CN104989538B - 一种辅助起步功能控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种辅助起步功能控制系统及控制方法，控制系统针对手动档变速箱的汽车，由离合器开关、刹车开关、电控系统传感器及执行器、ECU控制单元组成。这些组件是汽车上固有组件，无需额外增加。所增加的辅助起步功能控制算法通过软件的方式集成在ECU中，实现简单，且不增加额外成本。辅助起步功能控制算法分为两个部分，一是如何识别车辆处于起步状态，并计算出辅助起步功能使能的条件；另一个是如何在起步的时候通过什么样的控制策略确保起步不熄火。

Description

一种辅助起步功能控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于汽车电子控制领域。

背景技术

随着油耗法规的日益严格，汽车企业降低燃油消耗的压力越来越大，降低整车的怠速转速就是一种汽车节能的挖潜方式。市场上已经有很多车型的目标怠速转速达到600Rpm以下，随着怠速目标转速的降低，带来了一个驾驶问题，那就是通过离合器起步，而不使用油门的情况下，容易熄火。在城市驾驶车辆，频繁的红绿灯，起步易熄火会给驾驶者带来很大的不便。如果能够识别到驾驶员在进行车辆起步，同时给予一定的扭矩补偿或者提高怠速目标怠速，这样就可以规避怠速低易熄火的风险，这就是辅助起步功能。辅助起步功能主要是针对手动档变速箱的车辆。

发明内容

针对现有技术缺陷，本发明的目的在于提供一种辅助起步功能控制系统及控制方法。

一种辅助起步功能控制系统，包括：离合器开关、刹车开关、电控系统传感器及执行器、ECU控制单元；辅助起步功能控制算法通过软件的方式集成在所述ECU中，所述辅助起步功能控制算法分为两个部分，一是识别车辆处于起步状态，并计算出辅助起步功能使能的条件，另一个是在起步的时候确保起步不熄火的控制策略。

所述识别车辆处于起步状态的特征包括：离合器踩下，开关置位；车速为0；未踩下油门踏板；随着起步离合器啮合，进气量的负荷远大于正常怠速工况，且所述进气量的负荷在离合器啮合的过程中逐渐增大；车速信号无故障。

辅助起步功能控制使能条件要进行最小、最大使能时间限制，保证辅助起步功能有效且不会导致过干预。

所述确保起步不熄火的控制策略包括提升怠速目标转速，或快速增加进气量，或两者结合应用。

所述快速增加进气量通过辅助起步功能控制电子节流阀体开度，直接控制其开度且快速响应。

辅助起步功能控制系统的控制方法，采用如下算法：

1)离合器踩下，开关置位；

2)车速为0；

3)未踩下油门踏板；

4)随着起步离合器啮合，进气量的负荷远大于正常怠速工况，且所述进气量的负荷在离合器啮合的过程中逐渐增大；

5)车速信号无故障；

6)发动机处于转速＞25Rpm状态；

7)催化器加热未使能时；

8)发动机目标怠速转速≤起步辅助控制阀值时；

9)需求转速变化速率≥辅助起步控制转速门限值时；

以上9个条件都满足的时候，判断为进入起步状态，起步状态使能条件B_RunStaEn＝1。

起步状态条件置位后，判断是平坦道路起步，还是坡道起步，两者的起步辅助控制补偿量不同；如果起步状态，刹车没有踩下，判断为平坦道路起步，对应的平坦道路起步辅助使能条件满足；如果起步状态，刹车踩下，判断为坡道起步，对应的坡道起步辅助使能条件满足。

在平坦道路起步控制或坡道起步辅助控制时，车辆进入起步状态，起步辅助控制使能条件平路辅助起步使能条件B_RunStaFlatRdEn＝1或坡道辅助起步使能条件B_RunStaSlopRdEn＝1时，RS触发器S输入端为1，Timer的IN端为1，SV端赋值平路辅助起步干预时间VAL_tRunStaFlatRd或坡道辅助起步干预时间VAL_tRunStaSlopRd,此时Out端为1，RS触发器R输入端为0，RS触发器输出Q端为1，平路辅助起步使能条件B_RunStaFlatRdEn＝1或坡道辅助起步使能条件B_RunStaSlopRdEn＝1；当平路辅助起步使能条件B_RunStaFlatRdEn＝0或坡道辅助起步使能条件B_RunStaSlopRdEn＝0时，RS触发器S输入端为0，Timer的IN端为0，SV端值由VAL_tRunStaFlatRd或VAL_tRunStaSlopRd以dt递减,当SV≠0时，Out端为1，RS触发器R输入端为0，RS触发器输出Q端为保持为1，平路辅助起步使能条件B_RunStaFlatRdEn＝1或坡道辅助起步使能条件B_RunStaSlopRdEn＝1；待SV＝0时，Out端为0，RS触发器R输入端为1，RS触发器输出Q端复位为0，平路辅助起步使能条件B_RunStaFlatRdEn＝0或坡道辅助起步使能条件B_RunStaSlopRdEn＝0。

提高怠速转速算法为：

B_RunStaFlatRd＝1时，NDsr＝MAX[NDsr,VAL_NDsrFlatSta]

B_RunStaSlopRd＝1时，NDsr＝MAX[NDsr,VAL_NdsrSlopSta]

其中：VAL_NdsrSlopSta≥VAL_NdsrFlatSta＞Nstat，Nstat为发动机目标怠速稳定转速。

辅助起步控制功能进气量快速干预控制策略算法为：

①辅助起步控制功能进气量快速干预，通过滤波器的初始化条件和初始化值实现，当起步辅助功能控制条件置位，由上升沿触发，初始化条件使能，滤波器初始化值赋给输出端，从而实现节气门需求开度的快速响应；

②辅助起步控制功能结束，退出进气量快速干预，通过滤波器使能条件和滤波器功能来实现：当辅助起步控制条件复位的时候，逐步的减少节气门干预开度需求，直到回归常规控制；

③怠速闭环调节系数fNStab大于气路快速干预怠速调节系数阀值VAL_ThfNstab时，利用滤波器初始化条件实现节气门进气量的快速干预，车辆起动结束后才能使能滤波器；

其中，滤波器的输出即为辅助起步控制气路快速干预的节气门需求开度，作为输入变量给节气门开度控制模型，节气门目标需求的开度：TpPosDsr＝MAX[TpPosDsr,TpPosDsrVehSta]，TpPosDsr为节流阀需求开度，TpPosDsrVehSta为辅助起步需求节气门开度。

本发明的优点和产生的有益效果是：

一种辅助起步功能控制系统及算法，控制系统针对手动档变速箱的汽车，由离合器开关、刹车开关、电控系统传感器及执行器、ECU控制单元组成。这些组件是汽车上固有组件，无需额外增加。所增加的辅助起步功能控制算法通过软件的方式集成在ECU中，实现简单，且不增加额外成本。辅助起步功能控制算法分为两个部分，一是如何识别车辆处于起步状态，并计算出辅助起步功能使能的条件；另一个是如何在起步的时候通过什么样的控制策略确保起步不熄火。

附图说明

图1：车辆起步数据采集分析图

(其中，N:发动机转速，单位：Rpm；Vsp：车速，单位Km/h；LdDsr：需求负荷(进气量)，单位：％；B_Brk:刹车信号；B_CltOn：离合器信号；B_ldl：怠速状态标志位。)

图2：起步状态及起步辅助功能使能条件计算模型

图3：起步辅助功能控制条件计算模型

图4：起步辅助控制功能气路控制算法模型

具体实施方式

如何识别车辆处于起步状态。

车辆起步的几个特征：

1、离合器踩下，开关置位；

2、由于车速精度有限，车速超过2Km/h才能识别到，所以起步时车速为0；

3、如果踩下油门踏板，即加油门起动，这个时候无需进行起步辅助，所以起步辅助仅限于踏板请求为0的时候，即怠速工况下；

4、由于起步的时候，离合器啮合，怠速控制的阻力负载增加，PI向上调节，导致进气量的逐渐增加。这就有一个显著地特征，随着起步离合器啮合，为了克服增加的怠速控制阻力，进气量的负荷要远大于正常怠速工况，且进气量的负荷在啮合的过程中逐渐增大；

5、车速信号不能有故障，车速信号为0是判断起步的重要条件；

如图1所示，为采集到的车辆起步阶段需求信号信息，来验证上述总结的车辆起步状态。识别到车辆起步状态后，还要确定辅助起步功能控制使能条件。辅助起步使能条件是进行车辆起步辅助功能的必要条件。起步状态标志位置位可能是短暂的，或者是波动的，这不利于起步辅助功能扭矩的干预。所以要引入辅助起步功能控制使能条件。起步辅助功能控制使能条件要进行最小、最大使能时间限制，这样才能保证辅助起步功能有效且不会导致过干预的情况。起步辅助功能控制使能条件依据刹车状态信号分为平坦道路辅助起步控制和坡道辅助起步控制使能条件。

二、起步辅助控制功能设计。

识别到车辆的起步状态后，辅助起步功能控制的使能条件将置位，进入辅助功能控制。起步辅助功能设计的关键点：快速增加进气量以提升扭矩。另外，提高怠速目标转速也可以提升怠速扭矩储备、延长转速跌落的时间以及加快点火角路扭矩干预。综合分析，辅助控制功能设计中两个快速提高发动机输出扭矩的方法：提升怠速目标转速、快速增加进气量。两者结合应用效果最佳。

三、一种辅助起步功能控制算法建模：

3.1、起步状态及起步辅助功能使能条件计算模型：

如图2所示，依据起步特征建立起步状态计算模型。

1、离合器踩下，开关置位。B_CltOn＝1；

2、由于车速精度有限，车速超过2Km/h才能识别到，所以起步时车速为0.Vsp＝0；

3、如果踩下油门踏板，即加油门起动，这个时候无需进行起步辅助，所以起步辅助仅限于踏板请求为0的时候，即怠速工况下.B_Idl＝1；

4、由于起步的时候，离合器啮合，怠速控制的阻力负载增加，PI向上调节，导致进气量的逐渐增加。这就有一个显著地特征，随着起步离合器啮合，为了克服增加的怠速控制阻力，进气量的负荷要远大于正常怠速工况，且进气量的负荷在啮合的过程中逐渐增大。需求充气量LdDsr大于一个门限值，当空调打开，即B_AcOn＝1时，门限值选择CUR_LdRunStaAc_Tm.如果空调未打开，即B_AcOn＝0时，门限值选择CUR_LdRunSta_Tm.门限值可标定，且与发动机温度Tm相关。且同时充气量变化率LdGrdCyc大于门限值VAL_LdGrdRunSta；

5、车速信号不能有故障，车速信号为0是判断起步的重要条件.车速故障标志位E_Vsp＝0；

6、B_NMn＝1时不进入，避免发动机熄火到快速起动过程中误入起步辅助；

7、催化器加热时,即催化器加热状态位B_CatHt＝1，不进入辅助起步控制；

8、发动机目标怠速转速Nstat小于等于起步辅助控制阀值VAL_NthVehSta时，使能起步辅助状态。原因是：①发动机怠速目标转速与发动机温度Tm相关。低温的时候，怠速转速较高，不同怠速转速下需求充气量LdDsr值有差异；②发动机低温下，摩擦阻力较大，即使空档离合器啮合的过程中对需求充气量LdDsr影响较大。鉴于高怠速转速有利于起步，因此当发动机怠速目标转速较低的时候才使能起步辅助功能，发动机怠速转速较低的时候，发动机处于暖机和热机状态，怠速时需求充气量LdDsr相对稳定，有利于辅助起步需求充气量LdDsr阀值的标定，且能够更快的识别起步状态，进入辅助起步控制干预；

9、dNDsr引入。起动后，起动后实际转速从一个较高值快速下降到目标值，在这个过程中，NDsr(怠速控制跟随转速)通过滤波从实际转速逐渐下降到目标怠速Nstat，dNDsr为负值。起步状态时，实际转速在Nstat值左右向0值的方向降低，NDsr从实际转速(低于Nstat)逐渐上升到目标怠速Nstat，dNDsr为正值。虽然目标转速Nstat达到辅助起步条件要求，但dNDsr大于等于一个阀值VAL_dNThVehSta时，才判断进入起步状态。这样就可以避免热机踩离合起动状态下误入起步辅助控制。

以上9个条件都满足的时候，判断为进入起步状态，起步状态使能条件B_RunStaEn＝1.

起步状态条件置位后，要判断是平坦道路起步，还是坡道起步，这两者的起步辅助控制补偿量不同。如果起步状态，刹车没有踩下，即刹车开关标志位B_Brk＝0,判断为平坦道路起步，对应的平坦道路起步辅助使能条件B_RunStaFlatRdEn＝1.如果起步状态，刹车踩下，即刹车开关标志位B_Brk＝1,判断为坡道起步，对应的坡道起步辅助使能条件B_RunStaSlopRdEn＝1.

3.2、起步辅助功能控制条件计算模型：

起步辅助控制使能条件置位可能是瞬态短暂的，为了获得一个稳定的控制干预，需要把起步辅助控制使能条件转化为起步辅助功能控制条件。通过RS触发器和计时器的结合可实现。如图3所示：当起步辅助控制使能条件B_RunStaFlatRdEn＝1(以平坦道路起步控制为例)时，RS触发器S输入端为1，Timer的IN端为1，SV端赋值VAL_tRunStaFlatRd,此时Out端为1，RS触发器R输入端为0，RS触发器输出Q端为1，起步辅助控制条件B_RunStaFlatRd＝1.当起步辅助控制使能条件B_RunStaFlatRdEn＝0时，RS触发器S输入端为0，Timer的IN端为0，SV端值由VAL_tRunStaFlatRd以dt递减,当SV≠0时，Out端为1，RS触发器R输入端为0，RS触发器输出Q端为保持为1，起步辅助控制条件B_RunStaFlatRd＝1.待SV＝0时，Out端为0，RS触发器R输入端为1，RS触发器输出Q端复位为0，起步辅助控制条件B_RunStaFlatRd＝0.也即，即使B_RunStaFlatRdEn＝1很短暂，B_RunStaFlatRd＝1至少可以维持VAL_tRunStaFlatRd，这期间可以进行辅助起步功能控制。坡道起步辅助控制功能同样。

3.3、起步辅助控制功能：

起步辅助控制条件置位了，就开始进行起步辅助控制功能。起步辅助控制功能很简单。由上述起步辅助控制功能设计的介绍中可知，起步辅助控制功能的2个控制手段：1、提高怠速转速；2、快速增加进气量。

提高怠速转速

B_RunStaFlatRd＝1时，NDsr＝MAX[NDsr,VAL_NdsrFlatSta].

B_RunStaSlopRd＝1时，NDsr＝MAX[NDsr,VAL_NdsrSlopSta].

这里：VAL_NdsrSlopSta≥VAL_NdsrFlatSta＞Nstat

2、快速增加进气量

快速增加进气量，可以通过辅助起步功能控制需求一个电子节流阀体开度，直接控制其开度，直接且快速响应。但辅助起步控制功能结束后，退出电子节流阀体开度直接干预需要考虑到2个方面：防止过高的进气干预，导致起步时发动机转速快速提升到一个高的转速，给驾驶者以难以控制的操控；辅助起步控制功能在发动机转速尚未达到一个较高的转速时结束，如果突然全部取消进气量的干预会导致转速的波动，给驾驶者以不舒适感。前者需要监控发动机转速，达到一定的转速点要退出进气量快速干预，后者需要进行进气量干预的滤波，不至于对发动机转速产生冲击。整个快速进气量干预功能需要通过滤波器进行设计。

如图4所示，为辅助起步控制功能进气量快速干预控制策略模型。具体描述如下：

①辅助起步控制功能进气量快速干预，通过滤波器的初始化条件和初始化值实现。当起步辅助功能控制条件置位(平路起步或者坡道起步)，由上升沿触发，初始化条件使能，滤波器初始化值赋给输出端，从而实现节气门需求开度的快速响应。初始化值因平路起步和坡道起步有不同选择，但MAP值与发动机转速变化速率Ngcy和发动机温度Tm相关。

有一种情况：车速已经有了，但起步辅助功能控制条件仍旧置位。这种情况下，为了驾驶者操控需求，需要退出节气门的快速干预。即在初始化条件中引入车辆静止(无车速)标志位B_VspNul.当B_VspNul＝0的时候，退出节气门快速干预。

②辅助起步控制功能结束，退出进气量快速干预，为了让驾驶者获得驾驶的舒适感觉，当辅助起步控制条件复位的时候，不能完全退出进气量的快速干预，而需要逐步的减少节气门干预开度需求，直到回归常规控制。这是通过滤波器使能条件和滤波器功能来实现的。辅助起步控制条件复位，意味着滤波器的使能条件置位。滤波器输入值为0，滤波器功能计算，由初始化值的快速干预需求节气门开度逐渐减小，以实现负荷需求的缓慢过渡。

滤波器时间常量：通过MAP查询，MAP与发动机转速变化速率和发动机水温相关。有一种情况：滤波器使能置位，但发动机转速过高(超过阀值VAL_NvehStaMx),此时不宜滤波，需要快速退出节气门干预。否则，不利于驾驶者的操控。在初始化条件引入发动机转速N超过阀值VAL_NvehStaMx，滤波器输出直接赋值为VAL_TpPosDsrStaIni，推荐值为0.

③一种情况下，普通怠速控制借助滤波器实现更好的怠速控制。怠速闭环调节系数fNStab大于阀值VAL_ThfNstab时，意味着发动机实际转速和目标转速相比过低，可利用滤波器初始化条件实现节气门进气量的快速干预。为了避免起动阶段误入功能控制，需在起动结束后才能使能滤波器，即B_StaEnd＝1.

滤波器的输出即为辅助起步控制气路快速干预的节气门需求开度，作为输入变量给节气门开度控制模型。节气门目标需求的开度：

TpPosDsr＝MAX[TpPosDsr,TpPosDsrVehSta]

变量说明：

Claims (9)

1.一种辅助起步功能控制系统，包括：离合器开关、刹车开关、电控系统传感器及执行器、ECU控制单元；其特征在于：辅助起步功能控制算法通过软件的方式集成在所述ECU中，所述辅助起步功能控制算法分为两个部分，一是识别车辆处于起步状态，并计算出辅助起步功能使能的条件，另一个是在起步的时候确保起步不熄火的控制策略；所述识别车辆处于起步状态的特征包括：离合器踩下，开关置位；车速为0；未踩下油门踏板；随着起步离合器啮合，进气量的负荷远大于正常怠速工况，且所述进气量的负荷在离合器啮合的过程中逐渐增大；车速信号无故障。

2.如权利要求1所述的辅助起步功能控制系统，其特征在于：辅助起步功能控制使能条件要进行最小、最大使能时间限制，保证辅助起步功能有效且不会导致过干预。

3.如权利要求1-2任一所述的辅助起步功能控制系统，其特征在于：所述确保起步不熄火的控制策略包括提升怠速目标转速，或快速增加进气量，或两者结合应用。

4.如权利要求3所述的辅助起步功能控制系统，其特征在于：所述快速增加进气量通过辅助起步功能控制电子节流阀体开度，直接控制其开度且快速响应。

5.一种如权利要求1-4任一的辅助起步功能控制系统的控制方法，其特征在于采用如下算法：

1)离合器踩下，开关置位；

2)车速为0；

3)未踩下油门踏板；

4)随着起步离合器啮合，进气量的负荷远大于正常怠速工况，且所述进气量的负荷在离合器啮合的过程中逐渐增大；

5)车速信号无故障；

6)发动机处于转速＞25Rpm状态；

7)催化器加热未使能时；

8)发动机目标怠速转速≤起步辅助控制阀值时；

9)需求转速变化速率≥辅助起步控制转速门限值时；

以上1)-9)条件都满足的时候，判断为进入起步状态，起步状态使能条件B_RunStaEn＝1。

6.如权利要求5所述的辅助起步功能控制系统的控制方法，其特征在于：起步状态条件置位后，判断是平坦道路起步，还是坡道起步，两者的起步辅助控制补偿量不同；如果起步状态，刹车没有踩下，判断为平坦道路起步，对应的平坦道路起步辅助使能条件满足；如果起步状态，刹车踩下，判断为坡道起步，对应的坡道起步辅助使能条件满足。

7.如权利要求6所述的辅助起步功能控制系统的控制方法，其特征在于：在平坦道路起步控制或坡道起步辅助控制时，车辆进入起步状态，起步辅助控制使能条件平路辅助起步使能条件B_RunStaFlatRdEn＝1或坡道辅助起步使能条件B_RunStaSlopRdEn＝1时，RS触发器S输入端为1，Timer的IN端为1，SV端赋值平路辅助起步干预时间VAL_tRunStaFlatRd或坡道辅助起步干预时间VAL_tRunStaSlopRd,此时Out端为1，RS触发器R输入端为0，RS触发器输出Q端为1，平路辅助起步使能条件B_RunStaFlatRdEn＝1或坡道辅助起步使能条件B_RunStaSlopRdEn＝1；当平路辅助起步使能条件B_RunStaFlatRdEn＝0或坡道辅助起步使能条件B_RunStaSlopRdEn＝0时，RS触发器S输入端为0，Timer的IN端为0，SV端值由VAL_tRunStaFlatRd或VAL_tRunStaSlopRd以dt递减,当SV≠0时，Out端为1，RS触发器R输入端为0，RS触发器输出Q端为保持为1，平路辅助起步使能条件B_RunStaFlatRdEn＝1或坡道辅助起步使能条件B_RunStaSlopRdEn＝1；待SV＝0时，Out端为0，RS触发器R输入端为1，RS触发器输出Q端复位为0，平路辅助起步使能条件B_RunStaFlatRdEn＝0或坡道辅助起步使能条件B_RunStaSlopRdEn＝0。

8.如权利要求5所述的辅助起步功能控制系统的控制方法，其特征在于：提高怠速转速算法为：

B_RunStaFlatRd＝1时，NDsr＝MAX[NDsr,VAL_NDsrFlatSta]

B_RunStaSlopRd＝1时，NDsr＝MAX[NDsr,VAL_NDsrSlopSta]

其中：VAL_NDsrSlopSta≥VAL_NDsrFlatSta＞Nstat，Nstat为发动机目标怠速稳定转速。

9.如权利要求5所述的辅助起步功能控制系统的控制方法，其特征在于：辅助起步控制功能进气量快速干预控制策略算法为：

①辅助起步控制功能进气量快速干预，通过滤波器的初始化条件和初始化值实现，当起步辅助功能控制条件置位，由上升沿触发，初始化条件使能，滤波器初始化值赋给输出端，从而实现节气门需求开度的快速响应；

②辅助起步控制功能结束，退出进气量快速干预，通过滤波器使能条件和滤波器功能来实现：当辅助起步控制条件复位的时候，逐步的减少节气门干预开度需求，直到回归常规控制；

③怠速闭环调节系数fNStab大于气路快速干预怠速调节系数阀值VAL_ThfNstab时，利用滤波器初始化条件实现节气门进气量的快速干预，车辆起动结束后才能使能滤波器；

其中，滤波器的输出即为辅助起步控制气路快速干预的节气门需求开度，作为输入变量给节气门开度控制模型，节气门目标需求的开度：TpPosDsr＝MAX[TpPosDsr,TpPosDsrVehSta]，TpPosDsr为节流阀需求开度，TpPosDsrVehSta为辅助起步需求节气门开度。