乘用車怠速穩(wěn)定性控制研究

向世林 王霞

摘要：指出了汽車作為一種便捷的交通工具已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的部分.客戶在追求汽車經(jīng)濟性的同時對汽車的駕駛舒適性要求越來越高。隨著汽車行業(yè)的競爭激烈化，如何提高乘用車的駕駛舒適性提供高品質(zhì)的乘用車對提高乘用車品牌競爭力越來越關(guān)健。從怠速轉(zhuǎn)速PID閉環(huán)控制分別分析了怠速閉環(huán)控制P項系數(shù)及I項系數(shù)對怠速轉(zhuǎn)速的影響。結(jié)果顯示：P項系數(shù)過大怠速轉(zhuǎn)速能夠快速調(diào)整回目標(biāo)怠速但是容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動不收斂，P項系數(shù)太小轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)速率較慢;提高I項系數(shù)有利于轉(zhuǎn)速的收數(shù)控制使得轉(zhuǎn)速平穩(wěn)。

關(guān)鍵詞：經(jīng)濟性;駕駛舒適性;怠速控制;怠速PID控制

中圖分類號：U461 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）22-0214-02

1 引言

自20世紀(jì)90年代開始，國內(nèi)汽車工業(yè)得到飛速發(fā)展，國內(nèi)汽車保有量屢創(chuàng)新高，同時隨著國內(nèi)生活質(zhì)量的提高，人們現(xiàn)在不僅僅滿足有車，也對汽車的駕駛性及舒適性要求也越來越高。

隨著近年來汽車市場競爭的白熱化，在提高汽車排放性能及經(jīng)濟性能的同時，汽車的駕駛舒適性也越來越重要，直接影響到汽車品牌的競爭力及汽車品牌的發(fā)展。受到被稱為史上最嚴(yán)的國六排放法規(guī)影響，當(dāng)前國內(nèi)各大主機廠主要將技術(shù)發(fā)展放在了排放及油耗的開發(fā)上[1，2]，對非法規(guī)項的駕駛舒適性反而不是特別重視。針對駕駛舒適性，國內(nèi)研究主要集中在NVH控制以及動力性方面，起動性能及怠速穩(wěn)定性能[3，4]。其中怠速轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性十分關(guān)鍵，尤其是在城市擁堵道路情況下，會經(jīng)歷高頻次的等候紅綠燈的情況，此時汽車處于怠速工況，如果怠速轉(zhuǎn)速控制較差，發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動較大，會導(dǎo)致整車具有較為明顯的抖動，會引起駕駛員及乘客的不舒適感，會使得駕駛員駕駛疲勞感越來越明顯，影響駕駛安全型[5，6]。

本文主要是在一輛搭載1.5L渦輪增壓發(fā)動機的乘用汽車在充分暖機后通過在線調(diào)整怠速轉(zhuǎn)速控制的PID控制系數(shù)P項及I項，研究怠速PID閉環(huán)控制P項控制系數(shù)及I項控制系數(shù)分別研究對發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性控制的影響。

2 試驗及測試設(shè)備

本文研究對象為一輛搭載1.5L增壓發(fā)動機的乘用汽車。其中試驗車輛基準(zhǔn)質(zhì)量為1590kg，最大總質(zhì)量為1950kg的五座輕型汽車。基于環(huán)境倉控制將汽車處于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀態(tài)下（25℃，101kPa），充分暖機發(fā)動機水溫達(dá)到85℃以上，用ETAS數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集發(fā)動機相關(guān)數(shù)據(jù)，包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速及目標(biāo)轉(zhuǎn)速;調(diào)試設(shè)備用的是開發(fā)ECU可以在線更改怠速轉(zhuǎn)速PID控制系數(shù)，設(shè)備采集見圖1。

3 怠速PID控制策略

當(dāng)今的自動控制技術(shù)絕大部分是基于反饋概念的。反饋理論包括3個基本要素：測量、比較和執(zhí)行。測量關(guān)心的是變量，并與期望值相比較，以此誤差來糾正和控制系統(tǒng)的響應(yīng)。反饋理論及其在自動控制中應(yīng)用的關(guān)鍵是做出正確測量與比較后，如何用于系統(tǒng)的糾正與調(diào)節(jié)在過去的幾十年里PID控制，也就是比例積分微分控制在工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用。在控制理論和技術(shù)飛速發(fā)展的今天，在工業(yè)過程控制中95%以上的控制回路都具有PID結(jié)構(gòu)，而且許多高級控制都是以PID控制為基礎(chǔ)。

PID控制器由比例單元（P），積分單元（I）和微分單元（D）組成，它的基本原理比較簡單，基本的PID控制策略邏輯如圖2所示。汽車控制器ECU動過計算當(dāng)前實際轉(zhuǎn)速和怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間差值，通過比例項及積分項、微分項（當(dāng)前策略關(guān)閉此項）;調(diào)節(jié)汽車發(fā)動的點火角及節(jié)氣門開度以控制發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速的變差在士50r/min以內(nèi)（圖2）。

4 試驗結(jié)果分析

基于基礎(chǔ)參數(shù)待發(fā)動機充分暖機后做長怠速試驗怠速轉(zhuǎn)速控制結(jié)果如圖3所示。從圖3得知基于基礎(chǔ)PID控制參數(shù)控制的怠速轉(zhuǎn)速控制較為理想，目標(biāo)轉(zhuǎn)速為750r/min，實際發(fā)動機轉(zhuǎn)速在738～765r/min之間，轉(zhuǎn)速偏差在±15r/min以內(nèi)，控制結(jié)果較為理想。

在基礎(chǔ)怠速轉(zhuǎn)速PID控制參數(shù)基礎(chǔ)上，將P項控制參數(shù)增大2倍，發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速控制結(jié)果如圖4所示。從圖4可看出發(fā)動機轉(zhuǎn)速相對基礎(chǔ)參數(shù)控制略有變差，發(fā)動機目標(biāo)轉(zhuǎn)速為750r/min，實際轉(zhuǎn)速處于730～743r/min之間波動，轉(zhuǎn)速偏差為士20r/min，相對基礎(chǔ)參數(shù)變差，主要是因為P項控制系數(shù)增大，發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速控制收斂性變差。

在基礎(chǔ)參數(shù)怠速轉(zhuǎn)速PID控制參數(shù)基礎(chǔ)上，將I項控制參數(shù)增大2倍，發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速控制結(jié)果如圖5所示。從圖中可看出發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制相對基礎(chǔ)參數(shù)略有改善，發(fā)動機目標(biāo)轉(zhuǎn)速為750r/min，發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速為738～760r/min之間，轉(zhuǎn)速偏差為±12r/min，主要是怠速轉(zhuǎn)速控制I項增大有助于發(fā)動機轉(zhuǎn)速的收斂。

4 結(jié)論

（1）怠速轉(zhuǎn)速PID控制，增大P項控制系數(shù)能夠快速將發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速控制到目標(biāo)轉(zhuǎn)速附近，但是由于P項控制系數(shù)的增大會導(dǎo)致發(fā)動機轉(zhuǎn)速超調(diào)從而導(dǎo)致發(fā)動機轉(zhuǎn)速收斂性差，導(dǎo)致怠速轉(zhuǎn)速穩(wěn)定相變差。

（2）適當(dāng)增大發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速PID控制的I項控制參數(shù)可以有助于加快轉(zhuǎn)怠速轉(zhuǎn)速超調(diào)轉(zhuǎn)速不收斂的情況下的收斂速度，改善怠速轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性。

（3）要想得到較為理想的怠速轉(zhuǎn)速控制，得到較為穩(wěn)定及平順的怠速轉(zhuǎn)速，則發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制PID控制P項控制系數(shù)不宜過大，在轉(zhuǎn)速回調(diào)目標(biāo)轉(zhuǎn)速速率比較理想的情況下適當(dāng)增大怠速I項控制系數(shù)有助于轉(zhuǎn)速超調(diào)情況下的收斂性。

參考文獻：

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收稿日期：2019-11-04

作者簡介：向世林（1985-），男，助理工程師，主要從事整車質(zhì)量監(jiān)督檢驗工作。