专利名称：用于控制具有手动变速器的车辆的内燃机在起动阶段每分钟的旋转数量的方法
技术领域：
本发明涉及用于控制具有手动变速器的车辆的内燃机在起动阶段每分钟的旋转数量的方法。
背景技术：
车辆的起动阶段(通常也称为发动阶段)，也即通过在引擎的驱动轴和驱动轮之间产生机械连接而使先前静止的车辆开始运动的阶段，对于所有操纵车制造商来说都是特别重要的，因为其对驾驶员的舒适性和关于车辆品牌和样式的性能印象都有直接影响。起动阶段尤其关键，因为其发生在每分钟很低的旋转数量下(也即处于每分钟空转的旋转数量下)，从而具有低的可获得的扭矩(引擎的扭矩极大地依赖于引擎每分钟的 旋转数量)；而且，起动阶段尤其重要，因为其意味着引擎扭矩和机械惯性高度不连续的阶段，因为在起动阶段的开始处，引擎必须传送小的(实质上恒定的)扭矩以维持引擎每分钟只有空转旋转数量的旋转，而在起动阶段的结尾，引擎必须传送高得多的扭矩，以运动和加速车辆的总质量。在具有伺服辅助的变速器或自动变速器的车辆中，起动阶段完全通过引擎和变速器的控制单元管理，因此在所有条件下都可以获得或者最优化或者接近最优化的起动阶段的行进。相反，在具有手动变速器的车辆中，起动阶段极大地由驾驶员确定，其一方面操作加速器以控制扭矩的产生，另一方面操作离合器以控制引擎到驱动轮的连接。因此，在起动阶段中，引擎的电子控制单元必须试图遵循驾驶员的操纵，努力去尽可能多地补偿驾驶员的“失误”。然而，当驾驶员的操纵完全“错误”时(也即当驾驶员非常快速地松开离合器而不同时按下加速器时)，引擎的电子控制单元处于困境中，因为其没有任何办法去补偿驾驶员的“错误”，因此起动阶段是有问题的(也即车辆颠簸或引擎甚至可能停止)。专利申请EP0930424A2描述了用于在具有手动变速器的车辆的起动阶段控制内燃机每分钟的旋转数量的方法；该控制方法包括步骤确定空转的每分钟旋转数量；控制内燃机，从而使得实际的每分钟旋转数量不低于空转的每分钟旋转数量；识别车辆起动阶段的开始；建立每分钟旋转数量的起动增加；和当识别出车辆起动阶段开始时，控制内燃机，从而使得实际的每分钟旋转数量不低于通过起动增加提高后的空转的每分钟旋转数量。然而，即使遵循EP0930424A2的专利申请中所述的用于控制每分钟旋转数量的方法，起动阶段在一些条件下仍然可能是有问题的(也即车辆颠簸或引擎甚至可能停止)。
发明内容
本发明的目的在于提供用于控制具有手动变速器的车辆的内燃机在起动阶段每分钟的旋转数量的方法，该控制方法消除了上述缺点，特别是能够容易和成本有效地实现。
现在将参考附图描述本发明，所述附图示例了本发明非限制性的实施方式，其中图I是具有电子控制单元的车辆的图示图，该电子控制单元执行用于控制本发明对象在起动阶段每分钟的旋转数量的方法。图2-4是三个方框图，表示在图I的电子控制单元中执行的各个控制逻辑；和图5是图表，其表示存储在图I的电子控制单元的存储器中的经验控制地图。
具体实施方式
在图I中，参考数字I整体上指示具有设置在前方位置中的热力内燃机2和手动变速器3的道路车辆，该变速器将热力引擎2产生的扭矩传递到后驱动轮4。变速器3包括设置在位于集成有引擎曲柄轴箱的钟盖中的前方位置中的离合器5和设置在位于后驱动轮4处的后方位置中的变速箱6。内燃机2通过电子控制单元7控制，该电子控制单元还支配内燃机2每分钟的旋转数量。电子控制单元7检测加速器踏板GA的位置、制动踏板BR的位置、离合器踏板CL的位置和齿轮控制GE的位置(当变速器3是手动时，离合器5通过驾驶员经由离合器踏板CL直接控制，而齿轮箱6通过驾驶员经由齿轮控制GE直接控制)。如图2所示，电子控制单元7的计算块8以已知的方式(也即通过读取存储单元中的值)确定空转每分钟的旋转数量(也即当在空转条件下内燃机2需要维持的旋转速度)。当内燃机2处于空转条件下时，空转的每分钟旋转数量Niim变为目标的每分钟旋转数量Ntamet,其供应到调节器(regulator) 9，该调节器以已知的方式控制内燃机2跟随目标的每分钟旋转数量Ntamet(从而确保实际的每分钟旋转数量N不低于空转的每分钟旋转数量Niim,并且特别地，实际的每分钟旋转数量N在空转的每分钟旋转数量Niim的周围)。而且，当计算块11识别车辆I的起动阶段开始时，电子控制单元7的计算块10确定每分钟旋转数量的起动增量Aim ;当车辆I的起动阶段被识别出时，计算块11批准增加起动增量Aim到空转的每分钟旋转数量Niim，从而跟随有调节器9的目标的每分钟旋转数量nTMCET等于空转的每分钟旋转数量NlDLE和起动增量A N-1的和。当识别车辆I的驱动单元开始时，换句话说，电子控制单元7控制内燃机2，从而使得实际的每分钟旋转数量N在增加了起动增量Aim后的空转的每分钟旋转数量Niim的周围。计算块10确定起动增量Ah的范围，其作为内燃机2的冷却液的温度Th2q的函数，车辆I在其上行驶的道路的伸展梯度RS的函数，和空调系统的压缩机的A/D使用的函数。根据优选实施方式，计算块10采用经验(也即经验地确定的)控制地图确定起动增量Aim，其作为冷却液的温度T_的函数和车辆I在其上行驶的道路的伸展梯度RS的函数；这样的经验控制地图的例子在图5中示出。相反，空调系统的压缩机使用或不使用的事实通常决定固定的增量，其增加到通过经验控制地图确定的增量上，如果需要的话。第一起动增量Aim的范围随着冷却液温度Thm的减小而增加，随着车辆I在其上行驶的道路的伸展梯度RS的增加而增加，并且当空调系统的压缩机使用时也增加。值得注意的是，车辆I在其上行驶的道路的伸展梯度RS可以是零(平路)、正(上山路)或负(下山路)；当梯度RS为正(上山路)时，起动增量Aim升高，因为重力组分也必须克服，以运动车辆1，而当梯度RS为负(下山路)时，起动增量Aim减小，甚至可以抵偿，因为重力组分推动车辆I运动。对车辆I在其上行驶的道路的伸展梯度RS的依赖性是非常重要的，因为其允许与倾斜的陡峭程度成比例地增加每分钟旋转数量，而在下山环境中，当不需要时，不允许增加每分钟旋转数量，否则甚至可能是危险的，因为车辆I可能出乎意料地加速。车辆I在其上行驶的道路的伸展梯度RS或者通过专门的传感器或者通过估计算法以已知的方式确定，该估计算法基于通过通常存在于现代车辆中的加速器提供的信息(例如，用于“ESP”稳定控制系统中的加速器)。举例来说，当车辆I在其上行驶的道路的伸展梯度RS为零时，起动增量Aim具有200-400rpm的数量级，当车辆I在其上行驶的道路的伸展梯度RS为负时(下山路)，可以是零，而当车辆I在其上行驶的道路的伸展梯度RS为正时(上山路)，甚至可以达到600_800rpm。当车辆I的驾驶员出现将要起动的意愿时，也即当离合器5打开时(即当离合器踏板CL压下时)和齿轮与齿轮箱6接合(即当齿轮控制GE确定齿轮在齿轮箱6中的接合 时)，计算块11识别起动阶段的开始。根据其他实施方式，只有当离合器踏板CL开始在没有通过离合器5的扭矩传送下释放和齿轮接合在齿轮箱6中时，计算块11才识别车辆I的起动阶段的开始；换句话说，当驾驶员开始释放离合器踏板CL和齿轮接合在齿轮箱中时，起动阶段的开始被识别出。不考虑加速器踏板GA的按压的每分钟旋转数量的增加可能对驾驶员具有强烈的冲击(其可以观察到仪表板上每分钟旋转数量的增加和/或听到内燃机I的加速)，因此绝对需要的是，在驾驶员没有清晰地察觉增加的情况下试图增加每分钟旋转数量。当驾驶员出现将要起动的意愿时(也即当将齿轮接合在齿轮箱6中的同时按压离合器踏板CL或者当齿轮接合在齿轮箱6中时开始释放离合器CL)，通过增加每分钟的旋转数量，通过起动增量Ah确定的每分钟旋转数量的增加被驾驶员认为是“一致的”(也即不反常)，因为其与正开展的操纵是相一致的。如图2所示，电子控制单元7的计算块12确定每分钟旋转数量的起动增量An_2，同时计算块13识别离合器5的离合器盘的耦合的开始瞬间(也即通过离合器5的扭矩传送的开始)；当离合器盘的耦合的开始瞬间识别出时，计算块13批准增加起动增量AN_2到起动增量Aim和空转的每分钟旋转数量Niim上，从而使得跟随着调节器9的目标每分钟旋转数量Ntaket等于空转的每分钟旋转数量Niim、起动增量Aim和起动增量AN_2的和。换句话说，当离合器盘的耦合的开始瞬间被识别出时，电子控制单元7控制内燃机2从而使得实际每分钟旋转数量N在通过起动增量Aim和起动增量AN_2增加后的空转的每分钟旋转数量Nidle的周围。计算块12确定起动增量AN_2的范围，其作为车辆I在其上行驶的道路的伸展的梯度RS的函数，作为车辆I纵向加速度Ax的函数,和作为加速器踏板GA的位置的函数。特别地，起动增量An_2的范围随着车辆I在其上行驶的道路的伸展的梯度RS的增加而增加，随着车辆I纵向加速度Ax的增加而增加(车辆I纵向加速度Ax越大，离合器闭合操纵越快)，和随着加速器踏板GA的位置的增加而增加(也即，离合器踏板GA按压得更大，以跟随驾驶员更大扭矩的要求)。根据优选实施方式，计算块12采用经验(也即经验地确定的)控制地图，以确定起动增量An_2。举例来说，当车辆I在其上行驶的道路的伸展的梯度RS为零时，起动增量An_2具有100-300rpm的数量级；在耦接离合器盘的步骤过程中增加每分钟旋转数量允许补偿该阶段中典型的每分钟旋转速度的下降。换句话说，通过起动增量AN_2，在耦接离合器盘的步骤中每分钟旋转数量的典型下降得以补偿，从而驾驶员完全没有察觉起动增量An_2的应用，因为实际的每分钟旋转数量完全保持恒定。当车辆I的纵向加速度Ax增加时，也即当先前为零(车辆I静止)的车辆I的纵向加速度Ax超出门限值时，计算块13识别离合器盘的耦合的起始瞬间。根据其他实施方式，当实际每分钟旋转数量N的增加和车辆I的纵向加速度Ax的增加同时发生时，计算块13识别离合器盘的耦合的起始瞬间。起动增量Aim和起动增量An_2的每分钟旋转数量的确定的增加允许增加通过内燃机I产生的扭矩，从而允许获得适于运动车辆I的扭矩，即使没有驾驶员对加速器踏板GA的正确按压。如图3所示，电子控制单元7的计算块14以已知方式(例如通过读取存储单元中的值)确定空转扭矩储备TR11^(也即当处于空转条件下时内燃机2需要保持的扭矩储备)。 当内燃机2处于空转条件下时，空转扭矩储备TRiim变为目标扭矩TRtamet,其供应给调节器9，该调节器以已知的方式控制内燃机2，以跟随目标扭矩储备TRtaket(从而使得实际的扭矩储备TR不低于空转的扭矩储备TRiim,特别地，实际的扭矩储备TR处于空转的扭矩储备TRidle的周围)。而且，当计算块11识别车辆I的起动阶段开始时(如上所述)，电子控制单元7的计算块15确定起动扭矩储备增量Atk;当识别出车辆I的起动阶段开始时，计算块11批准增加起动增量Atk到空转的扭矩储备TR_，从而使得跟随着调节器9的目标扭矩储备TRtaket等于空转的扭矩储备TRiim和起动增量Atk之和。换句话说，当识别出车辆I的起动阶段开始时，电子控制单元7空转内燃机2，从而使得实际的扭矩储备不低于通过起动增量An^1增加的空转的扭矩储备triim。计算块15确定起动增量Atk的范围，该起动增量Atk作为内燃机2冷却液温度Thm的函数,作为车辆I在其上行驶的道路的伸展梯度RS的函数,作为加速器踏板GA的位置的函数，和作为实际的每分钟旋转数量N的函数。根据优选实施方式，计算块15采用经验(也即经验地确定)控制地图以确定起动增量Atk。起动增量Atk的的范围随着冷却液温度Thm的减小而增加，随着车辆I在其上行驶的道路的伸展梯度RS的增加而增加，随着加速器踏板GA的位置的增加而减小(直至抵偿)(特别地，起动增量Atk的范围通常具有“驼背”形状，并随着加速器踏板GA的位置的增加而通常减小到零)，并随着实际的每分钟旋转数量N的减小而增加。扭矩储备TR的增加允许电子控制单元在需要的情形下(也即在驾驶员没有正确按压加速器踏板GA时)非常快速地增加(也即通过操作在下一次燃烧中已经有效的火花提前)通过内燃机I产生的扭矩。换句话说，扭矩储备TR的增加允许控制每分钟旋转数量的调节器9具有更大的职权并在需要的情形下(也即在驾驶员没有正确按压加速器踏板GA时)更加快速地运行。如图4所示。电子控制单元7的计算块16以已知方式(例如通过读取存储单元的值)确定调节器9的空转系数Kiim，该调节器控制每分钟的旋转数量(例如比例、微分和积分系数，如果调节器9采用PID逻辑的话)；当内燃机2处于空转条件下时，空转系数Kiim变为通过调节器9使用的K系数。而且，电子控制单元7的计算块17确定系数的起动变量Ak;当识别离合器盘的耦合的起动瞬间时，计算块13批准通过采用起动变量Ak而改变(也即考虑到符号的代数相加)调节器9的空转系数Kiim。换句话说，当识别出离合器盘的耦合的起动瞬间时，电子控制单元7改变调节器9的系数Kiim,该调节器9通过采用起动变量Ak而控制每分钟的旋转数量。计算块17确定系数的起动变量Ak的范围，其作为车辆I在其上行驶的道路的伸展的梯度RS的函数，和作为离合器5的离合器盘的耦合度％ CL的函数。离合器盘的耦合度％ CL例如通过离合器5的输出轴的旋转速度对离合器5的输入轴的旋转速度的比率而提供。起动变量△!^确定通过调节器9开展的控制的响应速度的增加，也即使得通过调节器9开展的控制“更快”。通过起动变量Ak确定的控制响应速度比例于车辆I在其上行驶的道路的伸展的梯度RS的增加而增加，和比例于离合器盘的耦合度％ CL的增加而增加。根据优选实施方式，计算块17采用经验(也即经验地确定)控制地图确定起动变量Ak。调节器9的空转系数Kiim的变化允许在离合器盘耦合后每分钟旋转数量下降的情 形下使电子控制单元7的反应更快，该下降例如由于驾驶员没有正确按压加速器踏板GA而确定。根据附图中所示的优选实施方式，当识别制动踏板BR的按压时，电子控制单元7的计算块11和13识别出制动踏板BR的按压，并或者减小或者取消起动增量和变量An+An_2，Ate, Ako换句话说，制动踏板BR的按压清楚地指示驾驶员不启动车辆I的意愿(也即不进行起动阶段)，从而当驾驶员按压制动踏板BR时，首先减少所有用于改进起动阶段的办法(起动增量和变量An+ An_2，Ate, Ak)，然后取消。根据优选实施方式，电子控制单元7的计算块11和13识别车辆I的起动阶段的结束，从而在起动阶段的末尾逐步取消起动增量和变量An+ An_2，Ate, Ako当车辆I的纵向速度Vx超出门限值(通常等于5-10km/h)时，电子控制单元7的计算块11和13最好识别车辆I的起动阶段的结束。用于控制内燃机2在起动阶段每分钟的旋转数量的上述方法具有许多优点。首先，用于控制每分钟旋转数量的上述方法简单并成本有效地用于在现代内燃机的电子控制单元中执行，因为其只采用通过总是存在于现代内燃机中(从而无需硬件的改变)的传感器提供的测量值，而既不要求高的计算能力，也不要求高的存储能力。而且，用于控制每分钟旋转数量的上述方法确保车辆I的起动阶段总是以至少满意的方式发生，且在大多数情形下，还在驾驶员进行不正确地操纵时(例如当离合器踏板Cl释放太快，或当加速器踏板GA没有充分地按压)以最优方式发生。换句话说，用于控制每分钟旋转数量的上述方法执行每分钟旋转数量的调节，当需要补偿时(还具有扭矩修正)，其支持驾驶员的操纵，从而还在驾驶员不正确地进行操纵时，允许以至少满意的方式进行起动阶段。最后，当需要时，用于控制每分钟旋转数量的上述方法以基本透明的方式为驾驶员增加每分钟旋转数量，也即驾驶员察觉不到每分钟旋转数量的“不规则的”增加(也即每分钟旋转数量的增加不通过由驾驶员指派的命令而证明是正当的)。
权利要求
1.用于控制具有手动变速器(3)的车辆(I)的内燃机(2)在起动阶段每分钟的旋转数量的方法，该控制方法包括步骤 确定空转的每分钟旋转数量(Niim)； 控制内燃机(2)，从而使得实际的每分钟旋转数量(N)不低于空转的每分钟旋转数量(Nidle); 识别车辆(I)的起动阶段的开始； 建立每分钟旋转数量的第一起动增量(Aim);和 当识别出车辆(I)的起动阶段的开始时，控制内燃机(2)，从而使得实际的每分钟旋转数量(N)不低于通过第一起动增量(Aim)增加的空转的每分钟旋转数量(Niim)； 该控制方法特征在于其还包括步骤确定第一起动增量(Aim)的范围，其作为内燃机⑵的冷却液的温度(ThJ的函数，和/或作为车辆⑴在其上运行的道路的伸展的梯度(RS)的函数，和/或作为空调系统的压缩机的使用的函数。
2.根据权利要求I所述的控制方法，其中所述第一起动增量(Aim)的范围在冷却液的温度(ThJ降低时而增加，在车辆(I)在其上运行的道路的伸展的梯度(RS)增加时而增力口，在空调系统的压缩机的使用增加时而增加。
3.根据权利要求I所述的控制方法，其中当车辆(I)的驾驶员表现出起动的意愿时，所述起动阶段的开始被识别出。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其中当变速器(3)的离合器(5)打开而齿轮接合在变速器(3)的齿轮箱￠)中时，所述起动阶段的开始被识别出。
5.根据权利要求3所述的控制方法，其中当离合器踏板(CL)在没有通过变速器(3)的离合器(5)的扭矩传递下开始释放和齿轮接合在变速器(3)的齿轮箱￠)中时，车辆(I)的所述起动阶段的开始被识别出。
6.根据权利要求I所述的控制方法，还包括步骤 识别变速器(3)的离合器(5)的离合器盘的耦合的开始瞬间； 建立每分钟旋转数量的第二起动增量(An_2)； 当识别出离合器盘的耦合的开始瞬间时，控制内燃机(2)，从而使得实际的每分钟旋转数量(N)不低于通过第一起动增量(Aim)和第二起动增量(An_2)增加的空转的每分钟旋转数量(Nidle)。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其中当发生车辆(I)的纵向加速度的增加时，离合器盘的耦合的开始瞬间得以识别出。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其中当实际的每分钟旋转数量(N)减小和车辆(I)的纵向加速度(Ax)的增加同时发生时，离合器盘的耦合的开始瞬间得以识别出。
9.根据权利要求6所述的控制方法，其中第二起动增量(An_2)的范围作为车辆(I)在其上运行的道路的伸展的梯度(RS)的函数，和/或作为车辆(I)的纵向加速度(Ax)的函数，和/或作为加速器踏板(GA)的位置的函数而确定。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其中第二起动增量(An_2)的范围当车辆(I)在其上运行的道路的伸展的梯度(RS)增加时增加，当车辆(I)的纵向加速度(Ax)增加时增 力口，和当加速器踏板(GA)的位置增加时而增加。
11.根据权利要求I所述的控制方法，还包括步骤确定空转扭矩储备(TRiim)； 建立每分钟旋转数量的第三起动增量(Atk); 当车辆(I)的起动阶段的开始被识别出时，控制内燃机(2)，从而使得实际的扭矩储备不低于通过第三起动增量(Atk)增加的空转的扭矩储备(TRiim)。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其中所述第三起动增量(Atk)的范围作为内燃机⑵的冷却液的温度(ThJ的函数，和/或作为车辆⑴在其上运行的道路的伸展的梯度(RS)的函数，和/或作为加速器踏板(GA)的位置的函数，和/或作为实际的每分钟旋转数量(N)的函数而确定。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其中所述第三起动增量(Atk)的范围当冷却液的温度(ThJ降低时增加，当车辆(I)在其上运行的道路的伸展的梯度(RS)增加时增加，当加速器踏板(GA)的位置增加时下降，和当实际的每分钟旋转数量(N)下降时增加。
14.根据权利要求I所述的控制方法，还包括步骤 确定至少一个调节器(9)的系数(Kiim)，其控制每分钟旋转数量； 识别变速器(3)的离合器(5)的离合器盘的耦合的开始瞬间； 建立系数的起动变量(Ak);和 当离合器盘的耦合的开始瞬间得以识别出时，通过采用起动变量(Ak)改变控制每分钟旋转数量的调节器(9)的系数(Kiim)。
15.根据权利要求14所述的控制方法，其中系数的起动变量(Ak)的范围作为车辆(I)在其上行驶的道路的伸展的梯度(RS)的函数和/或作为离合器盘的耦合度(％CL)的函数而确定。
16.根据权利要求15所述的控制方法，其中离合器盘的耦合度CL)通过离合器(5)的输出轴的旋转速度和离合器(5)的输入轴的旋转速度之间的比率而规定。
全文摘要
用于控制具有手动变速器(3)的车辆(1)的内燃机(2)在起动阶段每分钟的旋转数量的方法，该控制方法包括步骤确定空转的每分钟旋转数量(NIDLE)；控制内燃机(2)，从而使得实际的每分钟旋转数量(N)不低于空转的每分钟旋转数量(NIDLE)；识别车辆(1)的起动阶段的开始；建立每分钟旋转数量的第一起动增量(ΔN-1)；和当识别出车辆(1)的起动阶段的开始时，控制内燃机(2)，从而使得实际的每分钟旋转数量(N)不低于通过起动增量(ΔN-1)增加的空转的每分钟旋转数量(NIDLE)。
文档编号F02D29/02GK102748148SQ20121011698
公开日2012年10月24日 申请日期2012年4月19日 优先权日2011年4月20日
发明者A·里奥尼, 弗朗西斯科·莫纳切利, 马西莫·扎诺蒂 申请人:马涅蒂-马瑞利公司