CN101353989A - 自适应气压估计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自适应气压估计。具体地，提供了一种确定车辆的内燃发动机所处大气气压的方法，包括：监控内燃发动机和车辆的工作参数；确定内燃发动机的空气过滤器的健康状态；以及，根据工作参数和空气过滤器的健康状态计算气压。

Description

自适应气压估计

技术领域

[0001]本公开涉及内燃发动机，更具体地，涉及自适应地估计内燃发动机所处环境的气压(barometric pressure)。

背景技术

[0002]这一节的论述仅仅提供与本公开相关的背景信息，可能并不构成现有技术。

[0003]内燃发动机燃烧燃料和空气混合物以产生驱动扭矩。更具体地，空气通过节流阀吸入发动机中。空气与燃料混合，并且使用活塞在汽缸内压缩空气和燃料混合物。空气和燃料混合物在汽缸内燃烧以在汽缸内往复地驱动活塞，继而旋转地驱动发动机曲轴。

[0004]根据若干个参数来调整发动机的操作，这些参数包括但不限于：进气温度(T_PRE)、歧管绝对压力(MAP)、节流阀位置(TPS)、发动机RPM、以及气压(P_BARO)。特别关于节流阀，在节流阀之前的状态参数(例如，空气温度和压力)是可用于发动机控制和诊断的适宜参数。例如，通过对指定的节流阀位置计算流过节流阀的流量，然后比较计算出的空气流量和测得的或实际的空气流量，可以监控节流阀是否正常工作。因此，在节流阀之前的总空气压力或滞止空气压力(即，节流阀前的空气压力)对于精确地计算流过节流阀的流量是关键的。或者，总压力和/或静压力可用来监控空气过滤器的限制或约束。

[0005]传统的内燃发动机包括直接测量P_BARO的气压传感器。然而，这种附加的硬件增加了成本和制造时间，而且也有维修问题，因为每个传感器的正确操作都必须被监控，而且如果传感器的功能不正常时就必须将其更换。

发明内容

[0006]因此，本发明提供一种确定车辆的内燃发动机所处大气气压的方法。所述方法包括：监控内燃发动机和车辆的工作参数；确定内燃发动机的空气过滤器的健康状态(healthy status)；以及，根据工作参数和空气过滤器的健康状态计算气压。

[0007]在一方面，所述方法还包括：根据工作参数和健康状态中的至少一个确定阻力系数(drag coefficient)。根据所述阻力系数计算气压。

[0008]在另一方面，所述方法还包括：确定工作参数中的至少一个是否小于相应的阈值。如果工作参数中的至少一个不小于相应的阈值，那么就根据已知的气压来确定空气过滤器的健康状态。所述至少一个工作参数包括气压的更新时间之间的时间差。所述至少一个工作参数包括车辆的行驶距离。

[0009]在又一方面，根据节流阀前的进口压力确定健康状态。根据进气温度确定节流阀前的进口压力。或者，使用传感器来监控节流阀前的进口压力。

[0010]在又一方面，工作参数包括质量空气流量、入口横截面面积、空气密度和节流阀前的进口压力。

[0011]根据本文提供的描述，本发明的其它适用领域将会变得明显。应当理解，描述和具体实例只是为了举例说明的目的，并不是要限制本公开的范围。

附图说明

[0012]在此描述的附图只是用于举例说明的目的，绝对不是要限制本公开的范围。

[0013]图1是根据本公开的自适应气压估计控制调节的内燃发动机系统的功能框图；

[0014]图2是流程图，示出了由本公开的自适应气压估计控制执行的示范性步骤；以及

[0015]图3是功能框图，示出了运行自适应气压估计控制的示范性模块。

具体实施方式

[0016]以下对优选实施例的说明在本质上仅仅是示范性的，绝不是要限制本发明及其应用或使用。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记标注同样的元件。在此使用的术语“模块”指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的(共享式、专用的或组群式)处理器和存储器、组合逻辑电路、或提供上述功能的其它合适的组件。

[0017]现在参考图1，示出了示范性内燃发动机系统10。内燃发动机系统10包括发动机12、进气歧管14和排气歧管16。空气通过空气过滤器17和节流阀18吸入到进气歧管14中。空气与燃料混合，并且燃料和空气混合物在发动机12的汽缸20内燃烧。更具体地，燃料和空气混合物在汽缸20内被活塞(未示出)压缩并且开始燃烧。燃烧过程释放用于在汽缸20内往复驱动活塞的能量。燃烧过程产生的废气通过排气歧管16排出，并且在释放到大气之前在废气后处理系统(未示出)中处理。尽管图中仅示出了单个汽缸20，但是可以想到，本发明节流阀前的估计控制可以适用于具有多于一个汽缸的发动机。

[0018]控制模块30根据多个发动机工作参数调节发动机的操作，所述工作参数包括但不限于：节流阀前的静压力(P_PRE)、节流阀前的滞止压力(P_PRE0)(即，节流阀上游的空气压力)、进气温度(T_PRE)、质量空气流量(MAF)、歧管绝对压力(MAP)、有效节流面积(A_EFF)、发动机RPM、以及气压(P_BARO)。根据节流阀前的估计控制来确定P_PRE0和P_PRE，在2006年8月14日提交的普通转让的共同待审的美国专利申请第11/464340号中公开了所述估计控制。

[0019]根据T_PRE传感器32、MAF传感器34、MAP传感器36和发动机RPM传感器38产生的信号来分别确定T_PRE、MAF、MAP和发动机RPM，这些传感器都是发动机系统的标准传感器。根据节流阀位置传感器产生的节流阀位置信号来确定A_EFF，所述节流阀位置传感器也是标准传感器。节流阀位置传感器42产生节流阀位置信号(TPS)。利用安装好的临时滞止压力传感器50(在图1中以虚线示出)进行发动机测功机实验来预先确定A_EFF与TPS之间的关系。生产的车辆在其中包括了预先编程的上述关系，因此不需要有滞止压力传感器。

[0020]本公开的P_BARO估计控制在不使用气压传感器的情况下对P_BARO进行估计。更具体地，在进气系统中，在节流阀之前可以将质量空气流量(MAF)或当作不可压缩流处理。因此，可以根据如下关系确定

$\stackrel{\·}{m}=C_d\·A_{\mathrm{INLET}}\·\sqrt{2\·\mathrm{\ρ}\·(P_{\mathrm{BARO}}-P_{\mathrm{PRE}})}---\left(1\right)$

其中：

是质量空气流量(MAF)率；

C_d是阻力系数或损失系数；

A_INLET是包含空气过滤器的节流阀前的进气系统的有效横截面面积；

P_PRE是进口绝对压力或节流阀前的绝对压力；以及

ρ是空气密度(即，P_INLET、IAT、R的函数)。

方程1可被变换以提供以下关系：

$P_{\mathrm{BARO}}=P_{\mathrm{PRE}}+\frac{{\left(\frac{\stackrel{\·}{m}}{C_d\·A_{\mathrm{INLET}}}\right)}^2}{2\mathrm{\ρ}}---\left(2\right)$

[0021]C_d可作为

和空气过滤器健康状态(AFHS)的函数被确定。AFHS是指示空气过滤器的脏污程度的变量。干净的空气过滤器使得能够最低限度地限制从中流过的空气流，而脏污的空气过滤器更显著地限制从中流过的空气流。可以独立于气压条件获知AFHS，并且可以在控制模块30内更新AFHS。可以根据以下关系式中的一个确定AFHS。

$\mathrm{AFHS}=f_1\left[\frac{{(P_{\mathrm{BARO}}-P_{\mathrm{PRE}})}_t-{(P_{\mathrm{BARO}}-P_{\mathrm{PRE}})}_{t-1}}{{\stackrel{\·}{m}}_t-{\stackrel{\·}{m}}_{t-1}}\right]---\left(3\right)$

其中，t是被测流率的当前时间，t-1是另一被测流率的前一时间。可以实际地测量出或者由节流阀流体动力学计算出P_PRE。使用最少的资源获知AFHS。更具体地，使用已知的P_BARO基于事件计算AFHS，但是基于事件计算的AFHS相比于基于时间计算的P_BARO是更新得更慢的变量。例如，只要大于阈值

则可以在长时段范围内确定(P_BARO-P_PRE)_t和(P_BARO-P_PRE)_t-1的值。此外，在该情况下，P_BAROt和P_BAROt-1可以不同。

[0022]在受限的操作条件下，可以根据以下关系式确定AFHS：

$\mathrm{AFHS}=f_2\left[\frac{{\left(P_{\mathrm{PRE}}\right)}_t-{\left(P_{\mathrm{PRE}}\right)}_{t-1}}{{\stackrel{\·}{m}}_t-{\stackrel{\·}{m}}_{t-1}}\right]---\left(4\right)$

例如，如果时间步长之间的差值(Δt)小于阈值差值(Δt_THR)，并且车辆行驶距离(Δd)小于阈值差值(Δd_THR)(即，车辆未运动得太远)，那么可以假设P_BARO的任何变化是可以忽略的。

[0023]现在参考图2，将详细地描述P_BARO估计控制执行的示范性步骤。在步骤200中，该控制将初始化C_d并监控车辆的工作参数。在步骤201中，基于事件的控制确定

是否大于

如果

大于

则控制在步骤202中继续。如果

不大于

则控制在步骤212中继续。在步骤202中，控制确定足够高的空气流率变化之间的时间差(Δt)是否小于Δt_THR。如果Δt小于Δt_THR，则控制在步骤204中继续。如果Δt不小于Δt_THR，则控制在步骤206中继续。在步骤204中，控制确定Δd是否小于Δd_THR。如果Δd小于Δd_THR，则控制在步骤208中继续。如果Δd不小于Δd_THR，则控制在步骤206中继续。在步骤206中，控制根据

P_PRE和已知的P_BARO确定AFHS，并且控制在步骤210中继续。在步骤208中，控制根据MAF和P_PRE确定AFHS，并且控制在步骤210中继续。在步骤210中，控制根据MAF和AFHS确定C_d。在步骤212中，控制根据MAF、C_d和P_PRE更新P_BARO，然后控制过程结束。随后可根据更新的P_BARO来操作发动机。

[0024]现在参考图3，将详细描述实现P_BARO估计控制的示范性模块。示范性模块包括第一比较器模块300、第二比较器模块302、第三比较器模块303、“与”模块304、AFHS模块306、C_d模块308和P_BARO更新模块310。第一比较器模块300确定Δt是否小于Δt_THR，并且输出相应的信号给“与”模块304。类似地，第二比较器模块302确定Δd是否小于Δd_THR，并且输出相应的信号给“与”模块304。

[0025]“与”模块304产生信号，所述信号指示将要根据第一、第二和第三比较器模块300、302、303的输出计算AFHS的方式。例如，如果第一比较器模块300指示Δt小于Δt_THR，并且第二比较器模块302指示Δd小于Δd_THR，那么“与”模块304产生的信号指示将要根据P_PRE和MAF确定AFHS。然而，如果第一比较器模块300指示Δt不小于Δt_THR，或者第二比较器模块302指示Δd不小于Δd_THR，那么“与”模块304产生的信号指示将要根据P_PRE、MAF和已知的P_BARO确定AFHS。第三比较器模块303确定

是否大于

并且输出相应的信号给AFHS模块。

[0026]取决于“与”模块304的输出，AFHS模块306根据MAF、P_PRE和已知的P_BARO确定AFHS。C_d模块308根据AFHS和MAF确定C_d。P_BARO更新模块310根据C_d、MAF和P_PRE更新P_BARO。随后可根据更新的P_BARO操作发动机。

[0027]根据前述说明，本领域技术人员现在可意识到，能够以多种形式实施本发明宽广的教导。因此，虽然已经针对本发明的具体实例描述了本发明，但是本发明的真实范围不应受限于此，因为通过研究附图、说明书和所附权利要求，其它的修改对于本领域技术人员而言将变得明显。

Claims (27)

1.一种确定车辆的内燃发动机所处大气气压的方法，包括：

监控所述内燃发动机和车辆的工作参数；

确定所述内燃发动机的空气过滤器的健康状态；以及

根据所述工作参数和所述空气过滤器的所述健康状态计算所述气压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：根据所述工作参数和所述健康状态中的至少一个确定阻力系数，其中，根据所述阻力系数来计算所述气压。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：确定所述工作参数中的至少一个是否小于相应的阈值，其中，如果所述工作参数的所述至少一个不小于所述相应的阈值，那么就根据已知的气压确定所述空气过滤器的所述健康状态。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述至少一个工作参数包括所述气压的更新时间之间的时间差。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述至少一个工作参数包括所述车辆的行驶距离。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据节流阀前的进口压力确定所述健康状态。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：根据进气温度确定所述节流阀前的进口压力。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：使用传感器监控所述节流阀前的进口压力。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述工作参数包括质量空气流量、入口横截面面积、空气密度和节流阀前的进口压力。

10.一种确定车辆的内燃发动机所处大气气压的系统，包括：

第一模块，监控所述内燃发动机和车辆的工作参数；

第二模块，监控所述内燃发动机的空气过滤器的健康状态；以及

第三模块，根据所述工作参数和所述空气过滤器的所述健康状态计算所述气压。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于还包括：第四模块，根据所述工作参数和所述健康状态中的至少一个确定阻力系数，其中，根据所述阻力系数计算所述气压。

12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于还包括：第四模块，确定所述工作参数中的至少一个是否小于相应的阈值，其中，如果所述工作参数的所述至少一个不小于所述相应的阈值，那么就根据已知的气压确定所述空气过滤器的所述健康状态。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于：所述至少一个工作参数包括所述气压的更新时间之间的时间差。

14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于：所述至少一个工作参数包括车辆的行驶距离。

15.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：根据节流阀前的进口压力确定所述健康状态。

16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于：根据进气温度确定所述节流阀前的进口压力。

17.根据权利要求15所述的系统，其特征在于还包括：监控所述节流阀前的进口压力的传感器。

18.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：所述工作参数包括质量空气流量、入口横截面面积、空气密度和节流阀前的进口压力。

19.一种调节车辆的内燃发动机的操作的方法，包括：

监控内燃发动机和车辆的工作参数；

确定内燃发动机的空气过滤器的健康状态；

根据所述工作参数和所述空气过滤器的所述健康状态计算所述内燃发动机所处的大气气压；以及

根据所述气压调节所述车辆的操作。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于还包括：根据所述工作参数和所述健康状态中的至少一个确定阻力系数，其中，根据所述阻力系数计算所述气压。

21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于还包括：确定所述工作参数中的至少一个是否小于相应的阈值，其中，如果所述工作参数中的所述至少一个不小于所述相应的阈值，那么就根据已知的气压确定所述空气过滤器的所述健康状态。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于：所述至少一个工作参数包括所述气压的更新时间之间的时间差。

23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于：所述至少一个工作参数包括车辆的行驶距离。

24.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：根据节流阀前的进口压力确定所述健康状态。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：根据进气温度确定所述节流阀前的进口压力。

26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：使用传感器监控所述节流阀前的进口压力。

27.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：所述工作参数包括质量空气流量、入口横截面面积、空气密度和节流阀前的进口压力。

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