一種怠速控制方法及控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例提供一種發(fā)動機怠速控制方法及控制器，所述方法包括：當發(fā)動機轉速回落，控制器實時計算所述阻力扭矩，并根據所述阻力扭矩實時設置所述轉速閾值，直到發(fā)動機轉速達到怠速轉速值；所述控制器在發(fā)動機轉速低于所述轉速閾值后輸出正扭矩。
【專利說明】一種怠速控制方法及控制器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動機【技術領域】，特別涉及一種怠速控制方法及控制器。

【背景技術】
[0002]發(fā)動機怠速，指的是在發(fā)動機油門完全松開，發(fā)動機空轉的狀態(tài)下，維持發(fā)動機穩(wěn)定運轉的最低轉速。在現(xiàn)有技術中，發(fā)動機往往會借助一個控制器設定轉速閾值；并且控制器在發(fā)動機實際轉速低于轉速閾值時輸出正扭矩，維持發(fā)動機運轉的怠速。
[0003]當發(fā)動機從高轉速的狀態(tài)，轉速快速回落時，轉速回落的能量比較大，控制器輸出的正扭矩無法將轉速穩(wěn)定的維持到怠速。參照圖1A所示，當控制器輸出的正扭矩無法抵抗轉速回落的能量，發(fā)動機實際轉速會在一段時間內下降到怠速以下，形成轉速凹坑。轉速凹坑嚴重的影響發(fā)動機的平穩(wěn)運轉，甚至會損害到發(fā)動機的硬件結構。
[0004]對此，現(xiàn)有的解決方案是，在轉速快速回落的同時，臨時的提升轉速閾值，使得控制器輸出的正扭矩更早介入，由此為轉速回落的控制增加了緩沖的空間。參見圖1B所示。
[0005]以上方案存在的缺陷在于，轉速閾值的臨時提升的比例固定常量，或者是轉速閾值在提升后線性回落，雖然可以一定程度上彌補轉速凹坑，但轉速回落產生的能量是因工況而變化的，所以固定的轉速閾值提升量對轉速的控制作用，會針對工況的變化而出現(xiàn)差異。無法完全的避免轉速凹坑的出現(xiàn)，而且會導致轉速回落時間的不穩(wěn)定。


【發(fā)明內容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種怠速控制方法及控制器，所述方法在轉速下降的過程中，實時計算轉速下降產生的阻力扭矩，并以此為依據動態(tài)調整所述的轉速閾值，同時輸出與阻力扭矩相適應的正扭矩，由此避免了轉速凹坑的出現(xiàn)。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明有如下技術方案:
[0008]一種發(fā)動機怠速控制方法，所述方法包括:
[0009]當發(fā)動機轉速回落，控制器實時計算所述阻力扭矩，并根據所述阻力扭矩實時設置所述轉速閾值，直到發(fā)動機轉速達到怠速轉速值；
[0010]所述控制器在發(fā)動機轉速低于所述轉速閾值后輸出正扭矩。
[0011]所述控制器實時計算所述阻力扭矩具體為:
[0012]控制器測得發(fā)動機的轉速加速度和轉動慣量，將所述轉速加速度和轉動慣量的乘積作為所述阻力扭矩。
[0013]當所述控制器輸出正扭矩，則所述控制器實時計算所述阻力扭矩具體為:
[0014]測得發(fā)動機的轉速加速度和轉動慣量，將所述轉速加速度和轉動慣量的乘積作為連續(xù)阻力扭矩；
[0015]測得當前發(fā)動機轉速與轉速閾值的轉速差，將所述轉速差和預設的瞬態(tài)系數的乘積作為瞬態(tài)阻力扭矩；
[0016]將連續(xù)阻力扭矩與瞬態(tài)阻力扭矩之和作為所述阻力扭矩。
[0017]所述根據所述阻力扭矩實時設置所述轉速閾值具體為:
[0018]控制器預設標定因子，并將所述阻力扭矩與所述標定因子的乘積作為轉速閾值提升值；將閾值提升值與基礎轉速閾值之和作為所述轉速閾值；
[0019]所述基礎轉速閾值為發(fā)動機轉速達到怠速轉速值時的轉速閾值。
[0020]所述控制器具體為:PID控制器。
[0021]一種怠速控制器，所述控制器包括:
[0022]轉速設置模塊，用于在當發(fā)動機轉速回落時，實時計算所述阻力扭矩，并根據所述阻力扭矩實時設置所述轉速閾值，直到發(fā)動機轉速達到怠速轉速值；
[0023]扭矩輸出模塊，用于在發(fā)動機轉速低于所述轉速閾值后輸出正扭矩。
[0024]所述轉速設置模塊包括:
[0025]第一扭矩計算單元，用于測得發(fā)動機的轉速加速度和轉動慣量，將所述轉速加速度和轉動慣量的乘積作為所述阻力扭矩；
[0026]轉速計算單元，用于預設標定因子，并將所述阻力扭矩與所述標定因子的乘積作為轉速閾值提升值；將閾值提升值與怠速轉速值之和作為所述轉速閾值。
[0027]所述轉速設置模塊包括:
[0028]第二扭矩計算單元，用于測得發(fā)動機的轉速加速度和轉動慣量，將所述轉速加速度和轉動慣量的乘積作為連續(xù)阻力扭矩；測得當前發(fā)動機轉速與轉速閾值的轉速差，將所述轉速差和預設的瞬態(tài)系數的乘積作為瞬態(tài)阻力扭矩；將連續(xù)阻力扭矩與瞬態(tài)阻力扭矩之和作為所述阻力扭矩；
[0029]轉速計算單元，用于預設標定因子，并將所述阻力扭矩與所述標定因子的乘積作為轉速閾值提升值；將閾值提升值與基礎轉速閾值之和作為所述轉速閾值；
[0030]所述基礎轉速閾值為發(fā)動機轉速達到怠速轉速值時的轉速閾值。通過以上技術方案可知，本發(fā)明存在的有益效果是:根據所述阻力扭矩實時設置所述轉速閾值，使轉速閾值的變化契合發(fā)動機轉速的變化，從而保證了發(fā)動機轉速更加穩(wěn)定的下降，實現(xiàn)在各種不同工況下保證避免轉速凹坑的出現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1A?圖1B為現(xiàn)有技術中轉速閾值與發(fā)動機轉速曲線示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明實施例所述方法流程圖；
[0034]圖3為本發(fā)明實施例中轉速閾值與發(fā)動機轉速曲線示意圖；
[0035]圖4為本發(fā)明另一實施例所述方法流程圖；
[0036]圖5為本發(fā)明又一實施例所述方法流程圖；
[0037]圖6為本發(fā)明又一實施例中轉速閾值與發(fā)動機轉速曲線示意圖；
[0038]圖7為本發(fā)明實施例所述控制器結構示意圖。

【具體實施方式】
[0039]為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0040]在本發(fā)明中，將常規(guī)情況下，發(fā)動機轉速穩(wěn)定怠速轉速值時的轉速閾值稱為基礎轉速閾值。本發(fā)明同樣時通過在發(fā)動機轉速從高速度回落時，提升轉速閾值，使控制器提前輸出正扭矩，實現(xiàn)發(fā)動機轉速更平穩(wěn)的下降。不過在本發(fā)明中，轉速閾值的提升量并非固定的常量，而是一個隨著轉速回落過程中產生的阻力扭矩實時變化的動態(tài)參量；這能使得轉速閾值的設定值與發(fā)動機轉速值的契合度更高，發(fā)動機轉速的變化的平穩(wěn)性更為理想，避免了轉速凹坑的出現(xiàn)。
[0041]參見圖2所示，為本發(fā)明所述怠速控制方法的一個具體實施例。本發(fā)明中所述方法包括以下步驟:
[0042]步驟201、當發(fā)動機轉速回落，控制器實時計算所述阻力扭矩。
[0043]本實施例中，轉速閾值的數值與阻力扭矩相關，或者說轉速閾值相當于是阻力扭矩的函數。所以在發(fā)動機轉速回落的過程中，實時的獲得阻力扭矩，是后續(xù)動態(tài)計算轉速閾值的基礎。
[0044]步驟202、根據所述阻力扭矩實時設置所述轉速閾值，直到發(fā)動機轉速達到怠速轉速值。
[0045]發(fā)動機轉速回落過程中，阻力扭矩是一個與發(fā)動機轉速變化情況相關的動態(tài)參量。所述控制器在發(fā)動機轉速低于所述轉速閾值后輸出正扭矩，將進一步的對發(fā)動機轉速以及阻力扭矩的變化規(guī)律產生影響。
[0046]前述步驟中，實時的計算所述阻力扭矩，在本步驟中即根據動態(tài)的阻力扭矩進一步的進行計算，得到動態(tài)的轉速閾值。經過以上計算過程，轉速閾值便與發(fā)動機轉速的變化規(guī)律相關聯(lián)。
[0047]參照圖3所示，為本實施例中轉速閾值與發(fā)動機轉速二者隨時間變化的曲線。實線代表轉速閾值，虛線代表發(fā)動機轉速；a時刻發(fā)動機轉速開始回落并產生阻力扭矩，DF段為計算得到的，a時刻轉速閾值相對基礎轉速閾值的提升量。直到b時刻，發(fā)動機轉速開始低于轉速閾值，控制器輸出正扭矩對抗阻力扭矩，延緩發(fā)動機轉速回落的速度。此后由于前述計算原理，轉速閾值的動態(tài)變化與發(fā)動機轉速的變化相關聯(lián)，轉速下降平穩(wěn)。直到c時刻，正扭矩使發(fā)動機轉速穩(wěn)定在怠速轉速值，轉速閾值同時也回歸到基礎轉速閾值，發(fā)動機在怠速下正常的運轉。通過圖3可以看出，發(fā)動機轉速曲線始終保持在基礎轉速閾值之上，轉速凹坑沒有出現(xiàn)。
[0048]通過以上技術方案可知，本實施例中所述方法存在的有益效果是:根據所述阻力扭矩實時設置所述轉速閾值，使轉速閾值的變化契合發(fā)動機轉速的變化，從而保證了發(fā)動機轉速更加穩(wěn)定的下降，實現(xiàn)在各種不同工況下保證避免轉速凹坑的出現(xiàn)。
[0049]參見圖4所示，為本發(fā)明所述方法的另一個具體實施例。本實施例中將對阻力扭矩及轉速閾值的算法進行具體的公開。所述方法包括以下步驟:
[0050]步驟401、當發(fā)動機轉速回落，控制器測得發(fā)動機的轉速加速度和轉動慣量，將所述轉速加速度和轉動慣量的乘積作為所述阻力扭矩。
[0051]本實施例中，根據物理學原理，阻力扭矩等于轉速加速度乘以轉動慣量。所述轉速加速度即是轉速在當前時刻的變化速度；轉速加速度是一個實時變化的參量；而轉動慣量一般取決于發(fā)動機硬件本身，屬于固定參數。
[0052]對照圖3，EF段發(fā)動機高速運轉，轉速閾值等于基礎轉速閾值。直到a時刻發(fā)動機轉速從高速開始回落；本實施例中控制器測得a時刻發(fā)動機的轉速加速度為200rpm/s2(即發(fā)動機轉速每秒下降200rpm),而該發(fā)動機的轉動慣量為0.9Nm/ (rpm/s2),則a時刻阻力扭矩為 200*0.9 = 180Nm。
[0053]或者，在b時刻之后的d時刻，由于正扭矩的介入，發(fā)動機轉速回落減緩，也就是說轉速加速度大幅度下降，當轉速加速度下降到100rpm/s2，則阻力扭矩為100*0.9 = 90Nm。
[0054]直到c時刻，發(fā)動機轉速達到怠速轉速值并保持不變，這意味著轉速加速度為0，那么此時阻力扭矩也為O。此后發(fā)動機依靠正扭矩將轉速維持在怠速轉速值。
[0055]步驟402、控制器預設標定因子，并將所述阻力扭矩與所述標定因子的乘積作為轉速閾值提升值；將閾值提升值與基礎轉速閾值之和作為所述轉速閾值。
[0056]所述標定因子是固定常量，通過預先對發(fā)動機進行標定而得到，標定的具體原理為本領域所公知，此處不再贅述，本實施例中標定因子為0.5。本步驟中，將阻力扭矩與標定因子的乘積作為該時刻轉速閾值相對于基礎轉速閾值的提升值。
[0057]所謂轉速閾值的提升值，就是轉速閾值相對于基礎轉速閾值的差值。本實施例中可令基礎轉速閾值為600rpm。a時刻阻力扭矩為180Nm，則a時刻的轉速閾值提升值為180*0.5 = 90rpm，轉速閾值為600+90 = 690rpm。也就是說，圖3中DF段等于90，D點縱坐標為690。同理在d時刻的轉速閾值提升值為45rpm，轉速閾值為645 ；c時刻的轉速閾值提升值為O,意味著轉速閾值等于基礎轉速閾值。
[0058]按照上述計算方式，即可在阻力扭矩連續(xù)變化的情況下得到連續(xù)變化的轉速閾值。
[0059]通過以上技術方案可知，本發(fā)明存在的有益效果是:對所述阻力扭矩及轉速閾值的計算過程進行了具體的公開，使得本發(fā)明整體技術方案更加完整，公開更加充分。
[0060]參見圖5所示為本發(fā)明所述方法的又一個具體實施例。本實施例中，所述控制器具體為PID控制器。根據PID控制器的特點，將有比例P、積分1、微分D三部分對轉速的控制產生影響(在本發(fā)明中主要是比例P和積分I 二者有影響)。其中PID控制器的積分I的輸出即所謂的正扭矩。而比例P將根據轉速閾值與發(fā)動機轉速二者之差實時的產生瞬態(tài)阻力扭矩。以上實施例中，均沒有對所謂的瞬態(tài)阻力扭矩予以考慮。所以本實施例中，將在前一實施例的基礎上，特別的公開一種優(yōu)選的阻力扭矩計算方式。
[0061]步驟501、當發(fā)動機轉速回落且控制器未輸出正扭矩時，控制器測得發(fā)動機的轉速加速度和轉動慣量，將所述轉速加速度和轉動慣量的乘積作為所述阻力扭矩。
[0062]在本實施例中，發(fā)動機轉速高于轉速閾值，控制器未輸出正扭矩以介入轉速控制之前，阻力扭矩的計算方式與圖4所示實施例完全相同。
[0063]步驟502、當所述控制器輸出正扭矩，控制器測得發(fā)動機的轉速加速度和轉動慣量，將所述轉速加速度和轉動慣量的乘積作為連續(xù)阻力扭矩；測得當前發(fā)動機轉速與轉速閾值的轉速差，將所述轉速差和預設的瞬態(tài)系數的乘積作為瞬態(tài)阻力扭矩；將連續(xù)阻力扭矩與瞬態(tài)阻力扭矩絕對值之和作為所述阻力扭矩。
[0064]本實施例中，當控制器開始輸出正扭矩，則意味著此時阻力扭矩開始包括兩部分:
[0065]一為連續(xù)阻力扭矩，也就是由發(fā)動機連續(xù)變化的轉速加速度產生的部分阻力扭矩。圖4所示實施例中所述的阻力扭矩即全部為連續(xù)阻力扭矩，而忽略的瞬態(tài)阻力扭矩。所以同理，連續(xù)阻力扭矩為轉速加速度和轉動慣量的乘積，具體計算方式此處不再重復敘述。
[0066]另一為瞬態(tài)阻力扭矩，也就是PID控制器的比例P產生的扭矩。瞬態(tài)阻力扭矩取決于某一時刻轉速閾值與發(fā)動機轉速之間的差值和瞬態(tài)系數。所述瞬態(tài)系數為PID控制器本身參數。
[0067]連續(xù)阻力扭矩與瞬態(tài)阻力扭矩二者，共同構成所述阻力扭矩。參見圖6所示，為本實施例中轉速閾值與發(fā)動機轉速二者隨時間變化的曲線，圖6中兩條曲線及各個字母的含義與圖3相同，但具體的取值根據工況存在差異。圖6中DB段阻力扭矩完全是連續(xù)阻力扭矩，也就是說圖6中EB段的形態(tài)與圖3 —致。但圖6中B點之后，阻力扭矩開始引入瞬態(tài)阻力扭矩，這導致BC段形態(tài)發(fā)生變化。
[0068]假設本實施例中，d時刻的連續(xù)阻力扭矩與前述實施例相等，為90Nm ;轉速閾值為670rpm，發(fā)動機轉速為650rpm，轉速差為270-250 = 20rpm ;瞬態(tài)系數為2，則瞬態(tài)阻力扭矩為20*2 = 40Nm ;對于d時刻的下一時刻d’，在瞬態(tài)的計算過程中視其阻力扭矩等于d時刻的連續(xù)阻力扭矩與瞬態(tài)阻力扭矩之和，即d’時刻阻力扭矩為90+40 = 130Nm。
[0069]步驟503、控制器預設標定因子，并將所述阻力扭矩與所述標定因子的乘積作為轉速閾值提升值；將閾值提升值與基礎轉速閾值之和作為所述轉速閾值。
[0070]本實施例中標定因子依然為0.5，基礎轉速閾值依然為600rpm，所以對于d’時刻，其轉速閾值提升值為130*0.5 = 65rpm，轉速閾值為665rpm。
[0071]通過以上技術方案可知，本實施例存在的有益效果是:針對PID控制器的特點，在阻力扭矩的計算過程中考慮了瞬態(tài)阻力扭矩的影響，使得轉速閾值的計算結果更加準確，對于發(fā)動機轉速的控制效果更優(yōu)。
[0072]參照圖7所示，為本發(fā)明實施例所述控制器的具體實施例，本實施例中，所述控制器用以實現(xiàn)前述實施例中所述方法，具體包括:
[0073]轉速設置模塊，用于在當發(fā)動機轉速回落時，實時計算所述阻力扭矩，并根據所述阻力扭矩實時設置所述轉速閾值，直到發(fā)動機轉速達到怠速轉速值。
[0074]所述轉速設置模塊包括:
[0075]第一扭矩計算單元，用于測得發(fā)動機的轉速加速度和轉動慣量，將所述轉速加速度和轉動慣量的乘積作為所述阻力扭矩；
[0076]和/或第二扭矩計算單元，用于測得發(fā)動機的轉速加速度和轉動慣量，將所述轉速加速度和轉動慣量的乘積作為連續(xù)阻力扭矩；測得當前發(fā)動機轉速與轉速閾值的轉速差，將所述轉速差和預設的瞬態(tài)系數的乘積作為瞬態(tài)阻力扭矩；將連續(xù)阻力扭矩與瞬態(tài)阻力扭矩之和作為所述阻力扭矩。
[0077]轉速計算單元，用于預設標定因子，并將所述阻力扭矩與所述標定因子的乘積作為轉速閾值提升值；將閾值提升值與怠速轉速值之和作為所述轉速閾值。
[0078]扭矩輸出模塊，用于在發(fā)動機轉速低于所述轉速閾值后輸出正扭矩。
[0079]本實施例中，所述控制器存在的有益效果是:根據所述阻力扭矩實時設置所述轉速閾值，使轉速閾值的變化契合發(fā)動機轉速的變化，從而保證了發(fā)動機轉速更加穩(wěn)定的下降，實現(xiàn)在各種不同工況下保證避免轉速凹坑的出現(xiàn)。
[0080]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種發(fā)動機怠速控制方法，其特征在于，所述方法包括: 當發(fā)動機轉速回落，控制器實時計算所述阻力扭矩，并根據所述阻力扭矩實時設置所述轉速閾值，直到發(fā)動機轉速達到怠速轉速值； 所述控制器在發(fā)動機轉速低于所述轉速閾值后輸出正扭矩。
2.根據權利要求1所述方法，其特征在于，所述控制器實時計算所述阻力扭矩具體為: 控制器測得發(fā)動機的轉速加速度和轉動慣量，將所述轉速加速度和轉動慣量的乘積作為所述阻力扭矩。
3.根據權利要求1所述方法，其特征在于，當所述控制器輸出正扭矩，則所述控制器實時計算所述阻力扭矩具體為: 測得發(fā)動機的轉速加速度和轉動慣量，將所述轉速加速度和轉動慣量的乘積作為連續(xù)阻力扭矩； 測得當前發(fā)動機轉速與轉速閾值的轉速差，將所述轉速差和預設的瞬態(tài)系數的乘積作為瞬態(tài)阻力扭矩； 將連續(xù)阻力扭矩與瞬態(tài)阻力扭矩之和作為所述阻力扭矩。
4.根據權利要求2或3所述方法，其特征在于，所述根據所述阻力扭矩實時設置所述轉速閾值具體為: 控制器預設標定因子，并將所述阻力扭矩與所述標定因子的乘積作為轉速閾值提升值；將閾值提升值與基礎轉速閾值之和作為所述轉速閾值； 所述基礎轉速閾值為發(fā)動機轉速達到怠速轉速值時的轉速閾值。
5.根據權利要求1?3任意一項所述方法，其特征在于，所述控制器具體為:PID控制器。
6.一種怠速控制器，其特征在于，所述控制器包括: 轉速設置模塊，用于在當發(fā)動機轉速回落時，實時計算所述阻力扭矩，并根據所述阻力扭矩實時設置所述轉速閾值，直到發(fā)動機轉速達到怠速轉速值； 扭矩輸出模塊，用于在發(fā)動機轉速低于所述轉速閾值后輸出正扭矩。
7.根據權利要求6所述控制器，其特征在于，所述轉速設置模塊包括: 第一扭矩計算單元，用于測得發(fā)動機的轉速加速度和轉動慣量，將所述轉速加速度和轉動慣量的乘積作為所述阻力扭矩； 轉速計算單元，用于預設標定因子，并將所述阻力扭矩與所述標定因子的乘積作為轉速閾值提升值；將閾值提升值與怠速轉速值之和作為所述轉速閾值。
8.根據權利要求6所述控制器，其特征在于，所述轉速設置模塊包括: 第二扭矩計算單元，用于測得發(fā)動機的轉速加速度和轉動慣量，將所述轉速加速度和轉動慣量的乘積作為連續(xù)阻力扭矩；測得當前發(fā)動機轉速與轉速閾值的轉速差，將所述轉速差和預設的瞬態(tài)系數的乘積作為瞬態(tài)阻力扭矩；將連續(xù)阻力扭矩與瞬態(tài)阻力扭矩之和作為所述阻力扭矩； 轉速計算單元，用于預設標定因子，并將所述阻力扭矩與所述標定因子的乘積作為轉速閾值提升值；將閾值提升值與基礎轉速閾值之和作為所述轉速閾值； 所述基礎轉速閾值為發(fā)動機轉速達到怠速轉速值時的轉速閾值。
【文檔編號】F02D17/04GK104265468SQ201410356259
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權日:2014年7月24日
【發(fā)明者】張成龍, 李少佳, 劉棟, 劉建飛 申請人:濰柴動力股份有限公司