手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统，包括信号采集单元、信号调理电路、发动机控制器和驱动控制电路；所述信号采集单元包括用于采集各种信号输入的信号采集模块，所述信号调理电路将采集的各种模拟信号转换为数字信号，所述发动机控制器根据调理后的数字信号进行判断，以识别当前离合器是否处于起步工况；如果离合器处于起步工况，则计算出能够增大发动机扭矩储备的怠速点火提前角和电子节气门开度；所述驱动控制电路输出控制信号，对汽车点火线圈和电子节气门开度进行控制，以提高发动机当前的扭矩储备。本发明能够使得汽车在离合器起步时有更多的扭矩储备防止发动机转速下跌较多甚至熄火，克服了起步易熄火的缺点。
【专利说明】手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于发动机控制【技术领域】，具体涉及一种手动挡汽车离合器起步识别及发 动机辅助控制系统。
【背景技术】
[0002] 汽车产品在开发过程中，驾驶性作为评价汽车性能的重要指标之一，越来越被消 费者重视，而离合器起步工况作为一种使用最为频繁的操作之一，对驾驶性的影响至关重 要。本发明的发明人经过研究发现，现有汽车为了提高汽车的燃油经济性及排放性，降低发 动机目标怠速作为了汽车厂家选择的一种常用方法；但同时，由于发动机目标转速的降低， 发动机储备扭矩也会随之降低，从而导致驾驶员在离合器起步时更加容易熄火。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术存在的为了提高汽车的燃油经济性及排放性，将发动机目标转速降 低，使发动机储备扭矩也随之降低，从而导致驾驶员在离合器起步时更加容易熄火的技术 问题，本发明提供一种手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统，从而解决现有 技术中起步容易熄火的缺点。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0005] -种手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统，包括信号采集单元、信 号调理电路、发动机控制器和驱动控制电路；其中，
[0006] 所述信号采集单元包括用于采集发动机进气压力的进气压力信号采集模块，采集 发动机转速的发动机转速信号采集模块，采集加速踏板开度的加速踏板信号采集模块，采 集汽车车速的车速信号采集模块，以及采集离合器是否被踩下的离合器信号采集模块；
[0007] 所述信号调理电路用于将所述信号采集单元中信号采集模块采集的模拟信号转 换为数字信号；
[0008] 所述发动机控制器用于根据调理后的数字信号进行判断，以确定当前发动机工况 是否处于怠速模式；如果发动机处于怠速模式，则识别当前离合器是否处于起步工况；如 果离合器处于起步工况，则再计算出能够增大发动机扭矩储备的怠速点火提前角和电子节 气门开度；
[0009] 所述驱动控制电路用于根据所述怠速点火提前角输出第一控制信号，对汽车点火 线圈的充放电进行控制，并根据所述电子节气门开度输出第二控制信号，对汽车电子节气 门的驱动电机进行控制，以提高发动机当前的扭矩储备。
[0010] 本发明提供的手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统中，所述信号采 集单元用于对手动挡汽车的相关信号进行采集，并通过所述信号调理电路调理后传输至所 述发动机控制器，所述发动机控制器对汽车离合器是否处于起步工况进行判断，在离合器 处于起步工况时计算出能够增大发动机扭矩储备的怠速点火提前角和电子节气门开度，所 述驱动控制电路根据发动机怠速点火提前角和电子节气门开度，输出相应的控制信号对汽 车点火线圈和电子节气门进行控制，以提高发动机当前的扭矩储备，从而使得汽车在离合 器起步时有更多的扭矩储备防止发动机转速下跌较多甚至熄火，从而克服了现有技术中起 步易熄火的缺点。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明提供的手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统结构原 理示意图。
[0012] 图2是本发明提供的发动机控制器工作原理示意图。
[0013] 图中，1、信号采集单元；11、进气压力信号采集模块；12、发动机转速信号采集模 块；13、加速踏板信号采集模块；14、车速信号采集模块；15、离合器信号采集模块；2、信号 调理电路；3、发动机控制器；31、发动机工况判断模块；32、离合器起步工况识别模块；33、 发动机排温模型模块；34、离合器起步辅助控制模块；35、计算模块；351、怠速扭矩储备计 算模块；352、怠速空气量计算模块；353、电子节气门开度计算模块；354、怠速点火提前角 计算模块；4、驱动控制电路；5、点火线圈；6、电子节气门。
【具体实施方式】
[0014] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本发明。
[0015] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"相连"、"连 接"应做广义理解，例如，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过 中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具 体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0016] 请参考图1所示，一种手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统，包括 信号采集单元1、信号调理电路2、发动机控制器3和驱动控制电路4 ;其中，
[0017] 所述信号采集单元1包括用于采集发动机进气压力的进气压力信号采集模块11， 采集发动机转速的发动机转速信号采集模块12,采集加速踏板开度的加速踏板信号采集模 块13,采集汽车车速的车速信号采集模块14,以及采集离合器是否被踩下的离合器信号采 集模块15 ;
[0018] 所述信号调理电路2用于将所述信号采集单元1中信号采集模块采集的模拟信号 转换为数字信号；
[0019] 所述发动机控制器3用于根据调理后的数字信号进行判断，以确定当前发动机工 况是否处于怠速模式；如果发动机处于怠速模式，则识别当前离合器是否处于起步工况； 如果离合器处于起步工况，则再计算出能够增大发动机扭矩储备的怠速点火提前角和电子 节气门开度；
[0020] 所述驱动控制电路4用于根据所述怠速点火提前角输出第一控制信号，对汽车点 火线圈5的充放电进行控制，并根据所述电子节气门开度输出第二控制信号，对汽车电子 节气门6的驱动电机进行控制，以提高发动机当前的扭矩储备。
[0021] 本发明提供的手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统中，所述信号采 集单元用于对手动挡汽车的相关信号进行采集，并通过所述信号调理电路调理后传输至所 述发动机控制器，所述发动机控制器对汽车离合器是否处于起步工况进行判断，在离合器 处于起步工况时计算出能够增大发动机扭矩储备的怠速点火提前角和电子节气门开度，所 述驱动控制电路根据发动机怠速点火提前角和电子节气门开度，输出相应的控制信号对汽 车点火线圈和电子节气门进行控制，以提高发动机当前的扭矩储备，从而使得汽车在离合 器起步时有更多的扭矩储备防止发动机转速下跌较多甚至熄火，从而克服了现有技术中起 步易熄火的缺点。
[0022] 作为具体实施例，请参考图1和图2所示，所述发动机控制器3包括发动机工况判 断模块31、离合器起步工况识别模块32、发动机排温模型模块33、离合器起步辅助控制模 块34和计算模块35 ;其中，所述发动机工况判断模块31用于根据调理后的数字信号进行 判断，以确定当前发动机工况是否处于怠速模式；所述离合器起步工况识别模块32用于当 发动机处于怠速模式时，识别当前离合器是否处于起步工况；所述发动机排温模型模块33 用于根据调理后的数字信号进行判断，以确定当前发动机的排温是否超过限值；所述离合 器起步辅助控制模块34用于当离合器处于起步工况且发动机的排温低于限值时，计算出 需要的目标附加扭矩储备比，并控制起步附加扭矩储备比按照一定速率从当前值增加到目 标附加扭矩储备比；所述计算模块35用于根据所述起步附加扭矩储备比，计算出发动机怠 速点火提前角和电子节气门开度。在本实施例中，当所述离合器起步工况识别模块32识别 到离合器处于起步工况且发动机的排温低于限值时，开始对目标点火提前角进行控制，逐 渐减小到一个可以控制的目标点火提前角，从而增大了当前发动机的储备扭矩。在这个过 程中由于点火提前角的下降，为了维持发动机转速稳定在目标转速，发动机控制器需要控 制进气量逐渐增加，以维持发动机在目标转速运行所需要的扭矩。当驾驶员开始松离合进 行起步时，发动机转速会下降，控制器通过增大发动机点火提前角来提高发动机的扭矩，从 而避免熄火。当所述离合器起步工况识别模块32识别到离合器起步工况已经结束，或则所 述发动机排温模型模块33推导出的发动机排温已经超过限值时，则会退出起步辅助模式， 点火提前角逐渐增加到目标值，同时为了维持发动机转速稳定，进气量也会相应的逐渐减 少。
[0023] 作为具体实施例，所述发动机工况判断模块31具体根据所述发动机转速信号、力口 速踏板信号和车速信号来判断，以确定当前发动机工况是否处于怠速模式。具体地，所述发 动机工况判断模块31的作用是对当前发动机的运行工况模式进行判断，如果发动机当前 转速与目标转速的差值的绝对值小于预设限值，且当前的车速低于预设限值，并且加速踏 板的开度也小于预设限值，则判定当前发动机运行工况是处于怠速模式。当然，判定当前发 动机工况是否处于怠速模式的方式并不局限于此，本领域技术人员在前述判定方式的基础 上，还可以采用其它方式，例如增加或替换其它的采集信号来判定，只要能够准确判定当前 发动机的运行工况模式即可。
[0024] 作为具体实施例，所述离合器起步工况识别模块32具体根据所述车速信号、离合 器信号和发动机处于怠速模式时，识别当前离合器是否处于起步工况。具体地，所述离合器 起步工况识别模块32的作用是对起步辅助控制的进入与退出提供判断条件，当识别到离 合器已经被踩下，且当前的车速足够低（如小于3km/h)，并且当前发动机运行工况是处于 怠速模式时，则判断当前离合器是处于起步工况。当然，判定当前离合器是否处于起步工况 的方式并不局限于此，本领域技术人员在前述判定方式的基础上，还可以采用其它方式，例 如增加或替换其它的采集信号来判定，只要能够准确判定当前离合器的起步工况即可。
[0025] 作为具体实施例，所述发动机排温模型模块33具体根据所述发动机进气压力信 号和发动机转速信号进行判断，以确定当前发动机的排温是否超过限值。具体地，所述发动 机排温模型模块33的作用是通过当前的进气压力对发动机当前的负荷进行推导，并结合 当前发动机转速，最终推导出当前的发动机排温；如果当前模型推导的发动机排温小于预 设的催化器保护温度限值，则判定当前发动机的排温没有超过限值。当然，判定当前发动机 的排温是否超过限值的方式并不局限于此，本领域技术人员在前述判定方式的基础上，还 可以采用其它方式，例如增加或替换其它的采集信号来判定，只要能够准确判定当前发动 机的排温即可。
[0026] 作为具体实施例，所述离合器起步辅助控制模块34的作用是根据所述离合器起 步工况识别模块32的识别结果和所述发动机排温模型模块33的推导结果，判断是否需要 起步附加扭矩储备，进而计算出需要的目标附加扭矩储备比。具体为当离合器处于起步工 况且发动机的排温低于限值时，所述离合器起步辅助控制模块34计算出需要的目标附加 扭矩储备比，并控制起步附加扭矩储备比按照一定速率从当前值增加到目标附加扭矩储备 t匕，起步附加扭矩储备比的默认值为〇,即当不需要起步扭矩储备时，起步附加扭矩储备比 的值为〇。其中，扭矩储备比为当前工况的点火提前角所具有的扭矩与在当前工况最大扭 矩点火提前角所具备的扭矩的比值，最大扭矩点火提前角为当前工况发动机在没有爆震情 况下提供最大扭矩时的点火提前角；在发动机排温没有超过限值的前提下，且离合器进入 起步工况时，所述离合器起步辅助控制模块34会控制起步附加扭矩储备比按照一定的速 率（如0. 2?1. 5)从当前值逐渐增加到目标附加扭矩储备比，以提高发动机当前的储备扭 矩，从而避免离合器起步时发动机转速跌落或熄火。当离合器退出起步工况或发动机的排 温超过限值时，所述离合器起步辅助控制模块34会控制起步附加扭矩储备比从当前的起 步附加扭矩储备比按照一定的速率逐渐减小到0,以避免点火提前角长时间过小而导致发 动机排温过高。
[0027] 作为具体实施例，请参考图2所示，所述计算模块35包括怠速扭矩储备计算模块 351、怠速空气量计算模块352、电子节气门开度计算模块353和怠速点火提前角计算模块 354 ;其中，所述怠速扭矩储备计算模块351用于根据所述起步附加扭矩储备比，以及预设 的基本怠速扭矩储备比，计算出总的怠速扭矩储备比；所述怠速空气量计算模块352用于 根据所述总的怠速扭矩储备比，以及通过发动机标定得到怠速基本进气量、怠速进气自学 习值和怠速空气PID (Proportion Integration Differentiation，比例积分微分）值，计算 出怠速期望进气量，其中怠速进气自学习值由怠速进气PID控制中的积分项学习得到，怠 速空气PID值以发动机转速作为反馈，以发动机转速与目标转速的差值作为控制的输入， 进行PID计算得到；所述电子节气门开度计算模块353用于根据怠速期望进气量，以及当前 发动机的转速、温度和大气压力，计算出当前需要的电子节气门开度；所述怠速点火提前角 计算模块354用于根据所述总的怠速扭矩储备比，查表得到当前目标点火提前角和最大扭 矩点火提前角的点火角差值，以及当前的最大扭矩点火提前角，计算出当前的目标点火提 前角，再将当前发动机转速作为反馈进行PID计算，对目标点火提前角进行修正，获得最终 的怠速点火提前角；其中，点火角差值与总的怠速扭矩储备比的关系，以及最大扭矩点火提 前角均通过发动机台架标定得到。具体地，所述离合器起步辅助控制模块34将起步附加扭 矩储备比输出至所述怠速扭矩储备计算模块351中，所述怠速扭矩储备计算模块351利用 该起步附加扭矩储备比，加上预设的基本怠速扭矩储备比，来计算出总的怠速扭矩储备比。 作为一种实施方式，下表1为不同发动机水温下的发动机怠速目标转速、基本怠速扭矩储 备比和起步附加扭矩储备比值。
[0028] 表 1 :
[0029]
【权利要求】
1. 手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统，其特征在于，包括信号采集单 元、信号调理电路、发动机控制器和驱动控制电路；其中， 所述信号采集单元包括用于采集发动机进气压力的进气压力信号采集模块，采集发动 机转速的发动机转速信号采集模块，采集加速踏板开度的加速踏板信号采集模块，采集汽 车车速的车速信号采集模块，以及采集离合器是否被踩下的离合器信号采集模块； 所述信号调理电路用于将所述信号采集单元中信号采集模块采集的模拟信号转换为 数字信号； 所述发动机控制器用于根据调理后的数字信号进行判断，以确定当前发动机工况是否 处于怠速模式；如果发动机处于怠速模式，则识别当前离合器是否处于起步工况；如果离 合器处于起步工况，则再计算出能够增大发动机扭矩储备的怠速点火提前角和电子节气门 开度； 所述驱动控制电路用于根据所述怠速点火提前角输出第一控制信号，对汽车点火线圈 的充放电进行控制，并根据所述电子节气门开度输出第二控制信号，对汽车电子节气门的 驱动电机进行控制，以提高发动机当前的扭矩储备。
2. 根据权利要求1所述的手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统，其特征 在于，所述发动机控制器包括发动机工况判断模块、离合器起步工况识别模块、发动机排温 模型模块、离合器起步辅助控制模块和计算模块；其中， 所述发动机工况判断模块用于根据调理后的数字信号进行判断，以确定当前发动机工 况是否处于怠速模式； 所述离合器起步工况识别模块用于当发动机处于怠速模式时，识别当前离合器是否处 于起步工况； 所述发动机排温模型模块用于根据调理后的数字信号进行判断，以确定当前发动机的 排温是否超过限值； 所述离合器起步辅助控制模块用于当离合器处于起步工况且发动机的排温低于限值 时，计算出需要的目标附加扭矩储备比，并控制起步附加扭矩储备比按照一定速率从当前 值增加到目标附加扭矩储备比； 所述计算模块用于根据所述起步附加扭矩储备比，计算出发动机电子节气门开度和怠 速点火提前角。
3. 根据权利要求2所述的手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统，其特征 在于，所述发动机工况判断模块具体根据所述发动机转速信号、加速踏板信号和车速信号 来判断，以确定当前发动机工况是否处于怠速模式。
4. 根据权利要求2所述的手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统，其特征 在于，所述离合器起步工况识别模块具体根据所述车速信号、离合器信号和发动机处于怠 速模式时，识别当前离合器是否处于起步工况。
5. 根据权利要求2所述的手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统，其特征 在于，所述发动机排温模型模块具体根据所述发动机进气压力信号和发动机转速信号进行 判断，以确定当前发动机的排温是否超过限值。
6. 根据权利要求2所述的手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统，其特征 在于，所述计算模块包括怠速扭矩储备计算模块、怠速空气量计算模块、电子节气门开度计 算模块和怠速点火提前角计算模块；其中， 所述怠速扭矩储备计算模块用于根据所述起步附加扭矩储备比，以及预设的基本怠速 扭矩储备比，计算出总的怠速扭矩储备比； 所述怠速空气量计算模块用于根据所述总的怠速扭矩储备比，以及通过发动机标定得 到的怠速基本进气量、怠速进气自学习值和怠速空气PID值，计算出怠速期望进气量； 所述电子节气门开度计算模块用于根据怠速期望进气量，以及当前发动机的转速、温 度和大气压力，计算出当前需要的电子节气门开度； 所述怠速点火提前角计算模块用于根据所述总的怠速扭矩储备比，查表得到当前目标 点火提前角和最大扭矩点火提前角的点火角差值，以及当前的最大扭矩点火提前角，计算 出当前的目标点火提前角，再将当前发动机转速作为反馈进行PID计算，对目标点火提前 角进行修正，获得最终的怠速点火提前角；其中，点火角差值与总的怠速扭矩储备比的关 系，以及最大扭矩点火提前角均通过发动机台架标定得到。
7. 根据权利要求6所述的手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统，其特征 在于，所述怠速空气量计算模块中，计算所述怠速期望进气量具体为： 怠速期望进气量=怠速基本进气量/总的怠速扭矩储备比+怠速进气自学习值+怠速 空气PID值。
8. 根据权利要求6所述的手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统，其特征 在于，所述电子节气门开度计算模块中，计算所述电子节气门开度具体为： 期望节气门体进气量=怠速期望进气量-节气门体漏气量； 修正后的期望节气门体进气量=进气温度修正系数X期望节气门体进气量/大气压 力修正系数； 根据所述修正后的期望节气门体进气量，结合节气门体真空度通过查表就可以得到电 子节气门开度；其中，修正后的期望节气门体进气量与节气门体真空度、电子节气门开度关 系的三维表，以及节气门体漏气量、进气温度修正系数、大气压力修正系数均通过发动机台 架标定得到。
9. 根据权利要求6所述的手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统，其特征 在于，所述怠速点火提前角计算模块中，计算所述目标点火提前角和怠速点火提前角具体 为： 目标点火提前角=点火角差值+最大扭矩点火提前角； 怠速点火提前角=目标点火提前角+怠速转速PID控制的点火提前角修正值；其中， 怠速转速PID控制的点火提前角修正值是以发动机转速作为反馈，以发动机转速与目 标转速的差值作为输入进行PID控制而得到的。
10. 根据权利要求1所述的手动挡汽车离合器起步识别及发动机辅助控制系统，其特 征在于，所述驱动控制电路用于根据所述怠速点火提前角输出电流信号，对汽车点火线圈 的充放电进行控制，并根据所述电子节气门开度输出脉宽调制信号，对汽车电子节气门的 驱动电机进行控制。
【文档编号】F02D29/02GK104343569SQ201410487076
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】王聪, 许匀峰 申请人:重庆长安伟世通发动机控制系统有限公司