用于发动机的控制装置、控制方法及计算机程序产品与流程

1.本发明涉及车辆、尤其是工程机械车辆的控制领域，具体涉及一种用于车辆的发动机的控制装置、一种相应的控制方法以及一种计算机程序产品。


背景技术：

2.利用内燃机、例如柴油发动机提供动力的车辆通常配备有用于发动机的控制装置。通常，当操作者踩踏车辆的加速踏板时，发动机的控制装置根据加速踏板位移以及多个附加的操作参数、例如发动机转速或车辆的负载等确定扭矩请求，并根据所确定的扭矩请求控制燃油、例如柴油的喷射。燃油被喷射到发动机的气缸内并发生燃烧，发动机进行能量转换并输出动力。在该过程中，控制装置所确定的扭矩请求既与加速踏板位移有关，也与附加的操作参数有关。由此，综合考虑多个因素来确定与车辆操作状态相匹配的扭矩请求。
3.然而，在车辆的操作过程中，可能出现发动机产生的动力与操作者对加速踏板的操作不相符的异常情况。例如，当操作者猛踩加速踏板时，由控制装置综合考虑多个因素后确定的扭矩请求反而可能出现下降或波动，这导致燃油喷射量随之出现下降或波动。因此，操作者会感到在踩踏加速踏板后，发动机没有提供预期的动力。这种扭矩请求的异常情况会对操作体验产生不利的影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于改进用于车辆的发动机的控制装置和控制方法，以便减少、甚至避免扭矩请求不符合操作者意图的异常情况。
5.根据本发明的第一方面，提供了一种用于车辆的发动机的控制装置，所述控制装置包括用于生成最终扭矩请求的生成单元和用于根据最终扭矩请求输出控制信号的输出单元，其中，生成单元配置成能够：获取车辆的多个操作参数；基于所述操作参数中的加速踏板位移和至少一个附加的操作参数确定第一扭矩请求；仅基于加速踏板位移，根据预定的映射关系，确定第二扭矩请求；以及根据至少一个操作参数选择性地将第一扭矩请求或第二扭矩请求作为最终扭矩请求。
6.根据本发明的第二方面，提供了一种利用本发明的控制装置的控制方法，其中，所述控制方法至少包括下述步骤：生成单元获取车辆的操作参数；生成单元基于所述操作参数中的加速踏板位移和至少一个附加的操作参数确定第一扭矩请求；生成单元仅基于加速踏板位移，根据预定的映射关系，确定第二扭矩请求；生成单元根据至少一个操作参数选择性地将第一扭矩请求或第二扭矩请求作为最终扭矩请求；以及输出单元根据最终扭矩请求输出控制信号。
7.根据本发明的第三方面，提供了一种计算机程序产品，其包括计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令当被一个或多于一个处理器执行时使得所述处理器执行根据本发明的控制方法。
8.根据本发明的控制装置和控制方法通过使生成单元选择性地将第一扭矩请求或
第二扭矩请求作为最终扭矩请求，能够减少、甚至避免最终扭矩请求不符合操作者意图的异常情况。由于第二扭矩请求仅与加速踏板位移有关，而不受附加的操作参数的影响，因此能够更加直接地反映出操作者的意图。
附图说明
9.下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：
10.图1示意性地示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于发动机的控制装置；
11.图2示意性地示出了现有技术的控制装置中的加速踏板位移与最终扭矩请求的变化曲线；
12.图3示意性地示出了一个示例性实施例中的预定的映射关系；以及
13.图4示意性地示出了根据一个示例性实施例的控制方法。
具体实施方式
14.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不是用于限定本发明的保护范围。
15.本发明适用于车辆、尤其适用于工程机械车辆，例如挖掘机、铲车、起重机等。这些车辆在操作中挖掘、搬运或移动、提升或转动诸如沙石、砖块、泥土等较重负载。尽管下文以挖掘机为例详细描述本发明的原理，但是本领域的技术人员应理解，本发明不仅仅适用于挖掘机，而是适用于任何通过发动机、例如柴油发动机提供动力的车辆。
16.图1示意性地示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的发动机的控制装置10。
17.在图1所示的实施例中，根据本发明的控制装置10包括用于生成最终扭矩请求的生成单元12和用于根据最终扭矩请求输出控制信号的输出单元14。
18.针对大负载进行操作的工程机械车辆、例如挖掘机大多利用柴油发动机来提供动力。通常，操作者(例如挖掘机的驾驶员)可通过踩踏和放松加速踏板，控制发动机的转速和输出扭矩。为此，生成单元12能够获取车辆的多个操作参数并根据其中的加速踏板位移以及多个附加的操作参数确定最终扭矩请求，输出单元14根据所确定的最终扭矩请求控制燃油、例如柴油的喷射。例如，输出单元14配置成能够根据最终扭矩请求向发动机的燃油喷射单元20输出用于燃油喷射量的控制信号。燃油被喷射到发动机的气缸内并发生燃烧，发动机进行能量转换并输出动力。发动机例如经由传动系统将动力传递给液压系统。液压系统产生作用力并且将作用力传递至挖掘机的动作机构，例如挖斗或铲斗，以作用于负载。当然，液压系统还可以致动挖掘机的其它动作机构，包括、但不限于用于在地面上行驶的行驶机构，用于使车身旋转的回转机构等。
19.如上文所述，控制装置可综合考虑多个因素来确定最终扭矩请求。图2示意性地示出了现有技术的控制装置中的加速踏板位移d与最终扭矩请求t的变化曲线。由于最终扭矩请求t不仅与加速踏板位移有关，而且与多个附加的操作参数、例如发动机转速或挖掘机的负载等有关，因此，可能出现最终扭矩请求t与操作者的意图不符的情况。例如，当操作者踩
踏、尤其是猛踩加速踏板时，最终扭矩请求可能反而出现下降或波动，如图2中的圆圈部分所示。这进而导致燃油喷射量不符合期望地下降或波动。此时，尽管操作者踩踏加速踏板，但发动机输出的动力不但没有相应地升高，反而可能下降。
20.因此，在图1所示的实施例中，控制装置10的生成单元12配置成能够：获取挖掘机的多个操作参数；基于所述操作参数中的加速踏板位移和至少一个附加的操作参数确定第一扭矩请求；仅基于加速踏板位移，根据预定的映射关系，确定第二扭矩请求；以及根据至少一个操作参数选择性地将第一扭矩请求或第二扭矩请求作为最终扭矩请求。由于第二扭矩请求仅与加速踏板位移有关，而不受附加的操作参数的影响，因此能够更加直接地反映出操作者的意图。通过选择性地将第一扭矩请求或第二扭矩请求作为最终扭矩请求，能够减少、甚至避免最终扭矩请求不符合操作者意图的异常情况。例如，在操作者踩踏加速踏板，而第一扭矩请求反而下降的情况下，生成单元12可将第二扭矩请求作为最终扭矩请求。应理解，除了上文描述的最终扭矩请求的异常下降之外，控制装置10也可应用于避免最终扭矩请求的其它异常情况，例如不符合操作者意图的异常上升。
21.如图1所示，控制装置10还可包括存储单元16，预定的映射关系可存储在所述存储单元16中。
22.生成单元12尤其配置成能够执行用于生成最终扭矩请求的第一模式和第二模式。在第一模式下，生成单元12将第一扭矩请求作为最终扭矩请求。在第二模式下，生成单元12将第二扭矩请求作为最终扭矩请求或者将第一扭矩请求与第二扭矩请求中较大的一个作为最终扭矩请求。由此，生成单元12既能够在第一模式下综合考虑各个因素(例如包括发动机转速、车辆的负载等)来确定适当的最终扭矩请求，又能够切换至第二模式，以使发动机的操作更符合操作者的意图。生成单元12在第二模式下将第一扭矩请求与第二扭矩请求中较大的一个作为最终扭矩请求，尤其有利于避免最终扭矩请求出现异常下降。
23.生成单元12例如可在大部分情况下执行第一模式，而仅在第一扭矩请求可能出现异常的情况下，切换至第二模式。
24.生成单元12尤其配置成能够根据触发参数在第一模式与第二模式之间切换，所述触发参数包括下述操作参数中的至少一个、尤其是多个：加速踏板位移、加速踏板位移变化率、第一扭矩请求、发动机的燃油喷射量、发动机转速。触发参数例如可包括上述五个参数。替代地，触发参数也可仅包括加速踏板位移。通过上述触发参数，生成单元12能够根据车辆的操作状态选择执行第一模式或第二模式，从而生成适应车辆的操作状态的最终扭矩请求。在生成单元12根据多个触发参数进行切换的情况下，能够更准确地判断车辆的操作状态。应理解，这些触发参数仅仅是示例性的，不是排它性的，能够反映出车辆的操作状态或者反映出操作者意图的任何其它操作参数都可以使用。
25.为此，生成单元12例如可与挖掘机的测量单元30通信连接。所述测量单元30包括用于测量挖掘机的至少一个操作参数的至少一个传感器，包括、但不限于用于测量发动机转速的发动机转速传感器；用于测量挖掘机的加速踏板位移的加速踏板位移传感器；用于测量发动机的燃油喷射量的喷油量传感器。这些传感器可以单独提供，也可以配置成能够同时测量这些操作参数的组合式传感器。
26.生成单元12尤其配置成：当各触发参数都分别小于其第一阈值时，判定满足第一条件，并执行第一模式；当各触发参数都分别大于其第二阈值时，判定满足第二条件，并执
行第二模式；以及当第一条件和第二条件都不满足时，继续执行当前执行的第一模式或第二模式。由此，生成单元12能够更准确地判断在第一模式与第二模式之间切换的时机，以减少、甚至避免出现最终扭矩请求异常下降或波动。当挖掘机操作较大负载时，操作者通常会通过紧急、剧烈地踩下加速踏板，增大发动机燃油喷射量，以期提高发动机转速和增大发动机的输出转矩。发明人发现，在这种情况下，综合考虑了多个因素的第一扭矩请求往往容易出现异常下降或波动。当加速踏板位移、加速踏板位移变化率以及可选的第一扭矩请求、可选的燃油喷射量和可选的发动机转速大于其第二阈值时，生成单元12能够非常准确地判断出加速踏板被紧急、剧烈地踩下，并执行第二模式。这种设计能够非常有针对性地避免在猛踩加速踏板的情况下出现最终扭矩请求的异常下降或波动。
27.第一阈值和第二阈值可存储在存储单元16中。
28.可选地，各触发参数的第一阈值等于相应的第二阈值。
29.各触发参数的第一阈值尤其可配置成小于相应的第二阈值，由此可避免过于频繁地在第一模式与第二模式之间切换。为此，生成单元12可借助于迟滞曲线函数来判断是否满足第一条件或第二条件。
30.具体地说，例如，触发参数包括加速踏板位移、加速踏板位移变化率和第一扭矩请求，并且各触发参数的第一阈值小于相应的第二阈值。当加速踏板位移、加速踏板位移变化率和第一扭矩请求都分别小于其第一阈值时，生成单元12执行第一模式。如果加速踏板位移增大至大于其第二阈值，但加速踏板位移变化率和第一扭矩请求分别小于其第二阈值，则生成单元12仍然保持执行第一模式。如果加速踏板位移、加速踏板位移变化率和第一扭矩请求都增大并且分别大于其第二阈值，则表示操作者正在紧急、剧烈地踩下加速踏板，以提高发动机转速和增大发动机的输出扭矩。此时，生成单元12切换至第二模式。然后，如果加速踏板位移变化率减小至小于其第一阈值，但加速踏板位移和第一扭矩请求仍分别大于其第一阈值，则生成单元12仍然保持执行第二模式。如果加速踏板位移、加速踏板位移变化率和第一扭矩请求都减小并且分别小于其第一阈值，则生成单元12再次从第二模式切换至第一模式。
31.生成单元12尤其配置成能够根据预定的选择掩码确定将加速踏板位移、加速踏板位移变化率、第一扭矩请求、发动机的燃油喷射量和发动机转速中的哪一个或哪一些作为触发参数。由此，可通过简单地更改选择掩码，使控制装置10适应各种不同的需求，例如适应不同的车型。选择掩码例如可存储在存储单元16中，并且可通过向存储单元16写入数据的方式被更改。
32.生成单元12尤其配置成当执行第二模式超过预定的时长时，无论是否满足第一条件都切换至第一模式。例如，所述预定的时长可小于30ms，尤其可在10ms至20ms之间，例如为15ms。由此，可避免生成单元12长时间执行第二模式，提高安全性。
33.生成单元12尤其配置成使得第一扭矩请求和/或第二扭矩请求相应地不大于扭矩请求阈值。所述扭矩请求阈值例如为满足废气排放相关标准的情况下允许的最大扭矩请求。
34.在一个示例性实施例中，预定的映射关系是根据平缓运行的轻载车辆、例如叉车上采集到的加速踏板位移与第一扭矩请求确定的。平缓运行尤其表示以加速踏板位移不发生急剧变化的方式运行，即操作者不进行快速踩踏加速踏板的操作。为此，在采集过程中，
例如可限制该车辆的加速踏板位移变化率低于一定的限制值。在车辆平缓运行并且不承担大负载的情况下，采集到的第一扭矩请求通常能够反映出加速踏板位移所对应的扭矩需求，而不会出现不符合操作者期望的异常上升、下降或波动。
35.图3示出了一个示例性实施例中的预定的映射关系。在图3中，x表示加速踏板位移，y表示扭矩请求。每个离散的点都代表一组采集到的加速踏板位移与相应的第一扭矩请求。通过对多组数据进行曲线拟合，能够得到加速踏板位移与扭矩请求的映射关系，如图3中的曲线所示。该映射关系可作为所述预定的映射关系存储在控制装置10的存储单元16中。
36.图3所示的预定的映射关系可由下式表示：
37.y＝kln(x b)
38.其中，y表示第二扭矩请求，x表示加速踏板位移，k和b为预定的系数。通过曲线拟合，可确定系数k和b。系数k和b可存储在存储单元16中，以用于基于加速踏板位移确定第二扭矩请求。应理解，系数k和b也可由其它方式确定，例如由技术人员根据经验确定。
39.如图3所示，利用自然对数函数进行曲线拟合能够得到相关性较高的拟合结果。由此得到的映射关系非常接近采集到的加速踏板位移与第一扭矩请求，因此第一模式与第二模式之间的切换较为平滑，操作舒适性较高。
40.例如通过调整系数k和b，预定的映射关系能够进一步被调整成适应车辆的类型、型号和/或操作工况。
41.在另外的实施例中，加速踏板位移与第二扭矩请求之间的映射关系可由下式表示：
42.y＝knxn k
n-1
x
n-1

…
k043.其中，y表示第二扭矩请求，x表示加速踏板位移，kn、k
n-1
、
……
、k0为预定的系数，n为大于0的整数。
44.例如，当n为1时，y＝k1x k0。在这种映射关系下，第二扭矩需求将与加速踏板位移线性相关，使得在采用第二模式时发动机输出的动力能够随着加速踏板被踩下而明显地提升。
45.相应地，通过调整系数kn、k
n-1
、
…
、k0，预定的映射关系能够进一步被调整成适应车辆的类型、型号和/或操作工况。
46.在另外的实施例中，加速踏板位移与第二扭矩请求之间的映射关系也可以以表格的形式存储在存储单元16中。
47.在一个示例性实施例中，存储单元16配置成使得预定的映射关系能够至少部分地由用户写入存储单元16。不同的用户可能需要将发动机用于不同的车型或不同的工况。例如，用户可根据经验标定加速踏板位移与第二扭矩请求之间的映射关系，然后将其写入并存储在存储单元16中，作为用来确定第二扭矩请求的映射关系。可选地，预定的映射关系的类型可以是在出厂前设置好的，例如由y＝kln(x b)表示，但系数k和b可由用户写入存储单元16中。这使得控制单元的功能更加灵活，更适应所应用的车辆，且更能满足用户的需求。
48.替代地或附加地，存储单元16存储有加速踏板位移与扭矩请求之间的至少两种映射关系，生成单元12配置成能够选择其中一种映射关系用来确定第二扭矩请求。例如，所述至少两种映射关系中的一种能够至少部分地由用户写入存储单元16，而另外一种是在出厂
前设置好的。可选地，也可在出厂前就设置好所述至少两种映射关系，生成单元12能够选择更适应所应用的车型的一种映射关系，用来确定第二扭矩请求。这使得控制单元的功能更灵活且更多样化。
49.图4示意性地示出了根据一个示例性实施例利用根据本发明的控制装置10的控制方法。所述控制方法至少包括下述步骤：
50.s1：生成单元12获取车辆的操作参数；
51.s2：生成单元12基于所述操作参数中的加速踏板位移和至少一个附加的操作参数确定第一扭矩请求；
52.s3：生成单元12仅基于加速踏板位移，根据预定的映射关系，确定第二扭矩请求；
53.s4：生成单元12根据至少一个操作参数选择性地将第一扭矩请求或第二扭矩请求作为最终扭矩请求；以及
54.s5：输出单元14根据最终扭矩请求输出控制信号。
55.应理解，本文中针对控制装置10所描述的特征和优势同样适用于控制方法。
56.另外，本发明还提供一种计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令当被一个或多于一个处理器执行时使得所述处理器执行根据本发明的控制方法。所述计算机程序指令可存储在计算机可读存储介质中，所述计算机可读存储介质例如可包括任何电子、磁性、光学或其它物理存储装置。例如，计算机可读存储介质可以是：ram、易失存储器、非易失性存储器、闪存、存储驱动器(如硬盘驱动器)、固态硬盘、任何类型的存储盘(如光盘)，或者类似的存储介质，或者它们的组合。
57.应理解，在本文中，表述“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不应理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本文中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
58.尽管这里详细描述了本发明的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本发明的范围构成限制。在不脱离本发明精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。
59.附图标记列表
60.10
ꢀꢀꢀ
控制装置
61.12
ꢀꢀꢀ
生成单元
62.14
ꢀꢀꢀ
输出单元
63.16
ꢀꢀꢀ
存储单元
64.20
ꢀꢀꢀ
燃油喷射单元
65.30
ꢀꢀꢀ
测量单元