CN108894883A - 扭矩的动态控制方法及抑制发动机转速波动的方法 - Google Patents

Abstract

一种扭矩的动态控制方法，在手动排档的交通工具中，离合器结合后，发动机输出扭矩与外部阻力达到平衡需经过一延迟时间。首先在离合器的结合过程中增加发动机的动态扭矩储备；然后在所述延迟时间内消耗所述动态扭矩储备以抵抗所述外部阻力。其优点是可大幅降低启动后，尤其是低温启动后，发动机的转速波动并快速使发动机输出扭矩与外部阻力达到平衡状态，提高车辆性能。

Description

扭矩的动态控制方法及抑制发动机转速波动的方法

技术领域

本发明涉及交通工具的动力系统控制领域，尤其涉及一种扭矩的动态控制方法及抑制发动机转速波动的方法。

背景技术

手动档变速箱的交通工具由于操作方便，成本低廉，维修简洁，仍然受到相当一部分消费者的青睐。考虑到安全以及发动机后端动力总成的阻力等方面的因素，很多手动档交通工具即使处于空档状态也设定为需要踩下离合器踏板后才能启动发动机。发动机启动后，松开离合器才能行驶。

在松开离合器的过程中，发动机动力输出端会通过离合器与后端的变速箱输入端连接。正常温度下，由于变速箱处于空档状态，阻力很小，对发动机的转速控制几乎没有影响。但当环境温度较低时，由于变速箱油温也很低，黏度较高，即使在空档状态，齿轮间仍然具有较大的阻力，启动后松开离合器时，发动机曲轴输出端由于突然受到突然的阻力冲击，导致发动机转速下跌较多。严重的时候，较大的阻力甚至会直接导致发动机熄火，这与变速箱内部齿轮间隙的设计及变速箱油的粘度有较大关系。图1所示为某款车辆在-30℃左右起动发动机后，空档情况下松开离合器，转速下跌达448转，且恢复时间为2秒左右。

发明内容

为了解决上述问题，缓解交通工具冷启动时，尤其是低温冷启动时，离合器结合过程中发动机转速突然下降的问题，减少发动机的机械损耗，降低发动机熄火的概率，本发明提出了一种扭矩的动态控制方法，用于手动档的交通工具中，通过增加动态扭矩储备对离合器结合过程中发动机的输出扭矩进行动态控制。

一种扭矩的动态控制方法，在手动排档的交通工具中，离合器结合后，发动机输出扭矩与外部阻力达到平衡需经过一延迟时间，在离合器的结合过程中增加发动机的动态扭矩储备；在所述延迟时间内消耗所述动态扭矩储备以抵抗所述外部阻力。

上述的扭矩的动态控制方法，其中，离合器结合后，增加静态扭矩与所述动态扭矩储备结合，共同抵抗所述外部阻力。

上述的扭矩的动态控制方法，其中，所述静态扭矩根据发动机当前温度变化量增加。

上述的扭矩的动态控制方法，其中，所述动态扭矩储备通过增加发动机进气量实现；并且相应减小点火提前角，以减少所述进气量对发动机当前输出扭矩的影响。

上述的扭矩的动态控制方法，其中，增加的所述发动机进气量与发动机当前温度负相关。

上述的扭矩的动态控制方法，其中，所述动态扭矩储备在所述延迟时间内按一预定机制消耗。

上述的扭矩的动态控制方法，其中，所述预定机制按如下公式消耗所述动态扭矩储备：

其中，T为设定的延迟时间，V_in为预设的最终期望达到的扭矩值，V_n为前一次迭代的值，V_n+1为本次迭代得到的值。

上述的扭矩的动态控制方法，其中，所述延迟时间根据发动机冷却水的温度变化量进行设定。

一种包含了上述的扭矩的动态控制方法的抑制发动机转速波动的方法，以离合器底开关复位信号为离合器松开的标志，以离合器顶开关复位信号为离合器结合的标志，包括以下步骤：

S1、踩下离合器，离合器顶开关和底开关依次置位；

S2、松开离合器，若底开关信号复位，则执行S3，若底开关信号置位，则执行S4；

S3、增加动态扭矩储备，执行S5；

S4、动态扭矩储备为0，继续执行S2；

S5、若顶开关信号复位，则执行S6，若顶开关信号置位，则执行S7；

S6、消耗动态扭矩储备，以抵抗外部阻力；

S7、维持动态扭矩储备，继续执行S5。

上述的抑制发动机转速波动的方法，其中，离合器顶开关复位后，步骤S6还包括：

S6、消耗动态扭矩储备，同时增加静态扭矩补偿，直至发动机机输出扭矩与外部阻力达到平衡。

上述的抑制发动机转速波动的方法，其中，步骤S6中，根据如下公式消耗所述动态扭矩储备：

其中，T为设定的延迟时间，V_in为预设的最终期望达到的扭矩值，V_n为前一次迭代的值，V_n+1为本次迭代得到的值。

与现有技术相比，本发明的技术方案能够克服低温环境下启动车辆容易熄火的缺点。在低温环境下，变速箱油的油温较低、粘度较高，齿轮间的阻力较大。离合器结合后发动机转速下跌明显，严重时，可导致发动机熄火。本发明的技术方案采用在离合器结合阶段增加动态扭矩储备，在结合后消耗该动态扭矩储备的方法快速调节(增加)发动机的输出扭矩，能够达到减小发动机转速波动的目的，从而减少发动机熄火的概率，提高车辆性能。对原本没有离合器底开关的车辆而言，增加离合器底开关的制造成本较低，取得的效果较好，性价比较高。对原本具备离合器底开关的车辆而言，仅需在控制系统中增加功能逻辑，成本更低，而收效显著。

附图说明

图1是现有技术中离合器结合后发动机转速下降示意图；

图2是离合器断开/结合的过程示意图；

图3是本发明一实施例的流程图；

图4是一实施例中离合器结合后发动机转速下降示意图；

图5是一实施例中动态扭矩储备曲线和静态扭矩补偿曲线的对照图；

图6是一实施例中发动机进气量变化曲线和点火提前角变化曲线的对照图；

图7是一实施例中发动机转速变化示意图；

图8是不同温度条件下动态扭矩储备量示意图；

图9是不同温度条件下动态扭矩储备延迟时间示意图；

图10是不同温度条件下静态扭矩补偿量示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。且，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征允许相互组合。结合以下的说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

手动档交通工具的驾驶过程中，发动机与变速箱的结合过程存在阻力，因此结合过程中发动机转速会突然下降。这一现象既影响发动机寿命，又影响司乘人员的乘坐感受。业内通常情况下都是针对变速箱进行优化设计，而没有从发动机的角度进行优化。本发明公开了一种扭矩的动态控制方法，作为一种辅助手段，在离合器踩下和松开的不同阶段，对发动机的输出扭矩进行动态控制，先额外储备能量，再将该能量应用于发动机与变速箱的结合过程中，以缓解前述发动机转速突然下降的现象。

图2所示的是离合器踩下与松开的示意说明。A点为松开离合器时，离合器踏板的位置，D点为踩下离合器时，离合器踏板的最低位置，B点为离合器踏板触动顶开关的位置，一般为A到D总行程的8％-12％左右的位置，C点为离合器踏板触动底开关的位置，一般为A到D总行程的88％-92％左右的位置。发动机启动前，踩下离合器，离合器踏板依次经过B点和C点，此时，顶开关和底开关均处于置位状态。当松开离合器时，离合器踏板依次经过C点和B点，底开关和顶开关依次复位。顶开关置位到底开关置位的过程为离合器释放的过程；底开关复位到顶开关复位的过程为离合器结合的过程。

一辆手动档的交通工具从静止到初次启动要经过离合器释放和离合器结合的过程。本发明在离合器结合过程中对扭矩进行动态控制，增加动态扭矩储备，扭矩储备代表的是发动机克服阻力的能力大小。离合器结合后，由于齿轮间存在较大阻力(尤其是低温状态)，发动机转速突然下降，达到发动机输出与外部阻力平衡的状态需要一段延迟时间。本发明为了缩短所述延迟时间，按预定机制消耗前述的动态扭矩储备，用于辅助发动机克服外部阻力做功，以加快发动机输出与外部阻力平衡的进度。所述的动态扭矩储备在所述的延迟时间内完全消耗。如图4所示，与背景技术中的案例相比较，同款车型使用了本方法后，同样的工况，发动机转速下跌最大170转左右，且恢复时间很短(约0.5秒)。通过数据对比可知，本发明的控制方法对转速下跌幅度和恢复时间的效果都很明显，大大优于现有技术。

进一步地，离合器结合后，还可以进一步增加静态扭矩，所述静态扭矩与所述动态扭矩储备结合，共同抵抗所述外部阻力。所述动态扭矩储备在所述延迟时间内以预定机制逐渐消耗完毕，而所述静态扭矩一直存在。所述静态扭矩用于补偿由既又粘度引起的扭矩损失，这一损失一直存在(可参看图10)，因此所述静态扭矩一直存在，只要温度较低，就会一直补偿，不会消失，所补偿的值随着温度的升高而减小，具体值一般通过实际标定获得。图5为动态扭矩储备曲线和静态扭矩补偿曲线的对照图。动态扭矩以底开关信号复位为标志进行储备，以顶开关信号复位为标志开始逐渐消耗，经历所述延迟时间后动态扭矩储备消耗完毕。静态扭矩补偿以顶开关信号复位为标志进行恒定的补偿。

进一步地，所述静态扭矩根据发动机当前温度变化量增加。

进一步地，所述预定机制的一个最佳的实现方式是按如下公式消耗所述动态扭矩储备：

其中，T为设定的延迟时间，V_in为预设的最终期望达到的扭矩值(即0N.m)，V_n为前一次迭代的动态扭矩储备输出，V_n+1为本次迭代得到的动态扭矩储备输出。根据公式(1)可知，动态扭矩储备输出V_n+1的曲线类似双曲线，V_n+1沿时间轴t非线性逐步减小。同时，这一公式还适用于发动机暖机阶段或热启动时的控制，调整V₀的设定直至V₀＝0，说明此时已不需要以动态扭矩控制的方法来辅助发动机克服外部阻力做功。

进一步地，所述延迟时间根据发动机水温的变化进行具体设定，以控制所述动态扭矩储备的消耗规律。

进一步地，所述动态扭矩储备通过大幅增加发动机进气量实现。发动机进气量与油箱喷油量成正比；油箱喷油量影响发动机转速，喷油量越大，转速越高，因此加大发动机进气量的效果是提高发动机转速，增加发动机的能量储备，即动态扭矩储备。

进一步地，在增加发动机进气量的同时，大幅减小点火提前角，以减少所述进气量对发动机当前输出扭矩的影响。理想状态是使两者的结合作用不影响发动机当前的输出扭矩。所谓提前点火角，是指从点火时刻起到活塞到达压缩上止点，这段时间内曲轴转过的角度。发动机气缸内的混合气体燃烧有一定的速度，即活塞跳火到气缸内的可燃混合气体完全燃耗需要一定时间，但是由于发动机的转速很高，在这样断电时间内曲轴可以转过很大的角度。若恰好在活塞到达上止点时点火，混合气体开始燃烧时，活塞已经开始向下运动，将导致发动机的功率下降，因此需要通过提前点火来保证可燃混合气体的能量能够有效的利用，从而提高发动机的输出功率。发动机转速越高，其点火提前角就要越大；发动机的输出功率越大，其点火提前角就越小。因此需要综合考虑动态扭矩储备和点火提前角的共同作用效果，以达到在离合器释放过程中，保持发动机当前输出扭矩不变或尽可能不变的目的。

进一步地，增加的所述发动机进气量与发动机当前温度负相关。由于发动机进气量与扭矩储备是对等的关系，所以发动机进气量可以根据扭矩结构模型通过计算得到。

由上述说明可知，上述的扭矩的动态控制方法可应用于抑制发动机在与变速箱结合的过程中的转速波动。在离合器的所述顶开关复位时，离合器与变速箱结合，此时有较大的外部阻力突然作用在发动机上，因此发动机的转速突然大幅度下降。应用上述的扭矩的动态控制方法后，由于提前增加了动态扭矩储备，减小了点火提前角，因此，点火提前角可以快速调整以输出瞬时大扭矩来抵消部分外部阻力，从而大幅减小发动机转速的波动。

综合参看图2、图3和图5，一种包含了上述的扭矩的动态控制方法的抑制发动机转速波动的方法，以离合器底开关复位信号为离合器松开的标志，以离合器顶开关复位信号为离合器结合的标志，包括以下步骤：

S1、踩下离合器，离合器顶开关和底开关依次置位；

S2、松开离合器，若底开关信号复位，则执行S3，若底开关信号置位，则执行S4；

S3、增加动态扭矩储备，执行S5；

S4、动态扭矩储备为0，继续执行S2；

S5、若顶开关信号复位，则执行S6，若顶开关信号置位，则执行S7；

S6、消耗动态扭矩储备，以抵抗外部阻力；

S7、维持动态扭矩储备，继续执行S5。

进一步地，离合器顶开关复位后，步骤S6还包括：

S6、消耗动态扭矩储备，同时增加静态扭矩补偿，直至发动机机输出扭矩与外部阻力达到平衡。

进一步地，步骤S6中，根据公式(1)消耗所述动态扭矩储备。

图6是在离合器结合前后发动机进气量变化曲线和点火提前角变化曲线的对照图。如前所述，发动机进气量的改变意味着所述动态扭矩储备的改变。对照观察图5和图6，也可看出，当发动机进气量开始跳变时，动态内扭矩储备也出现跳跃式改变。同时，呼应于发动机进气量增大，点火提前角大幅减少。

图7是使用扭矩的动态控制方法后发动机转速变化的示意图，由图中曲线可知，发动机转速在离合器底开关信号复位后增加，结合图6可知，此时发动机进气量增加，因此发动机转速增加，这一现象说明本申请所述的扭矩的动态控制方法开始起效，此时为动态扭矩储备阶段。离合器顶开关信号复位说明离合器结合过程结束，此时发动机转速已处于下降过程中，其后经若干秒恢复。经过申请人多次试验的对比数据来看，图7所示的转速变化曲线中，其下降幅度和恢复时间都大大优于未进行动态扭矩控制的车辆。

图8～图10分别是发动机启动时不同温度条件下的动态扭矩储备量示意图、动态扭矩储备延迟时间示意图和静态扭矩补偿量示意图。根据当前发动车辆时发动机冷却水温度的不同，发动机的阻力相应不同，图8～图10均示出了3种不同发动机冷却水温度时相应的动态扭矩储备量、动态扭矩储备延迟时间和静态扭矩补偿量的变化曲线。由图可知，当启动时发动机冷却水温度不同，那么相应的动态扭矩储备量、动态扭矩储备延迟时间和静态扭矩补偿量的起始值也不相同，但曲线的走向是相同的，随着温度的上升而减小的，即温度升高之后，这种控制就不断弱化，甚至不需要了(均无限趋向于0)。

本发明针对手动档交通工具在低温环境下冷启动时发动机转速波动较大，恢复较慢，容易引起熄火，损坏发动机飞轮的缺陷进行了改进。本发明独辟蹊径，从优化发动机的角度入手，提出了扭矩的动态控制方法，从根本上控制了发动机转速的波动，减小了对发动机的损耗，延长了发动机的寿命。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种扭矩的动态控制方法，在手动排档的交通工具中，离合器结合后，发动机输出扭矩与外部阻力达到平衡需经过一延迟时间，其特征在于，在离合器的结合过程中增加发动机的动态扭矩储备；在所述延迟时间内消耗所述动态扭矩储备以抵抗所述外部阻力。

2.如权利要求1所述的扭矩的动态控制方法，其特征在于，离合器结合后增加静态扭矩，与所述动态扭矩储备结合，共同抵抗所述外部阻力。

3.如权利要求2所述的扭矩的动态控制方法，其特征在于，所述静态扭矩根据发动机当前温度变化量增加。

4.如权利要求1所述的扭矩的动态控制方法，其特征在于，所述动态扭矩储备通过增加发动机进气量实现；并且相应减小点火提前角，以减少所述进气量对发动机当前输出扭矩的影响。

5.如权利要求1所述的扭矩的动态控制方法，其特征在于，所述动态扭矩储备在所述延迟时间内按一预定机制消耗。

6.如权利要求5所述的扭矩的动态控制方法，其特征在于，所述预定机制按如下公式消耗所述动态扭矩储备：

其中，T为设定的延迟时间，V_in为预设的最终期望达到的扭矩值，V_n为前一次迭代的值，V_n+1为本次迭代得到的值。

7.如权利要求6所述的扭矩的动态控制方法，其特征在于，所述延迟时间根据发动机冷却水的温度变化量进行设定。

8.一种包含了如权利要求1所述的扭矩的动态控制方法的抑制发动机转速波动的方法，其特征在于，以离合器底开关复位信号为离合器松开的标志，以离合器顶开关复位信号为离合器结合的标志，包括以下步骤：

S1、踩下离合器，离合器顶开关和底开关依次置位；

S2、松开离合器，进入离合器结合过程，若底开关信号复位，则执行S3，若底开关信号置位，则执行S4；

S3、增加动态扭矩储备，执行S5；

S4、动态扭矩储备为0，继续执行S2；

S5、若顶开关信号复位，则进入所述延迟时间内，执行S6，若顶开关信号置位，则执行S7；

S6、消耗动态扭矩储备，以抵抗外部阻力；

S7、维持动态扭矩储备，继续执行S5。

9.如权利要求8所述的抑制发动机转速波动的方法，其特征在于，离合器顶开关复位后，步骤S6还包括：

S6、消耗动态扭矩储备，同时增加静态扭矩补偿，直至发动机机输出扭矩与外部阻力达到平衡。

10.如权利要求8或9所述的抑制发动机转速波动的方法，其特征在于，步骤S6中，根据如下公式消耗所述动态扭矩储备：

其中，T为设定的延迟时间，V_in为预设的最终期望达到的扭矩值，V_n为前一次迭代的值，V_n+1为本次迭代得到的值。