CN104265468A - 一种怠速控制方法及控制器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种发动机怠速控制方法及控制器，所述方法包括：当发动机转速回落，控制器实时计算所述阻力扭矩，并根据所述阻力扭矩实时设置所述转速阈值，直到发动机转速达到怠速转速值；所述控制器在发动机转速低于所述转速阈值后输出正扭矩。

Description

一种怠速控制方法及控制器

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种怠速控制方法及控制器。

背景技术

发动机怠速，指的是在发动机油门完全松开，发动机空转的状态下，维持发动机稳定运转的最低转速。在现有技术中，发动机往往会借助一个控制器设定转速阈值；并且控制器在发动机实际转速低于转速阈值时输出正扭矩，维持发动机运转的怠速。

当发动机从高转速的状态，转速快速回落时，转速回落的能量比较大，控制器输出的正扭矩无法将转速稳定的维持到怠速。参照图1A所示，当控制器输出的正扭矩无法抵抗转速回落的能量，发动机实际转速会在一段时间内下降到怠速以下，形成转速凹坑。转速凹坑严重的影响发动机的平稳运转，甚至会损害到发动机的硬件结构。

对此，现有的解决方案是，在转速快速回落的同时，临时的提升转速阈值，使得控制器输出的正扭矩更早介入，由此为转速回落的控制增加了缓冲的空间。参见图1B所示。

以上方案存在的缺陷在于，转速阈值的临时提升的比例固定常量，或者是转速阈值在提升后线性回落，虽然可以一定程度上弥补转速凹坑，但转速回落产生的能量是因工况而变化的，所以固定的转速阈值提升量对转速的控制作用，会针对工况的变化而出现差异。无法完全的避免转速凹坑的出现，而且会导致转速回落时间的不稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种怠速控制方法及控制器，所述方法在转速下降的过程中，实时计算转速下降产生的阻力扭矩，并以此为依据动态调整所述的转速阈值，同时输出与阻力扭矩相适应的正扭矩，由此避免了转速凹坑的出现。

为实现上述目的，本发明有如下技术方案：

一种发动机怠速控制方法，所述方法包括：

当发动机转速回落，控制器实时计算所述阻力扭矩，并根据所述阻力扭矩实时设置所述转速阈值，直到发动机转速达到怠速转速值；

所述控制器在发动机转速低于所述转速阈值后输出正扭矩。

所述控制器实时计算所述阻力扭矩具体为：

控制器测得发动机的转速加速度和转动惯量，将所述转速加速度和转动惯量的乘积作为所述阻力扭矩。

当所述控制器输出正扭矩，则所述控制器实时计算所述阻力扭矩具体为：

测得发动机的转速加速度和转动惯量，将所述转速加速度和转动惯量的乘积作为连续阻力扭矩；

测得当前发动机转速与转速阈值的转速差，将所述转速差和预设的瞬态系数的乘积作为瞬态阻力扭矩；

将连续阻力扭矩与瞬态阻力扭矩之和作为所述阻力扭矩。

所述根据所述阻力扭矩实时设置所述转速阈值具体为：

控制器预设标定因子，并将所述阻力扭矩与所述标定因子的乘积作为转速阈值提升值；将阈值提升值与基础转速阈值之和作为所述转速阈值；

所述基础转速阈值为发动机转速达到怠速转速值时的转速阈值。

所述控制器具体为：PID控制器。

一种怠速控制器，所述控制器包括：

转速设置模块，用于在当发动机转速回落时，实时计算所述阻力扭矩，并根据所述阻力扭矩实时设置所述转速阈值，直到发动机转速达到怠速转速值；

扭矩输出模块，用于在发动机转速低于所述转速阈值后输出正扭矩。

所述转速设置模块包括：

第一扭矩计算单元，用于测得发动机的转速加速度和转动惯量，将所述转速加速度和转动惯量的乘积作为所述阻力扭矩；

转速计算单元，用于预设标定因子，并将所述阻力扭矩与所述标定因子的乘积作为转速阈值提升值；将阈值提升值与怠速转速值之和作为所述转速阈值。

所述转速设置模块包括：

第二扭矩计算单元，用于测得发动机的转速加速度和转动惯量，将所述转速加速度和转动惯量的乘积作为连续阻力扭矩；测得当前发动机转速与转速阈值的转速差，将所述转速差和预设的瞬态系数的乘积作为瞬态阻力扭矩；将连续阻力扭矩与瞬态阻力扭矩之和作为所述阻力扭矩；

转速计算单元，用于预设标定因子，并将所述阻力扭矩与所述标定因子的乘积作为转速阈值提升值；将阈值提升值与基础转速阈值之和作为所述转速阈值；

所述基础转速阈值为发动机转速达到怠速转速值时的转速阈值。通过以上技术方案可知，本发明存在的有益效果是：根据所述阻力扭矩实时设置所述转速阈值，使转速阈值的变化契合发动机转速的变化，从而保证了发动机转速更加稳定的下降，实现在各种不同工况下保证避免转速凹坑的出现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A～图1B为现有技术中转速阈值与发动机转速曲线示意图；

图2为本发明实施例所述方法流程图；

图3为本发明实施例中转速阈值与发动机转速曲线示意图；

图4为本发明另一实施例所述方法流程图；

图5为本发明又一实施例所述方法流程图；

图6为本发明又一实施例中转速阈值与发动机转速曲线示意图；

图7为本发明实施例所述控制器结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，将常规情况下，发动机转速稳定怠速转速值时的转速阈值称为基础转速阈值。本发明同样时通过在发动机转速从高速度回落时，提升转速阈值，使控制器提前输出正扭矩，实现发动机转速更平稳的下降。不过在本发明中，转速阈值的提升量并非固定的常量，而是一个随着转速回落过程中产生的阻力扭矩实时变化的动态参量；这能使得转速阈值的设定值与发动机转速值的契合度更高，发动机转速的变化的平稳性更为理想，避免了转速凹坑的出现。

参见图2所示，为本发明所述怠速控制方法的一个具体实施例。本发明中所述方法包括以下步骤：

步骤201、当发动机转速回落，控制器实时计算所述阻力扭矩。

本实施例中，转速阈值的数值与阻力扭矩相关，或者说转速阈值相当于是阻力扭矩的函数。所以在发动机转速回落的过程中，实时的获得阻力扭矩，是后续动态计算转速阈值的基础。

步骤202、根据所述阻力扭矩实时设置所述转速阈值，直到发动机转速达到怠速转速值。

发动机转速回落过程中，阻力扭矩是一个与发动机转速变化情况相关的动态参量。所述控制器在发动机转速低于所述转速阈值后输出正扭矩，将进一步的对发动机转速以及阻力扭矩的变化规律产生影响。

前述步骤中，实时的计算所述阻力扭矩，在本步骤中即根据动态的阻力扭矩进一步的进行计算，得到动态的转速阈值。经过以上计算过程，转速阈值便与发动机转速的变化规律相关联。

参照图3所示，为本实施例中转速阈值与发动机转速二者随时间变化的曲线。实线代表转速阈值，虚线代表发动机转速；a时刻发动机转速开始回落并产生阻力扭矩，DF段为计算得到的，a时刻转速阈值相对基础转速阈值的提升量。直到b时刻，发动机转速开始低于转速阈值，控制器输出正扭矩对抗阻力扭矩，延缓发动机转速回落的速度。此后由于前述计算原理，转速阈值的动态变化与发动机转速的变化相关联，转速下降平稳。直到c时刻，正扭矩使发动机转速稳定在怠速转速值，转速阈值同时也回归到基础转速阈值，发动机在怠速下正常的运转。通过图3可以看出，发动机转速曲线始终保持在基础转速阈值之上，转速凹坑没有出现。

通过以上技术方案可知，本实施例中所述方法存在的有益效果是：根据所述阻力扭矩实时设置所述转速阈值，使转速阈值的变化契合发动机转速的变化，从而保证了发动机转速更加稳定的下降，实现在各种不同工况下保证避免转速凹坑的出现。

参见图4所示，为本发明所述方法的另一个具体实施例。本实施例中将对阻力扭矩及转速阈值的算法进行具体的公开。所述方法包括以下步骤：

步骤401、当发动机转速回落，控制器测得发动机的转速加速度和转动惯量，将所述转速加速度和转动惯量的乘积作为所述阻力扭矩。

本实施例中，根据物理学原理，阻力扭矩等于转速加速度乘以转动惯量。所述转速加速度即是转速在当前时刻的变化速度；转速加速度是一个实时变化的参量；而转动惯量一般取决于发动机硬件本身，属于固定参数。

对照图3，EF段发动机高速运转，转速阈值等于基础转速阈值。直到a时刻发动机转速从高速开始回落；本实施例中控制器测得a时刻发动机的转速加速度为200rpm/s²(即发动机转速每秒下降200rpm)，而该发动机的转动惯量为0.9Nm/(rpm/s²)，则a时刻阻力扭矩为200*0.9＝180Nm。

或者，在b时刻之后的d时刻，由于正扭矩的介入，发动机转速回落减缓，也就是说转速加速度大幅度下降，当转速加速度下降到100rpm/s²，则阻力扭矩为100*0.9＝90Nm。

直到c时刻，发动机转速达到怠速转速值并保持不变，这意味着转速加速度为0，那么此时阻力扭矩也为0。此后发动机依靠正扭矩将转速维持在怠速转速值。

步骤402、控制器预设标定因子，并将所述阻力扭矩与所述标定因子的乘积作为转速阈值提升值；将阈值提升值与基础转速阈值之和作为所述转速阈值。

所述标定因子是固定常量，通过预先对发动机进行标定而得到，标定的具体原理为本领域所公知，此处不再赘述，本实施例中标定因子为0.5。本步骤中，将阻力扭矩与标定因子的乘积作为该时刻转速阈值相对于基础转速阈值的提升值。

所谓转速阈值的提升值，就是转速阈值相对于基础转速阈值的差值。本实施例中可令基础转速阈值为600rpm。a时刻阻力扭矩为180Nm，则a时刻的转速阈值提升值为180*0.5＝90rpm，转速阈值为600+90＝690rpm。也就是说，图3中DF段等于90，D点纵坐标为690。同理在d时刻的转速阈值提升值为45rpm，转速阈值为645；c时刻的转速阈值提升值为0，意味着转速阈值等于基础转速阈值。

按照上述计算方式，即可在阻力扭矩连续变化的情况下得到连续变化的转速阈值。

通过以上技术方案可知，本发明存在的有益效果是：对所述阻力扭矩及转速阈值的计算过程进行了具体的公开，使得本发明整体技术方案更加完整，公开更加充分。

参见图5所示为本发明所述方法的又一个具体实施例。本实施例中，所述控制器具体为PID控制器。根据PID控制器的特点，将有比例P、积分I、微分D三部分对转速的控制产生影响(在本发明中主要是比例P和积分I二者有影响)。其中PID控制器的积分I的输出即所谓的正扭矩。而比例P将根据转速阈值与发动机转速二者之差实时的产生瞬态阻力扭矩。以上实施例中，均没有对所谓的瞬态阻力扭矩予以考虑。所以本实施例中，将在前一实施例的基础上，特别的公开一种优选的阻力扭矩计算方式。

步骤501、当发动机转速回落且控制器未输出正扭矩时，控制器测得发动机的转速加速度和转动惯量，将所述转速加速度和转动惯量的乘积作为所述阻力扭矩。

在本实施例中，发动机转速高于转速阈值，控制器未输出正扭矩以介入转速控制之前，阻力扭矩的计算方式与图4所示实施例完全相同。

步骤502、当所述控制器输出正扭矩，控制器测得发动机的转速加速度和转动惯量，将所述转速加速度和转动惯量的乘积作为连续阻力扭矩；测得当前发动机转速与转速阈值的转速差，将所述转速差和预设的瞬态系数的乘积作为瞬态阻力扭矩；将连续阻力扭矩与瞬态阻力扭矩绝对值之和作为所述阻力扭矩。

本实施例中，当控制器开始输出正扭矩，则意味着此时阻力扭矩开始包括两部分：

一为连续阻力扭矩，也就是由发动机连续变化的转速加速度产生的部分阻力扭矩。图4所示实施例中所述的阻力扭矩即全部为连续阻力扭矩，而忽略的瞬态阻力扭矩。所以同理，连续阻力扭矩为转速加速度和转动惯量的乘积，具体计算方式此处不再重复叙述。

另一为瞬态阻力扭矩，也就是PID控制器的比例P产生的扭矩。瞬态阻力扭矩取决于某一时刻转速阈值与发动机转速之间的差值和瞬态系数。所述瞬态系数为PID控制器本身参数。

连续阻力扭矩与瞬态阻力扭矩二者，共同构成所述阻力扭矩。参见图6所示，为本实施例中转速阈值与发动机转速二者随时间变化的曲线，图6中两条曲线及各个字母的含义与图3相同，但具体的取值根据工况存在差异。图6中DB段阻力扭矩完全是连续阻力扭矩，也就是说图6中EB段的形态与图3一致。但图6中B点之后，阻力扭矩开始引入瞬态阻力扭矩，这导致BC段形态发生变化。

假设本实施例中，d时刻的连续阻力扭矩与前述实施例相等，为90Nm；转速阈值为670rpm，发动机转速为650rpm，转速差为270-250＝20rpm；瞬态系数为2，则瞬态阻力扭矩为20*2＝40Nm；对于d时刻的下一时刻d’，在瞬态的计算过程中视其阻力扭矩等于d时刻的连续阻力扭矩与瞬态阻力扭矩之和，即d’时刻阻力扭矩为90+40＝130Nm。

步骤503、控制器预设标定因子，并将所述阻力扭矩与所述标定因子的乘积作为转速阈值提升值；将阈值提升值与基础转速阈值之和作为所述转速阈值。

本实施例中标定因子依然为0.5，基础转速阈值依然为600rpm，所以对于d’时刻，其转速阈值提升值为130*0.5＝65rpm，转速阈值为665rpm。

通过以上技术方案可知，本实施例存在的有益效果是：针对PID控制器的特点，在阻力扭矩的计算过程中考虑了瞬态阻力扭矩的影响，使得转速阈值的计算结果更加准确，对于发动机转速的控制效果更优。

参照图7所示，为本发明实施例所述控制器的具体实施例，本实施例中，所述控制器用以实现前述实施例中所述方法，具体包括：

转速设置模块，用于在当发动机转速回落时，实时计算所述阻力扭矩，并根据所述阻力扭矩实时设置所述转速阈值，直到发动机转速达到怠速转速值。

所述转速设置模块包括：

第一扭矩计算单元，用于测得发动机的转速加速度和转动惯量，将所述转速加速度和转动惯量的乘积作为所述阻力扭矩；

和/或第二扭矩计算单元，用于测得发动机的转速加速度和转动惯量，将所述转速加速度和转动惯量的乘积作为连续阻力扭矩；测得当前发动机转速与转速阈值的转速差，将所述转速差和预设的瞬态系数的乘积作为瞬态阻力扭矩；将连续阻力扭矩与瞬态阻力扭矩之和作为所述阻力扭矩。

转速计算单元，用于预设标定因子，并将所述阻力扭矩与所述标定因子的乘积作为转速阈值提升值；将阈值提升值与怠速转速值之和作为所述转速阈值。

扭矩输出模块，用于在发动机转速低于所述转速阈值后输出正扭矩。

本实施例中，所述控制器存在的有益效果是：根据所述阻力扭矩实时设置所述转速阈值，使转速阈值的变化契合发动机转速的变化，从而保证了发动机转速更加稳定的下降，实现在各种不同工况下保证避免转速凹坑的出现。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种发动机怠速控制方法，其特征在于，所述方法包括：

当发动机转速回落，控制器实时计算所述阻力扭矩，并根据所述阻力扭矩实时设置所述转速阈值，直到发动机转速达到怠速转速值；

所述控制器在发动机转速低于所述转速阈值后输出正扭矩。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述控制器实时计算所述阻力扭矩具体为：

控制器测得发动机的转速加速度和转动惯量，将所述转速加速度和转动惯量的乘积作为所述阻力扭矩。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，当所述控制器输出正扭矩，则所述控制器实时计算所述阻力扭矩具体为：

测得发动机的转速加速度和转动惯量，将所述转速加速度和转动惯量的乘积作为连续阻力扭矩；

测得当前发动机转速与转速阈值的转速差，将所述转速差和预设的瞬态系数的乘积作为瞬态阻力扭矩；

将连续阻力扭矩与瞬态阻力扭矩之和作为所述阻力扭矩。

4.根据权利要求2或3所述方法，其特征在于，所述根据所述阻力扭矩实时设置所述转速阈值具体为：

控制器预设标定因子，并将所述阻力扭矩与所述标定因子的乘积作为转速阈值提升值；将阈值提升值与基础转速阈值之和作为所述转速阈值；

所述基础转速阈值为发动机转速达到怠速转速值时的转速阈值。

5.根据权利要求1～3任意一项所述方法，其特征在于，所述控制器具体为：PID控制器。

6.一种怠速控制器，其特征在于，所述控制器包括：

转速设置模块，用于在当发动机转速回落时，实时计算所述阻力扭矩，并根据所述阻力扭矩实时设置所述转速阈值，直到发动机转速达到怠速转速值；

扭矩输出模块，用于在发动机转速低于所述转速阈值后输出正扭矩。

7.根据权利要求6所述控制器，其特征在于，所述转速设置模块包括：

第一扭矩计算单元，用于测得发动机的转速加速度和转动惯量，将所述转速加速度和转动惯量的乘积作为所述阻力扭矩；

转速计算单元，用于预设标定因子，并将所述阻力扭矩与所述标定因子的乘积作为转速阈值提升值；将阈值提升值与怠速转速值之和作为所述转速阈值。

8.根据权利要求6所述控制器，其特征在于，所述转速设置模块包括：

第二扭矩计算单元，用于测得发动机的转速加速度和转动惯量，将所述转速加速度和转动惯量的乘积作为连续阻力扭矩；测得当前发动机转速与转速阈值的转速差，将所述转速差和预设的瞬态系数的乘积作为瞬态阻力扭矩；将连续阻力扭矩与瞬态阻力扭矩之和作为所述阻力扭矩；

转速计算单元，用于预设标定因子，并将所述阻力扭矩与所述标定因子的乘积作为转速阈值提升值；将阈值提升值与基础转速阈值之和作为所述转速阈值；

所述基础转速阈值为发动机转速达到怠速转速值时的转速阈值。