CN112912607B - 用于控制车辆发动机转速的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制车辆内燃发动机转速的方法，所述发动机包括至少一个燃烧室和空气箱，空气和燃料的混合物被喷射到所述燃烧室中，所述空气箱构造成将空气喷射到所述燃烧室中，并且具有由调节蝶形阀控制的空气流量，所述调节蝶形阀具有由致动器的预定位置控制的可变角度位置。该方法包括以下步骤：评估（E1）由施加到所述发动机的多个外部负载产生的所谓“负载”抵抗扭矩，基于经计算的所述负载抵抗扭矩确定（E2）所述致动器的位置，以便确定调节蝶形阀的角度位置，以及控制（E3）致动器的所述位置，以便控制所述发动机转速。

Description

用于控制车辆发动机转速的方法和系统

技术领域

本发明涉及内燃发动机领域，且更具体地涉及一种控制以恒定转速运行的车辆内燃发动机的转速的方法。本发明尤其旨在限制发动机转速的不期望的变化，以便限制损坏发动机或损坏可能由所述车辆供电的任何设备的风险。

背景技术

以已知的方式，车辆内燃发动机包括一个或多个中空的气缸，每个气缸界定一个燃烧室，空气和燃料的混合物喷射到该燃烧室中。该混合物在气缸中被活塞压缩并且被点燃，从而引起活塞在气缸内平移。

发动机每个气缸中活塞的运动驱动称为“曲轴”的驱动轴旋转，该轴经由传动系统允许驱动车轮旋转。曲轴的旋转速度决定了车辆的发动机转速。实际上，曲轴转动地旋转速度越高，发动机转速就越高。

混合物的空气通过一个或多个进气门喷射到燃烧室中，每个进气门连接到进气管道。这种进气门有规律地打开和关闭，以便允许来自空气箱的预定量的空气通过，该空气箱在上游连接到外部空气入口，并且在下游连接到一个或多个壳体，该壳体包括至少一个通常被表示为“蝶形阀”的打开阀，该打开阀被安装成绕轴线旋转。这种称为“蝶形阀壳体”的壳体被构造成允许空气进入发动机气缸燃烧室的进气管道。

蝶形阀被配置为打开或关闭，以便根据蝶形阀的打开角度允许一定量的空气通过，这种打开角度由被称为TPS的角度位置传感器测量，TPS表示的是英文中的“ThrottlePosition Sensor”，“节气门位置传感器”。为此，蝶形阀由致动器驱动旋转，该致动器包括由车辆计算机控制的电动机，且其连接到多个齿轮，从而允许驱动蝶形阀绕其轴线旋转。

以已知的方式，当车辆驾驶员踩下加速踏板时，信息被发送到车辆计算机，车辆计算机控制蝶形阀壳体的电动机，从而控制蝶形阀的打开。蝶形阀的这种打开允许更大量的空气进入燃烧室。然后，计算机基于吸入燃烧室的空气流量读数并行控制车辆的燃料喷射系统，该空气流量是通过安装在蝶形阀壳体中的流量测量传感器测量的。在加速的情况下，更大量的燃料被喷射入燃烧室，从而导致发动机功率的增加。在机动车辆的情况下，发动机转速根据例如车辆速度或发动机保持其速度所需的扭矩而波动，例如当车辆上坡行驶时。

然而，还已知的是，发动机的转速应该保持恒定以便运行。实际上，以已知的方式，以恒定转速运行的车辆（例如发电机或割草机）必须保持规则的转速以限制故障。作为示例，限制由发电机提供的能量的波动是合适的，这种波动的增加可能导致与所述发电机电连接的设备的损坏。类似地，在割草机的情况下，例如，当割草机遇到高草时，为了避免发动机的高减速，有必要控制发动机转速。

为了实现这一点，已知的做法是使用机械或电子调节系统来调节发动机转速。

有些发动机例如装备有化油器，化油器的主要功能是调节进入燃烧室的空气和燃料的混合物的量。为此，化油器通过张紧的弹簧连接到曲轴。当发动机转速降低时，例如在割草机遇到高草的情况下，曲轴以更低的速度转动，并释放连接到化油器的弹簧，导致调节蝶形阀打开，从而增加并再次建立发动机的转速。

然而，这种系统需要发动机转速显著波动以便运行，这具有主要缺点。实际上，当调节系统开始运行时，转速已经崩溃。因此，转速的调节不能是时刻的的，并且发动机转速是逐渐重新建立的，这尤其存在发动机劣化的风险。

对蝶形阀使用电子调节系统也是已知的，例如集成在车辆计算机中的应用，且该应用被配置为电子控制蝶形阀的角度位置，并因此减少进入燃烧室的空气量，从而限制发动机转速。作为示例，当车辆计算机检测到发动机转速的增加时，该应用控制调节蝶形阀的关闭，以便限制引入燃烧室的空气和燃料的混合物的量，从而降低发动机转速。

然而，为了激活应用并开始控制致动器的位置，响应期限是必要的，这通常导致发动机转速被超过并导致其暂时振荡。现在，这种超过和这些振荡可能会对发动机造成过早磨损的风险，从而再次呈现出明显的缺点。

此外，现有技术的调节系统通过控制蝶形阀的预定角度位置来控制发动机的转速，该预定角度位置不必须对应于重新建立发动机转速所需的负载。因此，这种调节系统以如下方式运行：通过规律地重新调节负载的反复试验，允许根据对前一负载的响应来调节发动机转速。这种连续的步骤可能需要相当长的时间，这增加了损坏发动机的风险。

发明内容

因此，本发明的目的是通过提出一种用于控制发动机转速的简单、可靠、有效和快速的解决方案来至少部分地克服这些缺点。

本发明特别涉及一种方法，该方法使得能够快速适应施加到发动机上的外部负载的应用，该外部负载改变了发动机的转速。

一个目的是评估施加到发动机上的负载，并通过提供燃烧发动机扭矩（指示扭矩）和避免等待转速偏差来直接对蝶形阀的打开做出反应。

另一个目的是当发动机负荷消失或大大减少时，减少甚至避免泵送现象。

为此，本发明首先涉及一种用于控制旨在以恒定转速运行的车辆内燃发动机的转速的方法，所述发动机包括至少一个燃烧室和空气箱，空气和燃料的混合物被喷射到所述燃烧室中，所述空气箱被构造成将空气喷射到所述燃烧室中，并且具有由调节蝶形阀控制的空气流量，所述调节蝶形阀具有由致动器的预定位置控制的可变角度位置，所述方法的特征在于其包括以下步骤：

·评估由施加到所述发动机的至少一个外部负载，特别是多个外部负载，产生的所谓的“负载”抵抗扭矩，以便补偿所述负载抵抗扭矩，

·基于所评估的所述负载抵抗扭矩来确定所述致动器的位置，以便确定调节蝶形阀的角度位置，以及

·将致动器控制在基于所评估的所述负载抵抗扭矩而确定的位置中，以便控制所述发动机转速恒定，从而避免所述发动机转速的突然变化，

所述方法还包括以下步骤：

·预先确定由于发动机循环期间燃烧室中的燃烧而产生的所谓“理论”发动机扭矩的曲线，该曲线表示包括至少一个燃烧阶段的完整发动机循环的演变，所述曲线包括：

- 包括所述至少一个燃烧阶段的第一部分，表示该燃烧阶段期间扭矩的变化，用于计算燃烧发动机扭矩，以及

- 不包括所述至少一个燃烧阶段的第二部分，表示负载抵抗扭矩，用于评估该负载抵抗扭矩。

根据本发明的方法有利地使得可以通过控制调节蝶形阀的预期角度位置来预测发动机转速的任何崩溃，使得可以在崩溃发生的时刻补偿这种崩溃。例如，通过限定单独的发动机控制处理（如果发动机基本上承受负载，例如割草机上的刀片连接，或者如果发动机基本上不承受负载，例如在割草机的情况下具有未连接的刀片），并且通过按照所限定的来划分理论扭矩参考曲线，所述方法使得发动机控制不仅能够在例如在一个或多个切割刀片上负载突然变化的情况下更好地做出反应（通过避免发动机转速的崩溃或失控），还可以减少或甚至避免当发动机没有负载或支撑弱负载时的所谓的泵送现象，例如在割草机的情况下当切割刀片未连接时。

优选地，根据本发明的方法还包括以下步骤：

·基于所述理论发动机扭矩的演变曲线确定第一估计量（estimateur），所述第一估计量对应于由多个拐点连接的一系列线段，每个线段表示在燃烧室中的燃烧阶段期间理论发动机扭矩值的变化，并且还包括起始点和最终点，用于计算燃烧发动机扭矩，

·基于所述理论发动机扭矩的演变曲线确定第二估计量，所述第二估计量对应于由两个拐点连接的一系列线段，每个线段位于理论发动机扭矩的演变曲线的零扭矩或基本零扭矩区域中，并且包括起始点和最终点，用于评估负载抵抗扭矩。

线性线段的使用使得可以通过仅使用加法和减法来简化计算，从而使得可以特别地避免在对应于限定所述点的曲轴的确定角度位置的时刻使用校正系数。

优选地，评估负载抵抗扭矩的步骤包括以下子步骤：

·计算由发动机加速产生的所谓“加速”发动机扭矩，

·确定由发动机中的多个摩擦产生的所谓“摩擦”抵抗扭矩，

·计算由所述至少一个燃烧室中的所述空气和燃料的混合物的燃烧产生的所述燃烧发动机扭矩，以及

·根据燃烧发动机扭矩、加速发动机扭矩和摩擦抵抗扭矩计算负载抵抗扭矩。

优选地，所述发动机包括以从基准位置开始的角度位置为特征的曲轴，并且所述至少一个燃烧室具有燃烧阶段，燃烧发动机扭矩的计算包括以下步骤：

·基于理论发动机扭矩的曲线确定第一估计量，所述第一估计量对应于在起始点和最终点之间彼此连接的一系列线段，并且其特征在于多个显著点，每个线段表示燃烧阶段期间扭矩值的变化，所述多个显著点包括起始点、将线段彼此连接的多个拐点以及最终点，

·将起始点、每个拐点和最终点与曲轴的角度位置相关联，

·测量多个时刻，每个时刻对应于曲轴的角度位置，以及

·基于经测量的所述多个时刻计算燃烧发动机扭矩。

计算燃烧发动机扭矩的这些步骤使得可以实际计算燃烧发动机扭矩，该计算借助于允许确定曲轴的位置的已知的传感器以简单的方式进行。

根据本发明的优选方面，由于发动机具有包括至少一个燃烧阶段的完整发动机循环，理论发动机扭矩的曲线表示完整发动机循环的演变，对理论发动机扭矩的曲线的包括所述至少一个燃烧阶段的第一部分执行所述第一估计量的确定，以便确定理论发动机扭矩的曲线的所述第一部分的所述第一估计量。

优选地，理论发动机扭矩的曲线的第一部分包括起始点、四个拐点和最终点，第一估计量取决于六个时刻，并允许基于以下列方式书写的第一等式计算燃烧发动机扭矩：

其中：

·k是取决于内燃发动机惯性的系数，

·N [rpm]对应于在发动机循环期间借助于曲轴的角度位置测量的发动机转速，

·T1 [ms]对应于第一估计量的起始点的时刻，

·T2到T5 [ms]分别对应于从第一估计量的起始点到最终点的四个拐点的时刻，以及

·T6 [ms]对应于第一估计量的最终点的时刻。

这种计算有利地允许通过取决于多个时刻并且针对曲轴的精确位置来触发的简单计算来确定燃烧发动机扭矩，这些时刻可以借助于集成在计算机中的时钟来确定。

可选地，由于发动机具有包括至少一个燃烧阶段的完整发动机循环，所述理论发动机扭矩的曲线表示完整发动机循环的演变，因此负载抵抗扭矩的计算是针对所述理论发动机扭矩的曲线的不包括所述至少一个燃烧阶段的第二部分执行的，并且包括基于第二估计量、在考虑理论发动机扭矩的曲线的所述第二部分的显著时刻的基础上来估计负载抵抗扭矩，并且根据这个估计的负载抵抗扭矩和发动机转速来确定致动器的位置。

根据本发明的优选方面，在该替代实施例中，理论发动机扭矩的曲线的第二部分包括作为显著时刻的起始点、两个拐点和最终点，第二估计量取决于四个时刻，并且允许基于以下列方式书写的第二等式来计算负载抵抗扭矩：

其中：

·k是取决于内燃发动机惯性的系数，

·N对应于在发动机循环期间借助于曲轴的角度位置测量的发动机转速，并且

·T1对应于第二估计量的起始点的时刻，

·T2和T3分别对应于从第二估计量的起始点到最终点的两个拐点的时刻，以及

·T4对应于第二估计量的最终点的时刻。

这种计算有利地允许通过取决于多个时刻并且针对曲轴的精确位置来触发的简单计算来确定燃烧发动机扭矩，这些时刻可以借助于集成在计算机中的时钟来确定。

可选地，以有利的方式，调节蝶形阀的角度位置基于取决于发动机转速和负载抵抗扭矩的双输入端表格（table à double entrées）来确定。这种替代实施例有利地使得可以通过基于已知的发动机转速和负载抵抗扭矩简单地确定这种角度位置来预测调节蝶形阀的角度位置。

优选地，摩擦抵抗扭矩对应于预定的扭矩值。

本发明还涉及一种车辆计算机，所述车辆包括旨在以恒定转速运行的内燃发动机，所述内燃发动机包括至少一个燃烧室和空气箱，空气和燃料的混合物被喷射到所述燃烧室中，所述空气箱被构造成将空气喷射到所述燃烧室中，并且具有由调节蝶形阀控制的空气流量，所述调节蝶形阀具有由致动器的预定位置控制的可变角度位置，所述计算机被构造成：

·评估由施加到所述发动机上的多个外部负载产生的所谓的“负载”抵抗扭矩，

·基于所评估的所述负载抵抗扭矩确定所述致动器的位置，以便确定调节蝶形阀的角度位置，以及

·将致动器控制在基于所评估的所述负载抵抗扭矩而确定的位置中，以便调控发动机转速恒定，

·预先确定由于发动机循环期间燃烧室中的燃烧而产生的所谓“理论”发动机扭矩的曲线，该曲线表示包括至少一个燃烧阶段的完整发动机循环的演变，所述曲线包括：

- 包括所述至少一个燃烧阶段的第一部分，表示该燃烧阶段期间扭矩的变化，用于计算燃烧发动机扭矩，以及

- 不包括所述至少一个燃烧阶段的第二部分，表示负载抵抗扭矩，用于评估该负载抵抗扭矩。

根据本发明的一个方面，计算机被配置成：

·基于所述理论发动机扭矩的演变曲线确定第一估计量，所述第一估计量对应于由多个拐点连接的一系列线段，每个线段表示在燃烧室中的燃烧阶段期间理论发动机扭矩值的变化，并且还包括起始点和最终点，用于计算燃烧发动机扭矩，

·基于所述理论发动机扭矩的演变曲线确定第二估计量，所述第二估计量对应于由两个拐点连接的一系列线段，每个线段位于理论发动机扭矩的演变曲线的零扭矩或基本零扭矩区域中，并且包括起始点和最终点，用于评估负载抵抗扭矩。

优选地，所述发动机包括以从基准位置开始的角度位置为特征的曲轴，并且所述至少一个燃烧室具有燃烧阶段，为了计算燃烧发动机扭矩，计算机被配置成：

·基于所述理论发动机扭矩的曲线确定第一估计量，所述第一估计量对应于在起始点和最终点之间彼此连接的一系列线段，并且其特征在于多个显著点，每个线段表示燃烧阶段期间扭矩值的变化，所述多个显著点包括起始点、将线段彼此连接的多个拐点以及最终点，

·将起始点、每个拐点和最终点与曲轴的角度位置相关联，

·测量多个时刻，每个时刻对应于曲轴的角度位置，以及

·基于经测量的所述多个时刻计算燃烧发动机扭矩。

根据本发明的优选方面，由于发动机具有包括至少一个燃烧阶段的完整发动机循环，所述理论发动机扭矩的曲线表示完整发动机循环的演变，计算机被配置为针对理论发动机扭矩的曲线的包括所述至少一个燃烧阶段的第一部分确定所述第一估计量，以便允许确定理论发动机扭矩的曲线的所述第一部分的所述第一估计量。

优选地，由于理论发动机扭矩的曲线的第一部分包括起始点、四个拐点和最终点，计算机被配置成基于六个时刻确定第一估计量，并基于以下列方式书写的第一等式计算燃烧发动机扭矩（TQ_Ind）：

其中：

·k是取决于内燃发动机惯性的系数，

·N对应于在发动机循环期间借助于曲轴的角度位置测量的发动机转速，

·T1对应于第一估计量的起始点的时刻，

·T2到T5分别对应于从第一估计量的起始点到最终点的四个拐点的时刻，以及

·T6对应于第一估计量的最终点的时刻。

可选地，由于发动机具有包括至少一个燃烧阶段的完整发动机循环，所述理论发动机扭矩的曲线表示完整发动机循环的演变，因此计算机被配置为确定理论发动机扭矩的曲线的不包括所述至少一个燃烧阶段的第二部分的第二估计量。

根据本发明的优选方面，在该替代实施例中，理论发动机扭矩的曲线的第二部分包括起始点、两个拐点和最终点，计算机被配置成基于四个时刻确定第二估计量，并基于以下列方式书写的第二等式来计算负载抵抗扭矩TQ_Load：

其中：

·k是取决于内燃发动机惯性的系数，

·N对应于在发动机循环期间借助于曲轴的角度位置测量的发动机转速，并且

·T1对应于第二估计量的起始点的时刻，

·T2和T3分别对应于从第二估计量的起始点到最终点的两个拐点的时刻，以及

·T4对应于第二估计量的最终点的时刻。

这种计算有利地允许通过取决于多个时刻并且针对曲轴的精确位置来触发的简单计算来确定燃烧发动机扭矩，这些时刻可以借助于集成在计算机中的时钟来确定。

可选地，以有利的方式，计算机被配置成基于取决于发动机转速和负载抵抗扭矩的双入口表格来确定调节蝶形阀的角度位置。

有利地，计算机被配置成基于所述内燃发动机的惯性和平均发动机转速来计算加速发动机扭矩。

优选地，计算机被配置成基于预定的扭矩值确定摩擦抵抗扭矩。

本发明还涉及一种车辆，该车辆包括具有恒定发动机转速的发动机和如上所述的计算机。

最后，本发明包括发电机，该发电机包括具有恒定马达转速的马达和如上所述的计算机。

附图说明

通过阅读以下描述，本发明的其他特征和优点将变得更加清楚。该描述纯粹是说明性的，并且应该参考附图来阅读，其中：

- 图1示意性地示出了内燃发动机和这种内燃发动机的空气箱的调节蝶形阀。

- 图2是计算机和车辆发动机之间信息和信号交换的示意图。

- 图3描述了燃烧室中所谓“理论”发动机扭矩的演变。

- 图4示出了图3的发动机扭矩演变的第一估计量。

- 图5示出了图3的负载扭矩演变的第二估计量。

- 图6示意性地示出了根据本发明的方法的一个实施例。

具体实施方式

根据本发明的系统和方法出于在发电机或割草机中实现的目的而在下面给出。然而，本发明也涵盖不同环境中的任何实施方式，尤其是用于包括其转速必须恒定的发动机的任何车辆。

如上所述，参考图1，例如割草机类型的车辆包括内燃发动机1，内燃发动机1包括至少一个中空的气缸11，在该示例中为单个气缸11，气缸11限定了燃烧室11A，活塞12在燃烧室11A中滑动，活塞12的运动由从引入燃烧室11A的空气和燃料的混合物的燃烧获得的气体的压缩和膨胀驱动。活塞12连接到曲轴13，由活塞12的向上运动和向下运动驱动旋转的曲轴13允许车辆的发动机1被驱动。

曲轴13的旋转速度限定了车辆的发动机转速，也就是说，当发动机1运行时由曲轴13执行的每分钟转数。例如，在割草机或发电机的情况下，这种发动机转速保持恒定是合适的。因此，无论外部条件如何，发动机1的扭矩必须适配用于使转速保持不变。实际上，发动机1的扭矩对应于发动机1必须提供的力，例如以确保曲轴13以期望的旋转速度转动，也就是说在这种情况下以预定的恒定转速转动。

曲轴13的旋转速度的测量是基于这种曲轴13的角度位置确定的。为了获知这种角度位置，仍然参考图1，曲轴13包括带齿的轮130，带齿的轮130包括预定数量的规则间隔的齿以及对应于曲轴13的基准位置的无齿空间。由于这种带齿的轮130本身是已知的，因此这里不再详细描述。

位置传感器16面向带齿的轮130安装，以便允许检测基准位置和计数从该基准位置开始在位置传感器16前面行进的齿数。更具体地，位置传感器16传送表示齿的通过的信号，这允许计算机30确定曲轴13从0°到360°的角度位置。

应当记得，在这样的发动机1中，空气和燃料分别通过连接到凸轮轴15的进气门14A和排气门14B引入和排出。被引起旋转的凸轮轴15交替地允许进气门14A和排气门14B的打开和关闭，分别在进气管道16A和排气管道16B中滑动。每个进气管道16A允许空气从进气系统通过直到进入气缸11的燃烧室11A。

为此，进气系统包括连接到空气箱22的蝶形阀壳体20。空气箱22构造成吸入从车辆外部向上游散发的空气流，并将其引入连接到燃烧室11A的进气管道16A。

仍然参考图1，为了调节空气流的流量，蝶形阀壳体20包括调节蝶形阀21，其采取截止阀的形式，被配置成允许或停止空气的通过。在该示例中，本发明针对包括单个调节蝶形阀21的蝶形阀壳体20进行了描述；然而，不言而喻，蝶形阀壳体20可以包括不同数量的蝶形阀壳体，特别是在发动机1包括多个燃烧室11A并因此包括多个进气管道16A的情况下。

为了允许调节空气流的流量，调节蝶形阀21被安装成绕轴线旋转，并且被构造成在打开位置和关闭位置之间改变，其中在打开位置，蝶形阀壳体20中的空气流量最大，而在关闭位置，这种空气流量为零。

调节蝶形阀21的位置由致动器23驱动旋转，致动器23包括由车辆计算机30控制的电动机，且其连接到多个齿轮，从而允许驱动调节蝶形阀21绕其轴线旋转。

在发动机1以恒定转速运行的情况下，本发明有利地使得能够提前控制致动器23的位置，以便控制调节蝶形阀21的角度位置，目的是限制发动机转速的波动。实际上，本发明通过预测调节蝶形阀21的角度位置的控制，使得防止发动机转速的波动成为可能。

为此，车辆包括计算机30，该计算机30被配置成允许实现根据本发明的方法。

实际上，根据本发明的优选实施例，车辆计算机30被配置成评估由施加到所述发动机1的多个外部负载产生的所谓的“负载”抵抗扭矩，表示为TQ_Load，目的是补偿这种外部负载。在割草机的示例中，当割草机例如遇到高草时，要切割的草的高度的增加以及因此密度的增加会导致发动机转速的降低。负载抵抗扭矩TQ_Load的确定有利地使得可以通过控制调节蝶形阀21的预期角度位置来预测这种崩溃，使得可以在这种崩溃发生之前对其进行补偿。

然后，计算机30被另外配置成根据所评估的负载抵抗扭矩TQ_Load来确定致动器23的位置，以便确定调节蝶形阀21的角度位置，并且配置成控制致动器23的这种位置，以便允许调节发动机转速。

根据本发明的一个优选实施例，负载抵抗扭矩TQ_Load以下列方式评估：

其中：

·TQ_Ind [N.m]：由燃烧室11A中空气和燃料的混合物燃烧产生的所谓“燃烧”发动机扭矩，

·TQ_Fr [N.m]：由作用在发动机1中的多个摩擦产生的所谓“摩擦”发动机扭矩，

·TQ_Acc [N.m]：由发动机1加速产生的所谓“加速”发动机扭矩。

因此，为了评估负载抵抗扭矩TQ_Load，计算机30被配置为同时计算加速驱动发动机扭矩TQ_Acc、确定摩擦抵抗扭矩TQ_Fr和计算燃烧发动机扭矩TQ_Ind。

为此，参考图2，计算机30被配置成从曲轴13的带齿的轮130的位置传感器16接收表示齿的通过的信号，从而允许计算机30根据基准位置的检测来确定曲轴13从0°到360°的角度位置。然后，计算机30被配置成根据所述曲轴13的角度位置在预定持续时间内的演变来确定曲轴13的旋转速度。

此外，由于发动机1的惯性是预定的且已知的，计算机30被配置成根据曲轴13的旋转速度和发动机1的惯性来确定加速发动机扭矩TQ_Acc。根据一个示例性实施例，计算机30被配置成基于以下等式计算加速发动机扭矩TQ_Acc：

其中：

·J：发动机的惯性，单位为kg.m²

·：发动机的惯性，单位为N.m/rpm²

·：曲轴的加速度，单位为rad/s²

·N：发动机转速（N_n和N_n-1表示的是在曲轴的第n转和第n-1转时的发动机转速），单位为rpm。

摩擦抵抗扭矩TQ_Fr表示由作用在发动机1中的多个摩擦产生的发动机扭矩，并且在该示例中对应于预定的已知项。实际上，计算机30被配置为例如存储这样的摩擦抵抗扭矩TQ_Fr的值，以便将该值直接结合到负载抵抗扭矩TQ_Load的计算中。

此外，为了确定燃烧发动机扭矩TQ_Ind，计算机30被配置成：

·基于理论发动机扭矩TQ_T的演变曲线确定第一估计量，第一估计量对应于由多个拐点连接的一系列线段，每个线段表示发动机循环的燃烧阶段期间扭矩值的变化，该第一估计量另外包括起始点和最终点，

·执行起始点、每个拐点和最终点与曲轴13的角度位置之间的相关联，

·测量多个时刻，每个时刻对应于曲轴13的角度位置，以及

·根据测量的时刻计算燃烧发动机扭矩TQ_Ind。

具体地，图3描绘了由于空气和燃料的混合物在燃烧室11中燃烧而导致的发动机扭矩TQ_T的理论演变的示例。图3中描绘的示例示出了包括两个气缸11并因此包括两个燃烧室11A的发动机1的这种演变。因此，曲线上描绘的负峰值的两个阶段P1、P3分别示出了第一燃烧室11A中空气和燃料的混合物的压缩（P1）和第二燃烧室11A中空气和燃料的混合物的压缩（P3），曲线上描绘的正峰值的两个演变阶段P2、P4分别示出了第一燃烧室11A中这种混合物的燃烧（P2）和第二燃烧室11A中这种混合物的燃烧（P4）。

在该示例中，发动机循环CM（也就是说空气和燃料的混合物在发动机1的两个燃烧室11A中的燃烧）因此包括两个燃烧阶段，并且针对曲轴13的四分之一圈，也就是说所述曲轴13旋转90°而进行。

图3所示的所谓理论发动机扭矩TQ_T的该演变曲线是已知的，并且可以有利地预定或预先确定。发动机扭矩TQ_T的演变曲线可以以已知的方式获得，也就是说优选地从理论上基于燃烧方程获得，但是也可以替代地通过在发动机预校准期间测量扭矩，例如基于放置在发动机的每个燃烧室中的压力传感器且基于在整个发动机循环期间转换成发动机扭矩。该扭矩在本文件中被称为“理论”扭矩，是通过理论途径线获得扭矩的优选方式；显然，如果对它进行测量，它就不再是严格意义上的“理论上的”，但保持了它的参考特性。对于根据本发明的方法的应用，该扭矩测量的解决方案是完全可以设想的。

如上所述预先确定的并在图3中描绘的理论发动机扭矩TQ_T的曲线包括：

·包括所述至少一个燃烧阶段的第一部分，表示该燃烧阶段期间扭矩的变化，用于计算燃烧发动机扭矩TQ_Ind，以及

·不包括所述至少一个燃烧阶段的第二部分，表示负载抵抗扭矩TQ_Load，用于评估该负载抵抗扭矩。

参考图4和图5，计算机30被配置成根据这种演变分别确定第一估计量和第二估计量。根据优选实施例，第一估计量例如基于表示燃烧室11A中理论扭矩TQ_T的演变的曲线的零均值卷积来实现。具体地，燃烧室11A中扭矩TQ_T的演变的卷积与燃烧发动机扭矩TQ_Ind成比例。这种卷积本身是已知的，在本文中将不再详细描述。

以优选的方式，两个实施例可以由上述计算机实现。在割草机的示例中，这两个实施例分别对应于其中刀片接合或连接的割草机（第一实施例），也就是说外力施加到刀片上并因此施加到发动机上，以及对应于其中刀片自由或未连接的割草机（第二实施例），即没有接合或者没有来自切割刀片的任何外力施加到发动机上。

根据第一实施例，参考图4，表示为第一估计量的估计量对应于由多个拐点I1、I2、I3、I4连接的一系列线段S1、S2、S3、S4、S5，每个线段表示燃烧室11A中燃烧阶段期间（也就是说，例如在P1和P2阶段期间）扭矩值的变化。这种第一估计量另外包括起始点A和最终点B。

因此，第一线段S1表示在起始点A和第一拐点I1之间第一燃烧室11A中扭矩TQ_T的演变的估计；第二线段S2表示第一拐点I1和第二拐点I2之间的扭矩TQ_T的演变的估计；第三线段S3表示第二拐点I2和第三拐点I3之间的扭矩TQ_T的演变的估计；第四线段S4表示第三拐点I3和第四拐点I4之间的扭矩TQ_T的演变的估计；第五线段S5表示第一燃烧室11A中的扭矩TQ_T在第四拐点I4和最终点B之间的演变的估计。

因此，表示扭矩值变化的每个线段要么具有负斜率（线段S3），要么具有正斜率（线段S1和S5），要么具有零斜率（线段S2和S4）。根据一个示例性实施例，由于零斜率线段在扭矩值上没有变化，所以只有斜率不为零的线段被用于确定燃烧发动机扭矩TQ_Ind。

为此，由于这种第一估计量是针对发动机循环CM的燃烧阶段实现的，起始点A、最终点B和每个拐点I1、I2、I3、I4对应于曲轴13的已知角度位置。由于发动机1的旋转速度以及曲轴13的旋转速度是已知的，带齿的轮130的每个齿，也就是说每个角度位置，对应于从发动机循环CM开始的给定时刻。因此，计算机30被配置成记录取决于发动机1和发动机转速的六个时刻T1、T2、T3、T4、T5和T6。

作为示例，对于双气缸发动机，其中两个气缸偏移曲轴13的90°旋转，当计算机30检测到曲轴13的以下位置时，分别记录时刻t 1、T2、T3、T4、T5和T6：第一时刻T1对应于如下的曲轴13的角度位置，在该角度位置，第一气缸11的活塞12进入表示为上止点的高位置，并且针对从对应于第一气缸11中活塞12的上止点的曲轴13的角度位置开始旋转45°角度而记录时刻T2。以类似的方式，时刻T3、T4、T5和T6分别对应于针对从对应于第一气缸11中活塞12的上止点位置的曲轴13的角度位置开始旋转105°、195°、255°和300°角度而记录的时刻。

有利地，由时刻T1、T2、T3、T4、T5和T6限定的线段的斜率以这样的方式选择，使得由一系列线段S1、S2、S3、S4、S5限定的曲线的积分为零。这使得可以使曲线的正部分与燃烧的正部分对齐。

线段的使用使得可以通过仅使用加法和减法来简化计算，从而使得可以特别地避免在时刻T1、T2、T3、T4、T5和T6上使用校正系数。

根据本发明的优选实施例，时钟（未示出）集成在计算机30中，以允许记录对应于曲轴13的每个预定角度位置的时刻T1、T2、T3、T4、T5和T6。

然后，计算机30被配置成计算三个持续时间d0、d1、d2，这三个持续时间对应于与非零斜率的三个线段，即S1线段、S3线段、S5线段相关的三个时刻差。

基于这些持续时间并因此基于这些时刻，在该示例中基于以下等式计算燃烧发动机扭矩TQ_Ind：

其中：

·k：取决于发动机惯性的已知系数，

·d0：具有正斜率的第一线段S1的持续时间[ms]，即时刻T1和T2之间的持续时间，

·d1：具有负斜率的第三线段S3的持续时间[ms],即时刻T3和T4之间的持续时间，

·d2：具有正斜率的第五线段S5的持续时间[ms]，即时刻T5和T6之间的持续时间，以及

·N：借助于带齿的轮130的位置传感器16测量的发动机转速[rpm]。

因此，这样的等式也可以用下面的方式来写：

即：

如上所述，计算机30因此使得可以评估燃烧发动机扭矩TQ_Ind。

在第二实施例中，参考图5，被表示为第二估计量的估计量对应于由两个拐点I1、I2连接的一系列线段S1、S2、S3，所有的线段都位于理论发动机扭矩TQ_T的零值或基本零值的部分中。这种第二估计量另外包括起始点A和最终点B。这样的第二估计量使得可以直接确定负载抵抗扭矩TQ_Load。

因此，第一线段S1表示在起始点A和第一拐点I1之间扭矩TQ_T的演变的估计；第二线段S2表示第一拐点I1和第二拐点I2之间的扭矩TQ_T的演变的估计；第三线段S3表示第二拐点I2和最终点B之间的扭矩TQ_T的演变的估计。

由于三个部分位于零理论扭矩区域中，卷积的结果对燃烧扭矩不敏感，且只对负载抵抗扭矩敏感。

表示扭矩值变化的每个线段都具有负斜率（线段S3）或正斜率（线段S1）或零斜率（线段S2）。由于零斜率线段的扭矩值没有变化，因此在本示例中，只有斜率不为零的线段用于确定负载抵抗扭矩TQ_Load。

为此，以类似于第一估计量的方式，在发动机循环期间实现这种第二估计量，起始点A、最终点B和每个拐点I1、I2对应于曲轴13的已知位置，也就是说对应于曲轴13的带齿的轮130的精确齿。由于发动机1的旋转速度以及因此的曲轴13的旋转速度是已知的，带齿的轮130的每个齿对应于从发动机循环开始的给定时刻。因此，计算机30被配置成记录取决于根据发动机1和发动机转速的四个时刻T1、T2、T3、T4。

作为示例，对于双气缸发动机，其中两个气缸偏移曲轴13的90°旋转，当计算机30检测到曲轴13的以下位置时，分别记录时刻T1、T2、T3和T4：针对从对应于第二气缸11中活塞12的上止点的曲轴13的角度位置开始旋转270°角度而记录第一时刻T1；针对从对应于第二气缸11中活塞12的上止点的曲轴13的角度位置开始旋转315°角度而记录时刻T2；针对从对应于第二气缸11中活塞12的上止点的曲轴13的角度位置开始旋转390°角度而记录时刻T3；并且针对从对应于第二气缸11中活塞12的上止点的曲轴13的角度位置开始旋转435°角度而记录时刻T4。

根据本发明第二实施例的优选改进，时钟（未示出）集成在计算机30中，以便允许记录对应于曲轴13的每个预定角度位置的时刻T1、T2、T3、T4。

然后，计算机30被配置成计算两个持续时间d0、d1，这两个持续时间d0、D1对应于与非零斜率的两个线段（也就是说，S1、S3线段）相关的两个时刻差。

基于这些持续时间并因此基于这些时刻，在该示例中基于以下等式计算负载抵抗扭矩TQ_Load：

其中：

·k：取决于发动机惯性的已知系数，

·d0：具有正斜率的第一线段S1的持续时间（以毫秒为单位），即时刻T1和T2之间的持续时间，

·d1：具有负斜率的第三线段S3的持续时间（以毫秒为单位）,即时刻T3和T4之间的持续时间，以及

·N：借助于带齿的轮130的位置传感器16测量的发动机转速，单位为rpm（每分钟转数）。

因此，这样的等式也可以用下面的方式来写：

因此，如上所述，计算机30使得可以直接评估负载抵抗扭矩TQ_Load。

参考图6，现在将呈现根据上述第一实施例的用于控制以恒定转速运行的发动机转速的方法，其中，为计算燃烧发动机扭矩TQ_Ind而确定的估计量对应于上述第一估计量（刀片接合或连接）。在该第一实施例中，估计量因此在发动机循环CM的燃烧阶段期间实现。

首先，在步骤E0中，计算机30例如借助于离合器传感器（capteur d'embrayage）评估割草机的刀片是否接合，然后在步骤E1中计算负载抵抗扭矩TQ_Load，在步骤E2中根据所计算的所述负载抵抗扭矩TQ_Load确定致动器23的位置，以便确定调节蝶形阀21的角度位置，并且在步骤E3中控制致动器23处于所述位置中，以便控制所述发动机转速。

如果计算机在步骤E0中检测到刀片被接合/连接，则同时基于加速发动机扭矩TQ_Acc、对应于预定值的摩擦抵抗扭矩TQ_Fr（发动机的函数）和燃烧发动机扭矩TQ_Ind来评估负载抵抗扭矩TQ_Load，其中加速发动机扭矩TQ_Acc是基于曲轴13的旋转速度和发动机1的惯性计算的。

在这种情况下，以优选的方式，在步骤E1，该方法包括计算加速发动机扭矩TQ_Acc的第一子步骤F1，随后是确定摩擦抵抗扭矩TQ_Fr的第二子步骤F2。

步骤E1然后包括确定扭矩的第一估计量的子步骤F3，扭矩的第一估计量的特征在于在多个时刻出现的起始点A、最终点B和一个或多个拐点I1、I2、I3、I4，在该示例中为六个时刻T1、T2、T3、T4、T5、T6。

在子步骤F4中，计算机30将起始点A、最终点B和每个拐点I1、I2、I3、I4与曲轴13的角度位置相关联，并因此与给定的时刻T1、T2、T3、T4、T5、T6相关联。

在子步骤F5中，计算机30借助于时钟测量每个时刻T1、T2、T3、T4、T5、T6。例如，在实践中，时钟将借助于位置传感器16检测到曲轴13的预定角度位置中的一个时的每个时刻传输到计算机30。

然后，在子步骤F6中，如上所述，计算机基于所测量的时刻T1、T2、T3、T4、T5和T6计算燃烧发动机扭矩TQ_Ind。

接下来，在步骤E2中，计算机30基于所计算的负载抵抗扭矩TQ_Load确定致动器23的位置，以便确定调节蝶形阀21的角度位置。

然后，在步骤E3，计算机30将致动器23控制在所确定的位置中，以便控制发动机转速并预测失控或崩溃。

作为示例，调节蝶形阀21的角度位置可以基于取决于发动机转速和负载抵抗扭矩TQ_Load的双输入端表格来确定。具体地，根据一个示例性实施例，这种表格可以以实验或理论的方式来创建，并存储在车辆的计算机30中。一旦发动机转速已知并且已经计算出负载抵抗扭矩TQ_Load，计算机30可以被配置成直接从表格中读取调节蝶21的角度位置的值，并且经由致动器23的位置来应用这样的角度位置。

如果计算机30在步骤E0中检测到刀片没有接合，则计算机30在步骤E1中使用第二估计量来评估负载抵抗扭矩TQ_Load。

在这种情况下，以优选的方式，在步骤E1，该方法包括基于考虑曲线的第二部分的显著时刻T1、T2、T3、T4来估计负载扭矩。更准确地说，确定第二估计量，并且通过将起始点A、最终点B和每个拐点I1、I2与曲轴13的角度位置相关联，并且因此与给定的时刻（在该示例中是四个时刻T1、T2、T3、T4）相关联而由计算机30记录多个时刻。时刻T1、T2、T3、T4是借助于时钟测量的，该时钟将通过位置传感器16检测到曲轴13的预定角度位置中的一个时的每个时刻传输到计算机30。

接下来，在步骤E2中，计算机30基于估计的负载抵抗扭矩TQ_Load和发动机转速确定致动器23的位置，以便确定调节蝶形阀21的角度位置。

然后，在步骤E3，计算机30将致动器23控制在所确定的位置中，以便控制发动机转速并预测失控或崩溃。

这种方法有利地允许发动机转速的快速和反应性适应，使得有可能预测例如发动机转速的崩溃，而无需等待这种发动机转速的变化来补偿它。因此，根据本发明的方法使得能够限制发动机转速的波动，使得能够限制对这种发动机造成损坏的风险以及在适当的情况下对由发动机供给的设备造成损坏的风险。

Claims (11)

1.一种用于控制旨在以恒定转速运行的车辆内燃发动机（1）的转速的方法，所述发动机（1）包括至少一个燃烧室（11A）和空气箱（22），空气和燃料的混合物被喷射到所述燃烧室（11A）中，空气箱（22）被构造成将空气喷射到所述燃烧室（11A）中，并且具有由调节蝶形阀（21）控制的空气流量，所述调节蝶形阀（21）具有由致动器（23）的预定位置控制的可变角度位置，所述方法的特征在于其包括以下步骤：

·评估（E1）由施加到所述发动机（1）的至少一个外部负载产生的所谓的“负载”抵抗扭矩（TQ_Load），以便补偿所述负载抵抗扭矩（TQ_Load），

·基于所评估的所述负载抵抗扭矩（TQ_Load）来确定（E2）所述致动器（23）的位置，以便确定所述调节蝶形阀（21）的角度位置，以及

·将致动器（23）控制（E3）在基于所评估的所述负载抵抗扭矩（TQ_Load）而确定的位置中，以便控制所述发动机转速恒定，

所述方法还包括以下步骤：

·预先确定由于发动机循环期间燃烧室（11A）中的燃烧而产生的所谓“理论”发动机扭矩（TQ_T）的曲线，所述曲线表示包括至少一个燃烧阶段的完整发动机循环（CM）的演变，所述曲线包括：

- 包括所述至少一个燃烧阶段的第一部分，表示所述燃烧阶段期间扭矩的变化，用于计算燃烧发动机扭矩（TQ_Ind），以及

- 不包括所述至少一个燃烧阶段的第二部分，表示负载抵抗扭矩（TQ_Load），用于评估所述负载抵抗扭矩。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

·基于所述理论发动机扭矩（TQ_T）的演变曲线确定第一估计量，所述第一估计量对应于由多个拐点（I1、I2、I3、I4）连接的一系列线段（S1、S2、S3、S4、S5），每个线段表示在燃烧室（11A）中的燃烧阶段期间理论发动机扭矩值的变化，并且还包括起始点（A）和最终点（B），用于计算所述燃烧发动机扭矩（TQ_Ind），

·基于所述理论发动机扭矩（TQ_T）的演变曲线确定第二估计量，所述第二估计量对应于由两个拐点（I1、I2）连接的一系列线段（S1、S2、S3），每个线段位于理论发动机扭矩（TQ_T）的演变曲线的零扭矩区域中，并且包括起始点（A）和最终点（B），用于评估所述负载抵抗扭矩（TQ_Load）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中评估所述负载抵抗扭矩（TQ_Load）的步骤（E1）包括以下子步骤：

·计算（F1）由发动机（1）的加速产生的所谓“加速”发动机扭矩（TQ_Acc），

·确定（F2）由发动机（1）中的多个摩擦产生的所谓“摩擦”抵抗扭矩（TQ_Fr），

·计算由所述至少一个燃烧室（11A）中的所述空气和燃料的混合物的燃烧产生的所述燃烧发动机扭矩（TQ_Ind），以及

·根据燃烧发动机扭矩（TQ_Ind）、加速发动机扭矩（TQ_Acc）和摩擦抵抗扭矩（TQ_Fr）计算负载抵抗扭矩（TQ_Load）。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述发动机（1）包括以从基准位置开始的角度位置为特征的曲轴（13），并且所述至少一个燃烧室（11A）具有燃烧阶段，所述燃烧发动机扭矩（TQ_Ind）的计算包括以下步骤：

·基于所述理论发动机扭矩（TQ_T）的所述演变曲线确定（F3）第一估计量，所述第一估计量对应于在起始点（A）和最终点（B）之间彼此连接的一系列线段（S），并且其特征在于多个显著点，每个线段（S）表示燃烧阶段期间扭矩值的变化，所述多个显著点包括起始点（A）、将线段（S）彼此连接的多个拐点（I）和最终点（B），

·将起始点（A）、每个拐点（I）和最终点（B）与曲轴（13）的角度位置相关联（F4），

·测量（F5）多个时刻（T），每个时刻（T）对应于曲轴（13）的角度位置，以及

·基于经测量的所述多个时刻（T）计算（F6）燃烧发动机扭矩。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，由于发动机（1）具有包括至少一个燃烧阶段的完整发动机循环（CM），理论发动机扭矩（TQ_T）的所述曲线表示完整发动机循环（CM）的演变，对理论发动机扭矩（TQ_T）的所述曲线的包括所述至少一个燃烧阶段的第一部分执行所述第一估计量的确定，以便确定曲线的所述第一部分的所述第一估计量。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，理论发动机扭矩（TQ_T）的曲线的第一部分包括起始点（A）、四个拐点（I1、I2、I3、I4）和最终点（B），第一估计量取决于六个时刻（T1、T2、T3、T4、T5、T6），并允许基于以下列方式书写的第一等式计算燃烧发动机扭矩（TQ_Ind）：

其中：

·k是取决于内燃发动机（1）惯性的系数，

·N对应于在发动机循环期间借助于曲轴（13）的角度位置测量的发动机转速，

·T1对应于第一估计量的起始点的时刻，

·T2至T5分别对应于从第一估计量的起始点（A）到最终点（B）的四个拐点（I1，I2，I3，I4）的时刻，以及

·T6对应于第一估计量的最终点（A）的时刻。

7.根据权利要求2所述的方法，其中，由于发动机（1）具有包括至少一个燃烧阶段的完整发动机循环（CM），所述理论发动机扭矩（TQ_T）的曲线表示完整发动机循环（CM）的演变，因此负载抵抗扭矩（TQ_Load）的计算是针对所述理论发动机扭矩（TQ_T）的曲线的不包括所述至少一个燃烧阶段的第二部分执行的，并且包括基于第二估计量、在考虑理论发动机扭矩（TQ_T）的曲线的所述第二部分的显著时刻的基础上来估计负载抵抗扭矩，并且根据这个估计的负载抵抗扭矩和发动机转速来确定致动器的位置。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，理论发动机扭矩（TQ_T）的曲线的第二部分包括起始点（A）、两个拐点（I1、I2）和最终点，所述第二估计量取决于四个时刻（T1、T2、T3、T4），并且允许基于以下列方式书写的第二等式来计算负载抵抗扭矩（TQ_Load）：

其中：

·k是取决于内燃发动机（1）惯性的系数，

·N对应于在发动机循环期间借助于曲轴（13）的角度位置测量的发动机转速，并且

·T1对应于第二估计量的起始点的时刻，

·T2和T3分别对应于从第二估计量的起始点（A）到最终点（B）的两个拐点（I1，I2）的时刻，以及

·T4对应于所述第二估计量的最终点的时刻。

9.根据权利要求3所述的方法，其中所述摩擦抵抗扭矩（TQ_Fr）对应于预定的扭矩值。

10.一种车辆计算机（30），所述车辆包括旨在以恒定转速运行的内燃发动机（1），所述内燃发动机包括至少一个燃烧室（11A）和空气箱（22），空气和燃料的混合物被喷射到所述燃烧室中，所述空气箱被构造成将空气喷射到所述燃烧室（11A）中，并且具有由调节蝶形阀（21）控制的空气流量，所述调节蝶形阀（21）具有由致动器（23）的预定位置控制的可变角度位置，所述计算机（30）被构造成：

·评估由施加到所述发动机（1）上的多个外部负载产生的所谓的“负载”抵抗扭矩（TQ_Load），

·基于所评估的所述负载抵抗扭矩（TQ_Load）确定所述致动器（23）的位置，以便确定所述调节蝶形阀（21）的角度位置，以及

·将致动器（23）控制在基于所评估的所述负载抵抗扭矩（TQ_Load）而确定的位置中，以便调控发动机转速恒定，

·预先确定由于发动机循环期间燃烧室（11A）中的燃烧而产生的所谓“理论”发动机扭矩（TQ_T）的曲线，所述曲线表示包括至少一个燃烧阶段的整个发动机循环（CM）的演变，所述曲线包括：

- 包括所述至少一个燃烧阶段的第一部分，表示所述燃烧阶段期间扭矩的变化，用于计算燃烧发动机扭矩（TQ_Ind），以及

- 不包括所述至少一个燃烧阶段的第二部分，表示负载抵抗扭矩（TQ_Load），用于评估所述负载抵抗扭矩。

11.一种车辆，包括具有恒定发动机转速的发动机（1）和如前一项权利要求所述的计算机（30）。

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