CN108869069B - 一种汽车的节气门开度控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种控制汽车发动机节气门的开度的方法、装置和系统。所述方法可包括：基于当前发动机转速与目标转速的差值确定开度调节周期；当满足所述开度调节周期时基于当前发动机转速与目标转速的差值确定节气门的开度的幅度；基于所述开度的幅度执行开度调整。从而实现变参数的汽车发动机节气门开度调整，能够有效、快速使发动机进入理想运转工况而避免超调。

Description

一种汽车的节气门开度控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及混合动力车技术领域，尤其涉及一种混合动力车的控制化油器节气门开度的方法、装置及系统。

背景技术

随着人们对环保意识的提高，节能和环保已渐渐融入我们生活的点点滴滴。汽车产业的转型也已经成为大家的共识，而混合动力汽车主要动力源是电池、发动机和发电机，在纯电动车的基础上仅增加汽油发动机作为备用动力，具有多动力源、节能、排放低等显著优点，得到世界范围内的高度关注。

汽车发动机的节气门开度指发动机节气门的开启角度。汽车发动机节气门由驾驶员通过加速踏板来操纵，以改变发动机的进气量，从而控制发动机的运转。而不同的节气门开度标志着发动机的不同运转工况。现代汽车普遍采用电子节气门系统，驾驶员操纵加速踏板，加速踏板位置传感器产生相应的电压信号输入节气门控制单元，控制单元首先对输入的信号进行滤波，以消除环境噪声的影响，然后根据当前的工作模式、踏板移动量和变化率解析驾驶员意图，计算出对发动机扭矩的基本需求，得到相应的节气门转角的基本期望值。然后再经过CAN总线和整车控制单元进行通讯，获取其他工况信息以及各种传感器信号如发动机转速、档位、节气门位置、空调能耗等等，由此计算出整车所需求的全部扭矩，通过对节气门转角期望值进行补偿，得到节气门的最佳开度，并把相应的电压信号发送到驱动电路模块，驱动控制电机使节气门达到最佳的开度位置。节气门位置传感器则把节气门的开度信号反馈给节气门控制单元，形成闭环的位置控制。

在现有技术中，对节气门开度的调控通常采用PID控制，即按偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制，在该过程中，整定参数都采用固定系数，执行时在消除静差、提高控制精度上有较大优势。但是在发动机启动、结束或大幅度增减设定的较大幅度的扰动或大幅度改变给定值时，由于系数是常数，在整个控制过程中，增量是不变的，短时间内系统输出会有很大的偏差。由于此时有较大的偏差，以及系统有惯性和滞后，故在积分项的作用下往往会产生较大的超调量和长时间的波动。

例如，PID调节的控制器的输出由于增量的不断累加而加大，执行机构达到极限位置，若控制器输出继续增大，执行机构开度不可能再增大，此时计算机输出的控制量超出了正常运行范围而进入饱和区。只有系统出现反向偏差，才能逐渐从饱和区退出。而进入饱和区越深则退出饱和区时间越长。在这段时间里，执行机构仍然停留在极限位置而不随偏差反向而立即做出相应的改变，这时系统就像失控一样，造成控制性能的恶化，这种现象称为积分饱和现象或积分失控现象。

因此，迫切需要一种能够控制汽车发动机化油器恒转速的调控方案，能够有效、快速使发动机进入理想运转工况而避免超调。

发明内容

为此，本发明的基本思想是提供变参数的PID调控，从而可以改变增量的累加速度，而根据系统的偏差大小实时的进行参数校正来调控系数大小，以使其与偏差大小相对应。因此，根据本发明的技术方案，系统偏差小时，增量作用减弱甚至是全无，而在偏差大时，则增量是加强的，从而可以有效、快速地使发动机进入理想运转工况并稳定发动机恒转速。

根据本发明的实施例，提供了一种控制汽车发动机节气门的开度的方法，包括：基于当前发动机转速与目标转速的差值确定开度调节周期；当满足所述开度调节周期时基于当前发动机转速与目标转速的差值确定节气门的开度的幅度；基于所述开度的幅度执行开度调整。

根据本发明的另外的实施例，所述方法还包括：在执行开度调整之前确定开度零点。

根据本发明的另外的实施例，所述确定开度调节周期的步骤进一步包括：获取当前发动机转速；确定当前发动机转速与目标转速的差值；确定所述转速差值的对应开度调节周期。

根据本发明的另外的实施例，所述确定对应开度调节周期的步骤进一步被配置为：如果当前转速大于或等于目标转速，则缩短所述开度调节周期。

根据本发明的另外的实施例，所述执行开度调整的步骤进一步被配置为：如果所述开度的幅度小于第一阈值，或如果所述开度的幅度大于和/或等于第一阈值，且前次开度的幅度增加值小于第二阈值，或如果所述开度的幅度大于和/或等于所述第一阈值，且前次开度的幅度增加值小于前次开度幅度增加值的一半或特定比例，则执行所述开度的幅度的开度调整；否则放弃该次开度调整。

根据本发明的另外的实施例，所述执行开度调整的步骤进一步被配置为：如果当前转速小于怠速和预定值之差，则执行开度调整；以及如果最新当前转速大于怠速和预定值之和，则进一步执行半开度调整。

根据本发明的另外的实施例，还提供了一种用于控制汽车发动机节气门的开度的装置。所述装置包括：开度调节周期确定装置，用于基于当前发动机转速与目标转速的差值确定开度调节周期；开度的幅度确定装置，用于当满足所述开度调节周期时基于当前发动机转速与目标转速的差值确定节气门的开度的幅度；开度调整执行装置，用于基于所述开度的幅度执行开度调整。

根据本发明的另外的实施例，所述开度调节周期确定装置进一步被配置为：获取当前发动机转速；确定当前发动机转速与目标转速的差值；确定所述转速差值的对应开度调节周期。

根据本发明的另外的实施例，所述开度调节周期确定装置进一步被配置为：如果当前转速大于或等于目标转速，则缩短所述开度调节周期。

根据本发明的另外的实施例，所述开度调整执行装置进一步被配置为：如果所述开度的幅度小于第一阈值，则所述开度的幅度增加；如果所述开度的幅度大于和/或等于第一阈值，且前次开度的幅度增加值小于第二阈值，则所述开度的幅度增加；如果所述开度的幅度大于和/或等于第一阈值，且前次开度的幅度增加值小于前次开度的幅度增加值的一半或特定比例，则所述开度的幅度增加；否则维持所述开度的幅度。

根据本发明的另外的实施例，所述开度调整执行装置进一步被配置为：如果当前转速小于怠速和预定值之差，则执行开度调整；以及如果最新当前转速大于怠速和预定值之和，则进一步执行半开度调整。

根据本发明的另外的实施例，还提供了一种混合动力车，可以包括如上所述的发动机节气门开度调整装置。

附图说明

图1是根据本发明具体实施方式的一种控制汽车发动机节气门的开度的方法的流程图；

图2是根据本发明具体实施方式的转速差和开度调节周期关系图；

图3是根据本发明具体实施方式的转速差和开度调节幅度关系图；

图4是根据本发明具体实施方式的转速差和开度调节周期系数关系图；

图5是根据本发明的另外的具体实施方式的控制汽车发动机节气门的开度的方法的流程图；

图6是根据本发明的另外的具体实施方式的怠速条件下开度调整执行的工作流程图；

图7是根据本发明具体实施方式的控制汽车发动机节气门的开度的装置的框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。并且附图仅为示意性的，其中的元件无需合乎比例。

图1是根据本发明具体实施方式的一种控制汽车发动机节气门的开度的方法的流程图。如图1所示,在步骤110，开始该方法。在本发明的实施例中，可以通过选中化油器功能以及打开油针来开启该方法。

接下来，在步骤120，基于当前发动机转速与目标转速的差值确定开度调节周期。

根据本发明的实施例，所述确定开度调节周期的步骤进一步包括：获取当前发动机转速；确定当前发动机转速与目标转速的差值；确定所述转速差值的对应开度调节周期。

根据本发明的实施例，所述确定对应开度调节周期的步骤进一步被配置为：如果当前转速大于或等于目标转速，则缩短所述开度调节周期。

在本发明的实施例中，可以如以下方式来确定开度调节周期:

adjTime＝(1200-rpmCha)/adjTimeJiShu (1)

其中，adjTime为开度调节周期(单位：毫秒)；1200为选定的标准转速值(单位：转数)，此值可以根据实际情况进行选择；rpmCha(单位：转数)：表示当前目标转速与实际转速的差值；而adjTimeJiShu为开度调节周期计算时间基数，可以根据实际情况进行选择。

例如，当rpmCha为1000转，而adjTimeJiShu为22，则开度调节周期adjTime可为9毫秒。

在本发明的实施例中，转速从0开始到目标转速过程中，关注的最大跟随速度和最小跟随速度与转速差值密切相关，例如需要3000RPM的目标转速，在0.6秒内完成转速跟随，则需要的开度调节周期对转速差值就是1000RPM对0.21s。

例如，取接近目标转速的最慢的开度调节周期为500ms，取接近目标转速最快的开度调节周期为200ms，则如图2所示，经过大量数据采集，转速差值为100时，则实际的当前转速已经较为接近目标转速，因此调节周期需要放缓可为500ms，而当转速差为例如1000时，需要的开度调节周期要小，例如200ms，以尽快调整开度以接近目标转速。在本发明的实施例中，转速差为100、1000中间的数值可以根据如图2所示的关系来确定调节周期，其斜率应该为开度调节周期计算时间基数的倒数，而例如100、1000的数值可以根据实际需要进行预先的设定。

在本发明的实施例中，可以使用数据库来存储实际转速与目标转速的差值与开度调节周期的对应关系，从而可以根据具体差值确定对应的开度调节周期。

在本发明的实施例中，如表1所示，还可以通过采集大量数据来确定开度调节周期。

例如，

表1

显然，可以依据大量的数据做出实际转速与目标转速的差值与开度调节周期的关系图，而后可以根据实际转速与目标转速的差值来确定对应的开度调节周期。

接下来，在步骤130，当满足所述开度调节周期时基于当前发动机转速与目标转速的差值确定节气门的开度的幅度。

在本发明的实施例中，可以如以下方式来确定开度的幅度，在本文中也可称为开度调节幅度或开度值。

adjKaiDu＝(rpmCha*adjKaiDuJiShu/rpmChaJiShu) (2)

其中，adjKaiDu为开度调节幅度或开度值(单位：百分比)；rpmCha：当前目标转速与实际转速的差值(单位：转数)；adjKaiDuJiShu为开度计算基数，可以根据实际情况进行选择；rpmChaJiShu转速差计算基数，可以根据实际情况进行选择。

例如，如果整个开度最大为100，如图3所示，如果在30的开度值基础上则需要运行3到4个开度调节周期即可完成全开度，而转速也可以提高到最大值，该值取决于转速差，如果设定6000RPM为最大转速，从0开始跟随，每次都能开度增加30，转速可以提高2000，则达到目标转速6000就需要3个计算在3个调整周期基础上累加完成。在本发明的实施例中，转速差值和开度的幅度可以根据系统需要进行采集和设置。

在本发明的实施例中，转速差小于2000的数值可以根据如图2所示的关系来确定开度调节幅度或开度值，其斜率应该为开度计算基数与转速差计算基数之比，而例如2000的数值可以根据实际需要进行预先的设定。

在本发明的实施例中，上述方法可以适用在采用电控方法建立化油器与发动机转速之间关系的情况。

在本发明的实施例中，为了例示和清楚说明本发明的技术思想，上述图示出的仅仅是转速差值和特定物理量的一种特定关系，本领域技术人员可以理解，还存在其他合适的数学关系来表示转速差值和特定物理量的关系，在此不再赘述。

在本发明的实施例中，还可以通过采集大量数据来确定开度值。

如表2所示，显然，可以依据大量的数据做出实际转速与目标转速的差值与开度调节幅度或开度值的关系图，而后可以根据实际转速与目标转速的差值来确定对应的开度调节幅度或开度值。

表2

接下来，在步骤140，执行开度调整。在本发明的实施例中，在满足开度调节周期的情况下使用计算出的开度的幅度进行开度调整。

在本发明的实施例中，可以在熄火时结束该流程。

在本发明的实施例中，当前转速和目标转速可以是改变的量，因此，为了更准确的进行该流程的执行，可以将转速差值反馈给开度调节周期确定步骤和开度的幅度确定步骤。

在本发明的实施例中，在采用无位置传感器的低成本步进电机的情况下，因为所有的开度计算的零点都是以步进电机逆时针转动无法再移动的位置为基准，因此，开度归零时，需要重新校正零点，从而在执行开度调整之前确定开度零点。

在本发明的实施例中，使用带位置传感器的步进电机时就不需要进行开度零点的确定或校正。

在本发明的实施例中，当实际转速或当前转速达到并超过目标转速时，可以使用动态计算的方法来动态处理开度调节周期，从而可以防止实际转速上冲来进行稳定控制。例如，在本发明的实施例中可以设置开度调节周期系数，以对通过步骤120计算出的开度调节周期进行微调(在本文中可称为动态开度周期调节)。如图4所示，当当前转速与目标转速的差值大于等于100时此时偏离目标转速较大，就进行动态开度周期调节。可以用转速差值除以预定数值50得到整数值，则此时的开度调节周期系数为2，类似，当转速差值为130时开度调节周期系数也为2。则此时使用的开度调节周期应为计算出的开度调节周期/开度调节周期系数，从而缩短了开度调节周期，加快了对应于转速的开度调整，稳定了发动机转速。在本发明的实施例中，预定数值可以根据系统需要进行选择。

在本发明的实施例中，还可以在开度调整执行过程中针对转速跟随情况对开度的幅度进行动态调节。例如，在转速跟随情况良好或很快的情况下可以维持稳定而不进行开度的调整，从而抑制过冲。

在本发明的另外的实施例中，所述执行开度调整的步骤进一步被配置为：如果所述开度的幅度小于第一阈值，或如果所述开度的幅度大于和/或等于第一阈值，且前次开度的幅度增加值小于第二阈值，或如果所述开度的幅度大于和/或等于所述第一阈值，且前次开度的幅度增加值小于前次开度幅度增加值的一半或特定比例，则执行所述开度的幅度的开度调整；否则放弃该次开度调整。

图5是根据本发明的另外的具体实施方式的控制汽车发动机节气门的开度的方法的流程图。

在本发明的实施例中，当满足开度调节周期时基于当前发动机转速与目标转速的差值确定节气门的开度的幅度(如步骤130)。如图5所示，在步骤510，判断在步骤130中计算出的开度的幅度是否满足开度调整执行(即开度递加)条件。在本发明的实施例中，该条件可以是：(1)开度的幅度小于第一阈值；(2)开度的幅度大于和/或等于第一阈值且前次开度的幅度小于第二阈值；或(3)开度的幅度大于和/或等于第一阈值且前次开度的幅度小于和/或等于前次开度的幅度的一半或特定比例。如果满足上述条件(步骤510是)之一，则接下来在步骤520执行开度调整(例如步骤140)。否则(步骤510否)在步骤530放弃本次开度调整的执行，并且本次开度的幅度设置为0。

在本发明的实施例中，在连续多次执行开度调整后转速跟随状态良好，而计算开度调节的幅度几乎瞬时即可完成，如果还进行开度调整，则很容易造成开度超调，因此采用了上述策略，当到一定状态下开度的幅度不满足上述条件，就可暂缓执行开度的调整，从而稳定了转速。

在本发明的实施例中，针对怠速这种特殊状况下的开度调整还进行了特殊处理。

在本发明的另外的实施例中，所述执行开度调整的步骤进一步被配置为：如果当前转速小于怠速和预定值之差，则执行开度调整；以及如果最新当前转速大于怠速和预定值之和，则进一步执行半开度调整。

图6是根据本发明的另外的具体实施方式的怠速条件下开度调整执行的工作流程图。在本发明的实施例中，如图6所示，在步骤610，判断是否处于怠速状态。在本发明的实施例中，可以判断目标转速是否为怠速来执行。

如果否(步骤610否)，则在步骤620，进入正常开度的幅度调整(例如步骤140)。如果是(步骤610是)，则在步骤630，判断当前转速是否小于怠速和预定值之差。如果是(630是)，则在步骤640，可以设置半开度执行标志，并执行开度调整。如果为否(630否)，则在步骤650执行开度调整。

接下来，在步骤660，判断新的当前转速是否大于怠速和预定值之和并且半开度标志为1。如果为否(660否)，则在步骤670执行开度调整(例如步骤140)。如果为是(660是)，，则在步骤680，执行半开度调整。

在本发明的实施例中，执行半开度调整过程中，其开度的幅度是计算的开度的幅度的一半，因此称为半开度调整。当然，本领域技术人员可以理解，在执行的半开度调整过程中，该开度是对原开度调整的细分，因此任何比例的开度的调整都落在本发明的技术思想中。在本发明的另外的实施例中，也可以采用另外的比例的开度的幅度以对开度调整进行细化。

在本发明的实施例中，当脱离怠速状态，就可以对半开度执行标志复位。

在本发明的实施例中，采用了上述策略，可以在怠速从高速下降时执行较小的开度调节，从而可以稳定转速。

图7为例示了本发明实施例的控制汽车发动机节气门的开度的装置的结构框图。如图7所示，该装置700包括：开度调节周期确定装置710，用于基于当前发动机转速与目标转速的差值确定开度调节周期；开度的幅度确定装置720，用于当满足所述开度调节周期时基于当前发动机转速与目标转速的差值确定节气门的开度的幅度；开度调整执行装置730，用于基于所述开度的幅度执行开度调整。

在本发明的实施例中，装置700以及其部件710、720和730，可以执行如上所述的如图1到图6所示的控制汽车发动机节气门开度的方法和/或步骤，并可以实现其功能。为了清楚起见，在此不再赘述其工作原理。

在本发明的实施例中，还提供了一种混合动力车，可以包括如上所述的发动机节气门开度调整装置700。

上述的本发明实施例可在各种硬件、软件编码和/或两者组合中进行实施。例如，本发明的实施例也可为在数据信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)中执行上述方法的程序代码。本发明也可涉及计算机处理器、数字信号处理器、微处理器或现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)执行的多种功能。可根据本发明配置上述处理器执行特定任务，其通过执行定义了本发明揭示的特定方法的机器可读软件代码或固件代码来完成。可将软件代码或固件代码发展为不同的程序语言与不同的格式或形式。也可为不同的目标平台编译软件代码。然而，根据本发明执行任务的软件代码与其他类型配置代码的不同代码样式、类型与语言不脱离本发明的精神与范围。

以上所述仅为本示意性的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种控制汽车发动机节气门的开度的方法，包括：

基于当前发动机转速与目标转速的差值确定开度调节周期；

当满足所述开度调节周期时基于当前发动机转速与目标转速的差值确定节气门的开度的幅度；

基于所述开度的幅度执行开度调整；

所述开度的幅度调整公式为：

adjKaiDu＝(rpmCha*adjKaiDuJiShu/rpmChaJiShu)

其中，adjKaiDu为开度调节幅度或开度值；rpmCha：当前目标转速与实际转速的差值；adjKaiDuJiShu为开度计算基数；rpmChaJiShu为转速差计算基数；

所述确定开度调节周期的步骤进一步包括：

获取当前发动机转速；

确定当前发动机转速与目标转速的差值；

确定当前发动机转速与目标转速的差值的对应开度调节周期；

所述开度调节周期的计算公式为:

adjTime＝(1200-rpmCha)/adjTimeJiShu

其中，adjTime为开度调节周期(单位：毫秒)；1200为选定的标准转速值(单位：转数)；rpmCha(单位：转数)：表示当前目标转速与实际转速的差值；adjTimeJiShu为开度调节周期计算时间基数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在执行开度调整之前确定开度零点。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定开度调节周期的步骤进一步被配置为：

如果当前转速大于或等于目标转速，则缩短所述开度调节周期。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行开度调整的步骤进一步被配置为：

如果所述开度的幅度小于第一阈值，或

如果所述开度的幅度大于和/或等于第一阈值，且前次开度的幅度增加值小于第二阈值，或

如果所述开度的幅度大于和/或等于所述第一阈值，且前次开度的幅度增加值小于前次开度幅度增加值的一半或设定比例，则执行所述开度的幅度的开度调整；

否则放弃当前开度调整。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行开度调整的步骤进一步被配置为：

如果当前转速小于怠速和预定值之差，则执行开度调整；以及

如果最新当前转速大于怠速和预定值之和，则进一步执行半开度调整。

6.一种汽车的发动机节气门开度调节装置，其特征在于，所述装置包括：

开度调节周期确定装置，用于基于当前发动机转速与目标转速的差值确定开度调节周期；

开度的幅度确定装置，用于当满足所述开度调节周期时基于当前发动机转速与目标转速的差值确定节气门的开度的幅度；

开度调整执行装置，用于基于所述开度的幅度执行开度调整；

所述开度的幅度调整公式为：

adjKaiDu＝(rpmCha*adjKaiDuJiShu/rpmChaJiShu)

其中，adjKaiDu为开度调节幅度或开度值；rpmCha：当前目标转速与实际转速的差值；adjKaiDuJiShu为开度计算基数；rpmChaJiShu为转速差计算基数所述开度调节周期确定装置进一步被配置为：

获取当前发动机转速；

确定当前发动机转速与目标转速的差值；

确定当前发动机转速与目标转速的差值的对应开度调节周期；

所述开度调节周期的计算公式为:

adjTime＝(1200-rpmCha)/adjTimeJiShu

其中，adjTime为开度调节周期(单位：毫秒)；1200为选定的标准转速值(单位：转数)；rpmCha(单位：转数)：表示当前目标转速与实际转速的差值；adjTimeJiShu为开度调节周期计算时间基数。

7.如权利要求6所述的发动机节气门开度调节装置，其特征在于，所述开度调节周期确定装置进一步被配置为：

如果当前转速大于或等于目标转速，则缩短所述开度调节周期。

8.如权利要求6所述的发动机节气门开度调节装置，其特征在于，所述开度调整执行装置进一步被配置为：

如果所述开度的幅度小于预定值，则所述开度的幅度增加；

如果所述开度的幅度大于和/或等于预定值，且前次开度的幅度增加值小于预定值的一半或设定比例，则所述开度的幅度增加；

如果所述开度的幅度大于和/或等于预定值，且前次开度的幅度增加值小于前次开的度幅度增加值的一半或设定比例，则所述开度的幅度增加；

否则维持所述开度的幅度。

9.如权利要求6所述的发动机节气门开度调节装置，其特征在于，所述开度调整执行装置进一步被配置为：

如果当前转速小于怠速和预定值之差，则执行开度调整；以及

如果最新当前转速大于怠速和预定值之和，则进一步执行半开度调整。

10.一种混合动力车，其特征在于，所述混合动力车包括如权利要求6-9任意一项所述的发动机节气门开度调节装置。

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