CN1517535A - 燃料喷射量控制设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于将发动机实际转速En控制到一目标转速Eo的燃料喷射量控制设备，其包括：差值运算单元(1)，其用于将实际转速En减去目标转速Eo，从而求得它们之间的差值e；比例项运算单元(2)，其用于将所述差值e与预定的比例常数Kp进行相乘，从而求得一比例项输出值Qp；积分项运算单元(3)，其用于求得一积分项输出值Qi，该输出值是通过将所述差值e与预定积分常数Ki的乘积进行积分而求得的；用于求得一微分项输出值Qd的微分项运算单元(5)，其中的微分项输出值是通过将对所述差值e执行微分所得的值与预定微分常数Kd执行相乘而求得的；以及喷射量运算单元(6)，其用于将比例项输出值Qp与积分项输出值Qi相加起来、以确定出喷射量。

Description

燃料喷射量控制设备
技术领域
本发明涉及一种燃料喷射量控制设备，其能在要将发动机实际转速控制到目标转速时抑制过量喷射和欠量喷射。
背景技术
当要将发动机的实际转速(rpm)被控制到目标转速(rpm)时，需要执行控制操作来增大或减小燃料喷射量。在目前，本发明人已经开发出了如下的燃料喷射量运算方法。
该方法包括如下的步骤：通过将实际转速减去目标转速而求得差值e；通过将差值e与预定的比例常数Kp相乘而求得比例项输出值(Qp＝Kp·e)；通过对差值e与预定积分常数Ki的乘积执行积分运算而求得积分项输出值(Qi＝∫(Ki·e)dt)；以及通过将这些比例项输出值Qp与积分项输出值Qi加起来而获得最终的喷射量。如采用该运算方法，则由于既应用了比例项输出值Qp，又采用了积分项输出值Qi，所以对转速具有很好的响应性。
可将特开平4-134155号日本专利文件看作是与现有技术相关的背景资料。
但是，对于上述的运算方法，例如当实际转速被提高到超出目标转速时—也就是说当差值为正值时，在计算积分项输出值的过程中，差值继续被累加上去，直到两转速之间的差值变为零为止。因而，在差值变为零的时刻点，燃料喷射量会变得很大，从而造成过量喷射(实际转速高于目标转速)。
与此相反，当实际转速被降低到小于目标转速时—也就是说当差值为负值时，在计算积分项输出值的过程中，差值继续被减去，直到两转速之间的差值变为零为止。因而，在差值变为零得时刻，燃料喷射量会变得很小，从而造成欠量喷射(实际转速小于目标转速)。
发明内容
考虑到上述的内容，提出了本发明的一个目的，该目的是提供一种燃料喷射量控制装置，其能在实际转速要被控制达到目标转速时抑制过量喷射和欠量喷射。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于将发动机实际转速控制到一目标转速的燃料喷射量控制设备，其包括：差值运算装置，其用于将实际转速减去目标转速，从而求得它们之间的差值；比例项运算装置，其用于将所述差值与预定的比例常数进行相乘，从而求得一比例项输出值；积分项运算装置，其用于求得一积分项输出值，该输出值是通过将所述差值与预定积分常数的乘积进行积分而求得的；用于求得一微分项输出值的微分项运算装置，其中的微分项输出值是通过将对所述差值执行微分所得的值与预定微分常数执行相乘而求得的；以及喷射量运算装置，其用于将上述的比例项输出值与积分项输出值相加起来、以确定喷射量，其中，所述设备还包括修正装置，用于在所述差值为负值的情况下用微分项输出值来设定积分项输出值的下限，由此抑制了喷射量的过度降低，且修正装置用于当差值为正值时用微分项来设定积分项输出值的上限值，由此来抑制喷射量的过度增大。
在采用根据本发明的燃料喷射量控制设备的情况下，当将发动机的实际转速控制到目标转速时，可抑制过量喷射和欠量喷射。因而，用微分项输出值Qd设定积分项输出值的下限可抑制欠量喷射，而用微分项输出值Qi设定微分项输出值的上限可抑制过量喷射。
附图说明
图1中解释视图示意性地表示了根据本发明一实施方式的燃料喷射量控制设备；
图2是一个解释性的视图，表示了差值运算装置；
图3中解释性的视图表示了比例项运算装置；
图4中解释性的视图表示了积分项运算装置；
图5中解释性的视图表示了微分项运算装置；
图6中解释性的视图表示出了实际转速的波动，该波动是由于积分项输出值的波动而造成的(当转速在降低时)；以及
图7中解释性的视图表示出了实际转速由于积分项输出值的波动而产生的波动(当转速被提高时)。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的优选实施方式作详细的描述。
根据该实施方式的燃料喷射量控制设备将发动机(柴油机等)的实际转速En控制到目标转速Eo，其例如被用来为半自动变速器或全自动变速箱执行转速匹配、以及用来执行怠速控制，在其中的半自动变速器中，利用机械操作来进行手动换档。
如图1所示，该燃料喷射量控制设备包括喷射量运算装置6，其用于将下文描述的比例项输出值Qp与积分项输出值Qi相加起来，并针对于所得的和值执行零喷射量的下限限定、以及一最大喷射量限度Qm的上限设定，以获得最终的喷射量Q。因而，该喷射量控制设备是基于比例—积分控制(PI控制)原理的。
如图2所示，燃料喷射量控制设备包括差值运算装置1，其用于将实际转速En减去目标转速Eo，从而求得差值e。目标转速Eo是这样一个转速(rpm)：该转速值是由计算机在上述的变速器转速匹配过程、或怠速(rpm)控制过程中适当地设定的。另外，实际转速En是由一个转动传感器测得的，该传感器可对曲轴的转速(rpm)进行测量。
燃料喷射量控制设备包括图3所示的比例项运算装置2，其用于将差值e与预定的比例常数Kp相乘，从而求得一比例项输出值Qp(Qp＝Kp·e)。比例常数Kp是基于一映射表M1而确定出的，该映射表的因变参量是差值e和水温T。水温T是由一可对冷却水温度进行测量的水温传感器测得的。
燃料喷射量控制设备包括图4所示的积分项运算装置3，该装置用于求得积分项输出值Qi，该输出值是通过对差值e与预定积分常数Ki的乘积进行积分而获得的(Qi＝∫(Ki·e)dt)。积分常数Ki是基于一映射表M2而确定出的，该映射表以差值e和水温T为因变参量。积分项输出值Qi的最大值和最小值由下文描述的修正装置4设定。
燃料喷射量控制设备包括图5所示的微分项运算装置5，其用于求得微分输出值Qd，该输出值是通过将对差值e的微分量与预定的微分常数Kd相乘而求得的(Qd＝d/dt(Kd·e))。其中的微分常数Kd是通过将差值e输入到一系数运算装置Ca1而计算出的，而差值e的微分值则是通过将转速的增量Δrpm输入到一滤波器Fi1而计算出的。然后，通过将计算出的两个数值进行相乘而算出微分项输出值Qd。
当差值e为负值时，图4所示的修正装置4用微分项输出值Qd来设定积分项输出值Qi的下限，由此可抑制喷射量的过度减小，而当差值e为正值时，修正装置4用微分项输出值Qd来设定积分项输出值Qi的上限值，由此可抑制喷射量的过度增大。
这样，积分项运算装置3和修正装置4首先是通过将一输出值Qi1与前一次积分项输出值Qi-1进行相加而求得一个和值Qi2，其中的Qi1是通过将差值e与预定积分常数Ki进行相乘而获得的。然后，利用微分项输出值Qd与零值这二者中的大值(下限值Qy)设定和值Qi2的下限，以此来抑制喷射量的过度降低。结果就是，可防止产生欠量喷射。
更具体来讲，修正装置4包括：一选择单元44，其用于选择微分项输出值Qd与零值之中的大值；以及一下限限定器45，其用于用选择单元44输出的下限值Qy来设定积分项输出值Qi的下限。结果就是，如果和值Qi2小于下限值Qy，则就输出下限值Qy，该数值就变成了新的积分项输出值Qi。结果就是：可防止发生欠量喷射。
这样，积分项运算装置3和修正装置4通过将输出值Qi1与前一次积分项输出值Qi-1进行相加而求得一个和值Qi2，其中的Qi1是通过将差值e与预定积分常数Ki进行相乘而获得的。然后，将和值Qi2的上限设定为某一数值(上限值Qx)，该上限值Qx是通过将一最大限制喷射量Qm与微分项输出值Qd或零值这二者中的小值进行相加而求得的。结果就是，可防止产生过量喷射。
更具体来讲，修正装置4包括：一选择单元41，其用于选择微分项输出值Qd与零值之间的小值；一加法单元42，其用于将最大限制喷射量Qm与选择单元41的输出值进行相加；以及一上限限定器43，其用于用从加法单元42输出的上限值Qx来设定积分项输出值Qi的上限。结果就是，如果和值Qi2大于上限值Qx，则就输出上限值Qx，上限值Qx就变成了新的积分项输出值Qi。结果就是：可防止发生过量喷射。
当发动机与驱动系统断开、以及实际转速En在预定数值范围(例如约300rmp-400rpm)内接近于目标转速Eo时，修正装置4开始工作(控制和值Qi2的上限和下限)。其中的原因在于：如果在所有时候都用修正装置4执行上限/下限控制，则就会妨碍比例—积分控制系统对转速固有的良好响应性。
当差值e从正变负、或从负变正时，则修正装置4就终止其所执行的操作(即对和值Qi2的上限/下限控制)，并进行复位重置。在修正装置4工作之后，当差值e发生反相时，由于用微分项输出值Qd执行的限制操作已成为不需要的了，所以要执行上述的操作来将微分项输出值Qd恢复到初始状态。
下面将参照图6、基于上述的设备结构对该实施方式的工作过程进行描述。
图中所示的实例涉及这样的情况：当为一全自动变速器或半自动变速器执行转速匹配时，要将实际转速En降低到-目标转速Eo，其中，在半自动变速器中，是利用机械操作来完成手动换档的。
首先，假定离合器是脱开的。其次，在实际转速En与目标转速Eo的差值进入到预定值Z(约400rpm)范围内之前，中止用修正装置4执行的控制操作，并开始执行典型的比例—积分控制。这样，参见图4，当计算积分项输出值Qi时，构成修正装置4的所有元器件的功能均被中止，和值Qi2被直接输出而变为积分项输出值Qi，其不会受到上限控制或下限控制。然后，如图1所示，利用该积分项输出值Qi而求得最终的喷射量Q。这样，执行普通的比例—积分控制能使得控制工作具有良好的速度响应性，直到实际转速En接近于目标转速Eo的程度处于预定值Z区间内为止。
但是，如果在实际转速En与目标转速Eo的差值已经在预定值Z之内的情况下继续执行该比例—积分控制，则当实际转速En被降低到小于目标转速Eo时，将实际转速En减去目标转速Eo所得的差值e将变为负数。结果就是，无论是图4中的输出值Qi1、还是前一次的Qi-1都会变成负值，且在计算积分项输出值Qi的过程中，减法运算被不断地进行下去，直到差值e变为零为止。由于这一原因，在差值变为零的时刻，燃料喷射量会变得太小，从而造成欠量喷射(实际转速En小于目标转速Eo)。在本实施方式中，为了防止出现这样的欠量情况，在计算积分项输出值Qi的过程中，利用零值或微分项输出值Qd的大值(Qy)来设定和值Qi2的下限，由此可防止燃料喷射量变得太少。
下面将参照图6对此流程进行解释。在本实施方式中，在实际转速En接近目标转速Eo的程度进入到预定值Z之内前(区间A)，被用作积分项输出值Qi的数值的上限/下限并不受修正装置4的限制。但之后，一旦实际转速En下降到与目标转速Eo的差值小于预定值Z，则在用于计算积分项输出值Qi的过程中，和值Qi2的下限就会被设定为零值和微分项输出值Qd中的大值。在附图所示的实例中，下限值被限定为零(区间B)。如果实际转速En在进一步地减小、且微分项输出值Qd相应地变成大于零，则在计算积分项输出值Qi的过程中，和值Qi2的下限就被设定为微分项输出值Qd、而非零值(区间C)。
在区间C中，一旦积分项输出值Qi的下限被微分项输出值Qd所限定，则如图4所示，其受限数值就变为了前次数值Qi-1，且依次进行积分。如图6所示，这样就求得了能收敛到某一数值的积分项输出值Qi，其中的收敛值与目标转速Eo相配。然后，在时刻点D上，积分项输出值Qi变得大于微分项输出值Qd。因而，再基于微分项输出值Qd对积分项输出值Qi的下限进行设定就没有意义了。因而，在当前控制中，如果积分项输出值Qi在被限定之前小于微分项输出值Qd，则就将积分项输出值的下限设定为微分项输出值Qd或0，从而可防止喷射量出现过度的下降。因而，当积分项输出值Qi变得大于微分项输出值Qd时—如在时刻点D上以及之后那样，就不需要执行上述的控制了。因而，在时刻点D以及此后，微分项输出值Qd可被复位成零。在附图所示的实施例中，是在时刻E点(在该时刻点时，差值e从负值反相成正值)处将Qd复位成零的。
如上所述，在本实施方式中，如图6所示，通过利用修正装置4将积分项输出值Qi在三个区间A、B、C之间进行变化而抑制由于燃料喷射量过度减少而造成的欠量。讨论相反的情况，如果积分项输出值Qi未经修正装置4的修正，则积分项输出值Qi会根据差值e(负值)而进行累加(负数相加)，从而逐渐减小。结果就是：相对于目标转速Eo而言，燃料的喷射量变得太小，从而发生欠量喷射。
图7表示了实际转速En被提高到目标转速En时的情况。图7A表示了在积分项输出值Qi的上限不受微分项输出值Qd限制时、实际转速En的波动，图7B表示了：在利用图4所示的修正装置4、基于微分项输出值Qd对积分项输出值Qi的上限进行设定时，实际转速En的波动(本发明实施方式的情况)(图中的两种情况都是模拟出的)。对这两种情况进行对比可发现：本实施方式可抑制过量喷射，其中的原因与上文对抑制欠量喷射进行讨论的原因相同。
如图2和图5所示，在该实施方式中，微分项输出值Qd是基于目标转速Eo与实际转速En之间的差值e而计算出的。但是，在目标转速Eo并不动态改变的情况下(例如在发动机怠速控制的情况下)，由于差值e的微分值与实际转速En的微分值变成相同的，所以可仅用实际转速En的微分值来计算微分项输出值Qd。
如上所述，采用根据本发明的燃料喷射量控制设备的情况下，当将发动机的实际转速控制到目标转速时，可抑制过量喷射和欠量喷射。

Claims (11)

1、一种用于将发动机实际转速控制到一目标转速的燃料喷射量控制设备，其包括：
差值运算装置，其用于将实际转速减去目标转速，从而求得它们之间的差值；
比例项运算装置，其用于将所述差值与预定的比例常数进行相乘，从而求得一比例项输出值；
积分项运算装置，其用于求得一积分项输出值，该输出值是通过将所述差值与预定积分常数的乘积进行积分而求得的；
用于求得一微分项输出值的微分项运算装置，其中的微分项输出值是通过将对所述差值执行微分所得的值与预定微分常数执行相乘而求得的；以及
喷射量运算装置，其用于将上述的比例项输出值与积分项输出值相加起来、以确定喷射量，
其特征在于，所述设备还包括：
修正装置，用于在所述差值为负值的情况下用微分项输出值来设定积分项输出值的下限，由此抑制喷射量的过度降低，且修正装置用于当差值为正值时用微分项输出值来设定积分项输出值的上限值，由此来抑制喷射量的过度增大。
2、根据权利要求1所述的燃料喷射量控制设备，其特征在于：当发动机与一驱动系统断开、或当实际转速在预定数值范围内接近于目标转速时，修正装置用微分项输出值来设定积分项输出值的下限和上限。
3、根据权利要求1或2所述的燃料喷射量控制设备，其特征在于：当差值从负变正、或从正变负时，修正装置中止用微分项输出值限定积分项输出值下限或上限的操作，并将微分项输出值重置为零。
4、根据权利要求1或2所述的燃料喷射量控制设备，其特征在于：当积分项输出值变得大于微分项输出值时，修正装置中止用微分项输出值限定积分项输出值下限的操作，并将微分项输出值重置为零。
5、根据权利要求1或2所述的燃料喷射量控制设备，其特征在于：当积分项输出值变得小于微分项输出值时，修正装置中止用微分项输出值限定积分项输出值上限的操作，并将微分项输出值重置为零。
6、根据权利要求1或2所述的燃料喷射量控制设备，其特征在于：修正装置用一下限值设定积分项输出值的下限，所述下限值是通过将微分项输出值与零值进行比较、并选取其中的大值来确定出的。
7、根据权利要求1或2所述的燃料喷射量控制设备，其特征在于：修正装置用一上限值设定积分项输出值的上限，所述下限值是通过将微分项输出值与零值进行比较、并选取其中的小值来确定出的。
8、根据权利要求1或2所述的燃料喷射量控制设备，其特征在于：比例项运算装置基于差值和水温确定出比例常数。
9、根据权利要求1或2所述的燃料喷射量控制设备，其特征在于：积分项运算装置将当前的积分项输出值与下一积分项输出值依次累加起来，当前的积分项输出值是通过将差值与预定的积分常数相乘而求得的，下一积分项输出值也是按照类似的方式而求得的。
10、根据权利要求1或2所述的燃料喷射量控制设备，其特征在于：积分项运算装置基于差值和水温确定出积分常数。
11、根据权利要求1或2所述的燃料喷射量控制设备，其特征在于：微分项运算装置基于差值确定出微分常数。
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