CN106246371A - 一种柴油机从高速到怠速过渡的油量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴油机从高速到怠速过渡的油量控制方法，包括减速断油阶段和恢复供油阶段，ECU检测到油门切断时进入减速断油阶段，发动机转速降到某一阈值范围内时恢复供油，油门切断并且转速下降到高于低怠速目标转速的阈值一定范围时进入低怠速状态；当速度降低到怠速转速阈值以上时恢复喷油，在恢复供油阶段喷油时采用怠速油量控制补偿DT1模块对油量补偿进行控制；当转速下降到高于低怠速目标值预定值时，怠速油量控制补偿DT1模块起动、进入DT1模块预控状态，喷油器开始恢复喷油、按照DT1算法算出的油量进行喷油，随着转速与目标怠速间的偏差减小，循环油量逐渐减少，直至转速下降至目标怠速时，输出油量转换至怠速油量。

Description

一种柴油机从高速到怠速过渡的油量控制方法

技术领域

本发明涉及柴油机技术领域，尤其涉及一种柴油机从高速到怠速过渡的油量控制方法。

背景技术

低怠速是柴油机的重要工况之一，现在的交通状况使低怠速工况的运行时间变得越来越多，因此如何平缓的进入低怠速控制变得特别重要。尤其在从高速过渡到低怠速时的油量控制，要保证转速快速降低，稳定过渡到怠速，既不能减速太快导致熄火停车，也不能因转速降低太慢而但影响驾驶舒适性，同时应避免涉及到交通安全问题。我们将这种工况定义为急减速工况。现有技术中，对于此工况采用的是减速断油和恢复供油两种策略，恢复供油就是进入怠速转速阈值时采用PI控制算法。此传统的技术方法缺陷是不能及时克服从高速状态往低怠速转变时转速下跌的惯性，因此转速跌落比较大，不能平稳的过渡到低怠速状态，不舒适感强烈。

发明内容

本发明的目的就是为解决现有技术存在的上述问题，提供一种柴油机从高速到怠速过渡的油量控制方法；本发明在恢复供油阶段我们开发了怠速油量控制补偿DT1算法作为预控制，稳定时再采用PI控制进行低怠速控制的思路。在怠速转速阈值以上恢复喷油，并且采用怠速油量控制补偿DT1算法，可以更有效的防止柴油机失速，并且更加平稳的过渡到怠速转速。

本发明解决技术问题的技术方案为：

一种柴油机从高速到怠速过渡的油量控制方法，包括减速断油阶段和恢复供油阶段，ECU不断检测发动机当前转速以及油门开度，当检测到油门切断时进入减速断油阶段，当发动机转速降到某一阈值范围内时进入恢复供油阶段，当油门切断并且转速下降到高于低怠速目标转速的阈值一定范围时进入低怠速状态；当速度降低到怠速转速阈值以上时恢复喷油，在恢复供油阶段喷油时采用怠速油量控制补偿DT1模块对油量补偿进行控制，使柴油机更加平稳的过渡到怠速转速、防止柴油机失速；当转速下降到高于低怠速目标值预定值时，怠速油量控制补偿DT1模块起动、进入DT1模块预控状态，喷油器开始恢复喷油、并按照DT1算法算出的油量进行喷油，随着转速与目标怠速间的偏差减小，循环油量逐渐减少，直至转速下降至目标怠速时，输出油量转换至怠速油量。

所述减速断油阶段包括车辆行驶过程中、柴油机在高速运转时油门突然关闭，ECU完全停止燃油喷射，柴油机转速会逐渐下降，等到转速降到接近怠速阈值的某范围，ECU退出减速断油控制、恢复供油。

所述怠速油量控制补偿DT1模块为带有时间延迟的微分单元，能够朝着与输入相反的方向发生作用，所述怠速油量控制补偿DT1模块采用以下传递函数：

G(s)＝T₁×k_d×s/(1+s×T₁)，

式中，G(s)为DT1算法的传递函数，s为复变量，k_d为微分参数，T₁为时间常数，单位为s；

由上述DT1算法G(s)传递函数通过数学转换推出其相应DT1算法差分方程，如下：

q_k＝Q·q_k-1+k_d·(x_k-x_k-1)，

$Q=e^{-\frac{T_0}{T_1}};$

其中，q_k为本次采样时刻补偿油量值，单位mg；q_k-1为上一次采样时刻补偿油量值，单位mg；x_k为本次采样时刻转速，单位r/min；x_k-1为上一次采样时刻转速，单位r/min；Q为衰减系数，决定了微分作用的衰减速度，k_d为微分参数；T₀为采样时间，单位s；T₁为时间常数，单位s。所述怠速油量控制补偿DT1模块采用通过以下步骤实现：

1)当发动机转速达到目标怠速加上可标定的一偏移量Ⅰ时，进入Idle-DT1Ini预控DT1初始化状态；

2)对转速和DT1初始油量赋初值，进入Idle-DT1预控DT1状态，在此状态时，DT1算法起作用，开始按照DT1差分方程进行油量计算，对发动机进行预控；

3)如果转速在目标怠速加上可标定的某偏移量Ⅱ时，此偏移量Ⅱ要比条件1中的偏移量Ⅰ要小，此时进入Idle-PID怠速PID状态；

4)油门踏板置位时，也就是从怠速进入调速的时候；

5)启动状态或者调速状态到怠速；

6)当油门踏板置位时，从DT1状态进入到调速状态。

本发明的有益效果：

本发明采用从高速到怠速过渡的油量控制方法后，按照算法提前对低怠速进行预控制，缓冲转速跌落的惯性，舒适感加强，能够平稳的过渡到低怠速，不会出现转速跌落到怠速目标转速以下的情况。解决了现有技术由于减速太快导致熄火停车的问题，也解决了因转速降低太慢而但影响驾驶舒适性的问题，也提高了交通安全性。

附图说明:

图1为本发明的发动机控制状态框图；

图2为本发明的急减速工况的理想效果图；

图3为本发明的急减速工况下的四个状态及各个状态之间的切换结构示意图；

图4为未加入DT1控制算法的急减速工况下的整车实验结果；

图5为本发明加入DT1控制算法的急减速工况下的整车实验结果。

具体实施方式：

为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。

如图1至图5所示，一种柴油机从高速到怠速过渡的油量控制方法，包括减速断油阶段和恢复供油阶段，ECU不断检测发动机当前转速以及油门开度，当检测到油门切断时进入减速断油阶段，当发动机转速降到某一阈值范围内时进入恢复供油阶段，当油门切断并且转速下降某一定范围时、进入低怠速状态；当速度降低到怠速转速阈值以上时恢复喷油，在恢复供油阶段喷油时采用怠速油量控制补偿DT1模块对油量补偿进行控制，使柴油机更加平稳的过渡到怠速转速、有效的防止柴油机失速。图3详细说明了DT1控制策略在调速和低怠速直接的衔接作用。

当转速下降到某一预定值时，怠速油量控制补偿DT1模块起动、进入DT1模块预控状态，喷油器开始恢复喷油并按照DT1算法算出的油量进行喷油，随着转速与目标怠速间的偏差减小，循环油量逐渐减小，直至转速下降至目标怠速时，输出油量转换至怠速油量。

所述怠速油量控制补偿DT1模块是带有时间延迟的微分单元，相当于一个阻尼器，能够朝着与输入相反的方向发生作用，对其进行超调。所述怠速油量控制补偿DT1模块采用的传递函数为：

G(s)＝T₁×k_d×s/(1+s×T₁)，

G(s)为DT1算法的传递函数，其中，s为复变量，k_d为微分参数，T₁为时间常数，单位为s。

由上述DT1算法的传递函数G(s)可通过数学转换推出其相应DT1算法差分方程，如下：

q_k＝Q·q_k-1+k_d·(x_k-x_k-1)，

$Q=e^{-\frac{T_0}{T_1}};$

其中，q_k为本次采样时刻补偿油量值，单位mg；q_k-1为上一次采样时刻补偿油量值，单位mg；x_k为本次采样时刻转速，单位r/min；x_k-1为上一次采样时刻转速，单位r/min；Q为衰减系数，决定了微分作用的衰减速度，k_d为微分参数；T₀为采样时间，单位s；T₁为时间常数，单位s。

所述怠速油量控制补偿DT1模块采用通过以下步骤实现：

1)当发动机转速达到目标怠速加上可标定的一偏移量Ⅰ时，进入Idle-DT1Ini预控DT1初始化状态；

2)对转速和DT1初始油量赋初值，进入Idle-DT1预控DT1状态，在此状态时，DT1算法起作用，开始按照DT1差分方程进行油量计算，对发动机进行预控；

3)如果转速在目标怠速加上可标定的某偏移量Ⅱ时，此偏移量Ⅱ要比条件1中的偏移量Ⅰ要小，此时进入Idle-PID怠速PID状态；

4)油门踏板置位时，也就是从怠速进入调速的时候；

5)启动状态或者调速状态到怠速；

6)当油门踏板置位时，从DT1状态进入到调速状态。

所述减速断油阶段包括车辆行驶过程中、柴油机在高速运转时油门突然关闭，ECU(电子控制单元)完全停止燃油喷射，柴油机转速会逐渐下降，等到转速降到接近怠速阈值的某范围，ECU退出减速断油控制、恢复供油。

本发明工作原理说明如下：

我们定义发动机运行状态有如图1所示四种状态：停机、起动、低怠速和调速。本专利要研究的就是调速到低怠速之间的转变。传统理念上，调速状态向低怠速状态转换时，需要加速踏板开度小于回怠速踏板阀值并且发动机转速小于回怠速转速阀值，本专利讨论的就是调速状态向低怠速状态切换时的工况，此处，我们命名为急减速工况。为保证此工况能够平稳过渡，我们采用减速断油和恢复供油策略，恢复供油中我们包括此专利提出的DT1控制算法。

减速断油是指车辆行驶过程中，柴油机在高速运转时油门突然关闭，ECU(电子控制单元)完全停止燃油喷射，柴油机转速会逐渐下降，等到转速降到接近怠速阈值的某范围时，ECU就退出减速断油控制，恢复供油。

在怠速转速阈值以上恢复喷油，可以防止柴油机失速，并平稳过渡到怠速转速。在减速断油期间，如果检测到有油门踏板信号，ECU立即恢复供油，柴油机进入调速状态。

1)急减速工况

当车辆在有油门状态下高速运行时，若此时需要紧急刹车，柴油机将从高转速过渡到低怠速，这种状态即为急减速工况。这种过渡工况需要转速下降迅速，然后平稳过渡到低怠速转速，这种工况下不能出现由于转速下降得过快而导致熄火停车。如果油门一松开，ECU就判定进入低怠速工况，就会根据怠速油量MAP查取油量，此时若喷油会导致转速下降缓慢。如果等转速降到怠速时再判断进入怠速，怠速的油量不足以克服发动机的惯性，导致转速持续下降，甚至失速熄火。

对于这种情况，采用减速断油和恢复供油两种控制策略。ECU不断检测发动机当前转速以及油门开度，当检测到油门切断时，就进入减速断油阶段，当发动机转速降到某一阈值范围内时，就进入恢复供油阶段。而且低怠速工况的判断是当油门切断，并且转速下降到高于低怠速目标转速的阈值一定范围时，才进入低怠速状态。图2所示为上述急减速工况下的理想效果图。

2)急减速工况预控油量的计算

为了克服发动机转速下降的惯性力矩，需要做一些油量补偿，采用的是一阶带有时间延迟的微分DT1算法，DT1产生的预控效果可以快速对转速下降做出反应，及时对油量进行补偿，并且补偿呈衰减的趋势，从而保证了转速向怠速目标转速过渡。DT1模块是带有时间延迟的微分单元，相当于一个阻尼器，能够朝着与输入相反的方向发生作用，对其进行超调。

其传递函数为：

G(s)＝T₁×k_d×s/(1+s×T₁)

G(s)为DT1算法的传递函数，其中，s为复变量，k_d为微分参数，T₁为时间常数，单位为s。

由上述DT1算法G(s)传递函数可通过数学转换推出其相应DT1算法差分方程，如下：

q_k＝Q·q_k-1+k_d·(x_k-x_k-1)，

$Q=e^{-\frac{T_0}{T_1}};$

其中，q_k为本次采样时刻补偿油量值，单位mg；q_k-1为上一次采样时刻补偿油量值，单位mg；x_k为本次采样时刻转速，单位r/min；x_k-1为上一次采样时刻转速，单位r/min；Q为衰减系数，决定了微分作用的衰减速度，k_d为微分参数；T₀为采样时间，单位s；T₁为时间常数，单位s。

DT1模块在低怠速控制中作为预控制器使用。只有当发动机转速“下冲”到低怠速附近的时候，才会启动它。预控能够及时地响应转速的变化，根据转速的变化趋势输出调整扭矩，防止转速的“下冲”。

图3描述了急减速状态下的油量控制策略，在急减速工况下的四个状态以及各个状态之间的切换。

3)试验结果

为验证上述控制思想，准备了一辆装电控单体泵的整车，以及带DT1控制功能和不带DT1控制功能的两套程序，下载相同的数据，进行以下试验：热车后，将车辆稳定在怠速状态，然后急加油门，转速冲上去以后，突然松开油门，油门开度减少为0，ECU判断此时进入急减速工况的，立即停止喷油。

对于上述工况，下载不带DT1控制功能的程序进行试验时，转速下降到当前水温对应的低怠速目标转速时，进入怠速工况，开始恢复喷油，进行PI控制调节。

下载带DT1控制功能的程序进行试验时，转速下降到当前水温对应的低怠速目标值加一偏移量(可标定)时，则进入DT1预控，开始恢复喷油，按照DT1算法算出的油量进行喷油，随着转速与目标怠速间的偏差减小，循环油量迅速减少，直至转速下降至目标怠速时，输出油量转换至怠速油量。

急减速工况中加入DT1控制算法在整车上进行了试验。ECU的计算结果通过RS232通讯进行实时在线检测和标定。图4为未加入DT1控制算法的急减速工况下的整车控制效果图；图5为加入DT1控制算法后的急减速工况下的整车控制效果图。

通过图4与图5对比可见:急加油门，发动机进入调速状态；松开油门，转速开始下降，未加入DT1控制算法的试验回怠速时转速会跌到怠速目标转速以下，出现图4中的落坑现象，然后再通过怠速PI调节，稳定在怠速目标转速；加入DT1控制算法的试验回怠速时，如图5所示，比较平稳，未出现上述落坑现象，然后通过PI调节，能够快速的稳定在怠速目标转速。

比较而言，加入DT1控制后，急减速工况转换至低怠速工况时，柴油机可平稳的过渡到目标怠速，控制效果比较好，当然舒适度也相应提高。

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种柴油机从高速到怠速过渡的油量控制方法，其特征是，包括减速断油阶段和恢复供油阶段，ECU不断检测发动机当前转速以及油门开度，当检测到油门切断时进入减速断油阶段，当发动机转速降到某一阈值范围内时进入恢复供油阶段，当油门切断并且转速下降到高于低怠速目标转速的阈值一定范围时进入低怠速状态；当速度降低到怠速转速阈值以上时恢复喷油，在恢复供油阶段喷油时采用怠速油量控制补偿DT1模块对油量补偿进行控制，使柴油机更加平稳的过渡到怠速转速、防止柴油机失速；当转速下降到高于低怠速目标值预定值时，怠速油量控制补偿DT1模块起动、进入DT1模块预控状态，喷油器开始恢复喷油、并按照DT1算法算出的油量进行喷油，随着转速与目标怠速间的偏差减小，循环油量逐渐减少，直至转速下降至目标怠速时，输出油量转换至怠速油量。

2.如权利要求1所述的一种柴油机从高速到怠速过渡的油量控制方法，其特征是，所述减速断油阶段包括车辆行驶过程中、柴油机在高速运转时油门突然关闭，ECU完全停止燃油喷射，柴油机转速会逐渐下降，等到转速降到接近怠速阈值的某范围，ECU退出减速断油控制、恢复供油。

3.如权利要求1所述的一种柴油机从高速到怠速过渡的油量控制方法，其特征是，所述怠速油量控制补偿DT1模块为带有时间延迟的微分单元，能够朝着与输入相反的方向发生作用，所述怠速油量控制补偿DT1模块采用以下传递函数：

G(s)＝T₁×k_d×s/(1+s×T₁)，

式中，G(s)为DT1算法的传递函数，s为复变量，k_d为微分参数，T₁为时间常数，单位为s；

由上述DT1算法G(s)传递函数通过数学转换推出其相应DT1算法差分方程，如下：

q_k＝Q·q_k-1+k_d·(x_k-x_k-1)，

$Q=e^{-\frac{T_0}{T_1}};$

其中，q_k为本次采样时刻补偿油量值，单位mg；q_k-1为上一次采样时刻补偿油量值，单位mg；x_k为本次采样时刻转速，单位r/min；x_k-1为上一次采样时刻转速，单位r/min；Q为衰减系数，决定了微分作用的衰减速度，k_d为微分参数；T₀为采样时间，单位s；T₁为时间常数，单位s。

4.如权利要求1所述的一种柴油机从高速到怠速过渡的油量控制方法，其特征是，所述怠速油量控制补偿DT1模块采用通过以下步骤实现：

1)当发动机转速达到目标怠速加上可标定的一偏移量Ⅰ时，进入Idle-DT1Ini预控DT1初始化状态；

2)对转速和DT1初始油量赋初值，进入Idle-DT1预控DT1状态，在此状态时，DT1算法起作用，开始按照DT1差分方程进行油量计算，对发动机进行预控；

3)如果转速在目标怠速加上可标定的某偏移量Ⅱ时，此偏移量Ⅱ要比条件1中的偏移量Ⅰ要小，此时进入Idle-PID怠速PID状态；

4)油门踏板置位时，也就是从怠速进入调速的时候；

5)启动状态或者调速状态到怠速；

6)当油门踏板置位时，从DT1状态进入到调速状态。