控制發(fā)動機由起動切換至怠速的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種控制發(fā)動機由起動切換至怠速的方法和系統(tǒng)，方法包括下述步驟：發(fā)動機起動成功；閉環(huán)控制發(fā)動機由起動成功后的實際轉(zhuǎn)速最終調(diào)整至發(fā)動機的怠速設(shè)定值；調(diào)整過程中，控制發(fā)動機由實際轉(zhuǎn)速調(diào)整至轉(zhuǎn)速目標(biāo)值；其中，轉(zhuǎn)速目標(biāo)值＝怠速設(shè)定值+怠速提升值；且，所述怠速提升值自起動成功時刻逐漸降低，至實現(xiàn)怠速時，降低為零。此種控制方法、系統(tǒng)，使得實際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差值始終較小，輸出的扭矩也慢慢地達到與怠速工況相適應(yīng)的發(fā)動機內(nèi)扭矩，故發(fā)動機內(nèi)扭矩不會發(fā)生突變，起動轉(zhuǎn)速可以平滑地過渡至怠速設(shè)定值，避免低溫起動時發(fā)動機熄火。
【專利說明】控制發(fā)動機由起動切換至怠速的方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工程機械【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種控制發(fā)動機由起動切換至怠速的方法和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動機怠速是指發(fā)動機空轉(zhuǎn)的工況。一般，發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，如果完全放松油門踏板，這時的發(fā)動機就處于怠速狀態(tài)。發(fā)動機具有轉(zhuǎn)速的怠速設(shè)定值，即怠速時發(fā)動機的最低轉(zhuǎn)速。
[0003]另外，發(fā)動機起動一般為開環(huán)控制，起動成功后，轉(zhuǎn)速會升高至一較大值。此后，進入閉環(huán)控制，發(fā)動機會自較大的轉(zhuǎn)速降低至較低的怠速設(shè)定值，并以較低的扭矩使發(fā)動機維持于該怠速設(shè)定值。
[0004]由于起動成功后的轉(zhuǎn)速較高，要使該較高轉(zhuǎn)速達到較低的怠速設(shè)定值，閉環(huán)控制PID輸出扭矩將為負(fù)值(實際上處理為零)，即噴油器不噴油，以便發(fā)動機降速，當(dāng)轉(zhuǎn)速達到怠速設(shè)定值并具有進一步的降低趨勢時，PID輸出扭矩升高，以使噴油器噴油，維持發(fā)動機的轉(zhuǎn)速處于怠速設(shè)定值。
[0005]如此，由于響應(yīng)的滯后性，噴油器可能無法及時噴油，導(dǎo)致發(fā)動機無法維持于怠速設(shè)定值，則起動成功之后轉(zhuǎn)速下降有較大的凹坑，甚至導(dǎo)致在惡劣工況下熄火。
[0006]基于此，現(xiàn)有技術(shù)中，起動成功后切換至怠速狀態(tài)時，會初始化一個基礎(chǔ)扭矩，然后再進行閉環(huán)控制，該基礎(chǔ)扭矩需要維持一定的噴油量，以使轉(zhuǎn)速達到怠速設(shè)定值后，噴油量可以及時達到需求量。
[0007]然而，上述方案存在下述技術(shù)問題:
[0008]第一、轉(zhuǎn)速采取PID閉環(huán)控制，由于轉(zhuǎn)速控制積分器初始化一基礎(chǔ)扭矩，該扭矩與起動成功之后那一刻的扭矩?zé)o法聯(lián)系起來，當(dāng)起動成功之后，轉(zhuǎn)速可能沖高再回落，與怠速設(shè)定值差值較大，PID會計算出較大負(fù)扭矩，抵消初始化的基礎(chǔ)扭矩，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速急速回落，出現(xiàn)凹坑，從而產(chǎn)生振蕩，無法實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的平滑過渡，尤其，在低溫起動時，發(fā)動機燃燒不好，摩擦扭矩較大，一旦轉(zhuǎn)速出現(xiàn)較大凹坑，就可能導(dǎo)致發(fā)動機熄火；可以參考圖1理解，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)動機由起動切換至怠速過程中，實際轉(zhuǎn)速與怠速設(shè)定值的曲線圖，其中，I為起動成功標(biāo)志線，E為實際轉(zhuǎn)速曲線，NI為怠速設(shè)定值。
[0009]第二、初始化的基礎(chǔ)扭矩需要滿足轉(zhuǎn)速達到怠速設(shè)定值時的及時供油，故該基礎(chǔ)扭矩需要標(biāo)定。然而，扭矩會受到溫度、怠速設(shè)定值、傳動系嚙合等因素影響，溫度多變，不同機型發(fā)動機的怠速設(shè)定值也不同，傳動系嚙合工況需要核定，故基礎(chǔ)扭矩的標(biāo)定工作比較繁瑣，而且，標(biāo)定后，基礎(chǔ)扭矩固定為一定值，也不能靈活應(yīng)對各種工況下由起動切換至怠速的情形。
[0010]有鑒于此，如何改進發(fā)動機起動和怠速狀態(tài)的切換，以使發(fā)動機能夠由起動狀態(tài)能夠平滑過渡至怠速狀態(tài)，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的為提供一種控制發(fā)動機由起動切換至怠速的方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機由起動狀態(tài)平滑地過渡至怠速狀態(tài)。
[0012]本發(fā)明提供的控制發(fā)動機由起動切換至怠速的方法，包括下述步驟:
[0013]發(fā)動機起動成功；
[0014]閉環(huán)控制發(fā)動機由起動成功后的實際轉(zhuǎn)速最終調(diào)整至發(fā)動機的怠速設(shè)定值；
[0015]調(diào)整過程中，控制發(fā)動機由實際轉(zhuǎn)速調(diào)整至轉(zhuǎn)速目標(biāo)值；
[0016]其中，轉(zhuǎn)速目標(biāo)值=怠速設(shè)定值+怠速提升值；
[0017]且，所述怠速提升值自起動成功時刻逐漸降低，至實現(xiàn)怠速時，降低為零。
[0018]優(yōu)選地，所述怠速提升值通過下述方式獲得:
[0019]所述怠速提升值=參考扭矩AX修正系數(shù)；
[0020]參考扭矩A =扭矩B-扭矩C ；
[0021]其中，扭矩B由起動成功時刻以發(fā)動機起動扭矩為初始值向發(fā)動機內(nèi)扭矩濾波計算獲得；扭矩C為發(fā)動機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制過程中，轉(zhuǎn)速控制積分器積分獲得。
[0022]優(yōu)選地，參考扭矩A =扭矩B-扭矩C-扭矩D ；
[0023]其中，扭矩D =發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化率X發(fā)動機轉(zhuǎn)動慣量。
[0024]本發(fā)明還提供一種控制發(fā)動機由起動切換至怠速的系統(tǒng)，包括控制器，所述控制器閉環(huán)控制發(fā)動機由起動成功后的實際轉(zhuǎn)速最終調(diào)整至發(fā)動機的怠速設(shè)定值；
[0025]所述控制器在調(diào)整過程中，控制發(fā)動機由實際轉(zhuǎn)速調(diào)整至轉(zhuǎn)速目標(biāo)值；
[0026]其中，轉(zhuǎn)速目標(biāo)值=怠速設(shè)定值+怠速提升值；
[0027]且，所述控制器獲得的所述怠速提升值自起動成功時刻逐漸降低，至實現(xiàn)怠速時，降低為零。
[0028]優(yōu)選地，所述控制器設(shè)有濾波模塊和轉(zhuǎn)速控制積分器，所述控制器通過下述方式獲得所述怠速提升值:
[0029]所述怠速提升值=參考扭矩AX修正系數(shù)；
[0030]參考扭矩A =扭矩B-扭矩C ；
[0031]所述濾波模塊自起動成功時刻以發(fā)動機起動扭矩為初始值向發(fā)動機內(nèi)扭矩濾波計算獲得所述扭矩B;發(fā)動機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制過程中，所述轉(zhuǎn)速控制積分器積分獲得所述扭矩C。
[0032]優(yōu)選地，所述控制器獲得的參考扭矩A =扭矩B-扭矩C-扭矩D ；
[0033]其中，扭矩D =發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化率X發(fā)動機轉(zhuǎn)動慣量。
[0034]此種控制方法、系統(tǒng)，在起動成功之后，切換至怠速狀態(tài)之初，轉(zhuǎn)速目標(biāo)值最大(怠速提升值最大)，以使轉(zhuǎn)速目標(biāo)值較為接近起動成功之后的發(fā)動機轉(zhuǎn)速，相應(yīng)地，閉環(huán)控制得出的發(fā)動機扭矩也接近于起動扭矩，防止扭矩變化過于劇烈，造成發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化過大，不利于PID閉環(huán)控制，之后，以逐漸降低的轉(zhuǎn)速目標(biāo)值為目標(biāo)進行閉環(huán)控制，則實際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差值始終較小，直至實際轉(zhuǎn)速達到怠速設(shè)定值，輸出的扭矩也慢慢地達到與怠速工況相適應(yīng)的發(fā)動機內(nèi)扭矩。
[0035]因此，相較于現(xiàn)有技術(shù)的由較高的起動成功轉(zhuǎn)速直接調(diào)整至較低的怠速設(shè)定值而言，本發(fā)明提供的方案，發(fā)動機內(nèi)扭矩不會發(fā)生突變，使得起動轉(zhuǎn)速可以平滑地過渡至怠速設(shè)定值，消除振蕩。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)動機由起動切換至怠速過程中，實際轉(zhuǎn)速與怠速設(shè)定值的曲線圖；
[0037]圖2為通過本發(fā)明所提供方法控制發(fā)動機由起動切換至怠速一種具體實施例中，實際轉(zhuǎn)速與怠速設(shè)定值的曲線圖；
[0038]圖3為扭矩B和扭矩C的曲線圖；
[0039]圖4為起動扭矩和切換至怠速過程中發(fā)動機內(nèi)扭矩的曲線示意圖。

【具體實施方式】
[0040]為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。為便于理解和簡潔描述，下文結(jié)合控制發(fā)動機起動切換至怠速的方法、系統(tǒng)說明，有益效果不再重復(fù)論述。
[0041]本實施例中，控制發(fā)動機由起動切換至怠速的系統(tǒng)，包括控制器，控制器閉環(huán)控制發(fā)動機由起動成功后的實際轉(zhuǎn)速最終調(diào)整至發(fā)動機的怠速設(shè)定值。
[0042]具體包括下述步驟:
[0043]S1、發(fā)動機起動成功；
[0044]S2、閉環(huán)控制發(fā)動機由起動成功后的實際轉(zhuǎn)速調(diào)整至轉(zhuǎn)速目標(biāo)值，轉(zhuǎn)速目標(biāo)值等于怠速設(shè)定值時，切換完成。
[0045]本實施例中，轉(zhuǎn)速目標(biāo)值屬于變量，在轉(zhuǎn)速調(diào)整過程中，不斷變化，直至與怠速設(shè)定值相等，如【背景技術(shù)】部分所述，怠速設(shè)定值即維持怠速狀態(tài)的發(fā)動機最低轉(zhuǎn)速。
[0046]轉(zhuǎn)速目標(biāo)值的變化通過怠速提升值實現(xiàn)，如下公式:
[0047]轉(zhuǎn)速目標(biāo)值=怠速設(shè)定值+怠速提升值；
[0048]且，怠速提升值自起動成功時刻逐漸降低，至實現(xiàn)怠速(即切換成功)時，降低為零，即轉(zhuǎn)速目標(biāo)值與怠速設(shè)定值相等。即起動成功之后，隨著時間的變化，怠速提升值逐漸減小至零，直至轉(zhuǎn)速目標(biāo)值回歸至怠速設(shè)定值。
[0049]此種控制方法，在起動成功之后，切換至怠速狀態(tài)之初，轉(zhuǎn)速目標(biāo)值最大(怠速提升值最大)，以使轉(zhuǎn)速目標(biāo)值較為接近起動成功之后的發(fā)動機轉(zhuǎn)速，相應(yīng)地，閉環(huán)控制得出的發(fā)動機扭矩也接近于起動扭矩，防止扭矩變化過于劇烈，造成發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化過大，不利于PID閉環(huán)控制，之后，以逐漸降低的轉(zhuǎn)速目標(biāo)值為目標(biāo)進行閉環(huán)控制，則實際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差值始終較小，直至實際轉(zhuǎn)速達到怠速設(shè)定值，輸出的扭矩也慢慢地達到與怠速工況相適應(yīng)的發(fā)動機內(nèi)扭矩。
[0050]因此，相較于現(xiàn)有技術(shù)的由較高的起動成功轉(zhuǎn)速直接調(diào)整至較低的怠速設(shè)定值而言，本發(fā)明提供的方案，發(fā)動機內(nèi)扭矩不會發(fā)生突變，使得起動轉(zhuǎn)速可以平滑地過渡至怠速設(shè)定值，消除較大的振蕩凹坑，防止低溫下起動熄火等問題。
[0051]此外，本發(fā)明的方案中，怠速提升值的最大值和降低幅度可以通過試驗標(biāo)定，以達到平穩(wěn)過渡即可。則起動成功之后，即可通過目標(biāo)轉(zhuǎn)速值閉環(huán)控制得出適合的發(fā)動機內(nèi)扭矩，而無需標(biāo)定基礎(chǔ)扭矩，故相較于現(xiàn)有技術(shù)方案，本方案也無需進行繁瑣的標(biāo)定，減輕了工作量。
[0052]進一步地，怠速提升值可通過下述方式獲得:
[0053]怠速提升值=參考扭矩AX修正系數(shù)；
[0054]參考扭矩A =扭矩B-扭矩C ；
[0055]其中，扭矩B由起動成功時刻以發(fā)動機起動扭矩為初始值向發(fā)動機內(nèi)扭矩濾波計算獲得；扭矩C為發(fā)動機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制過程中，轉(zhuǎn)速控制積分器積分獲得。
[0056]修正系數(shù)可以試驗獲取。比如，根據(jù)怠速設(shè)定值，以及起動成功后的初始扭矩B、扭矩C，可以取一組系數(shù)，以使扭矩提升值能夠使轉(zhuǎn)速目標(biāo)值能夠達到(或略大于、略小于)起動成功后的轉(zhuǎn)速，然后依照選取的系數(shù)依次進行試驗，以獲得最佳的修正系數(shù)。實際上，根據(jù)試驗，也并不要求切換至怠速時，轉(zhuǎn)速目標(biāo)值與起動成功后的轉(zhuǎn)速接近，只要滿足切換過程中，不出現(xiàn)轉(zhuǎn)速振蕩凹坑，能夠平滑過渡即可。
[0057]請參考圖2、3，圖2為通過本發(fā)明所提供方法控制發(fā)動機由起動切換至怠速一種具體實施例中，實際轉(zhuǎn)速與怠速設(shè)定值的曲線圖，其中，I為起動成功標(biāo)志線，E為實際轉(zhuǎn)速曲線，F(xiàn)為轉(zhuǎn)速目標(biāo)值曲線，NI為怠速設(shè)定值；圖3為扭矩B和扭矩C的曲線圖。
[0058]通過圖3可知，扭矩B和扭矩C隨著時間的推移，二者的差值逐漸降低，則怠速提升值逐漸降低。在起動成功時刻，轉(zhuǎn)速控制積分器可以從零開始積分，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)速控制積分器得出的扭矩C為滿足怠速的發(fā)動機內(nèi)扭矩，而此時，濾波計算得出的扭矩B也為滿足怠速的發(fā)動機內(nèi)扭矩，此時公式得出的怠速提升值為零，則發(fā)動機處于怠速穩(wěn)定狀態(tài)。
[0059]如此形成怠速提升值具有下述優(yōu)勢:
[0060]扭矩B和扭矩C的差值反應(yīng)了當(dāng)前實際轉(zhuǎn)速和怠速設(shè)定值之間的差異程度，當(dāng)差異程度過高時，相應(yīng)地，得出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速值偏高，即降低實際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速值之間的差異，可以理解，差異程度逐漸降低，目標(biāo)轉(zhuǎn)速值也逐漸降低，則整個調(diào)控平穩(wěn)。則該種方式中怠速提升值的獲取與當(dāng)前工況相關(guān)(扭矩B和扭矩C的差值真實地反應(yīng)出當(dāng)前工況)，以使目標(biāo)轉(zhuǎn)速值的設(shè)定更加符合實際需求，無論環(huán)境如何變化，目標(biāo)轉(zhuǎn)速值的獲取能夠始終與工況相適應(yīng)，滿足轉(zhuǎn)速平滑過渡需求。
[0061]請參考圖4，與圖3對應(yīng)，圖4為起動扭矩和切換至怠速過程中發(fā)動機內(nèi)扭矩的曲線示意圖，其中，起動成功標(biāo)志線I左側(cè)曲線為起動扭矩曲線，起動成功標(biāo)志線I右側(cè)曲線為切換至怠速過程中的發(fā)動機內(nèi)扭矩曲線。
[0062]從圖4可看出，與轉(zhuǎn)速變化相對應(yīng)，扭矩從起動扭矩慢慢變化，平順地過渡至和怠速工況相適應(yīng)的發(fā)動機內(nèi)扭矩。
[0063]進一步地，對于參考扭矩A的獲取，還可以引入扭矩D:
[0064]參考扭矩A =扭矩B-扭矩C-扭矩D ；
[0065]其中，扭矩D =發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化率X發(fā)動機轉(zhuǎn)動慣量。即扭矩D為發(fā)動機的加速扭矩。
[0066]公式中去除扭矩D，是為了防止轉(zhuǎn)速沖高，消除轉(zhuǎn)速瞬態(tài)變化的能量，以使發(fā)動機轉(zhuǎn)速迅速穩(wěn)定到怠速值。比如當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速加速扭矩過大，則怠速設(shè)定值提升量就會減小，這樣閉環(huán)控制過程中，設(shè)定值與實際轉(zhuǎn)速的差值就會減小甚至為負(fù)，從而閉環(huán)PID得出的扭矩就會小一些，發(fā)動機轉(zhuǎn)速加速度就會受到相應(yīng)的抑制。實際上，該種設(shè)定除了可以消除轉(zhuǎn)速沖高所帶來的不利影響，也可消除轉(zhuǎn)速下沖太快的影響，當(dāng)然，多數(shù)工況下，均是針對轉(zhuǎn)速沖高。
[0067]以上對本發(fā)明所提供的一種控制發(fā)動機由起動切換至怠速的方法和系統(tǒng)均進行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種控制發(fā)動機由起動切換至怠速的方法，包括下述步驟: 發(fā)動機起動成功； 閉環(huán)控制發(fā)動機由起動成功后的實際轉(zhuǎn)速最終調(diào)整至發(fā)動機的怠速設(shè)定值； 其特征在于， 調(diào)整過程中，控制發(fā)動機由實際轉(zhuǎn)速調(diào)整至轉(zhuǎn)速目標(biāo)值； 其中，轉(zhuǎn)速目標(biāo)值=怠速設(shè)定值+怠速提升值； 且，所述怠速提升值自起動成功時刻逐漸降低，至實現(xiàn)怠速時，降低為零。
2.如權(quán)利要求1所述的控制發(fā)動機由起動切換至怠速的方法，其特征在于，所述怠速提升值通過下述方式獲得: 所述怠速提升值=參考扭矩AX修正系數(shù)； 參考扭矩A =扭矩B-扭矩C ； 其中，扭矩B由起動成功時刻以發(fā)動機起動扭矩為初始值向發(fā)動機內(nèi)扭矩濾波計算獲得；扭矩C為發(fā)動機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制過程中，轉(zhuǎn)速控制積分器積分獲得。
3.如權(quán)利要求2所述的控制發(fā)動機由起動切換至怠速的方法，其特征在于，參考扭矩A=扭矩B-扭矩C-扭矩D ； 其中，扭矩D =發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化率X發(fā)動機轉(zhuǎn)動慣量。
4.一種控制發(fā)動機由起動切換至怠速的系統(tǒng)，包括控制器，所述控制器閉環(huán)控制發(fā)動機由起動成功后的實際轉(zhuǎn)速最終調(diào)整至發(fā)動機的怠速設(shè)定值；其特征在于， 所述控制器在調(diào)整過程中，控制發(fā)動機由實際轉(zhuǎn)速調(diào)整至轉(zhuǎn)速目標(biāo)值； 其中，轉(zhuǎn)速目標(biāo)值=怠速設(shè)定值+怠速提升值； 且，所述控制器獲得的所述怠速提升值自起動成功時刻逐漸降低，至實現(xiàn)怠速時，降低為零。
5.如權(quán)利要求4所述的控制發(fā)動機由起動切換至怠速的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器設(shè)有濾波模塊和轉(zhuǎn)速控制積分器，所述控制器通過下述方式獲得所述怠速提升值: 所述怠速提升值=參考扭矩AX修正系數(shù)； 參考扭矩A =扭矩B-扭矩C ； 所述濾波模塊自起動成功時刻以發(fā)動機起動扭矩為初始值向發(fā)動機內(nèi)扭矩濾波計算獲得所述扭矩B ;發(fā)動機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制過程中，所述轉(zhuǎn)速控制積分器積分獲得所述扭矩C。
6.如權(quán)利要求5所述的控制發(fā)動機由起動切換至怠速的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器獲得的參考扭矩A =扭矩B-扭矩C-扭矩D ； 其中，扭矩D =發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化率X發(fā)動機轉(zhuǎn)動慣量。
【文檔編號】F02D17/04GK104196641SQ201410336394
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】張成龍, 李少佳, 劉棟 申請人:濰柴動力股份有限公司