制发动机起动切换至怠速的方法、系统说明，有益效果不再重复论述。

本实施例中，控制发动机由起动切换至怠速的系统，包括控制器，控制器闭环控制发动机由起动成功后的实际转速最终调整至发动机的怠速设定值。

具体包括下述步骤：

S1、发动机起动成功；

S2、闭环控制发动机由起动成功后的实际转速调整至转速目标值，转速目标值等于怠速设定值时，切换完成。

本实施例中，转速目标值属于变量，在转速调整过程中，不断变化，直至与怠速设定值相等，如背景技术部分所述，怠速设定值即维持怠速状态的发动机最低转速。

转速目标值的变化通过怠速提升值实现，如下公式：

转速目标值＝怠速设定值+怠速提升值；

且，怠速提升值自起动成功时刻逐渐降低，至实现怠速(即切换成功)时，降低为零，即转速目标值与怠速设定值相等。即起动成功之后，随着时间的变化，怠速提升值逐渐减小至零，直至转速目标值回归至怠速设定值。

此种控制方法，在起动成功之后，切换至怠速状态之初，转速目标值最大(怠速提升值最大)，以使转速目标值较为接近起动成功之后的发动机转速，相应地，闭环控制得出的发动机扭矩也接近于起动扭矩，防止扭矩变化过于剧烈，造成发动机转速变化过大，不利于PID闭环控制，之后，以逐渐降低的转速目标值为目标进行闭环控制，则实际转速和目标转速之间的差值始终较小，直至实际转速达到怠速设定值，输出的扭矩也慢慢地达到与怠速工况相适应的发动机内扭矩。

因此，相较于现有技术的由较高的起动成功转速直接调整至较低的怠速设定值而言，本发明提供的方案，发动机内扭矩不会发生突变，使得起动转速可以平滑地过渡至怠速设定值，消除较大的振荡凹坑，防止低温下起动熄火等问题。

此外，本发明的方案中，怠速提升值的最大值和降低幅度可以通过试验标定，以达到平稳过渡即可。则起动成功之后，即可通过目标转速值闭环控制得出适合的发动机内扭矩，而无需标定基础扭矩，故相较于现有技术方案，本方案也无需进行繁琐的标定，减轻了工作量。

进一步地，怠速提升值可通过下述方式获得：

怠速提升值＝参考扭矩A×修正系数；

参考扭矩A＝扭矩B-扭矩C；

其中，扭矩B由起动成功时刻以发动机起动扭矩为初始值向发动机内扭矩滤波计算获得；扭矩C为发动机转速闭环控制过程中，转速控制积分器积分获得。

修正系数可以试验获取。比如，根据怠速设定值，以及起动成功后的初始扭矩B、扭矩C，可以取一组系数，以使扭矩提升值能够使转速目标值能够达到(或略大于、略小于)起动成功后的转速，然后依照选取的系数依次进行试验，以获得最佳的修正系数。实际上，根据试验，也并不要求切换至怠速时，转速目标值与起动成功后的转速接近，只要满足切换过程中，不出现转速振荡凹坑，能够平滑过渡即可。

请参考图2、3，图2为通过本发明所提供方法控制发动机由起动切换至怠速一种具体实施例中，实际转速与怠速设定值的曲线图，其中，I为起动成功标志线，E为实际转速曲线，F为转速目标值曲线，N1为怠速设定值；图3为扭矩B和扭矩C的曲线图。

通过图3可知，扭矩B和扭矩C随着时间的推移，二者的差值逐渐降低，则怠速提升值逐渐降低。在起动成功时刻，转速控制积分器可以从零开始积分，当发动机转速稳定后，转速控制积分器得出的扭矩C为满足怠速的发动机内扭矩，而此时，滤波计算得出的扭矩B也为满足怠速的发动机内扭矩，此时公式得出的怠速提升值为零，则发动机处于怠速稳定状态。

如此形成怠速提升值具有下述优势：

扭矩B和扭矩C的差值反应了当前实际转速和怠速设定值之间的差异程度，当差异程度过高时，相应地，得出的目标转速值偏高，即降低实际转速和目标转速值之间的差异，可以理解，差异程度逐渐降低，目标转速值也逐渐降低，则整个调控平稳。则该种方式中怠速提升值的获取与当前工况相关(扭矩B和扭矩C的差值真实地反应出当前工况)，以使目标转速值的设定更加符合实际需求，无论环境如何变化，目标转速值的获取能够始终与工况相适应，满足转速平滑过渡需求。

请参考图4，与图3对应，图4为起动扭矩和切换至怠速过程中发动机内扭矩的曲线示意图，其中，起动成功标志线I左侧曲线为起动扭矩曲线，起动成功标志线I右侧曲线为切换至怠速过程中的发动机内扭矩曲线。

从图4可看出，与转速变化相对应，扭矩从起动扭矩慢慢变化，平顺地过渡至和怠速工况相适应的发动机内扭矩。

进一步地，对于参考扭矩A的获取，还可以引入扭矩D：

参考扭矩A＝扭矩B-扭矩C-扭矩D；

其中，扭矩D＝发动机转速变化率×发动机转动惯量。即扭矩D为发动机的加速扭矩。

公式中去除扭矩D，是为了防止转速冲高，消除转速瞬态变化的能量，以使发动机转速迅速稳定到怠速值。比如当发动机转速加速扭矩过大，则怠速设定值提升量就会减小，这样闭环控制过程中，设定值与实际转速的差值就会减小甚至为负，从而闭环PID得出的扭矩就会小一些，发动机转速加速度就会受到相应的抑制。实际上，该种设定除了可以消除转速冲高所带来的不利影响，也可消除转速下冲太快的影响，当然，多数工况下，均是针对转速冲高。

以上对本发明所提供的一种控制发动机由起动切换至怠速的方法和系统均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种控制发动机由起动切换至怠速的方法，包括下述步骤：

发动机起动成功；

闭环控制发动机由起动成功后的实际转速最终调整至发动机的怠速设定值；

其特征在于，

调整过程中，控制发动机由实际转速调整至转速目标值；

其中，转速目标值＝怠速设定值+怠速提升值；

且，所述怠速提升值自起动成功时刻逐渐降低，至实现怠速时，降低为零。

2.如权利要求1所述的控制发动机由起动切换至怠速的方法，其特征在于，所述怠速提升值通过下述方式获得：

所述怠速提升值＝参考扭矩A×修正系数；

参考扭矩A＝扭矩B-扭矩C；

其中，扭矩B由起动成功时刻以发动机起动扭矩为初始值向发动机内扭矩滤波计算获得；扭矩C为发动机转速闭环控制过程中，转速控制积分器积分获得。

3.如权利要求1所述的控制发动机由起动切换至怠速的方法，其特征在于，参考扭矩A＝扭矩B-扭矩C-扭矩D；

其中，扭矩D＝发动机转速变化率×发动机转动惯量。

4.一种控制发动机由起动切换至怠速的系统，包括控制器，所述控制器闭环控制发动机由起动成功后的实际转速最终调整至发动机的怠速设定值；其特征在于，

所述控制器在调整过程中，控制发动机由实际转速调整至转速目标值；

其中，转速目标值＝怠速设定值+怠速提升值；

且，所述控制器获得的所述怠速提升值自起动成功时刻逐渐降低，至实现怠速时，降低为零。

5.如权利要求4所述的控制发动机由起动切换至怠速的系统，其特征在于，所述控制器设有滤波模块和转速控制积分器，所述控制器通过下述方式获得所述怠速提升值：

所述怠速提升值＝参考扭矩A×修正系数；

参考扭矩A＝扭矩B-扭矩C；

所述滤波模块自起动成功时刻以发动机起动扭矩为初始值向发动机内扭矩滤波计算获得所述扭矩B；发动机转速闭环控制过程中，所述转速控制积分器积分获得所述扭矩C。

6.如权利要求4所述的控制发动机由起动切换至怠速的系统，其特征在于，所述控制器获得的参考扭矩A＝扭矩B-扭矩C-扭矩D；

其中，扭矩D＝发动机转速变化率×发动机转动惯量。