一种用于自动变速箱急加速的发动机扭矩控制方法和装置

摘要

本发明公开了一种用于自动变速箱急加速的发动机扭矩控制方法和装置，属于汽车发动机控制领域。所述方法包括：计算发动机转速要达到目标档位对应的目标转速所需的加速扭矩，并根据所述加速扭矩控制发动机的输出扭矩；采用PID控制器对所述发动机的输出扭矩进行反馈控制以更新所述加速扭矩；对更新后的加速扭矩进行延时补偿；及根据延时补偿后的加速扭矩控制所述发动机的输出扭矩。所述装置包括：计算模块、反馈控制模块、延时补偿模块和执行模块。通过本发明的方法和装置，可以解决装配自动变速箱的车辆在急加速时出现的超调问题。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车发动机控制领域，特别涉及一种用于自动变速箱急加速的发动机扭矩控 制方法和装置。

背景技术

随着电子技术与自动控制技术的快速发展，用于汽车的自动变速箱不断被国内外的汽车 厂商推向市场。装配自动变速箱的车辆具有自动变速的功能，一方面让人们在驾驶过程中享 受轻松、舒适、全方位的行驶乐趣，另一方面油耗低、排放性能低。自动变速箱的这两方面 的优点已逐渐被驾驶者认可，市场上自动变速箱装车率越来越高，使用范围也越来越广。

自动变速箱在自动变速中有一个特性，当驾驶者急加速时，自动变速箱会自动降档，籍 此提高发动机转速增强动力，使车辆瞬间产生大的加速度。这种加速度的产生是通过特殊的 发动机扭矩控制方法来实现的。现有的装配自动变速箱的车辆用于急加速的发动机扭矩控制 方法通常包括：获取发动机在目标档位下的目标转速和发动机的当前转速，根据发动机目标 转速和当前转速，计算出发动机加速所需的扭矩；并根据所述发动机加速所需的扭矩控制发 动机的输出扭矩；控制发动机的输出扭矩的同时，需要实时测量发动机的实际转速，采用PID (Proportion Integration Differentiation，比例积分微分)控制器对发动机的输出扭 矩进行反馈控制。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

由于通讯的延时、以及发动机转速的改变相对于扭矩控制存在响应滞后，采用前述发动 机扭矩控制方法进行急加速时，发动机的输出扭矩会出现较大的超调，从而引起飞车或换档 冲击较大的问题，甚至出现熄火的问题。

发明内容

为了解决装配自动变速箱的车辆在急加速时会出现的超调问题，本发明实施例提供了一 种用于自动变速箱急加速的发动机扭矩控制方法和装置。所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种用于自动变速箱急加速的发动机扭矩控制方法，该方法具体 包括：

计算发动机转速要达到目标档位对应的目标转速所需的加速扭矩，并根据所述加速扭矩 控制发动机的输出扭矩；

采用PID控制器对所述发动机的输出扭矩进行反馈控制以更新所述加速扭矩；

对更新后的加速扭矩进行延时补偿；及

根据延时补偿后的加速扭矩控制所述发动机的输出扭矩。

具体地，所述对所述更新后的加速扭矩进行延时补偿，具体包括：

根据以下公式计算补偿扭矩，并将计算出的所述补偿扭矩与所述更新后的加速扭矩相加；

$T^{\prime }=(\frac{K3*1}{Z^{-3}}+\frac{K4*1}{Z^{-4}}+\frac{K5*1}{Z^{-5}})*T;$

其中，T′表示所述补偿扭矩；T表示所述更新后的加速扭矩，K3、K4和K5分别表示所述 更新后的加速扭矩在第3、4和5个采样周期对所述发动机的转速产生影响的扭矩比例参数， 且K3+K4+K5＝1。

优选地，所述采样周期的长度为10ms。

具体地，所述计算发动机转速要达到目标档位对应的目标转速所需的加速扭矩，具体包 括：

获取所述发动机当前的实际转速并计算目标档位下所述发动机的目标转速，所述目标档 位采用当前车速和油门下变速箱最佳的档位、根据发动机的万有特性计算得到；设定换档时 间；

根据所述目标转速、所述实际转速和所述换档时间计算所述发动机所需的初始的加速扭 矩。

具体地，所述采用PID控制器对所述发动机的输出扭矩进行反馈控制以更新所述加速扭 矩，具体包括：

根据所述实际转速、所述目标转速和所述换档时间获得所述发动机转速的预定轨迹；

以所述预定轨迹为目标值，对所述发动机的输出扭矩进行反馈控制。

进一步地，所述根据所述实际转速、所述目标转速和所述换档时间获得所述发动机转速 的预定轨迹，具体包括：

采用所述换档时间对所述实际转速和所述目标转速进行滤波。

可选地，所述换档时间的取值范围为300ms～500ms。

另一方面，本发明还提供了一种用于自动变速箱急加速的发动机扭矩控制装置，具体包 括：

计算模块，用于计算计算发动机转速要达到目标档位对应的目标转速所需的加速扭矩；

反馈控制模块，用于采用PID控制器对所述发动机的输出扭矩进行反馈控制以更新所述 计算模块计算出的加速扭矩；

延时补偿模块，用于对所述反馈控制模块更新后的加速扭矩进行延时补偿；及

执行模块，用于根据所述计算模块计算出的加速扭矩和所述延时补偿模块延时补偿后的 加速扭矩控制所述发动机的输出扭矩。

其中，所述计算模块具体包括：

获取单元，用于获取所述发动机当前的实际转速并计算目标档位对应的目标转速；

设定单元，用于设定换档时间；

第一计算单元，用于根据所述目标转速、所述实际转速和所述换档时间计算所述发动机 所需的初始的加速扭矩。

其中，所述延时补偿模块具体包括：

第二计算单元，用于根据更新后的加速扭计算补偿扭矩；

加法器，用于将所述补偿扭矩与所述更新后的加速扭矩相加，得到延时补偿后的加速扭 矩。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过对PID反馈控制后获得的加速扭 矩进行延时补偿，并根据延时补偿后的加速扭矩控制发动机的输出扭矩；可以有效减小车辆 在急加速时出现的超调的问题，从而避免车辆急加速中换档冲击较大带给驾驶者不适的感觉， 更进一步避免发动机出现飞车或熄火的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附 图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例1中提供的一种发动机扭矩控制方法的流程图；

图2是本发明实施例2中提供的一种发动机扭矩控制方法的流程图；

图3是本发明实施例3中提供的一种发动机扭矩控制装置的结构示意图图；

图4是本发明实施例4中提供的一种发动机扭矩控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进 一步地详细描述。

实施例1

参见图1，本实施例提供了一种用于自动变速箱急加速的发动机扭矩控制方法，该方法 具体包括：

步骤101：计算发动机转速要达到目标档位对应的目标转速所需的加速扭矩，并根据该 加速扭矩控制发动机的输出扭矩。

具体地，该目标档位是基于发动机的万有特性计算出的当前车速和油门下变速箱的最佳 档位。

步骤102：采用PID控制器对发动机的输出扭矩进行反馈控制以更新前述加速扭矩。

步骤103：对更新后的加速扭矩进行延时补偿。

步骤104：根据延时补偿后的加速扭矩控制发动机的输出扭矩。

本发明实施例通过对PID反馈控制后获得的加速扭矩进行延时补偿，并根据延时补偿后 的加速扭矩控制发动机的输出扭矩；可以有效减小车辆在急加速时出现的超调的问题，从而 避免车辆急加速中换档冲击较大带给驾驶者不适的感觉，更进一步避免发动机出现飞车或熄 火的问题。

实施例2

参见图2，本实施例提供了一种用于自动变速箱急加速的发动机扭矩控制方法的优选例， 该方法具体包括：

步骤201：计算发动机转速要达到目标档位对应的目标转速所需的加速扭矩，并根据该 加速扭矩控制发动机的输出扭矩。

进一步地，该步骤包括：

步骤2011：获取发动机当前的实际转速并计算目标档位下发动机的目标转速，该目标档 位是基于发动机的万有特性计算出的当前车速和油门下变速箱的最佳档位。

其中，发动机当前的实际转速可以采用转速传感器获取。

当目标档位确定后，目标档位对应的目标转速可以通过当前的实际转速与目标档位计算 得到，计算公式为：目标转速＝(当前转速/当前档位的速比)*目标档位的速比。

步骤2012：设定换档时间。

优选地，换档时间的取值范围为300ms～500ms。该换档时间可以通过驾驶性标定来确定， 主要依据是整车加速平稳，无冲击。

步骤2013：根据前述目标转速、实际转速和换档时间计算发动机所需的初始的加速扭矩。

首先，根据发动机的目标转速、当前的实际转速和换档时间计算发动机的转速变化率。 假设转速变化率为Δw，计算公式如下，

$\mathrm{\Delta w}=\frac{w_0-w}{t}...\left(1\right),$

其中，w为发动机当前的实际转速，w₀为目标转速，t为换档时间。

然后，根据发动机的转速变化率Δw计算出发动机所需的加速扭矩，计算公式如下：

T＝J*Δw………(2)，

公式(2)中，T表示发动机所需的加速扭矩；J表示发动机转动惯量。

步骤2014：根据计算出的发动机所需的初始的加速扭矩控制发动机的输出扭矩。

具体地，将该初始的加速扭矩输出至执行机构，由该执行机构进行相应的动作，进而改 变发动机的输出扭矩。比如，将节气门的开度调整至与该初始的加速扭矩相对应的位置，通 过改变进气量来改变发动机的输出扭矩。或者，通过变化点火提前角来改变发动机的输出扭 矩。

步骤202：采用PID控制器对发动机的输出扭矩进行反馈控制以更新前述加速扭矩。

具体地，该步骤包括：根据实际转速、目标转速和换档时间获得发动机转速的预定轨迹； 以该预定轨迹为目标值，对发动机的输出扭矩进行反馈控制。

其中，根据实际转速、目标转速和换档时间获得发动机转速的预定轨迹具体包括：对目 标档位下发送机的目标转速w₀和发动机的当前的实际转速w设定时间常数进行滤波。滤波产 生出来的曲线即是发动机转速的预定轨迹。容易知道，滤波产生的曲线呈抛物线形式，从而 可以保证换档结合的舒适度。需要说明的是，发动机转速的预定轨迹也可以为直线，该直线 轨迹可以通过插值法获得，此为本领域技术人员熟知，在此省略详细描述。

进一步地，采用PID控制器对发动机的输出扭矩进行反馈控制的原理为：根据发动机的 实际转速与前述预定轨迹的对应时刻的目标值的差值，计算扭矩调整值，然后对上一采样时 刻的加速扭矩进行调整，即将该扭矩调整值与上一采样时刻的加速扭矩相加，作为新的加速 扭矩输出。

可选地，也可以通过发动机的实际输出扭矩与加速扭矩的差值对上一采样时刻的加速扭 矩进行调整，即将该差值与上一采样时刻的加速扭矩相加，作为新的加速扭矩输出，进一步 地，发动机的实际输出扭矩可以通过扭矩传感器实时测量，也可以根据发动机的实际转速计 算。

203：对更新后的加速扭矩进行延时补偿。

进一步地，该步骤具体包括：

步骤2021：根据以下公式计算补偿扭矩：

$T^{\prime }=(\frac{K3*1}{Z^{-3}}+\frac{K4*1}{Z^{-4}}+\frac{K5*1}{Z^{-5}})*T...\left(4\right),$

其中，T′表示补偿扭矩；K3、K4和K5分别表示加速扭矩在第3、4和5个采样周期对 发动机转速产生影响的扭矩比例参数，且K3+K4+K5＝1；Z^-3、Z^-4和Z^-5分别表示第3、4 和5个采样周期时的传递函数Z变换；T表示发动机所需的加速扭矩。

通过试验发现，加速扭矩对于5个采样周期后的发动机转速的作用可基本忽略，故假设 整个系统是一个5阶系统。在本实施例中，通过试验观察扭矩在5个采样周期内对发动机转 速的影响，将发动机转速和发动机输出扭矩之间的传递函数简化。而在这5个采样周期中， 前两个采样周期为通讯时延，同样可以忽略不计，加速扭矩对转速的作用分别在第3、4和5 个采样周期。通过标定获取比例参数K3、K4和K5，标定指在稳态路况下测得的加速扭矩 在第3、4和5采样周期时对发动机转速产生影响的扭矩比例参数。

进一步地，前述采样周期的长度可以为10ms或5ms。

步骤2022：将补偿扭矩与更新后的加速扭矩相加，得到延时补偿后的加速扭矩。

步骤204：根据延时补偿后的加速扭矩控制发动机的输出扭矩。

该步骤与前述步骤2014相同，在此省略详细描述。

本发明实施例通过对PID反馈控制后获得的加速扭矩进行延时补偿，并根据延时补偿后 的加速扭矩控制发动机的输出扭矩；可以有效减小车辆在急加速时出现的超调的问题，从而 避免车辆急加速中换档冲击较大带给驾驶者不适的感觉，更进一步避免发动机出现飞车或熄 火的问题。

实施例3

参见图3，本实施例提供了一种用于自动变速箱急加速的发动机扭矩控制装置，具体包 括：

计算模块301，用于计算发动机转速要达到目标档位对应的目标转速所需的加速扭矩；

反馈控制模块302，用于采用PID控制器对发动机的输出扭矩进行反馈控制以更新计算 模块301计算出的加速扭矩；

延时补偿模块303，用于对反馈控制模块302更新后的加速扭矩进行延时补偿；及

执行模块304，用于根据计算模块301计算出的加速扭矩和延时补偿模块303延时补偿 后的加速扭矩控制发动机的输出扭矩。

本发明实施例通过对PID反馈控制后获得的加速扭矩进行延时补偿，并根据延时补偿后 的加速扭矩控制发动机的输出扭矩；可以有效减小车辆在急加速时出现的超调的问题，从而 避免车辆急加速中换档冲击较大带给驾驶者不适的感觉，更进一步避免发动机出现飞车或熄 火的问题。

实施例4

参见图4，本实施例提供了一种采用实施例2提供的方法的用于自动变速箱急加速的发 动机扭矩控制装置，具体包括：

计算模块401，用于计算发动机转速要达到目标档位对应的目标转速所需的加速扭矩；

反馈控制模块402，用于采用PID控制器对发动机的输出扭矩进行反馈控制以更新计算 模块401计算出的加速扭矩；

延时补偿模块403，用于对反馈控制模块402更新后的加速扭矩进行延时补偿；及

执行模块404，用于根据计算模块401计算出的加速扭矩和延时补偿模块303延时补偿 后的加速扭矩控制发动机的输出扭矩。

其中，计算模块401，具体包括：

获取单元4011，用于获取发动机当前的实际转速并计算目标档位下发动机的目标转速；

设定单元4012，用于设定换档时间；

第一计算单元4013，用于根据目标转速、实际转速和换档时间计算发动机所需的初始的 加速扭矩。

其中，延时补偿模块403，具体包括：

第二计算单元4031，用于根据更新后的加速扭计算补偿扭矩；

加法器4032，用于将所述补偿扭矩与更新后的加速扭矩相加，得到延时补偿后的加速扭 矩。

进一步地，第二计算单元4031根据以下公式计算补偿扭矩：

$T^{\prime }=(\frac{K3*1}{Z^{-3}}+\frac{K4*1}{Z^{-4}}+\frac{K5*1}{Z^{-5}})*T...\left(4\right),$

其中，T′表示补偿扭矩；K3、K4和K5分别表示加速扭矩在第3、4和5个采样周期对 发动机转速产生影响的扭矩比例参数，且K3+K4+K5＝1；Z^-3、Z^-4和Z^-5分别表示第3、4 和5个采样周期时的传递函数Z变换；T表示发动机所需的加速扭矩。

本发明实施例通过对PID反馈控制后获得的加速扭矩进行延时补偿，并根据延时补偿后 的加速扭矩控制发动机的输出扭矩；可以有效减小车辆在急加速时出现的超调的问题，从而 避免车辆急加速中换档冲击较大带给驾驶者不适的感觉，更进一步避免发动机出现飞车或熄 火的问题。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成， 也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中， 上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之 内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。