CN112963251A - 一种发动机转矩与转速的协调控制方法 - Google Patents

一种发动机转矩与转速的协调控制方法 Download PDF

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龙美彪
欧阳玲湘
黄民备
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Abstract

本发明公开了一种发动机转矩与转速的协调控制方法，包括如下步骤：步骤S1，对接收的报文数据进行解析；步骤S2，报文诊断过程；步骤S3，消息分组过程；步骤S4，消息仲裁过程；步骤S5，控制参数集确定；步骤S6，发动机执行。本发明不仅实现了J1939通讯协议中发动机转矩与转速控制的优点,还具有如下优点：1、对通讯协议的简化或模糊的地方进行了细化，减少了二义性；2、在通讯协议中控制优先级的基础上扩展了源地址优先级定义，解决了多个控制系统的转矩与转速控制需求协调问题，简化了仲裁过程，提高了效率；3、根据系统运行工况，动态选择预先定义的控制和限制优先级,增加了发动机转矩与转速控制的灵活性和适应性。

Description

一种发动机转矩与转速的协调控制方法
技术领域
本发明涉及汽车、工程机械和农业装备、固定电站的发动机控制方法,特别涉及一种发动机转矩与转速的协调控制方法。
背景技术
随着对汽车安全性、舒适性、排放性和经济性要求的日益严格，车辆上电器和相应的电子控制单元(Electronic Control Unit，简称ECU)越来越多，不同的外部设备可对发动机发出转矩和/或转速请求，如车辆起步阶段，为了在起步时能够平稳顺畅地结合挡位，变速箱会对发动机发出转矩限制需求，发动机的转矩输出曲线必须按照变速箱的转矩限制曲线输出，否则会出现车辆起步发冲或偏慢等问题，这导致车辆各电子控制单元间的数据交换越来越复杂，对控制信息的共享交互提出了更高的要求。
CAN总线以其优异性能在汽车局域网中占有重要地位。J1939标准是美国汽车工程师协会(Society of Automotive Engineers，简称SAE)按照ISO的开放式数据互联模型定义的七层基准参考模型制定的，适用于卡车及其挂车、客车、工程机械、农业装备等的国际通用协议，采用串行通讯协议CAN(Controller Area Network)作为其核心网络协议。SAEJ1939协议已经成为各大车辆部件制造商均支持的重要通讯协议，目前，该协议在欧洲、美国、日本等国家广泛应用。
CAN总线数据传输采用短帧结构，每帧数据域最多为8个字节，可以满足控制系统中控制命令、控制参数、状态信息等数据长度要求。同时0-8个字节的数据传输不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。J1939协议中规定了可疑参数编号(SuspectParameter Number，简称SPN)是一个用来标识电控单元特殊元件、部件或参数的编号。一个参数组号码(Parameter Group Number，简称PGN)包含一个或多个参数，如发动机转速、冷却液温度等，每个参数分配一个SPN。应用层中根据一定规则将多个参数进行了有序的组合规划，使得8个数据字节的数据域得以充分利用，如发动机转矩与转速控制参数是以PGN 0为组合单元。J1939协议中详细规定了转矩与转速控制信息的编码定义，但没有明确发动机转矩与转速相关的详细协调控制方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种发动机转矩与转速的协调控制方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种发动机转矩与转速的协调控制方法，包括如下步骤：
步骤S1，对接收的报文数据进行解析；
步骤S2，报文诊断过程；
步骤S3，消息分组过程；
步骤S4，消息仲裁过程；
步骤S5，控制参数集确定；
步骤S6，发动机执行。
在本发明的一个优选实施例中，所述步骤S1的对接收的报文数据进行解析具体是：
根据报文标识符编码定义，判定该报文是否为PGN0，如果不是则直接结束，否则，从协议数据单元中解析出源地址，并记录报文接收时间；再根据报文数据编码定义，分别解析出各个参数，包括控制模式、转速控制工况、控制优先级、控制/限制转速值、控制/限制转矩百分比、传输循环率、控制目的、高精度转矩、消息计数和校验。
在本发明的一个优选实施例中，所述步骤S2的报文诊断过程具体是：根据步骤S1解析得到的参数进行校验和诊断、消息计数诊断和超范围诊断；并将无故障的消息加入到消息队列中。
在本发明的一个优选实施例中，所述校验和诊断具体是：
首先进行判断校验和参数是否等于0xF，如果等于，则表示禁用校验和错误诊断，直接通过；否则报文前7个数据字节和消息计数的值相加的结果如果等于校验和参数，则通过，否则判定校验和故障；计算方法如下：
Figure BDA0002948077300000021
S＝((S1＞＞6)+(S1＞＞3)+S1)&0x0F
式中，S1为7个数据字节、标识符字节与消息计数的和；di为数据字节；mj为标识符字节，c为消息计数；S为计算校验和。
在本发明的一个优选实施例中，所述消息计数诊断具体是：首先判断消息计数是否等于0xF，如果等于，则表示禁用消息计数诊断，如果大于0且小于8，则判定消息计数故障。
在本发明的一个优选实施例中，所述超范围诊断具体是：分为转速和转矩两种诊断；首先进行转速超范围诊断，判定转速值是否超出发动机当前允许转速范围，超出则报转速值超范围故障；再进行转矩超范围诊断，判定转矩值是否超出发动机当前允许转矩范围，超出则报转矩值超范围故障。
在本发明的一个优选实施例中，所述步骤S3的消息分组过程具体是：依次对消息队列中的每条消息进行消息超时诊断。
在本发明的一个优选实施例中，所述依次对消息队列中的每条消息进行消息超时诊断具体是：根据传输循环率和超时诊断时间阈值确定超时时间窗口，它与消息的报文接收时间和ECU当前时间的时间间隔进行比较，判断是否出现消息超时故障；如果该消息未出现超时故障，接着判断队列中是否存在相同源地址消息，如果存在，则和并相同源地址属性的消息，合并方式是保留最新消息；再根据消息的控制模式，分别将此消息加到控制组或限制组。
在本发明的一个优选实施例中，所述步骤S4的消息仲裁过程具体是：首先确定优先权，如果仅有控制组或限制组，则不需要确定优先权，否则根据系统运行工况，动态选择预先定义的控制和限制优先级，默认采用控制优先级高于限制优先级的逻辑，即如果控制组存在控制信息，则不需要处理限制组信息，当然系统也支持控制与限制同时存在的情况。系统运行工况是根据选定关键属性，来确定发动机状态；
接着在控制组或限制组中根据各个消息的控制优先级进行排序，选择最高优先级的消息；如果同时存在两个及以上的消息，则根据发动机ECU中源地址优先级进行判定，源地址优先级可根据车辆实际情况预先定义；
在仲裁阶段，如果仅有控制组或限制组，则相应的获胜者直接成为最终获胜者，否则对于控制与限制同时存在的情况；
最后对最终获胜者进行范围限制，即通过发动机的最低请求转速阈值和最高请求转速阈值对转速需求进行限制，通过发动机的最小请求转矩阈值、最大请求转矩阈值对转矩需求进行限制后得到相应控制指令。
在本发明的一个优选实施例中，所述在仲裁阶段，如果仅有控制组或限制组，则相应的获胜者直接成为最终获胜者，否则对于控制与限制同时存在的情况具体是：先进行优先权判断，如果两组获胜者的优先级不同，则选择最高优先级的消息作为最终获胜者；如果两组获胜者的优先级相同，且控制组获胜者的转速值或转矩百分比位于限制组获胜者的转速值或转矩百分比范围中，则两组获胜者的数据经过综合后作为最终获胜指令；如果两组获胜者的优先级相同，但是控制组获胜者的转速值或转矩百分比位于限制组获胜者的转速值或转矩百分比范围之外，控制组获胜者成为最终获胜者。
在本发明的一个优选实施例中，所述步骤S5的控制参数集确定具体是：当最终获胜消息中包含转速控制信息时，根据转速控制工况在预先设定的发动机转矩与转速控制参数集中进行选择，进而影响发动机转速控制的响应性和稳定性。
在本发明的一个优选实施例中，所述步骤S6的发动机执行具体是：电子控制单元将消息仲裁过程确定的控制信息和控制参数集的确定过程中选定的控制参数集作为控制指令传递给发动机相应执行器。
由于采用了如上的技术方案，本发明对接收的报文数据进行解析；报文诊断过程，包括校验和诊断、消息计数和超范围诊断；消息分组过程；消息仲裁过程；结合转速控制工况确定发动机转矩与转速控制的参数集，进而影响发动机转矩与转速控制的响应性和稳定性。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
本发明不仅实现了J1939通讯协议中发动机转矩与转速控制的优点,如通用性、兼容性、交互性和拓展性等,而且增加了如下优点：1、对J1939通讯协议中为了适应性而简化或模糊的地方进行了细化，减少了二义性；2、在J1939通讯协议中控制优先级的基础上扩展了源地址优先级定义，解决了多个控制系统的转矩与转速控制需求协调问题，简化了仲裁过程，提高了效率；3、根据系统运行工况，动态选择预先定义的控制和限制优先级,增加了发动机转矩与转速控制的灵活性和适应性。
附图说明
图1是本发明提供的一种发动机转矩与转速的协调控制实施流程图。
图2是报文诊断过程图。
图3是消息分组过程图。
图4是消息仲裁过程图。
图5是仲裁逻辑图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
本发明提供一种发动机转矩与转速的协调控制方法，该方法通过对接收的报文进行数据解析，报文诊断过程，包括校验和诊断、消息计数和超范围诊断，消息分组过程，消息仲裁过程，结合转速控制工况确定发动机转矩与转速控制的参数集，进而影响发动机转矩与转速控制的响应性和稳定性。
如图1所示，为本实施例提供的一种发动机转矩与转速的协调控制方法实施流程，包括：
步骤S1，对接收的报文数据进行解析；
根据报文标识符编码定义，判定该报文是否为PGN0，如果不是则直接结束，否则，从协议数据单元(Protocol Data Unit，简称PDU)中解析出源地址，并记录报文接收时间；再根据报文数据编码定义，分别解析出各个参数，包括控制模式、转速控制工况、控制优先级、转速(控制/限制)值、转矩(控制/限制)百分比、传输循环率、控制目的、高精度转矩、消息计数和校验和。
步骤S2，报文诊断过程；
如图2所示，根据步骤S1解析得到的参数进行校验和、消息计数和超范围诊断；并将无故障的消息加入到消息队列中。
校验和诊断：首先进行判断校验和参数是否等于0xF，如果等于，则表示禁用校验和错误诊断，直接通过；否则报文前7个数据字节和消息计数的值相加的结果如果等于校验和参数，则通过，否则判定校验和故障。计算方法如下：
Figure BDA0002948077300000061
S＝((S1＞＞6)+(S1＞＞3)+S1)&0x0F
式中，S1为7个数据字节、标识符字节与消息计数的和；di为数据字节；mj为标识符字节，c为消息计数；S为计算校验和。
消息计数诊断：首先判断消息计数是否等于0xF，如果等于，则表示禁用消息计数诊断，如果大于0且小于8，则判定消息计数故障。
超范围诊断：分为转速和转矩两种诊断。首先进行转速超范围诊断，判定转速值是否超出发动机当前允许转速范围，超出则报转速值超范围故障；再进行转矩超范围诊断，判定转矩值是否超出发动机当前允许转矩范围，超出则报转矩值超范围故障；
步骤S3，消息分组过程；
如图3所示，依次对消息队列中的每条消息进行消息超时诊断：
根据传输循环率和超时诊断时间阈值确定超时时间窗口，它与消息的报文接收时间和ECU当前时间的时间间隔进行比较，判断是否出现消息超时故障。
如果该消息未出现超时故障，接着判断队列中是否存在相同源地址消息，如果存在，则和并相同源地址属性的消息，合并方式是保留最新消息。
再根据消息的控制模式，分别将此消息加到控制组或限制组。
步骤S4，消息仲裁过程；
如图4所示，首先确定优先权，如果仅有控制组或限制组，则不需要确定优先权，否则根据系统运行工况，动态选择预先定义的控制和限制优先级，默认采用控制优先级高于限制优先级的逻辑，即如果控制组存在控制信息，则不需要处理限制组信息，当然系统也支持控制与限制同时存在的情况。系统运行工况是根据选定关键属性，例如发动机转速、温度、负荷百分比、控制目的等关键属性来确定发动机状态，并非所有属性都是关键属性，属性的顺序规则不同，可能导致不同的结果。不同发动机状态可以对应预先定义的优先级。
接着在控制组或限制组中根据各个消息的控制优先级进行排序，选择最高优先级的消息；如果同时存在两个及以上的消息，则根据发动机ECU中源地址优先级进行判定，源地址优先级可根据车辆实际情况预先定义。
在仲裁阶段，如果仅有控制组或限制组，则相应的获胜者直接成为最终获胜者，否则对于控制与限制同时存在的情况，如图5所示，先进行优先权判断，如果两组获胜者的优先级不同，则选择最高优先级的消息作为最终获胜者；如果两组获胜者的优先级相同，且控制组获胜者的转速值或转矩百分比位于限制组获胜者的转速值或转矩百分比范围中，则两组获胜者的数据经过综合后作为最终获胜指令；如果两组获胜者的优先级相同，但是控制组获胜者的转速值或转矩百分比位于限制组获胜者的转速值或转矩百分比范围之外，控制组获胜者成为最终获胜者。
最后对最终获胜者进行范围限制，即通过发动机的最低请求转速阈值和最高请求转速阈值对转速需求进行限制，通过发动机的最小请求转矩阈值、最大请求转矩阈值对转矩需求进行限制后得到相应控制指令。
步骤S5，控制参数集确定；
当最终获胜消息中包含转速控制信息时，根据转速控制工况在预先设定的4个发动机转矩与转速控制参数集中进行选择，进而影响发动机转速控制的响应性和稳定性。
步骤S6，发动机执行；
电子控制单元将消息仲裁过程确定的控制信息和控制参数集的确定过程中选定的控制参数集作为控制指令传递给发动机相应执行器。
由上述实施例的技术方案可以看出，本实施例简单、高效。结合转速控制工况确定发动机转矩与转速控制的参数集，进而影响发动机转矩与转速控制的响应性和稳定性。
本发明不仅实现了J1939通讯协议中发动机转矩与转速控制的优点,如通用性、兼容性、交互性和拓展性等,而且增加了如下优点：1、对J1939通讯协议中为了适应性而简化或模糊的地方进行了细化，减少了二义性；2、在J1939通讯协议中控制优先级的基础上扩展了源地址优先级定义，解决了多控制系统的转矩与转速控制需求问题，简化了仲裁过程，提高了效率；3、根据系统运行工况，动态选择预先定义的控制和限制优先级,增加了发动机转矩与转速控制的灵活性和适应性。具有良好的使用价值。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种发动机转矩与转速的协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，对接收的报文数据进行解析；
步骤S2，报文诊断过程；
步骤S3，消息分组过程；
步骤S4，消息仲裁过程；
步骤S5，控制参数集确定；
步骤S6，发动机执行。
2.如权利要求1所述的一种发动机转矩与转速的协调控制方法，其特征在于，所述步骤S1的对接收的报文数据进行解析具体是：
根据报文标识符编码定义，判定该报文是否为PGN0，如果不是则直接结束，否则，从协议数据单元中解析出源地址，并记录报文接收时间；再根据报文数据编码定义，分别解析出各个参数，包括控制模式、转速控制工况、控制优先级、控制/限制转速值、控制/限制转矩百分比、传输循环率、控制目的、高精度转矩、消息计数和校验。
3.如权利要求2所述的一种发动机转矩与转速的协调控制方法，其特征在于，所述步骤S2的报文诊断过程具体是：根据步骤S1解析得到的参数进行校验和诊断、消息计数诊断和超范围诊断；并将无故障的消息加入到消息队列中。
4.如权利要求3所述的一种发动机转矩与转速的协调控制方法，其特征在于，所述校验和诊断具体是：
首先进行判断校验和参数是否等于0xF，如果等于，则表示禁用校验和错误诊断，直接通过；否则报文前7个数据字节和消息计数的值相加的结果如果等于校验和参数，则通过，否则判定校验和故障；计算方法如下：
Figure FDA0002948077290000011
S＝((S1＞＞6)+(S1＞＞3)+S1)&0x0F
式中，S1为7个数据字节、标识符字节与消息计数的和；di为数据字节；mj为标识符字节，c为消息计数；S为计算校验和。
5.如权利要求3所述的一种发动机转矩与转速的协调控制方法，其特征在于，所述消息计数诊断具体是：首先判断消息计数是否等于0xF，如果等于，则表示禁用消息计数诊断，如果大于0且小于8，则判定消息计数故障。
6.如权利要求3所述的一种发动机转矩与转速的协调控制方法，其特征在于，所述超范围诊断具体是：分为转速和转矩两种诊断；首先进行转速超范围诊断，判定转速值是否超出发动机当前允许转速范围，超出则报转速值超范围故障；再进行转矩超范围诊断，判定转矩值是否超出发动机当前允许转矩范围，超出则报转矩值超范围故障。
7.如权利要求1所述的一种发动机转矩与转速的协调控制方法，其特征在于，所述步骤S3的消息分组过程具体是：依次对消息队列中的每条消息进行消息超时诊断。
8.如权利要求7所述的一种发动机转矩与转速的协调控制方法，其特征在于，所述依次对消息队列中的每条消息进行消息超时诊断具体是：根据传输循环率和超时诊断时间阈值确定超时时间窗口，它与消息的报文接收时间和ECU当前时间的时间间隔进行比较，判断是否出现消息超时故障；如果该消息未出现超时故障，接着判断队列中是否存在相同源地址消息，如果存在，则和并相同源地址属性的消息，合并方式是保留最新消息；再根据消息的控制模式，分别将此消息加到控制组或限制组。
9.如权利要求1所述的一种发动机转矩与转速的协调控制方法，其特征在于，所述步骤S4的消息仲裁过程具体是：首先确定优先权，如果仅有控制组或限制组，则不需要确定优先权，否则根据系统运行工况，动态选择预先定义的控制和限制优先级，默认采用控制优先级高于限制优先级的逻辑，即如果控制组存在控制信息，则不需要处理限制组信息，当然系统也支持控制与限制同时存在的情况。系统运行工况是根据选定关键属性，来确定发动机状态；
接着在控制组或限制组中根据各个消息的控制优先级进行排序，选择最高优先级的消息；如果同时存在两个及以上的消息，则根据发动机ECU中源地址优先级进行判定，源地址优先级可根据车辆实际情况预先定义；
在仲裁阶段，如果仅有控制组或限制组，则相应的获胜者直接成为最终获胜者，否则对于控制与限制同时存在的情况；
最后对最终获胜者进行范围限制，即通过发动机的最低请求转速阈值和最高请求转速阈值对转速需求进行限制，通过发动机的最小请求转矩阈值、最大请求转矩阈值对转矩需求进行限制后得到相应控制指令。
10.如权利要求9所述的一种发动机转矩与转速的协调控制方法，其特征在于，所述在仲裁阶段，如果仅有控制组或限制组，则相应的获胜者直接成为最终获胜者，否则对于控制与限制同时存在的情况具体是：先进行优先权判断，如果两组获胜者的优先级不同，则选择最高优先级的消息作为最终获胜者；如果两组获胜者的优先级相同，且控制组获胜者的转速值或转矩百分比位于限制组获胜者的转速值或转矩百分比范围中，则两组获胜者的数据经过综合后作为最终获胜指令；如果两组获胜者的优先级相同，但是控制组获胜者的转速值或转矩百分比位于限制组获胜者的转速值或转矩百分比范围之外，控制组获胜者成为最终获胜者。
11.如权利要求1所述的一种发动机转矩与转速的协调控制方法，其特征在于，所述步骤S5的控制参数集确定具体是：当最终获胜消息中包含转速控制信息时，根据转速控制工况在预先设定的发动机转矩与转速控制参数集中进行选择，进而影响发动机转速控制的响应性和稳定性。
12.如权利要求1所述的一种发动机转矩与转速的协调控制方法，其特征在于，所述步骤S6的发动机执行具体是：电子控制单元将消息仲裁过程确定的控制信息和控制参数集的确定过程中选定的控制参数集作为控制指令传递给发动机相应执行器。
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