CN110645111B - 发动机怠速稳定性控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开发动机怠速稳定性控制方法，包括下述步骤：10)监测发动机在怠速工况下的第一转速信号和负荷信号；20)判断发动机是否处于怠速不稳定工况，若是，执行步骤30)，若否，返回至步骤10)；30)调整发动机参数，直至发动机处于怠速稳定工况。当发动机处于怠速不稳定工况时，能够根据发动机的当前转速和负荷自动调整发动机参数，以促进发动机处于怠速稳定状态，因此，能够降低发动机怠速工况下因负荷变化而处于不稳定状态的风险，从而提高发动机怠速工况时的稳定性，提高车辆的舒适性。本发明还公开发动机怠速稳定性控制系统。

Description

发动机怠速稳定性控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及发动机控制技术领域，特别涉及发动机怠速稳定性控制方法及控制系统。

背景技术

车辆振动水平受发动机激励水平、传递路径隔振能力以及整车响应水平的综合影响，现有车辆的隔振方式通常为被动隔振，具体为：动力总成与车身之间通过悬置结构连接，来自动力总成的振动激励经悬置结构衰减后再传递至车身，被动隔振能力取决于悬置结构的隔振特性，而车辆的响应特性不仅受悬置结构的隔振特性影响，还受车身结构的影响。

在怠速工况下，发动机作为激励源在激励特性确定的情况下，一旦怠速转速确定，发动机在怠速工况下将一定的激励水平经隔振系统传递至整车，尽管发动机在怠速工况下转速相对稳定，但是，仍然会受到一些特定负荷的变化，比如发电负荷、机械负荷等，这些负荷的变化(比如转速的突然升高或降低)同样能够导致发动机在怠速下出现不平稳的工作状态，从而导致车辆出现间歇性抖动，出现冲击振动现象，影响车辆的舒适性体验。

有鉴于此，如何提供一种发动机怠速稳定性控制方法，能够提高发动机怠速工况下的稳定性，从而提高车辆的舒适性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的为提供发动机怠速稳定性控制方法，包括下述步骤：

10)监测发动机在怠速工况下的第一转速信号和负荷信号；

20)判断发动机是否处于怠速不稳定工况，若是，执行步骤30)，若否，返回至步骤10)；

30)调整发动机参数，直至发动机处于怠速稳定工况。

可选地，步骤10)包括：

11)获取所述第一转速信号的第一长周期信号和短周期信号；

步骤20)包括：

21)判断所述第一长周期信号是否稳定，若是，返回至步骤10)，若否，进行步骤22)；

22)判断是否同时满足：所述负荷信号不大于第一预定负荷、所述短周期信号未处于第一稳定阈值范围内，若是，则判定发动机处于怠速低负荷工况，并执行步骤30)；若否，则判定发动机未处于所述怠速低负荷工况。

可选地，步骤22)中，发动机未处于所述怠速低负荷工况时，进行下述步骤：

23)判断是否同时满足：所述负荷信号大于第二预定负荷、所述短周期信号未处于第二稳定阈值范围内，若是，则判定发动机处于怠速高负荷工况，并执行步骤30)；若否，则判定发动机未处于所述怠高负荷工况，并返回至步骤10)。

可选地，步骤11)包括：

12)监测蓄电池的电压信号；

步骤22)具体为：

221)判断是否同时满足：所述负荷信号不大于所述第一预定负荷、所述短周期信号未处于所述第一稳定阈值范围内、所述电压信号大于第一预定电压，若是，则判定发动机处于所述怠速低负荷工况，并执行步骤30)；若否，则判定发动机未处于所述怠速低负荷工况。

可选地，步骤11)还包括：

12)监测蓄电池的电压信号；

步骤23)具体为：

231)判断是否同时满足：所述负荷信号大于所述第二预定负荷、所述短周期信号未处于所述第二稳定阈值范围内、所述电压信号小于所述第二预定电压，若是，则判定发动机处于所述怠速高负荷工况，并执行步骤30)；若否，则判定发动机未处于所述怠速高负荷工况，并返回至步骤10)。

可选地，步骤10)中，还监测发动机的第二转速信号，所述第二转速信号为发动机调整参数后的转速，并获取所述第二转速信号的第二长周期信号；

步骤30)包括：

31)判断所述第二长周期信号是否稳定，若否，则继续调整发动机参数，若是，则判定发动机处于所述怠速稳定工况。

可选地，将所述第一转速信号进行10Hz低通滤波获取所述第一长周期信号，进行10Hz高通滤波获取所述短周期信号；将所述第二转速信号进行10Hz低通滤波获取所述第二长周期信号。

另外，本发明还公开发动机怠速稳定性控制系统，包括：

转速采集装置，用于采集发动机怠速工况下的第一转速信号；

负荷采集装置，用于采集发动机怠速工况下的负荷信号；

控制装置，用于根据所述转速采集装置和所述负荷采集装置所采集的信号判断发动机是否处于怠速不稳定工况，且发动机处于所述怠速不稳定工况时，能够发出控制信号，以调整发动机参数。

可选地，还包括低通滤波器和高通滤波器，所述低通滤波器用于获取所述第一转速信号的第一长周期信号，所述高通滤波器用于获取所述第一转速信号的短周期信号；

所述控制装置能够根据所述第一长周期信号、所述短周期信号和所述负荷信号判断发动机是否处于所述怠速不稳定工况。

可选地，进一步包括电压采集装置，用于采集蓄电池的电压信号；

所述控制装置能够根据所述第一长周期信号、所述短周期信号、所述负荷信号和所述电压信号判断发动机是否处于所述怠速不稳定工况。

可选地，所述转速采集装置还用于采集参数调整后发动机的第二转速信号，所述低通滤波器还用于获取所述第二转速信号的第二长周期信号；

所述控制装置还能够所述第二长周期信号判断调整参数后的发动机是否处于怠速稳定工况。

本发明中，当发动机处于怠速不稳定工况时，能够根据发动机的当前转速和负荷自动调整发动机参数，以促进发动机处于怠速稳定状态，因此，能够降低发动机怠速工况下因负荷变化而处于不稳定状态的风险，从而提高发动机怠速工况时的稳定性，提高车辆的舒适性。

附图说明

图1为本发明所提供发动机怠速稳定性控制系统在一种具体实施例中的结构框图；

图2为本发明所提供发动机怠速稳定性控制方法在第一种具体实施例中的流程图；

图3为怠速低负荷工况时发动机怠速稳定性控制方法的流程图；

图4为怠速高负荷工况时发动机怠速稳定性控制方法的流程图。

图1中：

1转速采集装置、2负荷采集装置、3电压采集装置、4控制装置、5节气门、6喷油器、7执行器。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考附图1-4，其中，图1为本发明所提供发动机怠速稳定性控制系统在一种具体实施例中的结构框图；图2为本发明所提供发动机怠速稳定性控制方法在第一种具体实施例中的流程图；图3为怠速低负荷工况时发动机怠速稳定性控制方法的流程图；图4为怠速高负荷工况时发动机怠速稳定性控制方法的流程图。

在一种具体实施例中，本发明提供一种发动机怠速稳定性控制方法和发动机怠速稳定性控制系统，如图2所示，该发动机怠速稳定性控制方法包括下述步骤：

S10：监测发动机在怠速工况下的第一转速信号和负荷信号。

如图1所示，该发动机怠速稳定性控制系统具体包括转速采集装置1，用于采集发动机怠速工况下的第一转速信号；还包括负荷采集装置2，用于采集发动机怠速工况下的负荷信号。

其中，第一转速信号为发动机曲轴信号盘的原始转速信号，负荷信号指的是发动机占空比控制信号或输出电流强度信号，该负荷为发动机处于怠速工况时受到各种外界负荷，例如发电负荷或机械负荷等。具体地，上述转速采集装置1可为转速传感器。

上述第一转速信号和负荷信号为发动机怠速工况下任意时刻的瞬时信号，能够表征该时刻发动机所处的工况。

S20：判断发动机是否处于怠速不稳定工况，若是，执行步骤S30，若否，返回至步骤S10；

S30：调整发动机参数，直至发动机处于怠速稳定工况。

同时，如图1所示，该发动机怠速稳定性控制系统还包括控制装置4，该控制装置用于根据转速采集装置1和负荷采集装置2所采集的第一转速信号和负荷信号判断发动机是否处于怠速不稳定工况，若该控制装置1判定发动机处于怠速不稳定工况，则发出控制信号，调整发动机参数，若该控制装置1判定发动机处于怠速稳定工况，则继续进行上述判断过程。

具体地，如图1所示，该控制装置1还与发动机的节气门5、喷油器6以及其他执行器7相连(电连接或信号连接)，当判定发动机处于怠速不稳定工况时，通过控制节气门5、喷油器6以及执行器7开启，以改变发动机的当前参数，直至发动机重新处于怠速稳定工况。

可以理解，本发明中的怠速稳定工况指的是发动机怠速时，其转速与负荷相匹配，且能够根据负荷调整转速，从而使得发动机处于该转速下的稳定状态。

本发明中，当发动机处于怠速不稳定工况时，能够根据发动机的当前转速和负荷自动调整发动机参数，以促进发动机处于怠速稳定状态，因此，能够降低发动机怠速工况下因负荷变化而导致的不稳定状态，从而提高发动机怠速工况时的稳定性，提高车辆的舒适性。

另外，本发明中的发动机怠速稳定性控制系统结构简单，无需设置复杂的控制部件，也无需增加额外的传感器，利用车辆和发动机自身的传感器和控制装置即可实现发动机怠速稳定性控制，因此，还具有成本低的优点。

具体地，如图3所示，步骤S10具体包括：

S11：获取第一转速信号的第一长周期信号和短周期信号。

同时，上述发动机怠速稳定性控制系统还包括低通滤波器和高通滤波器，其中，低通滤波器用于获取第一转速信号的第一长周期信号，高通滤波器用于获取第一转速信号的短周期信号。转速信号的长周期信号为转速信号的长周期部分，其能够表征发动机的转速水平，短周期信号为转速信号的短周期部分，其能够表征发动机的负荷水平。因此，通过特定的滤波器，能够将第一转速信号中表征转速和表征负荷的部分分离开来。

具体地，上述低通滤波器和高通滤波器的频率均可为10Hz。

基于此，上述步骤S20具体包括：

S21：判断第一长周期信号是否稳定，若是，返回至步骤S10，若否，进行步骤S22；

其中，第一长周期信号是否稳定可通过判断该第一长周期信号在预定时间内的峰值是否处于一个阈值范围，例如，若第一长周期信号在10秒之内能够趋于稳定，代表发动机此时的转速稳定，处于怠速稳定工况。

S22：判断是否同时满足：负荷信号小于或等于第一预定负荷、短周期信号不处于第一稳定阈值范围内，若是，则判定发动机处于怠速低负荷工况，并执行步骤S30，若否，则判定发动机未处于怠速低负荷工况。

其中，第一预定负荷指的是发动机处于怠速低负荷工况时的最大负荷，若负荷信号低于该第一预定负荷，则发动机可能处于怠速低负荷工况，该第一预定负荷具体可根据发电机能力和电器负荷获得，可设置为发电机能力或电器负荷的40％。第一稳定阈值指的是发动机处于怠速低负荷工况时短周期信号的稳定值或稳定范围，若短周期信号远离该第一稳定阈值，表征第一转速信号的短周期信号不稳定，即发动机转速的波动水平较高，发动机可能处于怠速不稳定工况。

为了实现该步骤，控制装置4预存有上述第一预定负荷和第一稳定阈值，还能够根据第一长周期信号的大小、短周期信号与第一稳定阈值的关系，以及负荷信号与第一预定负荷的关系判断发动机是否处于怠速低负荷工况。

进一步地，上述步骤S22中，当发动机未处于怠速低负荷工况时，继续进行下述步骤：

S23：判断是否同时满足：负荷信号大于第二预定负荷、短周期信号未处于第二稳定阈值范围内，若是，则判定发动机处于怠速高负荷工况，并执行步骤S30；若否，则判定发动机未处于怠高负荷工况，并返回至步骤S10。

其中，第二预定负荷指的是发动机处于怠速高负荷工况时的最小负荷，若此时的负荷信号高于该第二预定负荷，则发动机可能处于怠速高负荷工况，该第二预定负荷也可根据发动机型号设定，例如可设置为发动机额定负荷的70％。第二稳定阈值指的是发动机处于怠速高负荷工况时短周期信号的稳定值或稳定范围，若短周期信号远离该第二稳定阈值，表征第一转速信号的短周期信号不稳定，即发动机可能存在造成不稳定工况的负荷，发动机可能处于怠速不稳定工况。

基于此，控制装置4还预存有上述第二预定负荷和第二稳定阈值，还能够根据第一长周期信号的大小、短周期信号与第二稳定阈值的关系，以及负荷信号与第二预定负荷的关系判断发动机是否处于怠速高负荷工况。

进一步地，上述步骤S11还包括：

S12：监测蓄电池的电压信号。

其中，蓄电池的电压信号能够表征电池的容量，因此，如图1所示，该发动机怠速稳定性控制系统还包括电压采集装置3，该电压采集装置3采集的蓄电池电压信号能够传递至控制装置4。

同时，上述步骤S22具体为：

S221：判断是否同时满足：负荷信号小于第一预定负荷、短周期信号不处于第一稳定阈值范围内、电压信号大于第一预定电压，若是，则判定发动机处于怠速低负荷工况，并执行步骤S30)；若否，则判定发动机未处于怠速低负荷工况。

其中，第一预定电压为蓄电池充满电时的电压，例如该第一预定电压可为14V，也可根据蓄电池型号设定第一预定电压的具体数值。

蓄电池电压通常来源于发动机，若蓄电池电压过大(例如超过其满电电压)表征发动机用于其它负荷的能量较少，其大部分能量用于为蓄电池充电，从而能够进一步表明该发动机处于怠速低负荷工况。

本实施例中，第一转速信号的短周期信号、发动机的负荷信号以及蓄电池的电压信号均能够表征发动机该时刻的负荷，当同时考虑上述三方面的因素时，判断发动机工况的准确性更高，从而提高控制精度。

同时，如图4所示，步骤S23具体为：

S231：判断是否同时满足：负荷信号大于第二预定负荷、短周期信号未处于第二稳定阈值范围内、电压信号小于第二预定电压，若是，则判定发动机处于怠速高负荷工况，并执行步骤S30；若否，则判定发动机未处于怠速高负荷工况，并返回至步骤S10。

其中，当蓄电池的电压信号过低，低于第二预定电压时，表征发动机负载较高，对蓄电池的充电能力降低，该第二预定电压可根据蓄电池的型号设定。

同样地，当同时考虑第一转速的短周期信号、发动机的负荷信号以及蓄电池的电压信号时，判断发动机是否处于怠速高负荷工况的准确性更高。

综上所述，本发明中，首先根据第一转速信号的第一长周期信号判断发动机的瞬时转速是否稳定，若不稳定，表示发动机处于怠速不稳定工况，进一步地，考虑第一转速的短周期信号、发动机的负荷信号以及蓄电池的电压信号三方面的因素判定发动机处于怠速高负荷工况还是怠速低负荷工况。

以上各实施例中，步骤S10中，还监测发动机调整参数后的第二转速信号，并根据该第二转速信号得到第二长周期信号。

如图1所示，转速采集装置1还用于采集参数调整后发动机的第二转速信号，上述低通滤波器还用于获取第二转速信号的第二长周期信号。

如上所述，该第二长周期信号能够表征第二转速信号的转速是否稳定。

基于此，步骤S30中，具体包括：

S31：判断调整参数后的第二长周期信号是否稳定，若否，则继续调整发动机参数，若是，则判定发动机处于怠速稳定工况。

为了实现该步骤，控制装置1还能够第二长周期信号判断调整参数后的发动机是否处于怠速稳定工况。

其中，第二长周期信号是否稳定可通过判断该第二长周期信号在预定时间内的峰值是否处于一个阈值范围，例如，若第二长周期信号在10秒之内能够趋于稳定，代表发动机调整参数后的转速稳定，处于怠速稳定工况。

以上对本发明所提供的发动机怠速稳定性控制方法及控制系统均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.发动机怠速稳定性控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

10）监测发动机在怠速工况下的第一转速信号和负荷信号；

20）判断发动机是否处于怠速不稳定工况，若是，执行步骤30），若否，返回至步骤10）；

30）调整节气门开度和喷油量，直至发动机处于怠速稳定工况，其中，怠速稳定工况指发动机怠速时，其转速与负荷相匹配，且能够根据负荷调整转速，以使发动机处于该转速下的稳定状态；

步骤10）包括：

11）将所述第一转速信号进行低通滤波获取第一长周期信号，进行高通滤波获取短周期信号；

步骤20）包括：

21）通过判断第一长周期信号在预定时间内的峰值是否处于阈值范围，来判断所述第一长周期信号是否稳定，若是，返回至步骤10），若否，进行步骤22）；

22）判断是否同时满足：所述负荷信号不大于第一预定负荷、所述短周期信号未处于第一稳定阈值范围内，若是，则判定发动机处于怠速低负荷工况，并执行步骤30）；若否，则判定发动机未处于所述怠速低负荷工况；

步骤22）中，发动机未处于所述怠速低负荷工况时，进行下述步骤：

23）判断是否同时满足：所述负荷信号大于第二预定负荷、所述短周期信号未处于第二稳定阈值范围内，若是，则判定发动机处于怠速高负荷工况，并执行步骤30）；若否，则判定发动机未处于所述怠速 高负荷工况，并返回至步骤10）。

2.根据权利要求1所述的发动机怠速稳定性控制方法，其特征在于，步骤11）包括：

12）监测蓄电池的电压信号；

步骤22）具体为：

221）判断是否同时满足：所述负荷信号不大于所述第一预定负荷、所述短周期信号未处于所述第一稳定阈值范围内、所述电压信号大于第一预定电压，若是，则判定发动机处于所述怠速低负荷工况，并执行步骤30）；若否，则判定发动机未处于所述怠速低负荷工况。

3.根据权利要求1所述的发动机怠速稳定性控制方法，其特征在于，步骤11）还包括：

12）监测蓄电池的电压信号；

步骤23）具体为：

231）判断是否同时满足：所述负荷信号大于所述第二预定负荷、所述短周期信号未处于所述第二稳定阈值范围内、所述电压信号小于所述第二预定电压，若是，则判定发动机处于所述怠速高负荷工况，并执行步骤30）；若否，则判定发动机未处于所述怠速高负荷工况，并返回至步骤10）。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的发动机怠速稳定性控制方法，其特征在于，步骤10）中，还监测发动机的第二转速信号，所述第二转速信号为发动机调整参数后的转速，并获取所述第二转速信号的第二长周期信号；

步骤30）包括：

31）判断所述第二长周期信号是否稳定，若否，则继续调整发动机参数，若是，则判定发动机处于所述怠速稳定工况。

5.根据权利要求4所述的发动机怠速稳定性控制方法，其特征在于，将所述第一转速信号进行10Hz低通滤波获取所述第一长周期信号，进行10Hz高通滤波获取所述短周期信号；将所述第二转速信号进行10Hz低通滤波获取所述第二长周期信号。

6.发动机怠速稳定性控制系统，用于执行权利要求1-5任一项所述发动机怠速稳定性控制方法，其特征在于，包括：

转速采集装置（1），用于采集发动机怠速工况下的第一转速信号；

负荷采集装置（2），用于采集发动机怠速工况下的负荷信号；

控制装置（4），用于根据所述转速采集装置（1）和所述负荷采集装置（2）所采集的信号判断发动机是否处于怠速不稳定工况，且发动机处于所述怠速不稳定工况时，能够发出控制信号，以调整发动机参数；

低通滤波器和高通滤波器，所述低通滤波器用于获取所述第一转速信号的第一长周期信号，所述高通滤波器用于获取所述第一转速信号的短周期信号；

所述控制装置（4）能够根据所述第一长周期信号、所述短周期信号和所述负荷信号判断发动机是否处于所述怠速不稳定工况。

7.根据权利要求6所述的发动机怠速稳定性控制系统，其特征在于，进一步包括电压采集装置（3），用于采集蓄电池的电压信号；

所述控制装置（4）能够根据所述第一长周期信号、所述短周期信号、所述负荷信号和所述电压信号判断发动机是否处于所述怠速不稳定工况。

8.根据权利要求6或7所述的发动机怠速稳定性控制系统，其特征在于，所述转速采集装置（1）还用于采集参数调整后发动机的第二转速信号，所述低通滤波器还用于获取所述第二转速信号的第二长周期信号；

所述控制装置（4）还能够所述第二长周期信号判断调整参数后的发动机是否处于怠速稳定工况。

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