向世林 王霞

摘要：指出了汽车作为一种便捷的交通工具已经成为人们生活中不可或缺的部分.客户在追求汽车经济性的同时对汽车的驾驶舒适性要求越来越高。随着汽车行业的竞争激烈化，如何提高乘用车的驾驶舒适性提供高品质的乘用车对提高乘用车品牌竞争力越来越关健。从怠速转速PID闭环控制分别分析了怠速闭环控制P项系数及I项系数对怠速转速的影响。结果显示：P项系数过大怠速转速能够快速调整回目标怠速但是容易出现转速波动不收敛，P项系数太小转速调节速率较慢;提高I项系数有利于转速的收数控制使得转速平稳。

关键词：经济性;驾驶舒适性;怠速控制;怠速PID控制

中图分类号：U461 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）22-0214-02

1 引言

自20世纪90年代开始，国内汽车工业得到飞速发展，国内汽车保有量屡创新高，同时随着国内生活质量的提高，人们现在不仅仅满足有车，也对汽车的驾驶性及舒适性要求也越来越高。

随着近年來汽车市场竞争的白热化，在提高汽车排放性能及经济性能的同时，汽车的驾驶舒适性也越来越重要，直接影响到汽车品牌的竞争力及汽车品牌的发展。受到被称为史上最严的国六排放法规影响，当前国内各大主机厂主要将技术发展放在了排放及油耗的开发上[1，2]，对非法规项的驾驶舒适性反而不是特别重视。针对驾驶舒适性，国内研究主要集中在NVH控制以及动力性方面，起动性能及怠速稳定性能[3，4]。其中怠速转速稳定性十分关键，尤其是在城市拥堵道路情况下，会经历高频次的等候红绿灯的情况，此时汽车处于怠速工况，如果怠速转速控制较差，发动机转速波动较大，会导致整车具有较为明显的抖动，会引起驾驶员及乘客的不舒适感，会使得驾驶员驾驶疲劳感越来越明显，影响驾驶安全型[5，6]。

本文主要是在一辆搭载1.5L涡轮增压发动机的乘用汽车在充分暖机后通过在线调整怠速转速控制的PID控制系数P项及I项，研究怠速PID闭环控制P项控制系数及I项控制系数分别研究对发动机转速稳定性控制的影响。

2 试验及测试设备

本文研究对象为一辆搭载1.5L增压发动机的乘用汽车。其中试验车辆基准质量为1590kg，最大总质量为1950kg的五座轻型汽车。基于环境仓控制将汽车处于标准环境状态下（25℃，101kPa），充分暖机发动机水温达到85℃以上，用ETAS数据采集设备采集发动机相关数据，包括发动机转速及目标转速;调试设备用的是开发ECU可以在线更改怠速转速PID控制系数，设备采集见图1。

3 怠速PID控制策略

当今的自动控制技术绝大部分是基于反馈概念的。反馈理论包括3个基本要素：测量、比较和执行。测量关心的是变量，并与期望值相比较，以此误差来纠正和控制系统的响应。反馈理论及其在自动控制中应用的关键是做出正确测量与比较后，如何用于系统的纠正与调节在过去的几十年里PID控制，也就是比例积分微分控制在工业控制中得到了广泛应用。在控制理论和技术飞速发展的今天，在工业过程控制中95%以上的控制回路都具有PID结构，而且许多高级控制都是以PID控制为基础。

PID控制器由比例单元（P），积分单元（I）和微分单元（D）组成，它的基本原理比较简单，基本的PID控制策略逻辑如图2所示。汽车控制器ECU动过计算当前实际转速和怠速目标转速之间差值，通过比例项及积分项、微分项（当前策略关闭此项）;调节汽车发动的点火角及节气门开度以控制发动机实际转速与目标转速的变差在士50r/min以内（图2）。

4 试验结果分析

基于基础参数待发动机充分暖机后做长怠速试验怠速转速控制结果如图3所示。从图3得知基于基础PID控制参数控制的怠速转速控制较为理想，目标转速为750r/min，实际发动机转速在738～765r/min之间，转速偏差在±15r/min以内，控制结果较为理想。

在基础怠速转速PID控制参数基础上，将P项控制参数增大2倍，发动机怠速转速控制结果如图4所示。从图4可看出发动机转速相对基础参数控制略有变差，发动机目标转速为750r/min，实际转速处于730～743r/min之间波动，转速偏差为士20r/min，相对基础参数变差，主要是因为P项控制系数增大，发动机怠速转速控制收敛性变差。

在基础参数怠速转速PID控制参数基础上，将I项控制参数增大2倍，发动机怠速转速控制结果如图5所示。从图中可看出发动机转速控制相对基础参数略有改善，发动机目标转速为750r/min，发动机实际转速为738～760r/min之间，转速偏差为±12r/min，主要是怠速转速控制I项增大有助于发动机转速的收敛。

4 结论

（1）怠速转速PID控制，增大P项控制系数能够快速将发动机实际转速控制到目标转速附近，但是由于P项控制系数的增大会导致发动机转速超调从而导致发动机转速收敛性差，导致怠速转速稳定相变差。

（2）适当增大发动机怠速转速PID控制的I项控制参数可以有助于加快转怠速转速超调转速不收敛的情况下的收敛速度，改善怠速转速稳定性。

（3）要想得到较为理想的怠速转速控制，得到较为稳定及平顺的怠速转速，则发动机怠速转速闭环控制PID控制P项控制系数不宜过大，在转速回调目标转速速率比较理想的情况下适当增大怠速I项控制系数有助于转速超调情况下的收敛性。

参考文献：

[1]宫宝利，崔连波，彭泽高，等.喷射时刻对甲醇发动机燃烧及非法规排放的影响[J].车用发动机，2019（1）：16～20.

[2]宫宝利，彭乐高，宫长明，等.进气温度对甲醇发动机燃烧及醇醛类排放影响研究[J].汽车技术，2019（1）：43～47.

[3]孙景震.油耗测试循环中混合动力汽车48V电池电量特性研究[J].绿色科技，2019（18）：190～191.

[4]杜爱民，靳争，陈垚伊，等.直喷汽油机润滑油行驶适应性试验研究[J].车用发机，2019（4）：78～82.

[5]王开德，韩凯凯.基于增程式电动汽车的能量管理控制策略研究[J].车用发动机，2019（3）：38～45.

[6]吕大立，李海龙，景亚兵.基于混合建模的发动机曲轴模态分析[J].车用发动机，2019（4）：47～51.

收稿日期：2019-11-04

作者简介：向世林（1985-），男，助理工程师，主要从事整车质量监督检验工作。