装有高增压柴油机车辆的高原起步油量控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种装有高增压柴油机车辆的高原起步油量控制方法，首先，通过实时检测车速信号和液力自动变速器换档指令信号，识别驾驶员起步意图；其次，在起步工况中，柴油机控制器将通过高原起步实验标定出的前馈油量和通过PID闭环调节得到的基础油量相加作为起步油量输出；同时对输出的起步油量进行起步空燃比限制；最后，柴油机控制器检测起步时间，当所述起步时间超过标定的离合器结合时间则认定离合器完全结合，柴油机退出起步工况。该方法通过准确识别驾驶员起步意图，并通过协调控制能有效提高车辆高原起步时的平顺性和快速性，避免起步抖动和熄火等问题。
【专利说明】装有高增压柴油机车辆的高原起步油量控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及车辆电子控制领域，特别涉及一种装有高增压柴油机重载车辆的高原起步油量控制方法。
【背景技术】
[0002]车辆起步过程的平顺性和快速性是评价车辆驾驶舒适性和动力性的重要指标，为了尽量满足起步过程的评价指标，一般期望柴油机在起步过程中以较低的转速稳定运行，从而降低起步过程的冲击度和离合器的磨损。根据车辆起步过程的动力学原理，在起步过程中，离合器传递的扭矩一方面是整车的驱动力矩，另一方面是柴油机的负载扭矩，在这一过程中，如果离合器传递的扭矩大于柴油机最大输出转矩，则会导致柴油机转速下降，其带载能力进一步下降，直至柴油机转速与液力变矩器达到合适的匹配工作点；如果柴油机转速下降过程中低于了柴油机最低怠速转速，会使得柴油机缸内燃烧恶化，循环变动变大，甚至出现失火，从而导致柴油机运转不稳定和熄火。因此，在起步过程中，柴油机转速不能低于柴油机最低怠速转速。目前，在车辆的起步控制技术中，一般通过检测到离合器结合后，柴油机转速下掉时ECU根据外界负荷大小自动调节节气门或油量，增加扭矩从而补救柴油机转速，达到防止熄火的目的。
[0003]但是，对于高原环境下的重载车辆，由于海拔高，大气压力低，空气稀薄，柴油机进气量显著降低，此外，含有废气涡轮增压器的柴油机进气系统存在进气的响应延迟，还有，柴油机及重载车辆机械系统的大惯量又使得进气和燃烧环节的响应滞后，致使重载车辆在高原起步时，柴油机的输出扭矩明显下降，尤其是在低转速低负荷区域涡轮增压器没有起作用时，柴油机的输出扭矩下降得更为严重。此时，通常的起步油量控制策略不再适用重载车辆在高原时的起步工况。因为，传统的起步油量控制方法只有检测到柴油机转速已经下降时才进行调节，没有提前识别驾驶员起步意图，是一种被动的补救措施，调节速度也相应较慢。同时，传统的起步油量控制技术通常单独采用PID反馈控制，与前馈控制相比，反馈控制需要较长的时间，因为控制系统要在接到受控对象活动的反馈信号后才能发出纠正受控对象活动的指令，因此受控对象的活动可能发生一定波动，单独的反馈控制对于起步工况的控制相对于其他工况而言难度更大，特别地，在高原环境下，当整车惯量大、负载突变时，柴油机转速容易产生波动，从而导致柴油机转速下降甚至熄火。
[0004]公开于该【背景技术】部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种装有高增压柴油机车辆的高原起步油量控制方法，采用前馈与反馈相结合的方法，可以快速增加高原起步时涡轮增压器的能量，从而改善进气，提高柴油机输出扭矩，最终改善车辆起步的平顺性和快速性。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种装有高增压柴油机车辆的高原起步油量控制方法，其特征在于，包括如下步骤:步骤1，启动柴油机使其进入怠速工况，在怠速工况中，柴油机控制器实时检测液力自动变速器的换档指令信号和车速信号，且柴油机控制器根据换档指令信号和车速信号识别驾驶员的起步意图；步骤2，当柴油机控制器检测液力自动变速器的上一时刻档位为空档，当前档位为I档，且柴油机控制器检测到的当前车速小于起步成功的车速阈值时，则柴油机控制器识别驾驶员具有起步意图，柴油机进入起步工况；步骤3，在起步工况中，柴油机控制器将通过高原起步实验标定出的前馈油量和通过PID闭环调节得到的基础油量相加作为起步油量输出；步骤4，在起步工况中，柴油机控制器检测起步时间，当起步时间超过标定的离合器结合时间则认定离合器完全结合，柴油机退出起步工况。
[0007]优选地，当步骤4中认定离合器完全结合后，且检测到的车速未达到起步成功的车速阈值时，前馈油量在20秒内逐渐减小为0，柴油机缓慢退出起步工况。
[0008]优选地，起步成功的车速阈值为5km/h。
[0009]优选地，当步骤4中认定离合器完全结合后，且检测到车速高于起步成功的车速阈值或者检测到液力自动变速器离开I档时，前馈油量在I秒内迅速削减为0，柴油机控制器快速退出起步工况。
[0010]优选地，在步骤3中，柴油机控制器对输出的起步油量进行外特性限制，柴油机控制器通过外特性限制能够将起步油量限制在柴油机最大需求油量范围内。
[0011]优选地，在步骤3中，柴油机控制器同时根据标定的起步空燃比限制曲线对输出的起步油量进行空燃比限制。
[0012]优选地，柴油机控制器通过CAN总线实时检测液力自动变速器的换档指令信号和车速信号。
[0013]优选地,前馈油量的数值通过高原起步实验得到。
[0014]优选地，起步油量在升档信号发出时输出。
[0015]优选地，标定的离合器结合时间为Is。
[0016]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0017]1、通过换档指令信号和车速信号，能准确判断驾驶员起步意图，并利用升档指令信号发出到换档离合器开始结合这段延迟期，提前做出反应，提高增压器能量，改善柴油机进气，从而主动补偿起步过程中将要产生的转速下掉和扭矩下降，保证起步平稳，防止熄火；
[0018]2、前馈控制可以预先监测干扰或动因，防止干扰的扰乱提前做出适应性反应。本方法中起步意图就是动因，起步时负载的突变就是干扰，而前馈油量则是本控制系统针对预测干扰做出的适应性反应，因而前馈油量的引入则能增强控制的快速性，迅速增加油量从而加快增压器响应，同时本方法还保持了 PID闭环油量调节稳定性的特点；
[0019]3、E⑶将空燃比限制油量切换至低限制模式，采用起步空燃比限制曲线，适当放开油量限制，配合高油量的输出，从而增加涡轮增压器能量，有效改善低速低负荷区，尤其是高原环境时的涡轮增压器工作条件，加快涡轮增压器响应速度，迅速增加涡轮转速，提高进气压力，从而实现转速和扭矩的提升，最终提高起步动力性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是根据本发明的起步油量控制策略简图；
[0021]图2是根据本发明的起步过程油量控制的流程图；
[0022]图3是根据本发明的起步过程中前馈油量、基础油量、总输出油量、柴油机转速、车速的变化曲线的对比图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受【具体实施方式】的限制。
[0024]除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
[0025]如图1所示，根据本发明【具体实施方式】的装有高增压柴油机车辆的高原起步油量控制方法的主要思想是在基于怠速目标转速的PID闭环调节油量的基础上(基础油量)加上前馈油量，两部分相加得到的控制油量作用在执行器单体泵上，从而改变控制对象即柴油机的工作状态，迅速提升起步扭矩。特别地，该起步油量控制方法适用于装有高增压柴油机的重载车辆的高原起步。
[0026]如图2所示，本发明的装有高增压柴油机车辆的高原起步油量控制方法以一种优选实施例进行详细说明，该优选实施例描述了从起步开始到起步结束整个过程中的油量控制方法的具体实施流程，包括如下步骤:
[0027]一、识别驾驶员起步意图，从而触发起步协调控制策略，具体如下:
[0028](I)柴油机启动成功后进入到怠速工况，此时，柴油机控制器基于怠速目标转速进行PID闭环油量控制(现有技术)。
[0029](2)在怠速工况中，柴油机控制器实时检测液力自动变速器的换档指令信号和车速信号，具体地，如果上一时刻档位为空档，而当前档位为I档，且通过车速传感器检测到的当前车速小于5km/h时,贝U表明驾驶员具有起步意图,柴油机进入起步工况(此时将起步标志位置I),开始起步计时。
[0030]二、起步执行阶段，采用基于标定的前馈油量与闭环PID调节相结合的油量控制策略，具体如下:
[0031 ] (3)在起步工况中，柴油机控制器采用经过优化的起步PID参数进行怠速PID闭环调节，计算得到基础油量Qb。
[0032](4)将预先通过起步实验标定出高原起步时需求的前馈油量Qf与上一步的基础油量Qb相加，得到的油量作为最终的控制油量(起步油量)进行输出，这部分油量喷入缸内燃烧，利用升档信号发出到换档离合器开始结合这段延迟期，迅速增加涡轮增压器能量，提高柴油机转速，提前补偿离合器结合后将产生的转速下掉和进气压力下降，保证起步平稳，防止熄火。
[0033]三、柴油机控制器对输出的起步油量进行限制，具体如下:
[0034](5)首先，对输出的起步油量进行外特性限制，即将起步油量与发动机当前转速下外特性扭矩点所对应的输出油量进行比较，取较小值，防止喷油量过多超出了柴油机最大油量需求，从而加大油耗和排放。
[0035](6)特别的，本实施例中，对输出的起步油量进行起步空燃比限制，当检测到步骤
(2)中起步标志位置I的同时，ECU(柴油机控制器)将空燃比限制油量切换至低限制模式，即采用起步空燃比限制曲线，配合步骤(4)增大油量输出，从而保证起步时的动力性，采用该低限制模式的主要目的是限制瞬态工况下因空气量不足，混合气过浓而超出了柴油机的冒烟极限，导致燃烧恶化及加重排放。
[0036]通常情况下，采用经过标定的正常空燃比限制曲线即可，但在起步过程中将切换为适用于起步过程的空燃比限制曲线，该起步空燃比限制参数较正常空燃比限制参数低，即优先考虑重载车辆动力性需求，适当放开空燃比限制油量。在非起步状态下的其他工况，将恢复正常情况，采用较为严格的高空燃比限制。
[0037](7)最后，对步骤(6)中得到的油量进一步经过修正和限制最终进行输出，比如进行柴油机排温高油量限制、柴油机机油压力低油量限制等，完成柴油机转速和扭矩的快速提升，当液力自动变速器的换档离合器开始结合时，车辆开始起步。
[0038]四、退出起步工况，此阶段，柴油机控制器通过检测起步时间是否超过标定的离合器结合时间来判断离合器是否完全结合，当离合器完全结合后，柴油机退出起步工况，具体包括缓慢退出和快速退出两种情况:
[0039](8)缓慢退出起步判断:在档位为I且车速未达到起步成功的车速阈值时，本实施例中，起步成功的车速阈值为5km/h，令前馈油量Qf随时间逐渐减小，一定时间(20秒)内削减为0，缓慢退出起步工况。在缓慢退出起步过程中，柴油机控制器一直采用缓慢削减油量的策略直至20s定时时间到，油量削减为零，起步结束，此后ECU (柴油机控制器)将恢复正常油量控制策略。
[0040]在此过程中，离合器结合开始到完全结合过程是动摩擦转变为静摩擦过程，扭矩需求较大，柴油机转速下降较多，此过程需要较大的前馈油量来提前提升柴油机转速，防止转速下跌过多甚至熄火；当离合器完全结合时柴油机转速处于最低状态，若柴油机未熄火则此后转速将逐步回升，这时前馈油量可逐步降低，缓慢退出起步工况的同时也给驾驶员预留了踩加速踏板进行加速起步的空间，从而增强了车辆起步的可操作性，这种情况可能出现上坡起步或起步转向等过程中。
[0041](9)快速退出起步判断:当检测到车速大于5km/h,认为起步成功,或者档位不为I时，认为驾驶员选择退出起步，此时都将起步标志位清0，令前馈油量Qf在较快时间(I秒)内迅速削减为0，在保证工况衔接的平顺性的同时快速退出起步，起步结束后ECU将恢复正常油量控制策略。
[0042]上述技术方案中，步骤(2)中的换档指令信号、车速信号由柴油机E⑶通过CAN总线获得；步骤￠)中的前馈油量Qf通过特定的高原起步实验以优化车辆起步快速性和平顺性为目标进行标定得到，具体地，Qf与大气压力值相关，起步时根据当前大气压力查一维MAP表得到；步骤(4)中的升档信号发出到换档离合器开始结合这段延迟期由柴油机控制器与变速箱控制器事先约定，与柴油机的转速响应性相关，同时也影响到驾驶员进行换档时的操作感受，综合考虑上述两个因素，本方法中该延迟期设为1S，起步油量在升档信号发出时输出；步骤(8)中的标定的离合器结合时间，即换档指令发出到离合器完全结合的时间t有多种获取方法，可以利用离合器行程传感器测得，也可通过实验标定获得，本实施例中的延迟期采用实验标定获得，具体方法是，在离合器开始结合到结合完毕的过程中，分析柴油机转速从极大值点变化到极小值点的变化，经实验测得为1S。
[0043]具体地，如图3所示，本发明的车辆高原起步油量控制方法在实际作用的过程中前馈油量、基础油量、总输出油量(起步油量)、柴油机转速以及车速的实时变化情况如下:
[0044]t0时刻之前柴油机处于怠速运转工况，前馈油量为O不起作用，总输出油量为PID闭环调节油量(基础油量)，柴油机转速保持怠速目标转速，车速为O ;
[0045]t0时刻E⑶检测到空档升I档的换档指令信号，此时由于车速为O小于5km/h，因而进入起步工况。由高原起步实验标定得到的起步需求的前馈油量Qf开始起作用，由O变为标定值，与闭环PID调节油量相加得到最终的柴油机总油量(起步油量)，因而总输出油量h时刻也随之增大；
[0046]t0?、+1时间段为升档信号发出到换档离合器开始结合的延迟期，时间为1S。这段时间由于离合器未开始结合，而柴油机总油量已经增大，因而涡轮增压器能量迅速增大，柴油机转速将迅速提升，将补偿接下来离合器结合过程中的柴油机转速下降，避免转速下降过多从而产生抖动和熄火；此时控制器内部实际上还进行了低空燃比曲线切换的操作，配合大油量的输出。同时，PID闭环调节的基础油量Qb由于柴油机实际转速超出了目标转速因而有所下降。由于离合器未结合，所以车速仍然为O;
[0047]t0+1时刻液力自动变速器的换档离合器开始结合，t0+1到过程中，柴油机转矩开始通过传动系统传递给车轮，车速由O开始增大；换档离合器结合过程中柴油机负载逐渐增大，因而柴油机转速将逐渐下降；前馈油量持续作用，总油量仍由前馈油量Qf与PID闭环调节基础油量Qb两者相加得到；
[0048]t0+2时刻换档离合器完全结合，状态由动摩擦变为静摩擦过程，此时柴油机转速达到最低，此后柴油机转速将逐步回升，此时ECU设定前馈油量以一定速率在20秒内逐步减小到0，在车速未达到5km/h时采用缓慢退出起步工况的模式；总输出油量也将缓慢降低，车速将进一步增大；
[0049]时刻检测到车速大于5km/h，表示起步成功，此时控制器将前馈油量在I秒内迅速削减为0，快速退出起步工况，之后恢复正常油量控制策略；
[0050]t1+1时刻，即h之后I秒，前馈油量削减为0，采用正常油量控制策略，总输出油量为PID闭环调节油量，柴油机转速维持目标怠速转速，车速将平衡在某一特定值；
[0051]若起步开始后车速一直低于5km/h，控制器将在离合器完全结合(t0+2时刻)后20秒内，即在时刻逐渐削减为0，缓步退出起步工况，这种情况可能出现在重载车辆起步转向或者上坡起步等情况时，这种情况下设定的20秒时间为驾驶员预留了踩加速踏板辅助加速起步的空间，增强了车辆起步的可操作性。
[0052]总之，该方法通过换档指令信号和车速信号准确识别驾驶员起步意图，通过基于标定的前馈油量和基于怠速目标转速的PID闭环调节相结合的方法，利用换档指令发出到离合器开始结合之前的时间，迅速增大起步油量，迅速增加涡轮增压器能量，主动补偿起步过程中将发生的进气压力下降和转速下降；同时ECU切换油量限制策略，协调油量输出，从而保证车辆在起步时，尤其是重载车辆在高原起步过程中提高起步平顺性和快速性等动力性指标。
[0053]前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
【权利要求】
1.一种装有高增压柴油机车辆的高原起步油量控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1，启动柴油机使其进入怠速工况，在怠速工况中，柴油机控制器实时检测液力自动变速器的换档指令信号和车速信号，且柴油机控制器根据所述换档指令信号和所述车速信号识别驾驶员的起步意图； 步骤2，当柴油机控制器检测液力自动变速器的上一时刻档位为空档，当前档位为1档，且柴油机控制器检测到的当前车速小于起步成功的车速阈值时，则柴油机控制器识别驾驶员具有起步意图，柴油机进入起步工况； 步骤3,在起步工况中，柴油机控制器将通过高原起步实验标定出的前馈油量和通过PID闭环调节得到的基础油量相加作为起步油量输出； 步骤4，在起步工况中，柴油机控制器检测起步时间，当所述起步时间超过标定的离合器结合时间则认定离合器完全结合，柴油机退出起步工况。
2.根据权利要求1所述的装有高增压柴油机车辆的高原起步油量控制方法，其特征在于，当所述步骤4中认定离合器完全结合后，且检测到的车速未达到起步成功的车速阈值时，所述前馈油量在20秒内逐渐减小为0,柴油机缓慢退出起步工况。
3.根据权利要求2所述的装有高增压柴油机车辆的高原起步油量控制方法，其特征在于，起步成功的车速阈值为5km/h。
4.根据权利要求1所述的装有高增压柴油机车辆的高原起步油量控制方法，其特征在于，当所述步骤4中认定离合器完全结合后，且检测到车速高于起步成功的车速阈值或者检测到液力自动变速器离开1档时，所述前馈油量在1秒内迅速削减为0，柴油机控制器快速退出起步工况。
5.根据权利要求1所述的装有高增压柴油机车辆的高原起步油量控制方法，其特征在于，在所述步骤3中，柴油机控制器对输出的起步油量进行外特性限制，柴油机控制器通过外特性限制能够将所述起步油量限制在柴油机最大需求油量范围内。
6.根据权利要求5所述的装有高增压柴油机车辆的高原起步油量控制方法，其特征在于，在所述步骤3中，柴油机控制器同时根据标定的起步空燃比限制曲线对输出的起步油量进行空燃比限制。
7.根据权利要求1所述的装有高增压柴油机车辆的高原起步油量控制方法，其特征在于，柴油机控制器通过CAN总线实时检测液力自动变速器的换档指令信号和车速信号。
8.根据权利要求1所述的装有高增压柴油机车辆的高原起步油量控制方法，其特征在于，所述前馈油量的数值通过高原起步实验得到。
9.根据权利要求1所述的装有高增压柴油机车辆的高原起步油量控制方法，其特征在于，所述起步油量在升档信号发出时输出。
10.根据权利要求1所述的装有高增压柴油机车辆的高原起步油量控制方法，其特征在于，标定的离合器结合时间为Is。
【文档编号】F02D29/02GK104265474SQ201410363828
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】黄英, 李欢, 万国强, 张付军 申请人:北京理工大学