CN116255241A - 一种增压器的瞬态控制方法、控制系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车技术领域，并具体涉及一种增压器的瞬态控制方法、控制系统及车辆，增压器的瞬态控制方法包括以下步骤：当满足增压器的瞬态开启条件时，根据油门/刹车踏板开度和发动机转速以及进气温度确定需求进气压力值、临近偏差；根据所述需求进气压力值和实际进气压力值计算进气压力差；根据需求进气压力值、临近偏差和容差获得起调临界值；根据进气压力差进行PID控制以得到PID调节转速，并控制增压器以PID调节转速转动直至节气门前压力达到起调压力值；同时根据当前的发动机转速获取调节转速，并根据调节转速修正PID调节转速直至节气门前压力达到需求压力值。上述方法通过牺牲一定的响应时间，来降低瞬态工况中超调的剧烈程度。

Description

一种增压器的瞬态控制方法、控制系统及车辆

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，并具体涉及一种增压器的瞬态控制方法、控制系统及车辆。

背景技术

增压器是发动机运行的核心部件之一，它对新鲜空气的压缩作用可以提高进气量，进而实现对燃烧情况的改善，进一步提升发动机的输出功率和效率。相关技术中，增压控制往往通过PID(Proportion Integral Differential，比例、积分、微分)闭环反馈控制来实现。增压压力error等于需求增压压力减去实际增压压力；其中，比例(即P)，积分(即I)和微分(即D)三项的增益都是用error查表得到。当需求增压压力发生变化时，PID控制实际增压压力跟随需求增压压力，具体地，用P、I和D这3个增益值与error进行比例、积分及微分计算输出控制涡轮喷嘴叶片的开度值。

但是，PID在实际控制蜗轮增压器的过程中，具有一定的延迟性。在波动较大的动态工况下，延迟性尤其明显；同时涡轮的尺寸越大，延迟性也越加突出。PID控制的延迟性使得实际增压压力无法及时跟随需求增压压力，error的波动会随之变大，查表得出的P、I和D会出现过大或过小的问题，当P、I和D过大时，容易出现超调；当P、I和D过小时，容易造成发动机进气量不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增压器的瞬态控制方法、控制系统及车辆，以解决现有技术中对增压器进行PID控制波动大的问题。

本发明第一方面提供了一种增压器的瞬态控制方法，所述增压器的瞬态控制方法包括以下步骤：

当满足增压器的瞬态开启条件时，根据油门踏板或刹车踏板开度、发动机转速以及进气温度确定需求进气压力值、临近偏差；

根据所述需求进气压力值和实际进气压力值计算进气压力差；

根据需求进气压力值、临近偏差和容差获得起调临界值；

根据所述进气压力差进行PID控制以得到PID调节转速，并控制增压器以PID调节转速转动直至节气门前压力达到起调压力值；同时根据当前的发动机转速获取修正转速，并根据修正转速修正PID调节转速直至节气门前压力达到需求压力值。

本发明提供的增压器的瞬态控制方法还可具有如下附加技术特征：

本发明的一个具体实施方式中，当满足增压器的瞬态开启条件时，根据油门踏板或刹车踏板开度、发动机转速以及进气温度确定需求进气压力值、临近偏差之前，还包括：

加速时根据油门踏板开度的变化速度判断是否满足增压器的瞬态开启条件，其中，当所述油门踏板开度的变化速度大于预设值时处于瞬时增工况，满足瞬态开启条件；

或减速时根据刹车踏板开度的变化速度判断是否满足增压器的瞬态开启条件，其中，当所述刹车踏板开度的变化速度大于预设值时处于瞬时减工况，满足瞬态开启条件。

本发明的一个具体实施方式中，当处于瞬时增工况时，所述起调临界值由需求进气压力值同时减去临近偏差、容差得到；当处于瞬时减工况时，所述起调临界值为需求进气值、临近偏差和容差之和。

本发明的一个具体实施方式中，根据油门踏板或刹车踏板开度、发动机转速以及进气温度确定需求进气压力值、临近偏差包括：

根据发动机转速以及油门踏板或刹车踏板开度确定发动机的需求扭矩和临近偏差；

根据所述需求扭矩得到发动机的需求进气量，并根据所述需求进气量和进气温度得到需求进气压力值。

本发明第二方面还提供了一种增压器的瞬时控制系统，包括：

第一判断模块，用于根据汽车的实时工况判断是否处于瞬态工况；并在汽车处于瞬态工况时进入下一程序；

第一计算模块，用于根据汽车油门踏板或刹车踏板开度、发动机转速和进气温度计算需求进气压力值和临近偏差，根据所述需求进气压力值和实际进气压力值计算进气压力差；根据需求进气压力值、临近偏差和容差获得起调临界值；

第二判断模块，判断节气门前压力是否达到起调压力值；

第二计算模块，用于在节气门前压力达到起调压力值时根据发动机转速计算修正转速；

控制模块，用于所述进气压力差进行PID控制以得到PID调节转速，并控制增压器以PID调节转速转动直至节气门前压力达到起调压力值；还用于根据修正转速修正PID调节转速直至节气门前压力达到需求压力值。

本发明的一个具体实施方式中，所述第一计算模块包括：

需求扭矩计算模块，用于根据油门踏板或刹车踏板开度、发动机转速确定发动机的需求扭矩；

需求进气压力计算模块，用于根据需求扭矩得到发动机的需求进气量，并根据需求进气量和进气温度得到需求进气压力；

压力差计算模块，用于计算需求进气压力和实际进气压力之间的进气压力差；

临近偏差计算模块，用于根据发动机转速计算临近偏差；

起调临界值计算模块，用于根据需求进气压力和临近偏差计算起调临界值。

本发明的一个具体实施方式中，所述第一判断模块用于根据油门踏板开度的变化速度判断是否满足增压器的瞬态开启条件，其中，当所述油门踏板开度的变化速度大于预设值时处于瞬时增工况，满足瞬态开启条件；所述第一判断模块还用于根据刹车踏板开度的变化速度判断是否满足增压器的瞬态开启条件，其中，当所述刹车踏板开度的变化速度大于预设值时处于瞬时减工况，满足瞬态开启条件。

本发明的一个具体实施方式中，当处于瞬时增工况时，所述第一计算模块根据需求进气压力值同时减去临近偏差、容差计算得到起调临界值；当处于瞬时减工况时，所述第一计算模块根据需求进气值、临近偏差和容差之和计算得到起调临界值。

本发明的一个具体实施方式中，还包括蜗轮压力传感器和温度传感器，所述蜗轮压力传感器和温度传感器设于增压器与发动机的节气门之间，用于检测节气门前的进气压力值和气体温度。

本发明第三方面还提供了一种车辆，所述车辆设有上述任意一项所述增压器的瞬时控制系统。

本发明提出了一种增压器的瞬态控制方法，该方法在现有的PID闭环反馈控制方法的基础上引入了临近偏差的概念，并通过临近偏差来界定起调临界值，一旦节气门前压力的实际值超过起调临界值，就以一定的调节速率影响节气门前压力值的变化，通过牺牲一定的相应时间，来降低起调的剧烈程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中瞬态工况时由PID闭环反馈控制的节气门前实施压力值变化图；

图2为本申请中增压器的瞬态控制方法中节气门前实施压力值变化图；

图3为本申请中增压器的瞬态控制方法的流程图；

图4为本申请中增压器的瞬时控制系统的结构框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

在描述本发明实施例的增压器的控制方法之前，首先对发动机系统进行描述，具体的，发动机系统包括发动机、蜗轮增压器和电控排气旁通阀，其中发动机的排气部分与蜗轮增压器的涡轮机相连，发动机的进气部分与蜗轮增压器的增压机相连，电控排气旁通阀设置于发动机的排气管上，并由PID闭环反馈控制方法控制，用于调节蜗轮增压器的转速进而调节增压压力，经调压后的气体经节气门进入发动机。由于PID闭环反馈控制方法的延迟性，导致波动较大的工况下(瞬态工况)容易出现超调，如图1所示。

基于此，本发明提供了一种增压器的瞬态控制方法，其在原有的PID闭环反馈控制方法上进行进一步改进，用以改善实际节气门前压力的超调现象，提高控制的稳定性。

如图2-3所示，本发明一个实施例的增压器的瞬态控制方法包括以下步骤：

当满足增压器的瞬态开启条件时，根据油门踏板或刹车踏板开度、发动机转速以及进气温度确定需求进气压力值、临近偏差。

在本发明的一个具体实施例中，当满足增压器的瞬态开启条件时，根据油门踏板或刹车踏板开度、发动机转速以及进气温度确定需求进气压力值、临近偏差之前，可以预先按照如下方式确定是否满足增压器的瞬态调节开启条件，具体而言，包括：

根据油门踏板开度的变化速度判断是否满足增压器的瞬态开启条件，其中，当所述油门踏板开度的变化速度大于预设值时处于瞬时增工况，满足瞬态开启条件；

或根据刹车踏板开度的变化速度判断是否满足增压器的瞬态开启条件，其中，当所述刹车踏板开度的变化速度大于预设值时处于瞬时减工况，满足瞬态开启条件。

其中，预设值可以预先标定得到，瞬时增工况时，预设值为车辆是否为急加速或缓慢加速的一个界限，即：当油门踏板被踩下的速度越快，说明驾驶员越想使车辆进行快速地提速，反之，如果驾驶员踩下油门踏板的速度非常慢，则说明书驾驶员虽然想使车辆提速，但是只要车辆能够相对缓慢地进行提速即可。

因此，可以实时地检测油门踏板开度，如果单位时间内的油门踏板被踩下的深度很深，则油门踏板开度的变化速度非常快，一旦其变化速度超过预设值，则说明驾驶员需要让车辆进行急加速，此时边满足增压器的瞬态开启条件，进而触发增压器开始瞬态控制，否则不触发增压器的瞬态开启条件。

同理，减速时刹车踏板的开度是否触发增压器的瞬态控制的判断方法与加速时的判断方法基本相同。

当满足增压器的瞬态开启条件之后，首先根据油门踏板或刹车踏板开度和发动机转速确定发动机的需求扭矩。根据油门踏板或刹车踏板开度和发动机转速查询油门踏板/刹车踏板映射表(油门/刹车踏板map)，得到相应的需求扭矩。其中，油门踏板/刹车踏板map可以预先标定得到，其横坐标为发动机转速，纵坐标为油门踏板/刹车踏板开度，发动机转速和油门踏板/刹车踏板开度之间的交叉点的内容便是相应的需求扭矩。

其次，根据需求扭矩得到发动机的需求进气量，并根据需求进气量和进气温度得到需求进气压力。

需求进气量为达到需求扭矩所需要的进气量，可通过需求扭矩计算得到，然后根据当前的进气温度和需求进气量便可得到需求进气压力。具体而言，通过需求扭矩得到需求进气压力为首先查询预设的映射表，记为FMTC map，该FMTC map的横坐标为发动机转速，纵坐标为需求扭矩，内容为发动机每个工作循环所需的油量，即：每循环的油量，将此油量与此工况下的当量比相乘，进而得到需求进气量，其中，当量比是根据一个预设的当量比映射表，即：当量比map查询得到的，其中，当量比map的横坐标为发动机转速，纵坐标为需求扭矩，内容为气量与油量的质量比。最后，根据需求进气量和进气温度确定出需求进气压力。

需要说明的是，FMTC map和当量比map可以预先标定得到，例如：通过试验的方式得到发动机转速、需求扭矩、所需的油量以及气量与油量的质量比之间的对应关系，然后分别形成FMTC map和当量比map供查询使用。

再次，根据发动机转速得到临近偏差。具体的，临近偏差为定义值，指代临近需求压力的一个压力值，其数值受发动机的机型影响，具体可根据发动机转速查询对应发动机机型的临近偏差映射表(临近偏差map)，得到相应的临近偏差。其中临近偏差map可以预先标定得到，例如：基于将超调控制在理想的范围内以及响应时间不宜过长两个条件，通过试验的方式，建立横坐标为发动机转速，纵坐标为临近偏差的临近偏差map。

再次，根据需求进气压力值和实际进气压力值计算进气压力差。具体的，根据需求进气压力值(即需求增压压力)和实际进气压力(实际增压压力)做差，从而得到进气压力差。实际进气压力可以通过安装于节气门处的压力传感器检测得到。

再次，根据需求进气压力值、临近偏差和容差得到起调临界值。具体而言，容差为常数，其数值根据发动机的机型确定，并且加速时，所述起调临界值为需求进气压力值同时减去临近偏差、容差得到的数值；减速时，所述起调临界值为需求进气值、临近偏差和容差之和。

再次，根据进气压力差进行PID控制以得到PID调节转速，并控制增压器以PID调节转速转动直至节气门前压力达到起调压力值。

再次，根据当前的发动机转速获取修正转速。具体的，获取节气门前压力达到起调压力值时发动机转速，然后根据发动机转速查询修正转速映射表(修正转速map)，得到相应的修正转速。其中修正转速map可以预先标定得到，例如：基于将超调控制在理想的范围内以及响应时间不宜过长两个条件，通过试验的方式，建立横坐标为发动机转速，纵坐标为修正转速的修正转速map。

最后，根据修正转速修正PID调节转速直至节气门前压力达到需求压力值。

根据本发明实施例的增压器的瞬态控制方法，当符合增压器瞬态控制开启条件之后，例如车辆在进行急加速或急减速时，可以通过上述方法对进入发动机的气体压力进行控制，使其在达到需求进气压力时缓慢变化，如图2所示。通过牺牲一定的响应时间(t₁<t₂)，避免过大的偏差带来的实际值明显超调现象，来降低超调的剧烈程度，提高控制的稳定性。

如图4所示，本发明一个实施例公开的增压器的瞬时控制系统，包括第一判断模块、第一计算模块、第二判断模块、第二计算模块以及控制模块。

其中，第一判断模块用于根据汽车的实时工况判断是否处于瞬态工况；并在汽车处于瞬态工况时进入下一程序；第一计算模块用于根据汽车油门踏板或刹车踏板开度、发动机转速和进气温度计算需求进气压力值和临近偏差，根据所述需求进气压力值和实际进气压力值计算进气压力差；根据需求进气压力值、临近偏差和容差获得起调临界值；第二判断模块判断节气门前压力是否达到起调压力值；第二计算模块用于在节气门前压力达到起调压力值时根据发动机转速计算修正转速；控制模块用于所述进气压力差进行PID控制以得到PID调节转速，还用于控制增压器以PID调节转速转动直至节气门前压力达到起调压力值；还用于根据修正转速修正PID调节转速直至节气门前压力达到需求压力值。

进一步的，所述第一计算模块包括需求扭矩计算模块、需求进气压力计算模块、压力差计算模块、临近偏差计算模块、起调临界值计算模块。其中，需求扭矩计算模块用于根据发动机转速和油门踏板或刹车踏板开度确定发动机的需求扭矩；需求进气压力计算模块用于根据需求扭矩得到发动机的需求进气量，并根据需求进气量和进气温度得到需求进气压力；压力差计算模块用于计算需求进气压力和实际进气压力之间的进气压力差；临近偏差计算模块用于根据发动机转速计算临近偏差；起调临界值计算模块用于根据需求进气压力和临近偏差计算起调临界值。

进一步的，所述第一判断模块用于根据油门踏板开度的变化速度判断是否满足增压器的瞬态开启条件，其中，当所述油门踏板开度的变化速度大于预设值时处于瞬时增工况，满足瞬态开启条件；所述第一判断模块用于根据刹车踏板开度的变化速度判断是否满足增压器的瞬态开启条件，其中，当所述刹车踏板开度的变化速度大于预设值时处于瞬时减工况，满足瞬态开启条件。

进一步的，当处于瞬时增工况时，所述第一计算模块根据需求进气压力值同时减去临近偏差、容差计算得到起调临界值；当处于瞬时减工况时，所述第一计算模块根据需求进气值、临近偏差和容差之和计算得到起调临界值。

进一步的，还包括蜗轮压力传感器和温度传感器，所述蜗轮压力传感器和温度传感器设于增压器与发动机的节气门之间，用于检测节气门前的进气压力值和气体温度。

需要说明的是，本发明实施例的增压器的瞬态控制系统的具体实现方式与本发明实施例的增压器的瞬态控制方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，此处不再赘述。

进一步的，本发明的实施例公开了一种车辆，所述车辆设置有如上述任意一个实施例中的电子增压器的控制系统。该车辆的在瞬态工况中通过牺牲一定的响应时间，来降低超调的剧烈程度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种增压器的瞬态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

当满足增压器的瞬态开启条件时，根据油门踏板或刹车踏板开度、发动机转速以及进气温度确定需求进气压力值、临近偏差；

根据所述需求进气压力值和实际进气压力值计算进气压力差；

根据需求进气压力值、临近偏差和容差获得起调临界值；

根据进气压力差进行PID控制以得到PID调节转速，并控制增压器以PID调节转速转动直至节气门前压力达到起调压力值；同时根据当前的发动机转速获取修正转速，并根据修正转速修正PID调节转速直至节气门前压力达到需求压力值。

2.根据权利要求1所述的增压器的瞬态控制方法，其特征在于，当满足增压器的瞬态开启条件时，根据油门踏板或刹车踏板开度、发动机转速以及进气温度确定需求进气压力值、临近偏差之前，还包括：

根据油门踏板开度的变化速度判断是否满足增压器的瞬态开启条件，其中，当所述油门踏板开度的变化速度大于预设值时处于瞬时增工况，满足瞬态开启条件；

或根据刹车踏板开度的变化速度判断是否满足增压器的瞬态开启条件，其中，当所述刹车踏板开度的变化速度大于预设值时处于瞬时减工况，满足瞬态开启条件。

3.根据权利要求2所述的增压器的瞬态控制方法，其特征在于，当处于瞬时增工况时，所述起调临界值由需求进气压力值同时减去临近偏差、容差得到；当处于瞬时减工况时，所述起调临界值为需求进气值、临近偏差和容差之和。

4.根据权利要求1所述的增压器的瞬态控制方法，其特征在于，根据油门踏板或刹车踏板开度、发动机转速以及进气温度确定需求进气压力值、临近偏差包括：

根据发动机转速以及油门踏板或刹车踏板开度确定发动机的需求扭矩和临近偏差；

根据所述需求扭矩得到发动机的需求进气量，并根据所述需求进气量和进气温度得到需求进气压力值。

5.一种增压器的瞬时控制系统，其特征在于，包括：

第一判断模块，用于根据汽车的实时工况判断是否处于瞬态工况；并在汽车处于瞬态工况时进入下一程序；

第一计算模块，用于根据汽车油门踏板或刹车踏板开度、发动机转速和进气温度计算需求进气压力值和临近偏差，根据所述需求进气压力值和实际进气压力值计算进气压力差；根据需求进气压力值、临近偏差和容差获得起调临界值；

第二判断模块，判断节气门前压力是否达到起调压力值；

第二计算模块，用于在节气门前压力达到起调压力值时根据发动机转速计算修正转速；

控制模块，用于所述进气压力差进行PID控制以得到PID调节转速，并控制增压器以PID调节转速转动直至节气门前压力达到起调压力值；还用于根据修正转速修正PID调节转速直至节气门前压力达到需求压力值。

6.根据权利要求5所述的增压器的瞬时控制系统，其特征在于，所述第一计算模块包括：

需求扭矩计算模块，用于根据油门踏板或刹车踏板开度、发动机转速确定发动机的需求扭矩；

需求进气压力计算模块，用于根据需求扭矩得到发动机的需求进气量，并根据需求进气量和进气温度得到需求进气压力；

压力差计算模块，用于计算需求进气压力和实际进气压力之间的进气压力差；

临近偏差计算模块，用于根据发动机转速计算临近偏差；

起调临界值计算模块，用于根据需求进气压力和临近偏差计算起调临界值。

7.根据权利要求5所述的增压器的瞬时控制系统，其特征在于，所述第一判断模块用于根据油门踏板开度的变化速度判断是否满足增压器的瞬态开启条件，其中，当所述油门踏板开度的变化速度大于预设值时处于瞬时增工况，满足瞬态开启条件；所述第一判断模块还用于根据刹车踏板开度的变化速度判断是否满足增压器的瞬态开启条件，其中，当所述刹车踏板开度的变化速度大于预设值时处于瞬时减工况，满足瞬态开启条件。

8.根据权利要求7所述的增压器的瞬时控制系统，其特征在于，当处于瞬时增工况时，所述第一计算模块根据需求进气压力值同时减去临近偏差、容差计算得到起调临界值；当处于瞬时减工况时，所述第一计算模块根据需求进气值、临近偏差和容差之和计算得到起调临界值。

9.根据权利要求5所述的增压器的瞬时控制系统，其特征在于，还包括蜗轮压力传感器和温度传感器，所述蜗轮压力传感器和温度传感器设于增压器与发动机的节气门之间，用于检测节气门前的进气压力值和气体温度。

10.一种车辆，其特征在于，设有如权利要求5-9中任意一项所述的增压器的瞬时控制系统。

Images