一种提升履带车辆起步性能的协调控制方法及装置与流程

1.本发明涉及履带车辆驱动技术领域，特别涉及一种提升履带车辆起步性能的协调控制方法及装置。


背景技术：

2.废气涡轮增压技术是现代增压发动机普遍使用的一种增压技术，主要包括涡轮、连杆和压气机三部分组成，涡轮通过连杆和压气机相连，增压器主要是利用发动机排出的废气能量，带动涡轮旋转，通过连杆带动压气机同转速转动，以此压缩进入气缸的空气，得到较高的发动机平均有效压力。
3.对于采用废气涡轮增压器的履带车辆而言，在起步工况时，驾驶员踩下油门踏板后，发动机完全响应出现短暂延迟，即“涡轮滞后”效应，主要由于涡轮增压器需要克服自身转动惯量等原因导致增压器响应较慢，不能在短时间内迅速建立起增压压力，进气量增加非常缓慢，喷入气缸内的油量不能够完全有效的燃烧，所以发动机的功率不能够有效发挥，最后导致履带车辆的起步性能非常差。
4.采用废气涡轮增压柴油发动机的履带车辆，不仅在平原地区会出现短暂的“涡轮滞后”效应，在高海拔地区更为严重，由于环境的差异,这就使得平原性能良好的履带车辆进入高原环境时起步出现问题。此外，当履带车辆处于坡道等特殊工况时，若车辆的起步过程出现问题，就有可能出现溜坡等不良现象。
5.对于驾驶履带车辆的驾驶员来说，一般通过驾驶经验来实现车辆的起步，通常是在起步时，踩着制动踏板，同时踩下油门踏板，凭经验挂上1挡，然后等待时机松开制动踏板，完成起步过程。这种操作对驾驶员的要求非常高，不仅需要熟练掌握驾驶技巧，克服同时踩制动踩油门的心理障碍，还需要有较为丰富的经验判断挂挡、松制动踏板的时机，以获得最佳的起步性能。若驾驶员驾驶的是自动挡履带车辆，发动机的ecu和变速箱的tcu甚至液力变矩器的解闭锁都独立控制，根本无法完成最佳起步性能的提升。
6.因此，有必要针对采用废气增压柴油机的履带车辆的起步进行研究，提供一种协调控制的方法，提升履带车辆在不同环境和不同工况下的起步性能。


技术实现要素：

7.为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种提升履带车辆起步性能的协调控制方法及装置，其有效针对采用废气涡轮增压器柴油发动机的履带车辆，改善其起步过程中的“涡轮滞后”效应，提升履带车辆在不同环境和不同工况下起步性能。
8.本发明所采用的技术方案如下：
9.一种提升履带车辆起步性能的协调控制方法，包括以下步骤：
10.a、履带车辆启动后，车上的传感器采集协调控制器所需的信号；
11.b、协调控制器根据采集的信号辨识车辆的工况；
12.c、当车辆启动后，根据采集的环境温度、压力和坡度信号，查海拔环境参数表获取
车辆此时的海拔高度，并通过坡度常感器获取坡度，然后通过查询海拔、坡度与发动机目标转速对应关系表，海拔、发动机转速与循环供油量对应关系表以及海拔、发动机转速与循环供油量对应关系表,查出同一时刻协调控制的三个参数：发动机目标转速，变速箱目标档位和发动机目标循环油量；
13.d、根据步骤b中辨识处的车辆工况，判断是否打开协调控制器，进入协调流程，如果进入协调流程，则根据查出的发动机目标转速，变速箱目标档位和发动机目标循环油量进行发动机转速、变速箱挡位以及发动机喷油量的协调控制。
14.优选地，本发明的信号包括启动信号、油门踏板位置信号、发动机转速信号、齿杆位置信号、进气温度信号、压力信号、排气温度信号、发动机目标转速信号、发动机目标循环油量信号、目标挡位信号、发动机目标转矩信号、目标齿杆位置信号、变速箱输入输出轴转速信号、挡位信号、变速箱油温信号、手柄信号、解闭锁信号、涡轮转速信号、大气压力、温度信号、车速信号、坡度信号或制动信号中的一种或多种的组合。
15.优选地，本发明的信号之间通过can网络进行通讯。
16.优选地，本发明中采集的油门踏板位置、挡位信号、发动机转速信号和车速信号通过can网络发送给协调控制器，由协调控制器根据所述的油门踏板位置、挡位信号、发动机转速信号和车速信号确定履带车辆的行驶工况以及环境状况和路况，所述的行驶工况包括怠速工况和起步工况，其中：
17.当车辆启动后，若车速为0，油门踏板位置为0，挡位为0，制动踏板开度小于50％，发动机转速稳定在某一转速时，则判定此时处于怠速工况；
18.车辆启动后，当判定处于怠速工况时，若监测的制动踏板开度大于80％，则判定驾驶员有起步的意图，处于起步工况，当踏板开度小于80％，则判定此时仍处于怠速工况。
19.优选地，本发明的发动机目标转速、变速箱目标档位和发动机目标循环油量，通过仿真计算得到不同环境和坡度下的最佳组合，以map的形式存储于控制器中。
20.优选地，本发明的步骤d具体包括：
21.d1、当车辆不处于怠速工况或者是起步工况时，协调控制的开关关闭，不进行起步的协调控制；当车辆启动，从怠速工况延续到起步工况后，协调控制的开关打开，进入协调流程：
22.首先，若当前发动机转速小于协调控制器给出的目标发动机转速，协调控制器发出增大目标齿杆位置的指令，增加喷油量；
23.d2、若当前发动机转速大于或者等于协调控制器给出的目标发动机转速，协调控制器给出目标挡位，并发出挂挡信号；履带车辆若为自动挡，直接把目标挡位发送给变速箱，变速箱执行挡位指令，挂上相应的挡位；
24.d3、同时，判断此时的挡位是否是协调控制器给出的目标挡位，若不一致，返回步骤d2；
25.若一致，则判断此时的循环供油量与目标循环供油量的状态：
26.当实际循环供油量大于或者等于协调控制策略给出的目标循环供油量时，发出松开制动踏板的信号，提示驾驶员此时应松开制动踏板；
27.当实际循环供油量小于协调控制策略给出的目标循环供油量时，协调控制器发出增大目标齿杆位置的指令，增加喷油量；
28.d4、最后，当检测到驾驶员松开制动踏板，完成起步过程的协调控制。
29.本发明还提供一种提升履带车辆起步性能的协调控制装置，包括发动机控制器单元、协调控制器单元和终端控制器单元，所述的发动机控制器单元、协调控制器单元和终端控制器单元之间通过can网络进行通讯，所述的发动机控制器单元采集的油门踏板位置、挡位信号、发动机转速信号和车速信号通过can网络发送给协调控制器单元，由协调控制器单元确定履带车辆的行驶工况，同时温度传感器、压力传感器和坡度传感器把大气温度、压力和坡度信号传给协调控制器单元；协调控制器单元判定履带车辆处于怠速工况还是起步工况后，决定是否启动协调控程序；如果启动协调控制程序，则由协调控制器单元根据采集的大气温度、压力和坡度信号，查海拔环境参数表获取车辆此时的海拔高度，并通过坡度常感器获取坡度，然后通过查询海拔、坡度与发动机目标转速对应关系表，海拔、发动机转速与循环供油量对应关系表以及海拔、发动机转速与循环供油量对应关系表,查出同一时刻协调控制的三个参数：发动机目标转速，变速箱目标档位和发动机目标循环油量；最后，根据查出的发动机目标转速，变速箱目标档位和发动机目标循环油量通过对终端控制器单元的变速箱的换挡阀、以及液力变矩器和制动系统进行协调控制。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
30.1、本发明采用的技术方案相比于传统单一的控制策略，大大改善了履带车辆起步时的“涡轮滞后”效应，尤其是在高海拔、陡坡等状况下效果更为显著，能够显著提高履带车辆的起步响应性；
31.2、本发明采用的技术方案对没有驾驶经验的驾驶人员来说，非常容易熟练上手，而且操作非常简单，只需要在起步时完成踩制动，按提示松制动的操作即可，相比于传动的控制策略，更能够满足驾驶员的驾驶习惯；
32.3、本发明采用的技术方案对提升履带车辆起步响应更加科学合理，不用依靠驾驶经验提升履带车辆的起步响应，而是根据产生“涡轮滞后”的机理，进行针对性的分析和设计，具有坚实的理论依据；
33.4、本发明采用的技术方案协调控制的参数是通过仿真手段分析得到的，在实际情况中，可根据实车试验进行修正，而且修正方法简单，只需改变控制参数的map形式即可；
34.5、本发明采用的技术方案具有较为广泛的适用性，不仅可以应用推广在使用手动变速箱的涡轮增压履带车辆上，还可以应用在自动变速箱的涡轮增压履带车辆上，都可以通过发出相应的提示信息，提醒驾驶员完成相应的操作，用以提升车辆的起步加速性。
附图说明
35.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。
36.图1是本发明一种提升履带车辆起步性能的协调控制方法的方法流程图；
37.图2是本发明一种提升履带车辆起步性能的协调控制方法的can通讯网络拓扑图；
38.图3是协调控制三个参数的map图；
39.图4是平原地区无协调控制起步过程参数变化情况图；
40.图5是平原地区协调控制起步过程参数变化情况图；
41.图6是无协调控制起步过程发动机的输出转矩和功率变化图；
42.图7是协调控制起步过程发动机的输出转矩和功率变化图。
具体实施方式
43.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。
44.实施例一
45.如附图1所示，本实施例的一种提升履带车辆起步性能的协调控制方法，是在车辆启动后，对所需信号进行采集，同时协调控制策略根据采集的信号进行计算，然后通过对履带车辆的状态决定协调控制是否打开。
46.具体包括以下步骤：
47.1、履带车辆启动后，车上的传感器采集协调控制所需的信号；
48.所述的信号，包括启动信号、油门踏板位置信号、发动机转速信号、齿杆位置信号、进气温度、压力信号、排气温度信号、发动机目标转速信号、发动机目标循环油量信号、目标挡位信号、发动机目标转矩信号、目标齿杆位置信号、变速箱输入输出轴转速信号、挡位信号、变速箱油温信号、手柄信号、解闭锁信号、涡轮转速信号、大气压力、温度信号、车速信号、坡度信号和制动信号。
49.所述信号之间通过can网络进行通讯，如图2所示，整个can网络包括三个节点，主要有发动机ecu、传动系统tcu和协调控制ecu组成。
50.2、根据采集的信号辨识车辆的工况；
51.通过采集的油门踏板位置、挡位信号、发动机转速信号和车速信号通过can网络发送给协调控制ecu，由协调控制ecu确定履带车辆的行驶工况；
52.当车辆启动后，若车速为0，油门踏板位置为0，挡位为0，制动踏板开度小于50％，发动机转速稳定在某一转速时，协调控制ecu则判定此时履带车辆处于怠速工况，当所有条件满足则进入下一步，当有一个或多个条件不满足时，协调控制器不起作用；
53.车辆启动后，当判定履带车辆处于怠速工况，若监测的制动踏板开度若大于80％，则判定驾驶员有起步的意图，履带车辆处于起步工况，当踏板开度小于80％，则判定此时仍处于怠速工况；
54.根据采集的温度和压力确定履带车辆的环境状况；
55.根据采集的坡度信号确定履带车辆的路况。
56.3、当车辆启动后，根据采集的环境温度、压力和坡度信号，查海拔环境参数表(表1)获取车辆此时的海拔高度，并通过坡度常感器获取坡度，然后通过查询海拔、坡度与发动机目标转速对应关系表(表2)，海拔、发动机转速与循环供油量对应关系表(表3)以及海拔、发动机转速与循环供油量对应关系表(表4),查出同一时刻协调控制的三个参数：
57.发动机目标转速n
e1
；
58.变速箱目标档位i
e1
；
59.发动机目标循环油量q
e1
。
60.表1我国海拔环境参数
[0061][0062]
表2海拔、坡度与发动机目标转速对应关系
[0063][0064]
表3海拔、坡度与目标挡位对应关系
[0065][0066]
表4海拔、发动机转速与循环供油量对应关系
[0067]
[0068][0069]
发动机目标转速n
e1
、变速箱目标档位i
e1
和发动机目标循环油量q
e1
，通过仿真计算得到不同环境和坡度下的最佳组合，以map的形式存储于控制器中，如图3所示。
[0070]
4、当车辆启动，从怠速工况延续到起步工况后，协调控制的开关打开。
[0071]
当车辆不处于怠速工况或者是起步工况时，协调控制的开关关闭。
[0072]
通过判断协调控制的开关，协调控制器判断是否发出控制信号。
[0073]
当协调控制处于关闭状态，不进行起步的协调控制；
[0074]
当协调控制处于打开状态，进入协调流程。
[0075]
驾驶员有起步意图，系统进入协调控制时，首先判断当前发动机转速，若发动机转速n
e
小于协调控制给出的目标发动机转速n
e1
，协调控制器发出增大目标齿杆位置的指令，增加喷油量，继续提升发动机转速；
[0076]
提升发动机目标转速n
e1
是为了迅速建立起增压压力，增加进气量，此时车辆并没有挂挡，发动机处于空载，这种情况下，发动机的转速增加非常快，所以对提升增压压力是非常有效的；
[0077]
若当前发动机转速ne大于或者等于协调控制给出的目标发动机转速n
e1
，协调控制策略给出目标挡位，并发出挂挡信号i
e1
，履带车辆若为自动挡，直接把目标挡位发送给变速箱，变速箱执行挡位指令，挂上相应的挡位；
[0078]
在不同环境和不同工况下发动机目标转速n
e1
的值是不一样的，比如在高海拔下，发动机转速n
e1
取太小，循环供油量会比较低，这种情况下挂上挡，会导致憋灭发动机，所以发动机目标转速n
e1
需要标定。
[0079]
协调控制策略起步时给出目标挡位，目的是充分发挥发动机的潜能，使发动机尽可能的工作在外特性曲线上，还要保证不同挡位的起步加速性最好，目标挡位在不同环境和不同工况下对起步的响应是不同的，循环油量上升的速率也不一样，因此，需要标定此参数。
[0080]
接着需要判断此时的挡位是否是协调控制给出的目标挡位，若不一致，返回上一层；
[0081]
若一致，则判断此时的循环供油量与目标循环供油量的状态；
[0082]
当实际循环供油量q
e1
大于或者等于协调控制策略给出的目标循环供油量时，发出松开制动踏板的信号，提示驾驶员此时应松开制动踏板；
[0083]
当实际循环供油量q
e1
小于协调控制策略给出的目标循环供油量时，协调控制器发
出增大目标齿杆位置的指令，增加喷油量；
[0084]
最后，当检测到驾驶员松开制动踏板，完成起步过程的协调控制。
[0085]
为了更好地展现协调控制对提升起步过程响应的作用，通过建模仿真进行分析。
[0086]
图4给出了平原地区无协调控制起步过程参数变化情况，仿真从第5秒开始踩油门踏板，第6秒达到100％油门踏板开度，可以看出第5秒之前，发动机处于怠速工况，发动机的怠速转速稳定在了880rpm，发动机的循环供油量为16mg/cc，用以维持发动机自身以及附件系统的转矩需求，还可以看出增压器在怠速阶段的增压压力一直稳定在1.09，这是因为循环供油量不变，排气的能量不变，所以增压器涡轮的转速比较稳定，增压压力会一直保持不变，由于此时并未挂挡，所以车速一直为0，接着发动机循环油量会从第5秒开始迅速线性增加，到5.14秒循环供油量增加变缓，一直持续到第7秒，在这一时间段，发动机的增压压力比较小，由于供油量较低，排气的能量较小，增压器的转子转速上升非常慢，因此，导致进气量不足，发动机的进气量被限制，冒烟极限对供油量的限制就会起作用，这一过程持续到第7秒，由于加速踏板一直是100％开度，在循环油量增加缓慢的情况下，发动机的转速逐渐升高，全程调速一直介入对油量的控制，因此，第7秒后，发动机的循环供油量摆脱冒烟极限的限制逐渐降低，当车速达到升2挡车速，也就是图中的第7.36秒，一般起步过程结束。
[0087]
图5给出了平原地区协调控制起步过程参数变化情况，仿真中采取发动机转速达到1800rpm时挂1挡，松制动踏板的时刻设置为循环油量达到最大，即达到外特性的油量值，通过和图4的对比可以发现，采用协调控制的方式，在相同油门踏板操作下，增压压比能达到2.33，会比无协调控制时提升更大而且时间更短，循环供油量能够达到外特性油耗，而无协调控制的发动机循环供油量只能达到200mg/cc左右，明显小于协调控制，采用协调控制的方式，车速达到8.8km/h的时间为0.939秒，而无协调控制车速达到8.8km/h的时间为2.149秒，所以采取协调控制的方式能够提升车辆的加速性能。
[0088]
图6给出了无协调控制起步过程发动机的输出转矩和功率变化，发动机循环油量从怠速油量逐渐增加，等发动机转速达到920rpm时，循环供油量和发动机转速接近线性增长，等发动机转速升到2070rpm时，循环供油量线性下降，这是因为在转速920
‑
2070rpm期间全程调速一直起作用，由于进气量不足，所以循环供油量被限制，这段区间的全程调速油量大于冒烟极限的限制油量，等发动机转速达到2070rpm时，发动机的增压压力在逐步提升，进气流量也在增加，而此时全程调速控制的油量低于冒烟极限的限制，发动机转速2070rpm后的循环供油量是按照全程调速进行控制的，所以循环供油量会逐渐下降。
[0089]
图7给出了协调控制起步过程发动机的输出转矩和功率变化，通过和图6对比可以发现，采用协调控制的方式，发动机的循环油量不仅能达到外特性，发动机的转矩也能够达到外特性，同时发动机的功率也比较高，这样就保证了车辆起步时有着充足的动力，所以起步效果要比无协调控制的好。
[0090]
综上所述，本实施例提供了一种提升履带车辆起步性能的协调控制方法及装置，这种方法能够明显改善履带车辆起步时的“涡轮滞后”效应，尤其是在高海拔、陡坡等状况下效果更为显著，能够明显提高了履带车辆的起步响应性，而且操作简单，具有较为广泛的适用性，不仅可以应用推广在使用手动变速箱的涡轮增压履带车辆上，还可以应用在自动变速箱的涡轮增压履带车辆上，都可以通过发出相应的提示信息，提醒驾驶员完成相应的操作，用以提升车辆的起步加速性。
[0091]
实施二
[0092]
本实施例提供一种提升履带车辆起步性能的协调控制装置，包括发动机控制器单元、协调控制器单元和终端控制器单元，所述的发动机控制器单元、协调控制器单元和终端控制器单元之间通过can网络进行通讯，所述的发动机控制器单元采集的油门踏板位置、挡位信号、发动机转速信号和车速信号通过can网络发送给协调控制器单元，由协调控制器单元确定履带车辆的行驶工况，同时温度传感器、压力传感器和坡度传感器把大气温度、压力和坡度信号传给协调控制器单元；协调控制器单元判定履带车辆处于怠速工况还是起步工况后，决定是否启动协调控程序；如果启动协调控制程序，则由协调控制器单元根据采集的大气温度、压力和坡度信号，查海拔环境参数表获取车辆此时的海拔高度，并通过坡度常感器获取坡度，然后通过查询海拔、坡度与发动机目标转速对应关系表，海拔、发动机转速与循环供油量对应关系表以及海拔、发动机转速与循环供油量对应关系表,查出同一时刻协调控制的三个参数：发动机目标转速，变速箱目标档位和发动机目标循环油量；最后，根据查出的发动机目标转速，变速箱目标档位和发动机目标循环油量通过对终端控制器单元的变速箱的换挡阀、以及液力变矩器和制动系统进行协调控制。
[0093]
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。