CN105201663B - 一种实现发动机最佳经济转速的控制方法 - Google Patents

一种实现发动机最佳经济转速的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现发动机最佳经济转速的控制方法，经车辆控制器通过CAN总线获取车辆运行工况信息，继而判断车辆是否处于前进挡位，然后车辆控制器根据采集的数据计算当前实际运行挡位，并根据计算得出的挡位数划分高低挡位的发动机经济转速控制策略，当发动机处于低挡位时，发动机最佳经济转速Nx，当发动机处于高挡位时，Nx＝N(GeMIN)。

Description

一种实现发动机最佳经济转速的控制方法
技术领域
本发明涉及一种车辆领域，尤指一种用于提高发动机燃油经济性的发动机最佳经济转速的控制方法。
背景技术
当前油价持续上涨，导致客运行业运行成本急剧增加，因此，客运节油成为当前客车行业发展的必然趋势。客车节油主要有两个发展方向，一是发展节能新能源车，另外一方面由于新能源车的发展容易受到区域和配套设施的制约，因而提升传统柴油客车的燃油经济性显得更有成效。
目前，客车的油耗都比较大，随着运营成本的急剧增加，客运企业纷纷意识到节油的重要性，因而如何节油成为客运企业迫切想要解决的需求问题，各个客车企业都在努力解决客户的节油需求，提供性价比高的节油产品，以获得市场份额，提高行业竞争力。
目前客车企业主要从车辆设计源头上考虑节油，主要有以下措施：
(1)选择更高性能发动机，如进口康明斯发动机、日野发动机等，但高性能发动机的价格更高，会导致车辆成本的增加；
(2)选择双离合变速箱，提高发动机的传动效率，但该技术在客车的应用还不成熟，同时也会增加车辆成本；
(3)降低整车质量，这需要使用各种新型材料，基于技术和成本考虑，现阶段还无法取得突破性发展。
而通过加强客运企业运营管理，指导驾驶员正确驾驶的服务性汽车附加产品还比较少，即使有采用，基于硬件条件制约，也只能适用于某些特定的车型，不利于应用推广，这是需要改善的地方。
有鉴于此，本发明人针对现有技术中的上述缺陷深入研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明目的在于提供一种实现发动机最佳经济转速的控制方法，通过采集车辆的运行状态并结合当前所在的挡位，系统计算出发动机的最佳转速，从而合理优化发动机功率输出，减少因不良驾驶引起的高油耗，达到车辆节油效果。
为实现上述目的，本发明的解决方案是：
一种实现发动机最佳经济转速的控制方法，它包括如下步骤：
步骤1：车辆控制器获取车辆运行工况信息：包括通过CAN总线获得车速Va、发动机转速N、空挡信号及倒挡信号，同时读取车辆控制器内预置的变速箱速比igX，X为前进挡的挡位、后桥速比i0、发动机万有特性参数中比油耗率Ge、不同转速下的扭矩Me、轮胎滚动半径r、各挡位动力因数范围D、传动效率ηr；
步骤2：车辆控制器根据步骤1所采集的信息判断车辆是否处于前进挡位，如果是，则运行步骤3；如果否，则车辆控制器不介入对发动机转速的控制；
步骤3：车辆控制器根据步骤1所采集的信息，判断车辆当前运行处于前进挡的何种挡位：
设变速箱当前运行挡位的实际速比igx，其中当前运行挡位x为{1、2、3、4、5、6}，igx＝0.377*r*N/(Va*i0)，将计算得出的igx与车辆控制器内预置的变速箱速比igX进行比较，
若igx在(10，ig1-(ig1-ig2)/2)之间，则为一挡，x＝1；
若igx在(ig2+(ig2-ig3)/3，ig2-(ig2-ig3)/3)之间，则为二挡，x＝2；
若igx在(ig3+(ig3-ig4)/3，ig3-(ig3-ig4/2)之间，则为三挡,x＝3；
若igx在(ig3-(ig3-ig4)/2，ig4-(ig4-ig5)/2)之间，则为四挡,x＝4；
若igx在(ig4-(ig4-ig5)/2，ig5-(ig5-ig6)/2)之间，则为五挡,x＝5；
若igx在(ig5-(ig5-ig6)/2，0)之间，则为六挡,x＝6；
步骤4：当车辆控制器测算出的车辆当前运行挡位x≤3时，输出发动机最佳经济转速Nx对发动机实施控制，该最佳经济转速Z为根据升挡后发动机转速迅速降低的变速换挡特性并在发动机万有特性曲线的经济转速范围内确定的最小转速；当车辆控制器测算出的车辆当前运行挡位x＞3时，车辆控制器调取发动机万有特性曲线中的比油耗率Ge，在经济转速范围内选择最低比油耗率GeMIN所对应的转速N(GeMIN)为发送机最佳经济转速Nx，即Nx＝N(GeMIN)。
进一步，所述的步骤4，当车辆控制器测算出的车辆当前运行挡位x≤3时，Z的取值范围为900rpm<Z<1050rpm。
进一步，当车辆控制器测算出的车辆当前运行挡位＞3挡时，先根据车辆控制器调取发动机外特性曲线中的比油耗率Ge，在经济转速范围内选择比油耗率Ge最低所对应的转速N(GeMIN)作为最佳转速Nx,即Nx＝N(GeMIN)，根据该最佳经济转速Nx，计算当前挡位的实际动力因数Da，并与车辆控制器内预存的对应挡位动力因数范围D进行比较，判断实际动力因数Da是否大于等于预存的对应挡位的动力因数范围D的最小值，如果是，Nx＝N(GeMIN)，如果否，为偏移量，循环计算偏移量直至当前挡位的实际动力因数Da大于等于预存的对应挡位的动力因数范围D的最小值，最终确定该挡位所对应的最佳经济转速
进一步，所述的偏移量y为循环计算的次数，Δ为定值转速，取值范围一般为50rpm～250rpm。
进一步，该实际动力因数Da通过如下计算获得:
Da＝(Ft-Fw)/M
其中Ft为切线牵引力，Fw为空气阻力，M为汽车总重；
Ft＝Me*igx*io*ηr/r
其中Me为当前最佳经济转速Nx所对应的扭矩，Igx为当前运行挡位的实际速比，io为后桥速比，Ηr为传动效率，r为轮胎滚动半径；
Fw＝CD*A*Va2/21.15
其中CD为空气阻力系数，A为迎风面积，Va为车速；
A＝B1*Ha*K
其中B1为前轮轮距，Ha为汽车总高,K为修正系数。
进一步，步骤1中若车辆控制器判断车辆运行工况处于重载、超过预置坡度的爬坡或车辆转向时，解除对发动机转速的控制。
进一步，所述的车辆重载的判定条件为：M≥G*β，
其中：M为汽车当前质量，
G为汽车总质量，该汽车总质量＝空车质量+最大载质量，
β为质量换算系数，取值在0.67～1范围内,β为预设值，取值根据
车辆行驶的路况进行设定，路况条件越好，所选择的数值越大，反之亦然。本发明采用上述方案后，通过车辆控制器判断当前运行的前进挡位，并对高低挡位的发动机转速采用差异化的控制策略，具体是当前前进挡位≤3挡时，需首先考虑发动机万有特性的燃油经济范围内的动力性，确保车辆在行驶过程中的加速性能和爬坡性能；在当前前进挡位＞3挡时，主要考虑发动机万有特性的燃油经济范围内最佳燃油消耗率，以最大限度的节省油耗，同时车辆控制器还可根据车辆运行工况，如针对重载、爬坡转向时，解除对发动机最佳经济转速的控制，最大限度保证车辆驾驶安全。
附图说明
图1是本发明发动机最佳经济转速控制方法的流程图；
图2是本发明实施例中发动机的万有特性曲线图；
图3是本发明实施例中发动机的外特性曲线图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明作详细说明。
如图1所示，本发明一种实现发动机最佳经济转速的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：车辆控制器获取车辆运行工况信息：包括通过CAN总线获得车速Va、发动机转速N、空挡信号及倒挡信号，同时读取车辆控制器内预置的变速箱速比igX，X为前进挡的挡位、后桥速比i0、发动机万有特性参数中比油耗率Ge、不同转速下的扭矩Me、轮胎滚动半径r、各挡位动力因数范围D、传动效率ηr；
步骤2：车辆控制器根据步骤1所采集的信息判断车辆是否处于前进挡位，如果是，则运行步骤3；如果否，则车辆控制器不介入对发动机转速的控制；
步骤3：车辆控制器根据步骤1所采集的信息，判断车辆当前运行处于前进挡的何种挡位：
设变速箱当前运行挡位的实际速比igx，其中当前运行挡位x为{1、2、3、4、5、6}，igx＝0.377*r*N/(Va*i0)，将计算得出的igx与车辆控制器内预置的变速箱速比igX进行比较，
若igx在(10，ig1-(ig1-ig2)/2)之间，则为一挡，x＝1；
若igx在(ig2+(ig2-ig3)/3，ig2-(ig2-ig3)/3)之间，则为二挡，x＝2；
若igx在(ig3+(ig3-ig4)/3，ig3-(ig3-ig4/2)之间，则为三挡,x＝3；
若igx在(ig3-(ig3-ig4)/2，ig4-(ig4-ig5)/2)之间，则为四挡,x＝4；
若igx在(ig4-(ig4-ig5)/2，ig5-(ig5-ig6)/2)之间，则为五挡,x＝5；
若igx在(ig5-(ig5-ig6)/2，0)之间，则为六挡,x＝6；
其他为不稳定工况，车辆控制器不进行当前运行挡位x的判断；
步骤4：当车辆控制器测算出的车辆当前运行挡位x≤3时，输出发动机最佳经济转速Nx对发动机实施控制，该最佳经济转速Z为根据升挡后发动机转速迅速降低的变速换挡特性并在发动机万有特性曲线的经济转速范围内确定的最小转速，Z的取值范围为900rpm<Z<1050rpm，因为当换挡后转速小于等于900rpm时，发动机以怠速工况运行，此时耗油量增加，同时发动机转速小于等于900，此时发动机扭矩小,车辆的加速性能差，且换挡后车速增加缓慢，坡度大时容易脱挡，并且Z值还根据道路坡度确定，坡度越大，Z的取值越大，最大值为1050，当Z大于1050时，换挡后的转速过高，经济性变差。
举例，根据车速与转速的关系可以得到
因为换挡时间很短，换挡前后产生的车速差很小，可以忽略不计，则根据发动机万有特性曲线得出换挡后最小发动机转速Z为1000rpm这一原则，可求得当前挡位最佳经济转速Nx，公式推导如下：
其中Nx为当前挡最佳经济转速，igx为当前运行挡位的实际速比，igx+1为升挡后运行挡位的实际速比。
当挡位＞3挡时，车辆控制器调取发动机外特性曲线中(图3)的比油耗率Ge，在经济转速范围内选择最低比油耗率GeMIN所对应的转速N(GeMIN),则输出发送机最佳经济转速Nx＝N(GeMIN)。
进一步，为了确保在高挡位所选择的最佳经济转速Nx，既符合发动机的经济性，又能确保车辆行驶的动力性，当车辆控制器测算出的车辆当前运行挡位＞3挡时，先根据车辆控制器调取发动机外特性曲线中的比油耗率Ge，在经济转速范围内选择比油耗率Ge最低所对应的转速N(GeMIN)作为最佳转速Nx,即Nx＝N(GeMIN)，根据该最佳经济转速Nx，计算当前挡位的实际动力因数Da，并与车辆控制器内预存的对应挡位动力因数范围D进行比较，判断实际动力因数Da是否大于等于预存的对应挡位的动力因数范围D的最小值，如果是，Nx＝N(GeMIN)，如果否，为偏移量，循环计算偏移量直至当前挡位的实际动力因数Da大于等于预存的对应挡位的动力因数范围D的最小值，最终确定该挡位所对应的最佳经济转速该偏移量 y为循环计算的次数，Δ为定值转速，取值范围一般为50rpm～250rpm。
所述的实际动力因数Da通过如下计算方法获得:
Da＝(Ft-Fw)/M
其中Ft为切线牵引力，Fw为空气阻力，M为汽车总重；
Ft＝Me*igx*io*ηr/r
其中Me为当前最佳经济转速Nx所对应的扭矩，Igx为当前运行挡位的实
际速比，io为后桥速比，Ηr为传动效率，r为轮胎滚动半径；
Fw＝CD*A*Va2/21.15
其中CD为空气阻力系数，A为迎风面积，Va为车速；
A＝B1*Ha*K
其中B1为前轮轮距，Ha为汽车总高,K为修正系数，客车K＝1.04，载重汽车K＝1，小车K＝0.78；
为了确保车辆在一些特殊路况或运行工况安全行驶的需要，在该种条件，无需考虑发动机燃油经济性的要求，如车辆重载或者道路坡度≥3或者车辆进行转向，则车辆控制器解除对发动机最佳经济转速的控制，对车辆重载判定条件：M≥G*β
其中：M为汽车当前质量，
G为汽车总质量，该汽车总质量G＝空车质量+最大载质量，
β为质量换算系数，取值在0.67～1范围内，β为预设值，取值根据车辆行驶的路况进行设定，路况条件越好，所选择的数值越大，反之亦然，通常情况，厂家往往根据车辆的销售区域预先设定β值，比方如果车辆销售至重庆地区，由于该地区多山地，则β一般设置一般小于0.7。
总之，上述实施例和图示并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化和修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (6)

1.一种实现发动机最佳经济转速的控制方法，其特征在于：它包括如下步骤：
步骤1：车辆控制器获取车辆运行工况信息：包括通过CAN总线获得车速Va、发动机转速N、空挡信号及倒挡信号，同时读取车辆控制器内预置的变速箱速比igX，X为前进挡的挡位、后桥速比i0、发动机万有特性参数中比油耗率Ge、不同转速下的扭矩Me、轮胎滚动半径r、各挡位动力因数范围D、传动效率ηr；
步骤2：车辆控制器根据步骤1所采集的信息判断车辆是否处于前进挡位，如果是，则运行步骤3；如果否，则车辆控制器不介入对发动机转速的控制；
步骤3：车辆控制器根据步骤1所采集的信息，判断车辆当前运行处于前进挡的何种挡位：
设变速箱当前运行挡位的实际速比igx，其中当前运行挡位x为{1、2、3、4、5、6}，igx＝0.377*r*N/(Va*i0)，将计算得出的igx与车辆控制器内预置的变速箱速比igX进行比较，
若igx在(10，ig1-(ig1-ig2)/2)之间，则为一挡，x＝1；
若igx在(ig2+(ig2-ig3)/3，ig2-(ig2-ig3)/3)之间，则为二挡，x＝2；
若igx在(ig3+(ig3-ig4)/3，ig3-(ig3-ig4/2)之间，则为三挡，x＝3；
若igx在(ig3-(ig3-ig4)/2，ig4-(ig4-ig5)/2)之间，则为四挡，x＝4；
若igx在(ig4-(ig4-ig5)/2，ig5-(ig5-ig6)/2)之间，则为五挡，x＝5；
若igx在(ig5-(ig5-ig6)/2，0)之间，则为六挡，x＝6；
若igx为其它值，则不进行当前运行档位x的判断；
步骤4：当车辆控制器测算出的车辆当前运行挡位x≤3时，输出发动机最佳经济转速Nx对发动机实施控制，该最佳经济转速Z为根据升挡后发动机转速迅速降低的变速换挡特性并在发动机万有特性曲线的经济转速范围内确定的最小转速；当车辆控制器测算出的车辆当前运行挡位x＞3时，车辆控制器调取发动机万有特性曲线中的比油耗率Ge，在经济转速范围内选择最低比油耗率GeMIN所对应的转速N(GeMIN)为发送机最佳经济转速Nx，即Nx＝N(GeMIN)。
2.根据权利要求1所述的一种实现发动机最佳经济转速的控制方法，其特征在于：所述的步骤4，当车辆控制器测算出的车辆当前运行挡位x≤3时，Z的取值范围为900rpm<Z<1050rpm。
3.根据权利要求1所述的一种实现发动机最佳经济转速的控制方法，其特征在于：当车辆控制器测算出的车辆当前运行挡位x＞3挡时，先根据车辆控制器调取发动机外特性曲线中的比油耗率Ge，在经济转速范围内选择比油耗率Ge最低所对应的转速N(GeMIN)作为最佳经济转速Nx,即Nx＝N(GeMIN)，根据该最佳经济转速Nx，计算当前挡位的实际动力因数Da，并与车辆控制器内预存的对应挡位动力因数范围D进行比较，判断实际动力因数Da是否大于等于预存的对应挡位的动力因数范围D的最小值，如果是，Nx＝N(GeMIN)，如果否， 为偏移量，循环计算偏移量直至当前挡位的实际动力因数Da大于等于预存的对应挡位的动力因数范围D的最小值，最终确定该挡位所对应的最佳经济转速
4.根据权利要求3所述的一种实现发动机最佳经济转速的控制方法，其特征在于：
所述的偏移量y为循环计算的次数，Δ为定值转速，取值范围为50rpm～250rpm。
5.根据权利要求3所述的一种实现发动机最佳经济转速的控制方法，其特征在于：该实际动力因数Da通过如下计算获得:
Da＝(Ft-Fw)/M
其中Ft为切线牵引力，Fw为空气阻力，M为汽车总重；
Ft＝Me*igx*i0*ηr/r
其中，所述不同转速下的扭矩Me具体为当前最佳经济转速Nx所对应的扭矩，igx为当前运行挡位的实际速比，i0为后桥速比，Ηr为传动效率，r为轮胎滚动半径；
Fw＝CD*A*Va2/21.15
其中CD为空气阻力系数，A为迎风面积，Va为车速；
A＝B1*Ha*K
其中B1为前轮轮距，Ha为汽车总高，K为修正系数。
6.根据权利要求1所述的一种实现发动机最佳经济转速的控制方法，其特征在于：步骤1中若车辆控制器判断车辆运行工况处于重载、超过预置坡度的爬坡或车辆转向时，解除对发动机转速的控制。
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