CN101619671A - 用于流体控制设备的控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种尤其用于内燃机的流体控制设备(10)的控制方法和系统，其中流体控制设备适于采用多个工作位置并且装备有位置传感器(12)，后者包括适于将表征设备(10)的位置的物理实体值转换成电参数值的转换器装置，和适于输出表示位置的电信号的电参数的检测装置，传感器(12)具有标称特性曲线(A)，该方法包括步骤：储存标称特性曲线(A)；获得与设备(10)的至少一个限定位置有关的至少第一返回电信号；根据标称特性曲线(A)确定返回信号和与设备的限定位置有关的预期信号之间的偏差；通过将偏差应用到标称特性曲线(A)估计传感器的校正特性曲线(B)；以及根据校正特性曲线(B)应用流体控制设备(10)的预定控制策略。

Description

用于流体控制设备的控制方法和系统
技术领域
本发明涉及用于机动车辆的内燃机中的流体控制设备，特别是可变几何涡轮增压器的工作位置的控制，具体地说，涉及工作特性不同于标称的工作特性的流体控制设备的工作位置的控制。
更具体地说，本发明涉及用于适于采用多个工作位置的流体控制设备的位置传感器的学习方法，该传感器包括适于将指示设备位置的物理实体值转化为电参数值的转换器装置以及适于输出表示所述位置的电信号的所述电参数的检测装置，其中所述传感器具有表示所述物理实体的允许范围的值和所述电信号的对应范围的返回值之间的预定关系的标称特性曲线。
背景技术
当传感器在与其有关的设备寿命周期过程中老化时，其精确性会降低并且当与标称特性曲线比较时，其返回值会包括偏差。在一般用于机动车辆的内燃机(特别是柴油发动机)的可变几何涡轮增压器(VGT)的位置传感器的特定情况下，标称特性曲线是直线。由传感器的老化或制造公差引起的特性曲线的变化会导致在整个工作范围(即，测量值的范围)内偏差不变，这样仅引起特性曲线平移到与标称特性曲线平行的实际曲线，或导致在整个工作范围内偏差可变，从而确定具有与标称特性曲线斜度不同的实际特性曲线。
在流体控制设备的控制系统中，其中所述流体控制设备的策略是基于和前馈控制一起的闭环控制，二者根据由传感器返回的值操作，由于传感器的偏差引起的与标称特性不同的传感器特性曲线使得系统中的反应时间降低。
发明内容
本发明的目的是最小化由于内燃机系统中流体控制装置的控制系统的老化或制造公差引起的位置传感器偏差的影响，以使控制性能不会降低。
根据本发明，以上目的是通过根据部分的一种特别是用于内燃机的流体控制设备的控制方法得以实现的。
本发明的具体实施例的内容应当理解为与本描述是一个整体或者是本描述的不可分割的一部分。
一种被布置成用于实施根据发明的控制方法的控制系统以及装备有该控制系统的内燃机的可变几何涡轮增压器同样形成本发明的主题。
附图说明
本发明的其他特性和优点将从以下参照附图仅通过非限制性例子的方式提供的描述中变得明显，其中：
图1是用于内燃机特别是柴油发动机的可变几何涡轮增压器的控制系统的方块图；以及
图2a-2c是示出图1的可变几何涡轮增压器的位置传感器的标称特性曲线的变化的例子的图表。
具体实施方式
参照图1，简要描述特别是用于内燃机的流体控制设备的控制系统。
在流体控制设备的示例性实施例中，在此考虑了可变几何涡轮增压器(VGT)10。可变几何涡轮增压器具有可调节的偏转叶片，该偏转叶片适于采用多个工作位置用于连续改变废气流过流动通过以便抵达涡轮增压器的涡轮的间隙，从而控制流过涡轮的气流速度。
控制系统包括位置传感器12，例如叶片角位置传感器，该叶片角位置传感器布置成用于连续检测涡轮增压器10的可变涡轮几何结构的工作位置。传感器12包括适于将表征偏转叶片的角位置的物理实体值转化成电参数值的转换器部分，以及用于检测所述电参数值并使表示偏转叶片角度的电信号返回的检测装置。
传感器具有表示一定范围的所述物理实体值和对应范围的所述电信号返回值之间的预定关系的标称特性曲线。在所示的例子中，传感器具有使偏转叶片角度和输出电压信号相关的直线特性曲线。
包括用于存储传感器12的标称特性曲线的存储模块(例如可读写的永久存储器)16的电子控制单元14被布置成用于读取由传感器输出的电压信号并基于测量位置施加促动信号用于馈给(feed)促动器18(例如，气动促动器或电机)以及基于例如作为当前发动机转速的函数的一定范围的输入变量调节偏转叶片角度从而调节涡轮增压器压力到最优设定值。
到可变几何涡轮增压器10的促动器的信号一般是根据闭环PID位置控制器确定的，其值被加入到前馈值，其结果为到VGT促动器的非限制控制信号。
参照图2a、2b和2c描述用于根据本发明的控制系统的位置传感器的学习方法。
图2a和2b分别示出传感器12的标称特性曲线A和由于传感器老化或制造公差导致的实际特性曲线B的第一和第二例子。在垂直轴上将设备的位置值描述为由与所述设备有关的位置传感器给出的水平轴上的输出电压信号的函数。在可变几何涡轮增压器(VGT)的示例性实施例中，位置范围包含在VGT的清晰限定的完全关闭和完全打开位置之间，同时输出电压信号Vmin和Vmax是由传感器返回的信号，对应上面根据其标称特性曲线限定的VGT的位置。
传感器的特性曲线一般被认为是直线，并且假定由于传感器老化或制造公差引起的漂移没有改变线性关系。
在图2a中，由于老化或制造公差，假定标称曲线的简单平移，同时在图2b中，假定标称曲线的平移和倾斜。
图2c将实际位置值表示为测量位置值的函数，其中应用传感器的标称特性曲线(曲线A)或应用改变的特性曲线(曲线B)。
根据本发明，通过知道传感器在完全打开的位置应当返回0，在完全关闭的位置应当返回1，在这些点的至少一个中的偏差，优选在两个点中的偏差，在完全关闭的位置(offsetclose)通过由1减去测量位置进行计算，并且在完全打开位置(offsetopen)仅通过考虑测量值进行计算。
当仅测量一个限定位置时，已知标称特性曲线的仅一个点中的偏差，并且能划出平行于所述标称曲线的直线，其表示所有其他位置的偏差估计。
当测量两个限定位置时，例如，但不限于，工作范围的极限位置，已知标称特性曲线的两点中的偏差，插值线能用来与两点相交，该插值线表示所有中间位置的偏差估计。直线能通过施加到测量位置的放大倍率(k)和偏差(m)进行描述，并且具有以下等式：
positionactual＝positionmeas+offset(positionmeas)
＝positionmeas+k*positionmeas+m
＝(1+k)*positionmeas+m
更一般地说，与VGT的对应数量的不同限定位置有关的至少两个返回电信号可以被考虑并且传感器的校正后的特性曲线是通过曲线拟合所述返回信号的值进行估计。
如以上已经指出，一般地，限定的位置不必是流体控制设备运行的极限。事实上，本发明还可应用到机动车辆的内燃机中的除了VGT的流体控制设备的控制，例如EGR阀或节流阀。尽管在应用于VGT中的叶片角位置控制时，运行位置的两个端部(即，完全打开和完全关闭)是稳健的，但在应用于EGR阀门的控制时，打开侧上的阀门的实际运行端部从没抵达以便不会损坏阀门，并且中间限定的位置可以另外选取。
位置获知应当仅在不影响舒适性或排放(emission)的情况下进行。因此关闭位置优选在发动机空转状态下获知，打开位置优选在发动机运转后的状态下获知。当发动机转速停留预定范围内一段预定时间时检测空转状态。运转后的状态是通过关闭钥匙并且发动机没运行或转动得以确定。
而且，假定空转状态或运转后的状态已被确定，位置传感器的平均值是通过起动定时器用于分别稳定关闭、打开位置得以计算的。当定时器已经经过预定的稳定时间，获知阶段开始。时间还在应当进行VGT位置测量的过程中进行限定。平均偏差是通过过滤与所述设备的相同限定位置有关的多个测量位置数据以及计算这些数据的平均值得以估计的。校正后的特性曲线然后通过将平均偏差施加到标称特性曲线得以估计。
方便地，在驾驶者没有注意到它的时候例如当释放加速器踏板时或在重新起动发动机时在驱动条件下通过设备的控制系统来施加位置传感器的校正特性曲线。
有利地，通过应用根据本发明的方法，用于流体控制设备例如VGT促动器的控制系统能够在控制算法中考虑传感器的偏差值，例如由于传感器的老化或制造公差引起的那些偏差，以便在响应整个系统的特性时进行更快或更有效的控制，而不会有损失。
在本发明的原理保持相同的情况下，在不背离权利要求限定的本发明的保护范围的情况下，实施例及其细节可以明显不同于仅通过非限制性例子进行描述和示例的那些。

Claims (12)

1.一种尤其用于内燃机的流体控制设备(10)的控制方法，其中所述流体控制设备适于采用多个工作位置，并且该流体控制设备装备有位置传感器(12)，该位置传感器(12)包括适于将表征所述设备(10)的位置的物理实体值转换成电参数值的转换器装置，和适于输出表示所述位置的电信号的所述电参数的检测装置，所述位置传感器(12)具有表示所述物理实体的允许范围值和所述电信号的对应范围的返回值之间的预定关系的标称特性曲线(A)，
其特征在于，所述方法包括步骤：
储存所述标称特性曲线(A)；
获得与设备(10)的至少一个限定位置有关的至少第一返回电信号；
根据所述标称特性曲线(A)确定所述返回信号和与所述设备的所述限定位置有关的预期信号之间的偏差(offsetopen；offsetclose)；
通过将所述偏差(offsetopen；offsetclose)应用到所述标称特性曲线(A)估计所述传感器的校正特性曲线(B)；以及
根据所述校正特性曲线(B)应用所述流体控制设备(10)的预定控制策略。
2.如权利要求1所述的方法，包括获得与所述设备(10)的对应数量的不同限定位置有关的至少两个返回电信号和通过曲线拟合所述返回信号的值估计所述传感器(12)的校正特性曲线(B)。
3.如权利要求2所述的方法，包括获得与所述设备(10)的一对不同限定位置有关的两个返回电信号和通过插值所述返回信号的值来估计所述传感器(12)的校正线性特性曲线(B)。
4.如权利要求2所述的方法，包括获得与所述设备(10)的一对不同限定位置有关的两个返回电信号和通过插值所述返回信号的值来估计所述传感器(12)的校正线性特性曲线(B)，其中所述校正特性曲线(B)通过放大倍率和偏差予以描述。
5.如权利要求1所述的方法，包括根据预定的获知速率和条件周期性地估计校正特性曲线(B)。
6.如前述权利要求中的任一项所述的方法，包括通过将平均偏差(offsetopen；offsetclose)应用到标称特性曲线(A)估计所述传感器的校正特性曲线(B)，所述平均偏差(offsetopn；offsetclose)是通过过滤与所述设备(10)的相同限定位置有关的多个偏差值进行计算的。
7.一种尤其用于内燃机的流体控制设备(10)的控制系统，其中，所述流体控制设备适于采用多个工作位置，并且该流体控制设备装备有位置传感器(12)，该位置传感器(12)包括适于将表征所述设备(10)的位置的物理实体值转换成电参数值的转换器装置，和适于输出表示所述位置的电信号的所述电参数的检测装置，所述位置传感器(12)具有表示所述物理实体的允许范围值和所述电信号的对应范围的返回值之间的预定关系的标称特性曲线(A)，
其特征在于，其包括电子处理设备(14，16)，该电子处理设备被布置用于执行如权利要求1到6中的任一项所述的控制方法。
8.一种用于内燃机的可变几何涡轮增压器，装备有根据权利要求7所述的控制系统。
9.一种如权利要求7所述的可变几何涡轮增压器，其中，所述至少一个限定位置是完全关闭位置和完全打开位置中的一个。
10.一种如权利要求7所述的可变几何涡轮增压器，其中，所述电子处理设备布置用于在发动机空转状态下获知关闭位置以及用于在发动机运转后的状态下确定打开位置。
11.一种如权利要求10所述的可变几何涡轮增压器，其中，所述电子处理设备布置用于当所述发动机转速保持在位于预定范围内一段预定时间时检测所述空转状态。
12.一种如权利要求10所述的可变几何涡轮增压器，其中，所述电子处理设备布置用于通过关闭钥匙以及发动机没在运转或起动确认所述运转后的状态。
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