CN102032057A - 补偿随机催化剂行为 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及补偿随机催化剂行为。具体地，一种用于校准发动机控制模块的方法包括：对来自位于催化剂的上游的第一氧传感器的第一信号进行采样。所述第一信号指示由发动机产生的废气的氧含量。所述方法还包括：使用所述催化剂的模型和所述第一信号来预测位于所述催化剂的下游的第二氧传感器的响应，并对来自所述第二氧传感器的第二信号进行采样。所述方法还包括：基于所述第二信号的采样和所预测的响应之间的差值来确定所述第二信号的分量。所述分量归因于除了氧之外的气体。另外，所述方法包括：基于所述第二信号的所述分量来校准所述发动机控制模块。所述发动机控制模块控制喷射到所述发动机中的燃料的量。

Description

补偿随机催化剂行为
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年10月1日提交的美国临时申请No.61/247,678的权益。通过引用将上述申请的全部公开内容并入本文。
技术领域
本发明涉及排放控制系统和方法，更具体地说，涉及基于随机催化剂行为校准排放控制系统和方法。
背景技术
这里提供的背景技术描述用于总体上介绍本发明的背景。在本背景技术部分中所描述的程度上，当前署名的发明人的工作和本描述中在申请时不构成现有技术的各方面，既非明示也非默示地被认为是本发明的现有技术。
内燃发动机燃烧气缸内的空气/燃料(A/F)混合物来驱动活塞，并产生驱动扭矩。A/F混合物中的空气与燃料的比值可以称作A/F比值。A/F比值可以通过控制节气门和燃料控制系统中的至少一者来调节。例如，可以调节A/F比值来控制发动机的扭矩输出和/或来控制由发动机产生的排放物。
燃料控制系统可以包括内反馈环路和外反馈环路。更具体地说，内反馈环路可以使用来自位于排放系统的催化转化器上游的废气氧(EGO)传感器(即，前催化剂EGO传感器)的数据。内反馈环路可以使用来自前催化剂EGO传感器的数据来控制供给到发动机的期望量的燃料(即，燃料指令)。
例如，当前催化剂EGO传感器感测到由发动机产生的废气中的富A/F比值时，内反馈环路会减小燃料指令。可替代地，例如，当前催化剂EGO传感器感测到废气中的贫A/F比值时，内反馈环路会增加燃料指令。换言之，内反馈环路会将A/F比值保持在或接近于理想的A/F比值(例如，对于汽油发动机，为14.7∶1)。
外反馈环路可以使用来自布置在催化转化器后的EGO传感器(即，后催化剂EGO传感器)的信息。在一些实施方案中，EGO传感器可以设置在排气歧管内的其它位置。例如，EGO传感器可以位于催化转化器内(即，中间床EGO)。外反馈环路可以使用来自后催化剂EGO传感器的数据来校正(即，校准)来自前催化剂EGO传感器、后催化剂EGO传感器和/或催化转化器的不期望的读取结果。例如，外反馈环路可以使用来自后催化剂EGO传感器的数据，以将后催化剂EGO传感器保持在期望的电压电平。换言之，因为后催化剂传感器电压电平与催化剂效率和催化剂氧储存质量有关，所以外反馈环路可以保持储存在催化转化器中的期望量的氧。因此，该外反馈环路改善发动机和催化剂系统的性能。
发明内容
一种用于校准发动机控制模块的方法包括：对来自位于催化剂的上游的第一氧传感器的第一信号进行采样。所述第一信号指示由发动机产生的废气的氧含量。所述方法还包括：使用所述催化剂的模型和所述第一信号来预测位于所述催化剂的下游的第二氧传感器的响应。所述方法还包括：对来自所述第二氧传感器的第二信号进行采样，并基于所述第二信号的采样和所预测的响应之间的差值来确定所述第二信号的分量。所述分量归因于除了氧之外的气体。另外，所述方法包括：基于所述第二信号的所述分量来校准所述发动机控制模块。所述发动机控制模块控制喷射到所述发动机中的燃料的量。
一种用于校准发动机控制模块的系统包括催化剂模拟模块、分量确定模块和校准模块。所述催化剂模拟模块对来自位于催化剂的上游的第一氧传感器的第一信号进行采样。所述第一信号指示由发动机产生的废气的氧含量。所述催化剂模拟模块还通过使用所述催化剂的模型和所述第一信号预测位于所述催化剂的下游的第二氧传感器的响应。所述分量确定模块对来自所述第二氧传感器的第二信号进行采样，并基于所述第二信号的采样和所预测的响应之间的差值来确定所述第二信号的分量。所述分量归因于除了氧之外的气体。所述校准模块基于所述第二信号的所述分量来校准所述发动机控制模块。所述发动机控制模块控制喷射到所述发动机中的燃料的量。
本发明进一步的适用范围将通过下文提供的详细描述而变得显而易见。应当理解的是，该详细描述和具体示例仅用于说明目的，而并非旨在限制本发明的范围。
本发明还提供如下方案：
方案1、一种用于校准发动机控制模块的方法，其包括：
对来自位于催化剂的上游的第一氧传感器的第一信号进行采样，其中，所述第一信号指示由发动机产生的废气的氧含量；
使用所述催化剂的模型和所述第一信号预测位于所述催化剂的下游的第二氧传感器的响应；
对来自所述第二氧传感器的第二信号进行采样；
基于所述第二信号的采样和所预测的响应之间的差值确定所述第二信号的分量，其中，所述分量归因于除了氧之外的气体；以及
基于所述第二信号的所述分量校准所述发动机控制模块，其中，所述发动机控制模块控制喷射到所述发动机中的燃料的量。
方案2、如方案1所述的方法，其特征在于，所述除了氧以外的气体包括氢气。
方案3、如方案1所述的方法，其特征在于，所述除了氧以外的气体包括未燃烧的烃。
方案4、如方案2所述的方法，其特征在于，所述氢气是从所述催化剂释放的。
方案5、如方案1所述的方法，其特征在于，其还包括：校准所述发动机控制模块的控制架构，其中，所述控制架构包括比例-积分-微分(PID)控制、增益调度的PID控制、H-无穷控制、滑模控制(SMC)和模糊逻辑控制中的至少一种。
方案6、如方案1所述的方法，其特征在于，其还包括：
确定所述差值的衰落速率；以及
基于所述衰落速率校准所述发动机控制模块。
方案7、如方案1所述的方法，其特征在于，所述发动机控制模块在所述发动机的运行期间基于参考信号与从所述第二氧传感器接收的信号之间的差值来控制燃料的量。
方案8、如方案7所述的方法，其特征在于，所述参考信号指示在所述第二氧传感器处的所述废气的期望组成。
方案9、如方案8所述的方法，其特征在于，所述参考信号指示化学计量比。
方案10、如方案1所述的方法，其特征在于，其还包括：
在所述发动机的运行时段期间确定多个分量；以及
基于所述多个分量校准所述发动机控制模块。
方案11、如方案10所述的方法，其特征在于，所述多个分量中的每个基于所述差值的衰落速率。
方案12、如方案11所述的方法，其特征在于，其还包括：使用基于模型的校准来校准所述发动机控制模块，所述基于模型的校准包括所述催化剂的模型。
方案13、如方案1所述的方法，其特征在于，其还包括：基于所述废气的温度和所述废气的流速中的至少一者来预测所述响应。
方案14、如方案1所述的方法，其特征在于，所述模型基于所述废气的温度和所述废气的流速中的至少一者以及所述第一信号来预测所述响应。
方案15、一种用于校准发动机控制模块的系统，其包括：
催化剂模拟模块，所述催化剂模拟模块：对来自位于催化剂的上游的第一氧传感器的第一信号进行采样，其中，所述第一信号指示由发动机产生的废气的氧含量；以及使用所述催化剂的模型和所述第一信号来预测位于所述催化剂的下游的第二氧传感器的响应；
分量确定模块，所述分量确定模块对来自所述第二氧传感器的第二信号进行采样，并且基于所述第二信号的采样和所预测的响应之间的差值来确定所述第二信号的分量，其中，所述分量归因于除了氧之外的气体；以及
校准模块，所述校准模块基于所述第二信号的所述分量来校准所述发动机控制模块，其中，所述发动机控制模块控制喷射到所述发动机中的燃料的量。
方案16、如方案15所述的系统，其特征在于，所述除了氧以外的气体包括氢气。
方案17、如方案16所述的系统，其特征在于，所述氢气是从所述催化剂释放的。
方案18、如方案15所述的系统，其特征在于，所述校准模块校准所述发动机控制模块的控制架构，并且其中，所述控制架构包括比例-积分-微分(PID)控制、增益调度的PID控制、H-无穷控制、滑模控制(SMC)和模糊逻辑控制中的至少一种。
方案19、如方案15所述的系统，其特征在于，所述分量确定模块确定所述差值的衰落速率，并且所述校准模块基于所述衰落速率校准所述发动机控制模块。
方案20、如方案15所述的系统，其特征在于，所述发动机控制模块在所述发动机的运行期间基于在所述第二氧传感器处的所述废气的期望组成和从所述第二氧传感器接收的信号之间的差值来控制燃料的量。
附图说明
通过详细描述和附图将会更全面地理解本发明，附图中：
图1是根据本发明的发动机系统的功能框图；
图2是根据本发明的发动机控制模块的功能框图；
图3是根据本发明的受骗确定系统的功能框图；
图4是根据本发明的受骗确定模块的功能框图；
图5是示出根据本发明的所测量的后催化剂信号和所模拟的后催化剂信号之间的比较的曲线图；
图6A示出了根据本发明的基于所测量的后催化剂信号和所模拟的后催化剂信号之间的比较的偏移值的分布；
图6B示出了根据本发明的基于所测量的后催化剂信号和所模拟的后催化剂信号之间的比较的衰落时间的分布；
图7是根据本发明的包括补偿参数的发动机控制模块的功能框图；以及
图8是示出根据本发明的用于基于随机催化剂模型控制发动机系统的方法的流程图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅是示例性的并且决不是要限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记标识相似的元件。如这里所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当被解释为使用非排他逻辑或的逻辑(A或B或C)。应当理解的是，在不改变本发明的原理的情况下，可以以不同的顺序执行方法内的步骤。
如这里所使用的，术语模块指专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共用的、专用的、或成组的)和执行一个或多个软件程序或固件程序的存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述功能的其他适合组件。
发动机控制模块可以基于来自氧传感器的反馈来控制喷射到发动机的气缸中的燃料的量。来自氧传感器的信号指示废气的氧含量。因此，发动机控制模块可以基于废气的氧含量来控制喷射到气缸中的燃料的量。然而，位于催化剂下游的氧传感器会对除了氧以外的气体(例如，从催化剂释放的氢)交叉敏感。因此，位于催化剂下游的氧传感器会产生指示除了氧以外的气体的信号。可以将氧传感器基于废气中的除了氧以外的气体产生信号称作为“传感器受骗”。当位于催化剂下游的氧传感器由于传感器受骗而产生信号时，发动机控制模块会错误地控制喷射到气缸中的燃料的量。
根据本发明的受骗确定系统可以补偿传感器受骗。受骗确定系统可以将传感器受骗表征为随机效应。更具体地说，受骗确定系统可以执行将传感器受骗建模为随机效应的催化剂模型(即，随机催化剂模型)。受骗确定系统可以基于随机催化剂模型来校准发动机控制模块的控制架构。因此，当位于催化剂下游的氧传感器由于传感器受骗产生信号时，基于随机催化剂模型校准的发动机控制模块可以正确地控制喷射到气缸中的燃料的量。
现在参照图1，发动机系统20包括驱动变速器24的发动机22。虽然示出的是火花点火式发动机，但是还可想到压燃式发动机。节气门26可以调节进入进气歧管28的空气流量。进气歧管28内的空气被分布到气缸30中。发动机控制模块32致动燃料喷射器34，从而将燃料喷射到气缸30中。每个气缸30可以包括用于点燃空气/燃料(A/F)混合物的火花塞36。可替代地，在压燃式发动机中，A/F混合物可以通过压缩而被点燃。虽然图1示出了四个气缸30，但发动机22可以包括额外的或更少的气缸30。发动机22还可以提供使进气门38和排气门40停用的主动燃料管理系统(未示出)。
发动机控制模块32与发动机系统20的部件相连通。发动机系统20的部件包括发动机22、传感器和致动器，如本文所讨论。
空气从入口42穿过质量空气流量(MAF)传感器44。MAF传感器44产生MAF信号，MAF信号指示进入进气歧管28中的空气的质量。歧管压力(MAP)传感器46设置在节气门26和发动机22之间的发动机进气歧管28中。MAP传感器46产生指示歧管绝对空气压力的MAP信号。位于进气歧管28中的进气空气温度(IAT)传感器48产生指示进气空气温度的IAT信号。发动机曲轴(未示出)以发动机速度或与发动机速度成比例的速率旋转。曲轴传感器50产生可以指示曲轴的旋转速度和位置的曲轴位置(CSP)信号。
发动机22可以包括使发动机冷却剂循环的冷却系统。发动机冷却剂温度(ECT)传感器51可以产生指示发动机冷却剂温度的ECT信号。ECT传感器51可定位在发动机222内或定位在发动机冷却剂被循环的其他位置处，例如定位在散热器(未示出)处。
进气门38选择性地打开和关闭，从而能够使空气进入气缸30。进气凸轮轴(未示出)调节进气门38的位置。活塞(未示出)压缩气缸30内的A/F混合物。活塞驱动曲轴，以产生驱动扭矩。当排气门40位于打开位置时，气缸30内的燃烧排气被迫通过排气歧管52排出。排气凸轮轴(未示出)调节排气门40的位置。虽然示出了单个进气门38和排气门40，但是发动机22可以针对每个气缸30包括多个进气门38和排气门40。
发动机系统20包括处理废气的催化剂54(例如，三效催化剂)。发动机系统20可以包括安装在排气歧管52中的一个或多个氧传感器56、58。在下文中，可以将位于催化剂54上游的氧传感器56称作为“前催化剂传感器56”。在下文中，可以将位于催化剂54下游的氧传感器58称作为“后催化剂传感器58”。除了来自于存在于排气中的其它气体种类的欺骗的信号成分之外，前催化剂传感器56和后催化剂传感器58均可以产生指示相对于大气中的氧的量而言废气中的氧的量的信号(例如，电压)。在下文中，可以将由前催化剂传感器56产生的信号称作为“前催化剂信号”。在下文中，可以将由后催化剂传感器58产生的信号称作为“后催化剂信号”。
虽然将发动机系统20描述为包括前催化剂传感器56和后催化剂传感器58，但是在一些实施方案中，发动机系统20可以包括定位在排气歧管52内的其它位置的EGO传感器。例如，EGO传感器可以置于排气歧管52的催化转换器内(即，中间床EGO)。
发动机控制模块32接收来自发动机系统20的输入信号。输入信号可以包括、但不限于MAF信号、MAP信号、IAT信号、CSP信号、ECT信号、前催化剂信号和后催化剂信号。发动机控制模块32处理输入信号，并产生输出到发动机系统20的定时发动机控制指令。例如，发动机控制指令可以致动节气门26、燃料喷射器34和火花塞36。
现在参照图2，示出了发动机控制模块32的示例性控制架构。发动机控制模块32包括前催化剂校正模块70、前催化剂参考模块71、后催化剂校正模块72、补偿模块74、后催化剂参考模块75和燃料控制模块76。发动机控制模块32可以基于来自前催化剂传感器56和后催化剂传感器58的反馈来控制喷射到气缸30中的燃料的量。通常，发动机控制模块32控制喷射到气缸30中的燃料的量，从而控制在气缸30中燃烧的A/F混合物的A/F比值。例如，发动机控制模块32可以控制A/F比值，以便控制发动机系统20的排放和性能。
燃料控制模块76基于燃料请求控制喷射到气缸30中的燃料的量。燃料请求可以指示将要注射到气缸30中的燃料的量，以控制发动机系统20满足期望的排放和/或性能水平。
燃料请求可以基于前催化剂燃料请求和/或后催化剂燃料请求。前催化剂燃料请求可以指示所请求的燃料的量，从而基于来自前催化剂信号的反馈来调节A/F比值。后催化剂燃料请求可以指示所请求的燃料的量，从而基于来自后催化剂信号的反馈来调节A/F比值。补偿模块74基于前催化剂燃料请求和后催化剂燃料请求来确定燃料请求。
前催化剂校正模块70可以基于前催化剂信号来确定前催化剂燃料请求。前催化剂校正模块70可以确定前催化剂燃料请求，以保持期望的A/F比值。期望的A/F比值可以是实现发动机系统20的期望的排放和/或性能水平的A/F比值。仅举例而言，期望的A/F比值可以接近于化学计量比(例如，对于汽油发动机，为14.7∶1)。前催化剂参考模块71产生期望的A/F比值。
前催化剂校正模块70可以基于前催化剂信号来确定当前的A/F比值(即，所测量的A/F比值)。前催化剂校正模块70可以基于当前的A/F比值和期望的A/F比值之差来确定前催化剂燃料请求。前催化剂燃料请求可以表示将要注射到气缸30中的燃料的量，从而根据前催化剂信号实现期望的A/F比值。例如，如果前催化剂信号指示A/F比值为富且期望的A/F比值为贫时，则前催化剂校正模块70可以确定出减少所喷射的燃料的量的前催化剂燃料请求，从而产生期望的贫A/F比值。当期望的A/F比值接近于化学计量时，前催化剂校正模块70可以产生在贫A/F比值和富A/F比值之间切换的前催化剂燃料请求。
因为前催化剂传感器56定位成经由排气歧管52直接从气缸30接收废气，所以前催化剂信号可以密切地跟踪废气的组成。因此，前催化剂校正模块70可以经由前催化剂燃料请求对A/F比值燃料做出快速校正。
后催化剂校正模块72可以基于后催化剂信号来确定后催化剂燃料请求。后催化剂校正模块72可以产生后催化剂燃料请求，从而保持期望的A/F比值。例如，后催化剂校正模块72可以产生后催化剂燃料请求，从而保持期望的后催化剂信号(例如，指示废气接近于化学计量的信号)。后催化剂参考模块75可以产生期望的后催化剂信号。期望的后催化剂信号还可以基于期望的排放和/或性能水平。
因为后催化剂传感器58定位在催化剂54之后，所以后催化剂信号可能不密切地跟踪从气缸30排出的废气的组成。换言之，催化剂54可能对废气产生缓冲作用，并可能在当废气从气缸30排出时和当在后催化剂传感器58处测量废气时之间引入延迟。因此，后催化剂校正模块72会对A/F比值做出较慢的校正。
后催化剂传感器58可能对除了氧以外的气体敏感。例如，后催化剂传感器58可能对从催化剂54释放的氢气敏感。因此，后催化剂传感器58可以基于废气中的氢的量产生后催化剂信号。可以将基于废气中的除了氧以外的气体产生后催化剂信号称作为“传感器受骗”。宽范围或切换的氧传感器会由于传感器受骗而产生信号。后催化剂信号(即，电压)会由于传感器受骗增加。因此，当传感器受骗发生时，发动机控制模块32可以确定出A/F为较富还是较贫。
发动机控制模块32可以包括控制架构，例如包括增益值的比例-积分-微分(PID)控制。仅举例而言，前催化剂校正模块70和后催化剂校正模块72可以执行控制架构，并可以包括增益值。作为另一示例，控制架构可以包括增益调度的PID控制、H∞(“H-无穷”)控制、滑模控制(SMC)和模糊逻辑控制中的一种或多种。额外地或可替代，可以执行其它控制架构。
包括在发动机控制模块32中的增益值可以根据发动机系统20的基于模型的校准来确定。基于模型的校准可以包括：在运行条件范围内运行发动机22的同时，基于测量发动机系统20的传感器值来确定控制架构的增益值。例如，基于模型的校准可以包括：基于前催化剂信号、后催化剂信号和催化剂模型来确定增益值。基于模型的校准可以通过在校准过程中减少实验工作的需要并减少人际交互来减少校准尝试。
用于校准A/F比值的控制的催化剂模型可以基于前催化剂信号、排气流量、排气温度等输出预期的后催化剂信号。然而，因为对传感器受骗建模可能涉及到在发动机控制模块32中可能不能有效执行的计算密集型模型，所以催化剂模型会不对传感器受骗建模。因此，当基于不能解释传感器受骗的催化剂模型来校准发动机控制模块32时，在传感器受骗存在时，发动机控制模块32可能不能正确地控制燃料喷射。
根据本发明的校准系统和方法表征后催化剂传感器58的传感器受骗并基于传感器受骗的表征来校准发动机控制模块32。校准系统将传感器受骗表征为随机现象。因此，校准系统基于将传感器受骗表征为随机现象来校准发动机控制模块32，以控制A/F比值。
现在参照图3，受骗确定系统80确定在发动机控制模块32中使用的补偿参数，以补偿传感器受骗。补偿参数可以包括例如在后催化剂校正模块72中使用的增益值。换言之，发动机控制模块32可以基于补偿参数得到校准，从而在存在传感器受骗时正确地控制燃料喷射。
受骗确定系统80包括受骗确定模块82。受骗确定模块82可以按照与发动机控制模块32类似的方式来操作受骗确定系统80。例如，受骗确定模块82可以基于从受骗确定系统80的传感器接收的信号控制受骗确定系统80的致动器。受骗确定模块82可以基于前催化剂信号、后催化剂信号和催化剂模型来确定补偿参数。受骗确定模块82还可以基于包括、但不限于MAF、MAP、IAT、CSP和ECT信号的其它信号来确定补偿参数。受骗确定模块82可以例如在试验床装置和/或在驱动循环(例如，联邦试验程序(FTP)驱动循环)期间操作发动机22和相关联的部件。因此，受骗确定模块82可以基于在试验床和/或驱动试验中所收集的数据来确定补偿参数。
受骗确定模块82可以基于催化剂模型来控制燃料喷射器34。受骗确定模块82可以基于根据催化剂模型所模拟的后催化剂信号和所测量的后催化剂信号的比较来确定补偿参数。
现在参照图4，受骗确定模块82包括催化剂模拟模块84、时段确定模块86、偏差分量确定模块88(在下文中称作“偏差确定模块88”)、衰落分量确定模块90(在下文中称作“衰落确定模块90”)、分布确定模块92和校准模块93。
催化剂模拟模块84可以包括对催化剂54的操作进行建模的催化剂模型。因此，催化剂模拟模块84可以模拟后催化剂信号。在下文中，将由催化剂模型模拟的后催化剂信号称作为“所模拟的后催化剂信号”。所模拟的后催化剂信号可以指示后催化剂传感器58处的实际废气组成。
时段确定模块86可以接收来自后催化剂传感器58的可包括传感器受骗分量的后催化剂信号(即，所测量的后催化剂信号)。时段确定模块86基于所测量的后催化剂信号和所模拟的后催化剂信号的比较来确定后催化剂传感器58由于传感器受骗而产生信号的时间段。可以将后催化剂传感器58由于传感器受骗而产生信号的时段称作“缓和时段”。偏差确定模块88和衰落确定模块90表征在缓和时段期间传感器受骗的量。
现在参照图5，示出了所测量的后催化剂信号、所模拟的后催化剂信号和缓和时段。时段确定模块86基于所模拟的后催化剂信号和所测量的后催化剂信号的比较来检测缓和时段。在图5中，将缓和时段标为R1-R4。在缓和时段期间，所测量的后催化剂信号大于所模拟的后催化剂信号。例如，在缓和时段R1期间，所测量的后催化剂信号大于所模拟的后催化剂信号。在缓和时段R1开始时，所测量的后催化剂信号和所模拟的后催化剂信号在值上几乎相等。将缓和时段R1的开始标为“峰”。当所模拟的后催化剂信号从峰减小时，所测量的后催化剂信号不会跟随所模拟的后催化剂信号。因此，使用产生所模拟的后催化剂信号的催化剂模型来校准发动机系统20可能导致对燃料喷射的不正确的控制，因为催化剂模型在存在传感器受骗时可能不能预测正确的后催化剂信号。
当所测量的后催化剂信号在峰之后以比所模拟的后催化剂信号更慢的速率衰落时，时段确定模块86可以检测缓和时段。衰落确定模块90和偏差确定模块88可以基于峰之后的衰落来表征传感器受骗的量。
传感器受骗可以由基于时间的分量和偏差值来表征。衰落确定模块90可以确定在每个缓和时段期间传感器受骗的基于时间的分量。例如，传感器受骗的基于时间的分量可以指示在缓和时段期间所测量的后催化剂信号的衰落速率。在下文中，可以将基于时间的分量称作为“衰落时间”。偏差确定模块88可以确定在每个缓和时段期间传感器受骗的偏差值。偏差值可以是所测量的后催化剂信号在缓和时段期间衰落所朝向的值。
尽管传感器受骗由基于时间的分量和偏差值来表征，但是能够预想到传感器受骗的其它表征(即，动态表示)。例如，可以使用较高阶滤波器、多个基于时间的分量和/或多个偏差值来表征传感器受骗。
现在将关于缓和时段R2来讨论衰落时间和偏差值的示例性计算。缓和时段R2从峰P1跨到点P2。偏差确定模块88可以基于所测量的后催化剂信号的稳定值来确定偏差值。例如，偏差值可以等于稳定值。换言之，可以将偏差值描述为渐近值，当后催化剂传感器58经历传感器受骗时，所测量的后催化剂信号衰落到所述渐近值。
衰落确定模块90可以基于将峰P1连接到点P2的衰落函数来确定缓和时段R2中的衰落时间。衰落确定模块90可以基于各种衰落函数来确定衰落时间。仅举例而言，衰落确定模块90可以将一阶衰落函数拟合至峰P1和点P2之间的所测量的后催化剂信号。衰落确定模块90可以基于一阶衰落函数的时间常数来确定衰落时间。仅举例而言，衰落确定模块90可以确定出衰落时间等于一阶衰落函数的时间常数。尽管将衰落确定模块90描述为基于一阶衰落函数来确定缓和时段R2的衰落时间，但衰落确定模块90可以基于其它函数(例如，二阶衰落函数)来确定衰落时间。
受骗确定模块82可以在驱动循环内操作发动机22，以确定补偿参数。例如，驱动循环可以包括FTP驱动循环。时段确定模块86可以在驱动循环期间确定多个缓和时段。衰落确定模块90可以确定出与在驱动循环期间确定的多个缓和时段对应的多个衰落时间。偏差确定模块88可以确定出与在驱动循环期间确定的多个缓和时段对应的多个偏差值。分布确定模块92可以存储在多个缓和时段期间确定的偏差值和衰落时间。
衰落时间和偏差值可以根据发动机运行条件在缓和时段之间变化。基于运行条件可能不能正确地预测衰落时间和偏差值。因此，可以将传感器受骗模拟为随机现象。
现在参照图6A-6B，分布确定模块92可以确定偏差值和衰落时间的分布。在图6A中示出了示例性的偏差分布函数(在下文中称作“偏差函数”)。偏差函数可以基于具体偏差值的多个发生。例如，在图6A中，偏差值可以是在所测量的后催化剂信号已经达到渐近值之后所测量的后催化剂信号与所模拟的后催化剂信号的比值。偏差函数可以是拟合成直方图的曲线，直方图包括与各个偏差值对应的多个发生。
示例性衰落分布函数(在下文中称作“衰落函数”)可以基于具体衰落时间的多个发生。例如，在图6B中，衰落时间可以是与一阶衰落函数对应的时间常数，其中，所述一阶衰落函数表征在对应的缓和时段期间所测量的后催化剂信号的衰落。仅举例而言，较大的时间常数可以对应于较长的衰落时间。图6B的衰落函数可以是拟合成直方图的曲线，直方图包括与各个衰落时间对应的多个发生。
返回参照图4，校准模块93包括基于模型的校准模块94、催化剂模型95和参数选择模块96。校准模块93可以基于衰落时间和偏差值的分布来确定补偿参数。补偿参数可以是在发动机控制模块32的控制架构(例如，后催化剂校正模块72)中实现的增益值。校准模块93可以基于在驱动循环期间获取的数据(例如，MAF、MAP、ECT等)和通过衰落时间及偏差值的分布所修改的催化剂模型来执行发动机控制模块32的控制架构的校准。在下文中，可以将通过衰落时间和偏差值的分布所修改的催化剂模型称作为“随机催化剂模型”。
参数选择模块96可以使用所述分布修改催化剂模型95的输出(即，所模拟的后催化剂信号)。催化剂模型95可以是在催化剂模拟模块84中使用的相同的催化剂模型(即，没有对传感器受骗建模的催化剂模型)。例如，参数选择模块96可以基于衰落时间和偏差值的选择来调节所模拟的后催化剂信号，从而模拟包括传感器受骗的所测量的后催化剂信号。换言之，参数选择模块96可以基于所选择的衰落时间和偏差值使得来自催化剂模型95的所模拟的后催化剂信号以各种速率衰落至各种偏差值。
参数选择模块96可以分别基于衰落函数和偏差函数来选择衰落时间和偏差值进行执行。例如，参数选择模块96可以随机地选择衰落时间和偏差值进行执行。参数选择模块96可以分别基于衰落时间和偏差值的多个发生来选择衰落时间和偏差值。例如，当与衰落时间相关联的发生量较多时，参数选择模块96可以更经常地选择衰落时间。
基于模型的校准模块94可以确定用于发动机控制模块32的控制架构的增益值(即，补偿参数)，以使用随机催化剂模型基于增益值的校准来补偿传感器受骗。因此，发动机控制模块32可以基于使用随机催化剂模型确定的补偿参数来控制发动机系统20，从而在存在传感器受骗时提供发动机系统20的稳健控制。
补偿参数依赖于发动机系统20的部件。例如，变速器24的变化(例如，自动到手动)和/或发动机22的变化(例如，排量、燃料喷射类型)会产生在基于模型的校准期间确定的不同组的补偿参数。因此，可以将被确定用于特定的发动机系统的补偿参数调整成适合该特定的发动机系统。
现在参照图7，发动机控制模块32可以基于使用随机催化剂模型确定的补偿参数来控制发动机系统20。例如，在后催化剂校正模块72的控制架构中，可以将补偿参数实现为比例-积分-微分控制架构中的增益。换言之，补偿参数用作为控制架构(例如，比例-积分-微分控制架构)中的增益，从而对来自后催化剂传感器58的所测量的后催化剂信号和期望的后催化剂信号之间的差值起作用。
现在参照图8，用于基于随机催化剂模型控制发动机系统的方法开始于100。在100处，受骗确定模块82基于催化剂模型使发动机22运行一驱动循环。在102处，时段确定模块86在驱动循环期间将所测量的后催化剂信号与所模拟的后催化剂信号进行比较。在104处，时段确定模块86确定与驱动循环对应的缓和时段。在106处，衰落确定模块90确定每个缓和时段的衰落时间。在108处，偏差确定模块88确定每个缓和时段的偏差值。在110处，分布确定模块92基于衰落时间确定衰落函数。在112处，分布确定模块92基于偏差值确定偏差函数。在114处，基于模型的校准模块94基于偏差函数和衰落函数产生随机催化剂模型。在116处，基于模型的校准模块94使用随机催化剂模型基于校准来确定补偿参数。在118处，发动机控制模块32基于补偿参数控制发动机系统20。
本发明的广义教导可以以各种形式实施。因此，虽然本发明包括具体示例，但是，本发明的真正范围不应局限于此，因为在研究附图、说明书和所附权利要求书的基础上其他修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

Claims (10)

1.一种用于校准发动机控制模块的方法，其包括：
对来自位于催化剂的上游的第一氧传感器的第一信号进行采样，其中，所述第一信号指示由发动机产生的废气的氧含量；
使用所述催化剂的模型和所述第一信号预测位于所述催化剂的下游的第二氧传感器的响应；
对来自所述第二氧传感器的第二信号进行采样；
基于所述第二信号的采样和所预测的响应之间的差值确定所述第二信号的分量，其中，所述分量归因于除了氧之外的气体；以及
基于所述第二信号的所述分量校准所述发动机控制模块，其中，所述发动机控制模块控制喷射到所述发动机中的燃料的量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述除了氧以外的气体包括氢气。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述除了氧以外的气体包括未燃烧的烃。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氢气是从所述催化剂释放的。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括：校准所述发动机控制模块的控制架构，其中，所述控制架构包括比例-积分-微分(PID)控制、增益调度的PID控制、H-无穷控制、滑模控制(SMC)和模糊逻辑控制中的至少一种。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括：
确定所述差值的衰落速率；以及
基于所述衰落速率校准所述发动机控制模块。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机控制模块在所述发动机的运行期间基于参考信号与从所述第二氧传感器接收的信号之间的差值来控制燃料的量。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述参考信号指示在所述第二氧传感器处的所述废气的期望组成。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述参考信号指示化学计量比。
10.一种用于校准发动机控制模块的系统，其包括：
催化剂模拟模块，所述催化剂模拟模块：对来自位于催化剂的上游的第一氧传感器的第一信号进行采样，其中，所述第一信号指示由发动机产生的废气的氧含量；以及使用所述催化剂的模型和所述第一信号来预测位于所述催化剂的下游的第二氧传感器的响应；
分量确定模块，所述分量确定模块对来自所述第二氧传感器的第二信号进行采样，并且基于所述第二信号的采样和所预测的响应之间的差值来确定所述第二信号的分量，其中，所述分量归因于除了氧之外的气体；以及
校准模块，所述校准模块基于所述第二信号的所述分量来校准所述发动机控制模块，其中，所述发动机控制模块控制喷射到所述发动机中的燃料的量。
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