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汽车电子中的怠速控制的控制策略

高工
2025-11-01 16:03:50   被打赏 10 分(兑奖)     打赏

控制策略由下面几部分组成:

(一)启动控制

    发动机启动时,怠速控制系统控制息速执行器使旁通进气量达到最大,以利于启动;发动机启动后,再根据冷却水温度的高低,确定旁通进气量的大小,如图下所示,从而使发动机具有一个稳定的转速。启动控制通常为开环控制。

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(二)暖机控制

发动机启动后,进入暖机阶段。总速控制系统根据冷却水温度的变化不断调整旁通进气量的大小,使发动机在温度变化的情况下保持稳定的转速,如图下所示。当冷却水温度未达到预先设定的阀值时,总速转速的设定一般较高,以利于暖机,当达到设定的阀值后,暖机控制结束,发动机进入正常怠速。暖机控制通常为开环控制。

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(三)怠速反馈控制

当暖机过程结束,或者 ECU 检测到节气门全关信号,且车速低于2km/h,则怠速控制系统开始按图下所示的程序进行息速反馈控制。

如果发动机的实际转速与ROM存储器中的目标转速相差超过一定值,ECU将通过步进电机控制怠速控制阀,增减旁通空气量,使发动机的实际转速与目标转速相同,

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如图上所示,在反馈控制的过程中,如空挡启动开关、空调开关接通或断开,都将使发动机的负荷发生变化。为了避免发动机怠速时转速波动或熄火,怠速控制系统要及时控制旁通进气量增大或减小一定的量值。

(四)电器负载增多时的怠速控制

当使用的电器负载增大到一定程度时,蓄电池电压就会降低。为了保证ECU和整车电器系统的供电平衡,息速控制系统要相应增加旁通进气量,提高发动机的总速转速。

总的来说,怠速控制策略可以看作是一个 “目标设定 -> 决策 -> 执行 -> 反馈” 的闭环过程。

其主要组成部分如下:

1. 目标怠速转速计算模块

这是整个控制策略的“大脑”设定部分。它根据发动机的当前状态和各种输入信号,动态计算出一个理想的目标怠速转速。这个目标值并非固定不变,而是由以下因素决定:

发动机温度: 冷机启动时,为了加快暖机和防止熄火,目标怠速会较高(通常为1000-1200 rpm)。随着水温升高,目标怠速会逐渐降低到正常值(通常为600-800 rpm)。

电气负载: 当开启空调压缩机、大灯、后窗除雾器等大功率电器时,发动机负荷瞬间增加,ECU会提高目标转速以补偿负荷,防止转速波动甚至熄火。

变速器状态: 自动变速箱从N档或P档切换到D档时,由于液力变矩器带来负载,ECU会轻微提升目标转速以保持平稳。

动力转向负载: 在低速转弯或原地打方向时,动力转向泵负载增大,ECU会临时提高目标转速。

蓄电池电压: 如果电压偏低,ECU可能会略微提高转速以增加发电机的发电量。

驾驶员请求: 在某些情况下(如清洗节气门后需要初始化),维修技师可以通过诊断工具指令一个特定的目标怠速。

2. 转速反馈与监测模块

这是系统的“眼睛”。它通过曲轴位置传感器实时、高精度地监测发动机的实际转速。这个实际转速将与“目标怠速转速计算模块”给出的目标值进行比较。

3. 控制器(核心控制算法)

这是系统的“决策中心”。它接收目标转速和实际转速的差值(即转速误差),并根据一定的控制算法计算出需要执行的动作。现代ECU普遍使用PID控制器或其变种,其核心组成部分包括:

比例项: 根据当前转速误差的大小进行调节。误差越大,调节力度越大。反应快,但单独使用容易产生振荡或静差。

积分项: 累积一段时间的转速误差。用于消除“静差”,即当比例调节无法完全消除的微小、持续的误差。它能确保最终稳定在目标转速上。

微分项: 根据转速变化的趋势(即误差的变化率)进行调节。可以预见未来的转速波动,从而提前进行抑制,提高系统的稳定性和响应速度。

ECU中的PID参数通常是根据发动机特性经过大量标定和优化的,并且在不同的工况下(如冷机、热机、带负载)可能会采用不同的参数集。

4. 执行器驱动模块

这是系统的“手脚”。控制器计算出控制量后,ECU会驱动相应的执行器来改变进气量,从而控制发动机转速。主要的执行器类型有:

节气门旁通阀式: 在早期或一些车型上,通过控制绕过主节气门的旁通空气通道的开度来调节进气量。执行器是旋转式或直线式的怠速控制阀。

电子节气门式: 这是目前最主流的方式。ECU直接控制电子节气门,即使驾驶员没有踩油门踏板,ECU也可以独立地微调节气门开度,以精确控制怠速所需的进气量。

附加空气阀: 在冷启动时,作为一个辅助装置,通过双金属片或蜡式节温器控制一个额外的进气通道,在暖机过程中随温度升高而逐渐关闭。现在其功能大多已被电子节气门集成。

5. 前馈与补偿模块

这是一个高级功能,用于提高系统的响应速度和抗干扰能力。它不依赖转速误差,而是直接根据干扰源进行“预见性”补偿。

负载前馈补偿: 当ECU检测到空调压缩机即将吸合、或变速箱即将挂入D档时,会在负载实际施加到发动机上之前,就提前增加进气量(增大节气门开度)。这样可以极大地减小转速的瞬间跌落,使过渡更加平稳。

点火角自适应补偿: 在转速出现微小波动时,ECU会临时微调点火提前角来快速修正扭矩,作为进气控制的辅助手段。减小点火角可以瞬间降低扭矩,增大点火角可以瞬间提升扭矩,其响应比进气控制更快。

简单的工作流程是:

设定目标: ECU根据水温、负载等条件计算出目标转速。

检测偏差: 通过曲轴位置传感器检测实际转速,并与目标转速比较。

决策计算: 控制器(PID)根据转速误差计算出需要调整的进气量。

执行动作: 驱动执行器(如电子节气门)改变开度。

预见补偿: 同时,前馈模块在有大负载变化时提前动作。

效果反馈: 发动机转速随之改变,并被传感器再次检测到,进入下一个循环。

这个循环以极高的频率(每秒数十到上百次)不断进行,从而实现了平稳、可靠的怠速控制。




关键词: 汽车电子     怠速控制     控制策略    

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