CN106337769A - 发动机启动控制方法以及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机启动控制方法以及系统，其中前者包括：控制BSG电机以设定扭矩值开始工作，并点燃发动机，当发动机转速达到第一转速时，与BSG电机相配合使得发动机转速以第一角加速度上升，当发动机转速上升至第二转速时，与BSG电机相配合使得发动机转速以第二角加速度上升，当发动机转速上升至目标转速时，控制BSG电机停止工作，所述第二角加速度小于所述第一角加速度。本发明提供的发动机启动控制方法利用BSG电机和ECU相配合的方案，与现有技术相比，BSG电机从单独拖动发动机从静止到运动，再到ECU参与并完全控制发动机稳定运转，BSG电机则退出控制，减少了能量的浪费，提高了控制精准性。

Description

发动机启动控制方法以及系统
技术领域
本发明涉及发动机启动控制技术领域，尤其涉及一种交替控制发动机启动的方法以及系统。
背景技术
在发动机启动控制系统中，BSG混合动力系统因为其对发动机前端轮系改动较小、成本较低而被广泛应用，该BSG混合动力系统包括一个传统的起动机和一个BSG电机，每次KEY ON后，发动机的第一次启动由传统的起动机实现，而后的重复启动则是由BSG电机实现，一般BSG电机会先将发动机转速拖动到预定值，然后ECU按照预先设定好的目标空燃比开始喷油和点火，当发动机转速超过预定值时，BSG电机开始对其输出的扭矩进行衰减控制，逐渐将发动机的控制交给ECU，最终使得发动机进入自主工作状态。
但是，上述BSG混合动力系统控制发动机启动的方法存在以下缺点：
(1)不同的发动机水温下BSG的拖动扭矩是一样的，存在能量的浪费；
(2)拖动过程中的BSG电机扭矩是开环控制的，不能根据实际工况实时修正；
(3)发动机的介入控制是基于空燃比的，控制不够精准。
发明内容
本发明提供一种发动机启动控制方法以及系统，以解决上述问题，减少能量浪费，根据实际情况实时修正BSG的扭矩，提高控制精确性。
本发明提供了一种发动机启动控制方法，包括：
控制BSG电机以设定扭矩值开始工作，并点燃发动机；
当发动机转速达到第一转速时，与BSG电机相配合使得发动机转速以第一角加速度上升；
当发动机转速上升至第二转速时，与BSG电机相配合使得发动机转速以第二角加速度上升，所述第二角加速度小于所述第一角加速度；
当发动机转速上升至目标转速时，控制BSG电机停止工作。
如上所述的发动机启动控制方法，其中，优选的是，所述BSG电机的设定扭矩值根据惯性力矩、摩擦力矩以及发动机阻力矩确定，所述摩擦力矩根据发动机水温和海拔高度确定。
如上所述的发动机启动控制方法，其中，优选的是，所述方法还包括：
通过温度传感器检测所述发动机水温；
通过大气压力传感器检测大气压力，并根据所述大气压力计算得到所述海拔高度。
如上所述的发动机启动控制方法，其中，优选的是，通过BSG电机扭矩、发动机扭矩、摩擦力矩、发动机阻力矩和惯性力矩计算得到发动机角加速度，并根据所述发动机角加速度计算得到所述发动机转速。
如上所述的发动机启动控制方法，其中，优选的是，所述发动机扭矩根据第一角加速度递增，所述BSG电机扭矩随着所述发动机扭矩的递增而衰减；
所述方法还包括：
利用PID控制器控制所述BSG电机扭矩的衰减值。
如上所述的发动机启动控制方法，其中，优选的是，在发动机的点火角效率和空燃比效率均达到设定值时，点燃发动机。
如上所述的发动机启动控制方法，其中，优选的是，所述第一转速为300rpm，所述第二转速比目标转速少100rpm。
本发明还提供了一种发动机启动控制系统，包括ECU、BSG电机和发动机，其中，所述BSG电机与所述ECU电连接，所述发动机与所述ECU和所述BSG电机电连接，所述ECU用于控制BSG电机以设定扭矩值开始工作，并点燃发动机；
当发动机转速达到第一转速时，所述ECU与所述BSG电机相配合使得发动机转速以第一角加速度上升；
当发动机转速上升至第二转速时，所述ECU与所述BSG电机相配合使得发动机转速以第二角加速度上升，所述第二角加速度小于所述第一角加速度；
当发动机转速上升至目标转速时，所述ECU控制所述BSG电机停止工作。
如上所述的发动机启动控制系统，其中，优选的是，所述系统还包括温度传感器和大气压力传感器，所述温度传感器和所述大气压力传感器均与所述ECU电连接，所述温度传感器用于检测发动机水温，所述大气压力传感器用于检测大气压力；
所述ECU根据所述大气压力确定海拔高度，根据发动机水温和所述海拔高度确定摩擦力矩，并根据惯性力矩、所述摩擦力矩以及发动机阻力矩确定所述BSG电机的设定扭矩值。
如上所述的发动机启动控制系统，其中，优选的是，所述系统还包括存储器，所述存储器与所述ECU电连接，所述存储器用于存储发动机水温和海拔高度与摩擦力矩关系表；
所述ECU还用于根据所述关系表修正确定的摩擦力矩。
本发明提供的发动机启动控制方法，控制BSG电机以设定扭矩值开始工作，并点燃发动机，当发动机转速达到第一转速时，与BSG电机相配合使得发动机转速以第一角加速度上升，当发动机转速上升至第二转速时，与BSG电机相配合使得发动机转速以第二角加速度上升，当发动机转速上升至目标转速时，控制BSG电机停止工作，所述第二角加速度小于所述第一角加速度。本发明提供的发动机启动控制方法利用BSG电机和ECU相配合的方案，与现有技术相比，BSG电机从单独拖动发动机从静止到运动，再到ECU参与并完全控制发动机稳定运转，BSG电机则退出控制，减少了能量的浪费，提高了控制精准性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的发动机启动控制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的发动机启动控制方法的控制过程中发动机扭矩和BSG电机扭矩变化状况曲线图；
图3为本发明实施例提供的发动机启动控制系统的结构框图。
附图标记说明：
I-发动机扭矩 П-BSG电机扭矩
10-ECU 20-BSG电机 30-发动机 40-温度传感器
50-大气压力传感器 60-存储器
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或者类似的符号表示相同或者类似的原件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
图1为本发明实施例提供的发动机启动控制方法的流程图，图2为本发明实施例提供的发动机启动控制方法的控制过程中发动机扭矩和BSG电机扭矩变化状况曲线图。如图1-图2所示，本发明实施例提供的发动机启动控制方法，可以划分为四个阶段，即S1：BSG电机拖动阶段、S2：BSG电机与ECU相配合第一阶段、S3：BSG电机与ECU相配合第二阶段以及S4：BSG电机退出阶段。
其中，在BSG电机拖动阶段，控制BSG电机以设定扭矩值开始工作，并点燃发动机。此阶段，BSG电机单独拖动发动机。
具体地，BSG电机的设定扭矩值可以根据惯性力矩、摩擦力矩以及发动机阻力矩确定。具体地，设定扭矩值可以根据以下公式计算：
TB-TP-TM-TF＝J*ω’ (1)
TB＝Tbsg*i0 (2)
其中，i0为BSG电机与发动机曲轴之间的速比，Tbsg为BSG电机的设定扭矩值，TB为发动机拖动扭矩，TF为摩擦力矩(包含了活塞摩擦力矩、气门机构的摩擦力矩和附件机构如水泵、空调压缩机等阻力矩，根据设定的公式计算，此处不详述，可以预先将上述数值标定好，然后存储到系统中)，TP为发动机阻力矩，TM为惯性力矩，J为转动惯量，ω’为角加速度。由于i0、TF、TP、TM、J以及ω’均为发动机的已知量，因此，可以先根据公式(2)计算出TB的值，然后再根据公式(1)计算出BSG电机的设定扭矩值。并且本实施例中，第一转速优选为300rpm(转/分钟)。
下表1为发动机水温和海拔高度修正系数与摩擦力矩的关系表，如表1中所示，上述摩擦力矩TF可以根据发动机水温T0和海拔高度修正系数K0得到，为了使用方便，本实施例中，将计算好的发动机水温T0和海拔高度修正系数K0与摩擦力矩TF的关系列举成表格样式，从而仅需查询表格即可得到摩擦力矩TF，例如：海拔修正系数K0为1.0、发动机水温T0为20℃(摄氏度)时，摩擦力矩TF为12Nm(牛顿-米)，而当海拔修正系数K0为0.9、发动机水温为10℃时，摩擦力矩为12Nm。
表1
本领域技术人员可以理解的是，本实施例中，发动机水温可以利用温度传感器检测，海拔高度可以通过大气压力传感器检测到的大气压力间接计算得到，具体地，海拔高度可以根据以下公式计算得到：
P = P 0 ( 1 - H 44330 ) 5255 - - - ( 3 )
其中，P0为标准大气压，等于101.325kPa，H是以米为单位的海拔高度，P是在某一高度的以kPa为单位的气压。
海拔修正系数K0可以根据以下公式计算得到：
K0＝5.3788×10-9*H2-1.1975×10-4*H+1 (4)
其中，K0是海拔修正系数，H为海拔高度。
进一步地，在控制BSG电机开始工作时，查询发动机水温并预估发动机阻力矩，然后根据发动机水温和发动机阻力矩，并结合上述公式以及表格确定BSG电机的设定扭矩值，当BSG电机以设定扭矩开始工作后，BSG电机会拖动发动机扭矩上升，此时，判断发动机扭矩是否达到扭矩切换点，如果是，则点燃发动机，此时的发动机的点火角和空燃比均达到了设定值，达到该设定值也即意味着在该状态下点燃发动机，效果最好。而空燃比是指燃料与空气的质量比，一般空燃比为13：1，即表示进入燃烧室的燃油质量是空气质量的13倍，空燃比数字越大，代表混合气越稀，数字越小则越浓。依照汽油的燃烧化学式，燃油与空气的当量比为14.7左右，也就是当空燃比在14.7：1时，所有空气中的氧会与汽油完全反应。然而在发动机调校时，有一个调校项目叫做LBT(Leanest Mixture That Gives Best Torque)，就是在发动机能产生最大扭力的情况下下，给予最小(最浓)的空燃比，一般发动机在LBT时的空燃比都在12.5上下，原因是因为在这个空燃比下的混合气之燃烧速度最合适，能给予发动机最大的性能，因此在点燃发动机时，空燃比的设定值为12.5。点火角是发动机在各转速及负荷下之最佳点火时机，在发动机调校时，工程师也必须依据发动机的特性，定义出发动机在各种状态下之点火提前角。在发动机调校中，有一个项目叫MBT(Minimum Ignition forBest Torque)，就是在发动机每一个运转状态下，找出能产生最大扭力的最小点火提前角，并存储该值，点燃发动机时，根据发动机的转速确认最小点火提前角，并结合空燃比点燃发动机。
发动机在刚刚点火瞬间到能够稳定工作大约要经过1～2s(秒)的时间，在此期间发动机扭矩的输出不稳定，但是BSG电机扭矩是可以精确控制的，因此，BSG电机扭矩可以抵消发动机扭矩的波动，从而保证发动机顺利启动。从图2中可以看到，在该阶段，发动机扭矩I为0，BSG电机扭矩П处于稳定状态。
上述扭矩切换点是指：发动机的角加速度出现拐点的扭矩点，意即BSG电机克服了发动机阻力矩，完成了发动机从静止到运动的操作。
在BSG电机与ECU相配合第一阶段，当发动机转速达到第一转速时，本实施例中，第一转速优选为300rpm(转/分钟)，ECU与BSG电机相配合使得发动机转速以第一角加速度上升。此阶段，ECU和BSG电机共同作用于发动机，使得发动机转速快速提升，此时，随着发动机扭矩的上升，BSG电机扭矩是逐渐衰减的。
进一步地，可以通过BSG电机扭矩、发动机扭矩、摩擦力矩、发动机阻力矩和惯性力矩计算得到发动机角加速度，然后再根据发动机角加速度计算得到发动机转速。具体地，可以利用以下公式计算：
f＝TB1+Tbsg-TF-TP-TM 公式(5)
其中，f为发动机角加速度，Tbsg为BSG电机扭矩，TB1为发动机扭矩，TF为摩擦力矩，TP为发动机阻力矩，TM为惯性力矩，公式(5)中，TF、TP、TM为发动机的已知量，发动机角加速度f为标定量，以发动机转速按照第一角加速度上升为控制目标，通过实时调节BSG电机扭矩，配合发动机扭矩，共同实现快速提升发动机转速至第二转速的目标。在这一控制过程中，发动机扭矩呈上升趋势，BSG电机扭矩则要根据发动机转速上升情况进行衰减。本实施例中，第一角加速度的范围优选为25r/s2～41.7r/s2(弧度/秒平方)。
在该阶段，由于发动机燃烧不太稳定，BSG扭矩调节难度较大，因此利用闭环PID控制器，通过对控制参数的精确标定，以满足控制的要求。采取闭环控制的方式，实现发动机转速平稳上升，避免了过冲现象发生。
采用PID控制器控制的方式如下：发动机转速是可以精确测量的，根据发动机转速提升前后的转速差值作为PID控制器的输入，以PID控制器的输出结果实时调节BSG电机扭矩，再根据发动机扭矩和BSG电机扭矩确定发动机转速，而发动机转速又作为PID控制器的输出，形成一个闭环控制。
从图2中可以清晰的看到，在进入该阶段之后，发动机扭矩|呈快速上升趋势，BSG电机扭矩П相应地呈快速下降趋势。
在BSG电机与ECU相配合第二阶段，当发动机转速上升至第二转速时，ECU与BSG电机相配合使得发动机转速以第二角加速度上升。本实施例中，第二转速优选为：发动机的目标转速-100rpm，第二角加速度优选为10r/s2。
此阶段中，控制过程与在BSG电机与ECU相配合第一阶段基本相同，不同之处在于，减小了发动机转速提升的速度，以小于第一角加速度的第二角速度提升发动机转速至目标转速，保证发动机转速在接近目标转速时，不会发生过冲现象，发动机启动顺利，理想状态下，本阶段结束，发动机转速值应该等于目标值，但是由于实际情况的复杂性，只要发动机转速与目标转速的差值不超过20rpm，都可以认定该阶段控制结束。
此时，从图2中可以清晰的看到，在进入S3阶段之后，发动机扭矩|的增速放缓，BSG电机扭矩衰减速度也放缓。
在BSG电机退出阶段，当发动机转速上升至目标转速时，BSG电机停止工作。此阶段发动机已经完全由ECU控制并以目标转速稳定的运转，BSG电机完全退出，并停止工作。
从图2中可以看见，进入S4阶段之后，发动机扭矩|趋于平稳，BSG电机扭矩П趋于0。
本发明实施例提供的发动机启动控制方法利用BSG电机和ECU相配合方案，根据发动机水温和海拔修正系数确定BSG电机扭矩，减少了能量的浪费，利用闭环PID控制器实现根据发动机转速实时修正BSG电机扭矩和发动机扭矩，控制精准。
相应地，图3为本发明实施例提供的发动机启动控制系统的结构框图,如图3所示，本发明实施例还提供了一种发动机启动控制系统，包括ECU10、BSG电机20和发动机30，其中，BSG电机20与ECU20电连接，发动机30与ECU10和BSG电机20电连接，ECU10用于控制BSG电机20以设定扭矩值开始工作，并点燃发动机30；当发动机转速达到第一转速时，ECU10与BSG电机20相配合使得发动机转速以第一角加速度上升；当发动机转速上升至第二转速时，ECU10与BSG电机20相配合使得发动机转速以第二角加速度上升；当发动机转速上升至目标转速时，ECU10控制BSG电机20停止工作；其中，上述的第二角加速度小于第一角加速度。
优选地，上述系统还包括温度传感器40和大气压力传感器50，温度传感器40和大气压力传感器50均与ECU电连接，温度传感器40用于检测发动机水温，大气压力传感器50用于检测大气压力。
优选地，上述发动机启动控制系统中还设置有存储器60，该存储器60可以用于存储发动机水温和海拔高度修正系数与摩擦力矩的关系表等数值，需要使用时，可以直接在存储器60中进行查询，存储器60还可以用于发动机水温、发动机阻力矩、摩擦力矩以及惯性力矩等数值。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种发动机启动控制方法，其特征在于，包括：
控制BSG电机以设定扭矩值开始工作，并点燃发动机；
当发动机转速达到第一转速时，与BSG电机相配合使得发动机转速以第一角加速度上升；
当发动机转速上升至第二转速时，与BSG电机相配合使得发动机转速以第二角加速度上升，所述第二角加速度小于所述第一角加速度；
当发动机转速上升至目标转速时，控制BSG电机停止工作。
2.根据权利要求1所述的发动机启动控制方法，其特征在于，所述BSG电机的设定扭矩值根据惯性力矩、摩擦力矩以及发动机阻力矩确定，所述摩擦力矩根据发动机水温和海拔高度确定。
3.根据权利要求2所述的发动机启动控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过温度传感器检测所述发动机水温；
通过大气压力传感器检测大气压力，并根据所述大气压力计算得到所述海拔高度。
4.根据权利要求1所述的发动机启动控制方法，其特征在于，通过BSG电机扭矩、发动机扭矩、摩擦力矩、发动机阻力矩和惯性力矩计算得到发动机角加速度，并根据所述发动机角加速度计算得到所述发动机转速。
5.根据权利要求4所述的发动机启动控制方法，其特征在于，所述发动机扭矩根据第一角加速度递增，所述BSG电机扭矩随着所述发动机扭矩的递增而衰减；
所述方法还包括：
利用PID控制器控制所述BSG电机扭矩的衰减值。
6.根据权利要求1所述的发动机启动控制方法，其特征在于，在发动机的点火角效率和空燃比效率均达到设定值时，点燃发动机。
7.根据权利要求1-6任一项所述的发动机启动控制方法，其特征在于，所述第一转速为300rpm，所述第二转速比目标转速少100rpm。
8.一种发动机启动控制系统，包括ECU、BSG电机和发动机，其中，所述BSG电机与所述ECU电连接，所述发动机与所述ECU和所述BSG电机电连接，其特征在于：
所述ECU用于控制BSG电机以设定扭矩值开始工作，并点燃发动机；
当发动机转速达到第一转速时，所述ECU与所述BSG电机相配合使得发动机转速以第一角加速度上升；
当发动机转速上升至第二转速时，所述ECU与所述BSG电机相配合使得发动机转速以第二角加速度上升，所述第二角加速度小于所述第一角加速度；
当发动机转速上升至目标转速时，所述ECU控制所述BSG电机停止工作。
9.根据权利要求8所述的发动机启动控制系统，其特征在于，所述系统还包括温度传感器和大气压力传感器，所述温度传感器和所述大气压力传感器均与所述ECU电连接，所述温度传感器用于检测发动机水温，所述大气压力传感器用于检测大气压力；所述ECU根据所述大气压力确定海拔高度，根据发动机水温和所述海拔高度确定摩擦力矩，并根据惯性力矩、所述摩擦力矩以及发动机阻力矩确定所述BSG电机的设定扭矩值。
10.根据权利要求8所述的发动机启动控制系统，其特征在于，所述系统还包括存储器，所述存储器与所述ECU电连接，所述存储器用于存储发动机水温和海拔高度与摩擦力矩关系表；
所述ECU还用于根据所述关系表修正确定的摩擦力矩。
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