一款1.0L微型轎車(chē)高怠速優(yōu)化淺析

成祖權(quán)，徐 璐

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西 柳州 545007）

一款1.0L微型轎車(chē)高怠速優(yōu)化淺析

成祖權(quán)，徐 璐

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西 柳州 545007）

針對(duì)新引進(jìn)的雙怠速排放自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，優(yōu)化一款1.0L微型轎車(chē)高怠速控制。優(yōu)化后可配合該設(shè)備進(jìn)行雙怠速排放自動(dòng)檢測(cè)，改善原來(lái)的人工操作油門(mén)踏板控制雙怠速排放檢測(cè)方法，改善人機(jī)工程，提高雙怠速排放檢測(cè)效率。

高怠速優(yōu)化；自動(dòng)檢測(cè)；人機(jī)工程

雙怠速排放自動(dòng)檢測(cè)是通過(guò)設(shè)備向車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)送雙怠速控制指令，使發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)進(jìn)入低怠速和高怠速，設(shè)備通過(guò)采集車(chē)輛雙怠速排氣污染物進(jìn)行檢測(cè)分析，判斷車(chē)輛雙怠速排放是否滿(mǎn)足國(guó)家法規(guī)要求。高怠速優(yōu)化主要是通過(guò)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制PID調(diào)節(jié)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)在接收到高怠速指令后，可以快速有效過(guò)渡到穩(wěn)定的高怠速轉(zhuǎn)速，從而滿(mǎn)足雙怠速排放自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備所需求的目標(biāo)高怠速2 500±100 rpm的轉(zhuǎn)速要求，確保自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的有效進(jìn)行，提高雙怠速排放檢測(cè)效率。

1 怠速控制簡(jiǎn)述

怠速，是指發(fā)動(dòng)機(jī)除維持自身及所帶附件的運(yùn)轉(zhuǎn)外，并不向外輸出扭矩的一種運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于機(jī)械節(jié)氣門(mén)體車(chē)型來(lái)說(shuō)，當(dāng)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度小于某一閥值時(shí)判斷怠速條件成立。法規(guī)里高怠速是將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控制在2 500±100 r/min。怠速控制的目的是提供滿(mǎn)足目標(biāo)怠速所需求的扭矩，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速在各種情況都盡可能保持穩(wěn)定。怠速控制是PID控制（圖1），根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速的偏差值，調(diào)節(jié)修正發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩，使其滿(mǎn)足目標(biāo)怠速需求扭矩，使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種負(fù)載（電子負(fù)載、空調(diào)等）變化下都能穩(wěn)定在目標(biāo)怠速附近。怠速控制僅僅作用于怠速需求扭矩，不直接控制怠速執(zhí)行器。

2 高怠速優(yōu)化過(guò)程

從圖1中可看出，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)以動(dòng)態(tài)目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的偏移量為基本計(jì)算量，計(jì)算出該動(dòng)態(tài)目標(biāo)轉(zhuǎn)速所需求的P部分、D部分和I部分扭矩，修正調(diào)節(jié)輸出扭矩，控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速向目標(biāo)轉(zhuǎn)速快速過(guò)渡并有效穩(wěn)定下來(lái)。從中可看出PD部分受到上下限值的限制以及I部分受到一個(gè)上限值的限制，一旦P部分和D部分扭矩總和超過(guò)上下限值或者I部分調(diào)節(jié)扭矩超過(guò)上限值，輸出扭矩將會(huì)以限值輸出。當(dāng)上下限值設(shè)置不合理，將會(huì)造成輸出扭矩不足，從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速附近來(lái)回波動(dòng)而無(wú)法穩(wěn)定，或者穩(wěn)定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

圖1 怠速控制中扭矩控制

當(dāng)通過(guò)車(chē)輛診斷口向發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送高怠速指令時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算判斷以高怠速轉(zhuǎn)速為動(dòng)態(tài)目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速，進(jìn)而計(jì)算出該動(dòng)態(tài)目標(biāo)轉(zhuǎn)速的需求扭矩，通過(guò)修正調(diào)節(jié)輸出扭矩，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速有效穩(wěn)定在目標(biāo)怠速附近。

2.1 問(wèn)題淺述

在引入自動(dòng)雙怠速排放檢測(cè)設(shè)備后，通過(guò)車(chē)輛診斷口向發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送高怠速指令，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí)間長(zhǎng)甚至無(wú)法進(jìn)入穩(wěn)定而在目標(biāo)轉(zhuǎn)速附近上下較大范圍來(lái)回波動(dòng)。初始判斷自動(dòng)雙怠速排放檢測(cè)設(shè)備程序控制不合理，但通過(guò)X-431診斷儀向發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送高怠速指令，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也是進(jìn)入穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)甚至無(wú)法穩(wěn)定（見(jiàn)圖2和圖3）。同時(shí)對(duì)多個(gè)車(chē)輛進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果一致，排除自動(dòng)雙怠速排放檢測(cè)設(shè)備程序控制不合理原因，更深層次對(duì)車(chē)輛怠速控制進(jìn)行檢查。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法穩(wěn)定而做正弦波動(dòng)

2.2 優(yōu)化措施

針對(duì)上述高怠速轉(zhuǎn)速不穩(wěn)的現(xiàn)象，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行檢查，采集發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)怠速控制扭矩輸出，發(fā)現(xiàn)接收高怠速指令后發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩PD部分僅在一個(gè)小的范圍內(nèi)波動(dòng)（見(jiàn)圖4）。從圖1中可以看出PD部分扭矩受到上下限值的限制，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出的是該上下限值，而目標(biāo)怠速需求扭矩在上下限值之外，這樣就造成輸出扭矩比需求扭矩小，無(wú)法有效及時(shí)抑制轉(zhuǎn)速超調(diào)部分，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速上下范圍內(nèi)波動(dòng)，無(wú)法快速進(jìn)入穩(wěn)定。檢查分析認(rèn)為是高轉(zhuǎn)速時(shí)PD部分上下限值過(guò)?。ㄒ?jiàn)表1），抑制了PD部分扭矩的輸出，導(dǎo)致輸出扭矩不能滿(mǎn)足目標(biāo)怠速需求扭矩。在適當(dāng)放寬高轉(zhuǎn)速時(shí)，PD部分上下限值（見(jiàn)表2），放寬對(duì)高轉(zhuǎn)速時(shí)PD部分扭矩的限制，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速向高怠速調(diào)節(jié)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩PD部分所受限制較寬，使得輸出扭矩可以滿(mǎn)足目標(biāo)怠速需求扭矩，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速有效穩(wěn)定在目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速附近。如圖5所示，適當(dāng)放寬高轉(zhuǎn)速時(shí)PD部分上下限值后，PD部分輸出范圍較大，可以有效抑制轉(zhuǎn)速超調(diào)部分，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速有效地穩(wěn)定在目標(biāo)怠速附近。

圖4 PD部分扭矩在一個(gè)小的范圍內(nèi)波動(dòng)

表1 優(yōu)化前PD部分上下限值

表2 優(yōu)化后PD部分上下限值

圖5 優(yōu)化后轉(zhuǎn)速快速有效進(jìn)入穩(wěn)定

3 高怠速優(yōu)化的意義

在高怠速優(yōu)化前，使用自動(dòng)雙怠速排放檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)雙怠速排放時(shí)，高怠速進(jìn)入穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)甚至無(wú)法進(jìn)入穩(wěn)定，不能滿(mǎn)足雙怠速自動(dòng)檢測(cè)條件，需要通過(guò)人工操作油門(mén)踏板的方法來(lái)控制高怠速，效率較低且容易產(chǎn)生機(jī)械疲勞。高怠速優(yōu)化后，通過(guò)發(fā)送高怠速指令可以快速有效進(jìn)入穩(wěn)定高怠速，可以滿(mǎn)足雙怠速排放自動(dòng)檢測(cè)條件，使雙怠速排放自動(dòng)檢測(cè)有效進(jìn)行，不再需要人工操作油門(mén)踏板來(lái)控制高怠速，只需要操作檢測(cè)設(shè)備，即可自動(dòng)完成雙怠速排放檢測(cè)，改善人機(jī)工程，提高雙怠速排放檢測(cè)效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

雙怠速排放是法規(guī)要求的重要部分，以往是人工通過(guò)油門(mén)踏板控制高怠速，效率較低且易造成機(jī)械疲勞；通過(guò)優(yōu)化高怠速控制，通過(guò)自動(dòng)雙怠速排放檢測(cè)設(shè)備發(fā)送高怠速指令，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別計(jì)算滿(mǎn)足目標(biāo)怠速需求扭矩，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速穩(wěn)定，而不需要人工操作油門(mén)踏板，改善人機(jī)工程，提高雙怠速排放檢測(cè)效率。

[1]施樹(shù)明，任 有.汽車(chē)電器與電子控制[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2]GB18285-2005，點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法（雙怠速法及簡(jiǎn)易工況法）[S].

[3]RobertBOSCH有限公司.BOSC汽車(chē)工程手冊(cè)[M].第三版.魏春源，譯，北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.

High-Id le Optim ization Analyzing ofOne Mini-Car&1.0l

CHENG Zu-quan，XU Lu
(SAICGMWuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi545007，China)

Be dead against the emission automatic testing equipment which is newly introduced,optimizing the high-idle control of one Mini-Car&1.0L.After optimizing the high-idle control the engine system could cooperate the equipment to test the double-idle emission automatically,and that could improve the fashion by controlling the accelerator pedal manually to test the double-idle emission,and it could improve the ergonomics and also could advance the efficiency of testing double-idleemission.

high-idle optimization；automatic testing；ergonomics

U472

B

1672-545X（2014）04-0053-02

2014-01-09

成祖權(quán)（1986—），男，廣西人，初級(jí)工程師，本科，研究方向?yàn)槠蜋C(jī)標(biāo)定應(yīng)用。