CN1407219A - 用于小型车辆的发动机控制方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明给出了两个发动机速度控制的实施例，它们避免了诸如车轮打滑或者不意中发生车轮坡度之类的情况。这是通过探测可能导致所不希望的车轮状态的实际状况并仅在找到这些确实状态时改变发动机的输出功率来实现的。所探测的状况是确定发动机的速度或与发动机相关的轴转速的加速度过大，或者旋转变化或旋转加速度过大。

Description

用于小型车辆的发动机控制方法和设备
发明的技术领域
本发明涉及一种用于小型车辆的发动机控制方法和发动机控制结构，更具体地说，是涉及一种改进的发动机控制，它防止了诸如车轮打滑或者从地面上过度抬升之类的所不希望的车辆性能，且无不利影响的性能。
背景技术
在诸如摩托车或者低座小摩托车之类的某些小型车辆中存在这样一个问题，即如果发生快速加速，就会产生这两个不希望发生的问题中的一个或者两者都发生。一者是后轮打滑，这会引起驱动用的牵引力的损失，另一者在加速度太大以致前轮竟然从地面上抬起的情况，它导致一个被称为发生“车轮坡度”的现象。上述两个结果都是人们所不希望发生的。
因此，人们提出一种在这些情况可能发生的状况下减小发动机输出功率的方案。发动机功率减小可以用各种方式来完成，如改变点火时间、跳过点火时间或者其它的方法。
一般这种情况是通过探测到车辆或者车辆的一个部件的加速度超过一个预先设定的值来确定的。如果超过该值，就减小功率，并避免这种情况的发生。
但是实现该效果的现有技术依照的仅是加速度一项，即使是在不一定会产生上述影响的情况下也可能会减小发动机输出功率。例如，如果在下坡行程中加速车辆，引起车轮打滑或者车轮坡度所需的加速度是与车辆在上坡情况下行驶时发生这些状况所需的加速度有很大差别的。
图1为表示这些现有技术类型的系统操作的曲线图。最顶上的图(A)中的曲线为车辆的加速度，它可是车辆轴转速的加速度N″的形式或者轴的角加速度ω″的形式。
如果这些加速度超过一个由N′0和ω′0处所示、且发生在时刻t1(如图中所示)的预先设定值，那么发动机的速度或者功率输出就减小，例如通过从一个正常的角βO延迟到一个推后的角β1。这种延迟一般保持在一段预先设定的时间，如时间段Δt所示。
然后点火时间就立刻或者逐渐回复到其正常的时间，如该图中的曲线B所示。轴的加速度又增长了，但在一段时间内不会达到控制实施前的水平。但是，如上已提及的，人们发现这会导致不必要且有时是有害的发动机性能损失。
除了上面提及的情况，也就是在一个坡度上行驶的情况，人们已经发现，还可能出现其它加速度超过现有技术方法中预先设定的加速度量但不会导致前述不希望发生的驾驶状况的情况。例如，如果节流阀移动相对较慢，就如在下坡行驶时可能会发生的一样，使用现有技术的方法和系统加速度率还是会超过预定值，发动机的输出功率也还是被不必要地减小。同样，如果节流阀手柄从闭合的位置快速地移向部分打开的位置，或者从部分打开的位置快速地移向完全打开的位置，现有技术方法的加速度率可能会超过设定值，但是这样的行驶情况是不会发生所不希望发生的车辆状况的。因此在使用现有技术的方法中，性能就无意地、不必要的降低了。
因此，本发明的一个主要的目的就是提供一种用于车辆发动机控制的改进方法，它可以仅在会发生所不希望的车辆状况时才减小发动机功率。
本发明的还有一个目的是提供一种发动机控制方案和方法，在其中仅在当确定会发生所不希望的车辆行驶状况时的某些特定情况下才减小发动机功率。
发明内容
本发明的第一个方面是适于实施一种用于通过一个传动装置将内燃机轴的旋转传输到从动轮的车辆的发动机控制方法。本方法包括若干步骤：探测轴旋转状态在发动机加速过程中的变化、确定是否旋转变化程度过大、以及当轴的旋转状态过度时限制发动机的输出功率。
本发明的另一个方面是适于实施一种发动机控制装置。该车辆有一个内燃机、一个从动轮以及一个从内燃机的轴来驱动从动轮的传动装置。一个发动机控制装置探测轴的旋转状态在发动机加速过程中的变化。如果发动机控制装置确定旋转变化过大，就减小发动机的输出功率。
附图的简要说明
图1为表示一种现有技术类型的车辆发动机控制的曲线图。图A所示为时间和轴旋转加速度与角加速度。图B所示为关于时间的点火时间。图C所示为关于时间的实际转速和角速度；
图2为根据本发明一个实施例所构造和运作的一种发动机控制装置的示意图；
图3所示为控制系统中与发动机轴相连的计时传感器；
图4为表示根据本发明来确定轴加速度的方法的示意图；
图5为表示一个控制程序的示意流程图，该控制程序可以用于实践本发明；
图6为与图1类似的曲线图，但所示为根据本发明的性能；
图7为与图2部分类似的示意图，所示的为根据本发明另一个实施例所构造和操作的一种发动机控制装置。
具体实施方式
现在来详细参见附图，首先主要为图2和3，这些图表示了一种用于诸如低座小摩托车或者小型摩托车之类车辆的控制系统和控制方法。尽管本发明是结合这样的车辆进行描述，但对于那些熟悉本技术领域的人来说，应该很明显，本发明也可能应用于其它车辆。同样，由于与车辆有关的结构不构成本发明的一部分，所以不对整个车辆进行阐述。而且，附图仅表示了发动机和与之相关传动系统，它通过一个诸如连续变化的带式传动装置、差速传动装置或者任何其它类型的传动装置之类的合适的驱动装置来驱动车辆的从动轮。
总的由标号11来表示内燃机，并且内燃机包括一个有一个或者多个汽缸的汽缸组12，它们是火花点燃式的，并由火花塞13点燃。如在这种类型的车辆中一般所使用的，汽缸组12从曲轴箱组件14伸出，该曲轴箱14中可能放置了一个传动装置，或者在其中一个发动机飞轮15通过一个组合的传动系统(未图示)向车辆供给动力。
由于本发明主要处理的是发动机控制，并且该发动机控制可以用各种类型的发动机和传动装置来实现，所以这些部件就没有十分详细地图示出来，或者甚至实际上根本没有表示。
下面将对控制火花塞13点火的控制系统进行更为详细的阐述。发动机11有一根曲轴，飞轮15就附着其上并以一种已知的方式进行旋转。尽管本发明是结合一个设置在曲轴上的传感器来进行描述的，但传感器也可以与发动机以同步关系驱动的任何其它轴相连。
将一个脉冲式传感器17与飞轮15相连，其外圆周表面上还特别附着了一个时标18。时标18有一条前导边19和一条后随边21，当它们经过传感器17时会输出可测量到的脉冲，以用来测量时标18经过传感器17所需的时间。这就在一个完整旋转的一部分过程中构成了发动机11的一个瞬时转速。
根据本发明，时标18比通常所使用的时标宽得多。这样的加宽并不是一定要求的，但是它可以改进控制。例如，时标18的宽度等于曲轴旋转的60°。时标设置成在发动机开始接近上死点(TDC)位置时会首先触发一个脉冲，并在曲轴位于或者靠近上死点后再触发一个脉冲。可以根据特定的应用改变具体的角度。
不过，如果发动机11所进行的操作是一个四冲程的操作，这些脉冲就产生在压缩冲程和排气冲程结束时。现有技术的方法已有利用在动力冲程时的速度测量，但人们发现在指示发动机荷载方面压缩和排气冲程要精确得多，并且这也构成了本发明的一个特征。
在一个二冲程发动机中，每一转的两次测量将为下一转的发动机控制提供足够的信息。
如图2所示，从传感器17输出的信号传输到一个发动机系统点火时间控制装置22中。该装置22包括一个点火电路23，它可以基本上是一个传统的CDI类型的点火电路，它向线圈24输出一个信号“i”，而线圈24则输出一个脉冲“I”来用某种已知的方式点燃火花塞13。
该发动机点火时间控制装置22配有从电池25并经过主开关26来的电源。点火时间控制装置22包括一个由微型电子计算机或类似设备构成的电路27、由CDI(电容放电点火电路)构成的点火电路23以及一个供电电路28。供电电路28由一个恒压电路形成，该电路用来向点火电路23和电路27输出电源电压。
从传感器17发出的输出信号传输向发动机系统点火时间控制装置22的一个转速探测部分29，具体地说也就是输出指示发动机11在各完整旋转冲程中的转速的信号N的那个电路。此外，记录在传感器17上的从时标18前导边19和后随边21发出的输出信号传输到一个旋转变化程度探测部分31。该旋转变化程度探测部分31向输出功率限制判断部分32输出一个表示速度差的信号。
在所述的实施例中，飞轮15可以由一种磁性材料形成，并且传感器或者线圈17面向时标18的旋转位置。在这种情况下，时标18的相对端部由通过线圈17铁芯的磁路中的磁阻的变化来进行探测。时标18也可以由固定在飞轮15上且相互隔开一个给定角度的永久磁体来形成，而传感器可以是一个磁传感器，例如一个用来探测永久磁体通量的霍尔仪。时标也可以是一条狭长切口，它可由一个发光二极管(LED)和光接收元件来探测。
如图2所示，如已经提及的，电路22包括转速探测部分29、旋转变化程度探测部分31以及输出功率限制判断部分32。电路27还包括一个点火时间确定部分33、一个输出功率限制部分34以及其它一些部件，对它们中的一些将会进行描述。这些电路29、31-34中的至少一个可以由微型电子计算机软件来形成。
传感器17的输出信号，也就是在探测了凸起18的前端和后端19、21后输出的正脉冲或负脉冲，输入到转速探测部分29中，在其中从连续两个正脉冲或者两个负脉冲之间的时间间隔就确定出一个转速N(转/分钟(rpm))。传感器17的输出脉冲输入到旋转变化程度探测电路31中，在其中就确定出旋转变化程度R。
现在将参照图4对获得旋转变化程度的一种方式进行描述。当压缩冲程的时间为tn-1且接着的排气冲程的时间为tn时，旋转变化程度探测部分31测量从凸起18的前端19到后端21的时间间隔“D”。通过测量连续的正(或负)脉冲之间的时间间隔，也确定出曲轴16旋转一周的时间长度“T”。这里压缩冲程的时段由Tn-1表示，排气冲程的时段由Tn表示。
在确定旋转变化程度R的第一种方法中，确定出凸起的探测时间t与时段T的比值t/T，并且该比值(t/T)＝R就表示了旋转变化程度。在确定旋转变化程度R的第二种方法中，确定出压缩冲程和排气冲程的按第一种方法得到的比值(t/T)，两者之间的差值就表示旋转变化程度。也就是说，对每个压缩或者排气冲程确定出压缩冲程的比值(tn-1/Tn-1)＝Rn-1和排气冲程比值(tn/Tn)＝Rn之间的差值(Rn-1Rn)＝D。
输出功率限制判断部分32将在旋转变化程度探测部分31中获得的旋转变化程度R(或D)与一个预先存储的给定值相比。如果R(或D)超过给定值，就输出一个输出功率限制信号Q。输出功率限制部分34依据输出功率限制信号Q来控制发动机限制其输出功率。在本实施例中，由于点火时间为了限制发动机输出功率而延迟了，所以就计算得一个延迟角β。
延迟角β可以是一个给定值或者一个相对于诸如转速N或其它一些行驶条件变化的变量。例如，延迟角β在高速旋转中增加，并在低速旋转中减小。点火时间确定部分33确定在正常操作时的点火时间α，减去延迟角β以得到(α-β)，并且输出一个以(α-β)为点火时间的点火信号P。点火电路23就依据点火信号P在火花塞13处产生点燃火花。
点火时间确定部分33可以依据转速N或者将转速与从一图形得来的荷载结合在一起来确定点火时间α。荷载可以从节流阀控制(杠杆)的旋转移动量、也就是节流阀打开的程度来获得；或者可以根据旋转变化程度R(或D)来获得。
下面将参照图5对本实施例的控制流程进行总地描述。首先，在步骤S1处，旋转变化程度探测电路31探测到一个旋转变化量，如上所述的D或者R。然后在步骤S2处，电路27的输出功率限制判断部分32将变化量D与一个给定值D0相比。如果D＜D0，就不发出输出功率限制信号Q。因此，在步骤S3处，输出功率限制部分34就将延迟角β设为零。
如果D不小于D0，则发出输出功率限制信号Q，并且在步骤S4处，输出功率限制部分34就计算出一个延迟角β。然后，在步骤S5处，点火时间确定电路33就用延迟角β和转速N确定出一个点火时间(α-β)。电路发送出一个相应于点火时间(α-β)的点火信号P以在步骤S6在火花塞13处产生点燃火花。然后重复这个过程直至D小于D0。图6所示为这个操作过程的效果，可以将它与在图1中所示的现有技术方法的效果相比。
将旋转变化量D(或R)与给定值D0一致的时刻的旋转加速度N′0(角加速度ω′0)存储在一个存储器中，其后对延迟角β进行反馈控制，以使旋转加速度N′0(ω′0)保持恒定。因此，在加速操作中加速度是恒定的，所以可以获得一个平稳加速的感觉。
图7为另一个实施例的示意流程图。第二实施例中与第一实施例的部件相同的部件标记为相同的参考标号，并仅在对理解和利用本实施例的必要之处再次进行描述。在本实施例中，一个点火时间确定部分51采用了一个带有许多与第一实施例相同的部件的时间控制电路52。但是判断是否进行输出功率限制的输出功率限制判断部分53是用旋转变化程度D(或R)和旋转加速度N′来执行判断的。因此，设置了一个旋转加速度探测部分54以通过计算转速对时间的导数来获得旋转加速度N′(或角加速度ω′)。
在本实施例中，输出功率限制是依据是否旋转变化程度D(或R)和旋转加速度N′(或角加速度ω′)同时大于各自的给定值来执行的，所以能够更为精确地判断发动机需要进行输出功率限制的操作条件。例如，在开始下坡的情况下，即使节流阀手柄移动缓慢，或者从关闭位置快速移动到一个半开位置或从一个半开位置快速移动到完全打开的位置，加速度会变得过大，但由于低荷载，旋转变化程度小，因此就可以避免输出功率限制。
因此，从上面的描述中，应该是很显然的，所述实施例与现有技术方法相比，可以提供有效得多的发动机输出控制来避免所不希望发生的车辆状况。当然，前面的描述是对于本发明较佳实施例的描述，人们可以在不背离本发明思想和由所附权利要求书所定义的范围而作出各种修改和变型。

Claims (18)

1.一种用于通过一个传动装置将内燃机轴的旋转传输到从动轮的车辆的发动机控制方法，所述方法包括以下步骤：探测在发动机加速过程中轴旋转状态的变化、确定是否旋转状态变化的变化程度过大、以及当轴旋转状态变化的变化程度过大时限制发动机的输出功率。
2.如权利要求1所述的车辆发动机控制方法，其特征在于：通过测量在连续旋转中的轴转度来确定发动机旋转状态的旋转状态变化程度。
3.如权利要求1所述的车辆发动机控制方法，其特征在于：通过测量在连续冲程中轴的一部分的轴转速来确定发动机旋转状态的旋转状态变化程度。
4.如权利要求3所述的车辆发动机控制方法，其特征在于：在一个四冲程发动机中，连续的冲程为一个压缩冲程和一个排气冲程。
5.如权利要求1所述的车辆发动机控制方法，其特征在于：发动机旋转状态的旋转状态变化程度同时是旋转变化程度和旋转加速度。
6.如权利要求1所述的车辆发动机控制方法，其特征在于：通过测量在一个轴旋转一确定量的过程中的时间间隔和完成包括被测量的轴所旋转的确定量的一个完整旋转的时间间隔，来确定发动机旋转状态的旋转状态变化程度。
7.如权利要求1所述的车辆发动机控制方法，其特征在于：通过改变点火时间来改变发动机的输出功率。
8.如权利要求7所述的小型车辆发动机控制方法，其特征在于：通过在计时器中的一个时间设置来改变点火时间。
9.如权利要求7所述的小型车辆发动机控制方法，其特征在于：反馈地控制点火时间的变化，以使发动机的旋转加速度不会超过一个设定值。
10.一种车辆，它包括一个内燃机、一个由所述发动机驱动的传动装置，一个由传动装置驱动的从动轮以及一个发动机控制装置，该控制装置探测在发动机加速过程中轴旋转状态的变化、确定是否旋转变化的变化程度过大、以及当所述轴旋转变化的变化程度过大时限制发动机的输出功率。
11.如权利要求10所述的车辆，其特征在于：通过测量在连续旋转中的轴转度来确定发动机旋转状态的旋转状态变化程度。
12.如权利要求10所述的车辆，其特征在于：通过测量在连续冲程中轴的一部分的轴转速来确定发动机旋转状态的旋转状态变化程度。
13.如权利要求12所述的车辆，其特征在于：在一个四冲程发动机中，连续的冲程为一个压缩冲程和一个排气冲程。
14.如权利要求10所述的车辆，其特征在于：发动机控制装置同时依据旋转变化程度和旋转加速度来确定发动机旋转状态的旋转状态变化程度。
15.如权利要求10所述的车辆，其特征在于：通过测量在一个轴旋转一确定量的过程中的时间间隔和完成包括被测量的轴所旋转的确定量的一个完整旋转的时间间隔，来确定发动机旋转状态的旋转状态变化程度。
16.如权利要求15所述的车辆，其特征在于：通过改变点火时间来改变发动机的输出功率。
17.如权利要求16所述的车辆，其特征在于：通过在计时器中的一个时间设置来改变点火时间。
18.如权利要求16所述的车辆，其特征在于：反馈地控制点火时间的变化，以使发动机的旋转加速度不会超过一个设定值。
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