CN102155279A - 用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的设备和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的设备和方法。该设备包括：工况参数获取装置，用于获取与尿素喷射系统相关的工况参数；控制量确定装置，其与工况参数获取装置耦合，用于依据工况参数、尿素缓冲腔内尿素压力的目标值和基于表征尿素喷射系统的物理模型而设计的控制模型，来确定用于控制尿素喷射系统的控制量，该控制量为尿素泵驱动电动机的转速；以及驱动信号确定装置，其与控制量确定装置耦合，用于根据确定的控制量，来确定用于驱动尿素泵驱动电机的驱动信号。根据本发明的实施方式适用于系统在任何工况下的工作过程，可实现较为精确的尿素喷射压力和快速响应，减少尿素压力与其目标值的偏差，减少标定工作量，并改善系统的功能。

Description

用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的设备和方法

技术领域

本发明一般性地涉及柴油发动机的技术领域，更特别地涉及用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的设备和方法。

背景技术

柴油发动机自问世以来，凭借其良好的动力性、经济性和耐久性等优点，在各种动力装置、船舶和车辆上得到了广泛的应用。与汽油机相比，柴油发动机有很多优势：废气排放降低，在车速较低时具有更有优势的加速性能，平均燃油消耗低，并且能提供更多的驾驶乐趣。然而，与同等功率的汽油机相比，微粒和氮氧化物排放是尾气排放中的两种最主要的污染物。。

目前，降低汽车尾气排放以到达排放标准的技术通常是采用排气后处理的方式来降低污染物的排放量，而尿素选择性催化还原法(SCR)是最具现实意义的方法，它能有效地降低发动机尾气中的氮氧化物。

在现有柴油发动机的SCR尿素计量喷射系统(在下文中，简称为尿素喷射系统)中，对尿素压力的控制采用的是PID类型的控制策略，这需要进行大量的标定工作。此外，基于现有的PID控制策略，在发动机的某些工况条件下，尿素压力的实际值同其目标值之间会产生较大的偏差，这导致了尿素喷射系统中尿素实际喷射量与尿素目标喷射量之间出现较大的误差，从而直接影响了发动机后处理SCR系统中氮氧化物的转化率。

正是基于这个原因，开发先进的尿素喷射系统的尿素压力控制策略对提高发动机性能和减少标定工作而言是至关重要的。为此，本领域存在对尿素喷射系统的控制技术进行改进的需要

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的设备和方法，以克服或者至少部分消除现有技术中存在的至少一些缺陷。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的设备。该设备可以包括工况参数获取装置，配置用于获取与所述尿素喷射系统相关的工况参数；控制量确定装置，其与所述工况参数获取装置耦合，配置用于依据所述工况参数、尿素缓冲腔内尿素压力的目标值和基于表征所述尿素喷射系统的物理模型而设计的控制模型，来确定用于控制所述尿素喷射系统的控制量，所述控制量为尿素泵驱动电动机的转速；以及驱动信号确定装置，其与所述控制量确定装置耦合，配置用于根据确定的所述控制量，来确定用于驱动所述尿素泵驱动电机的驱动信号。

在根据本发明的一个优选实施方式中，该设备可以进一步包括：观测值确定装置，其与所述工况参数获取装置和所述控制量确定装置耦合，配置用于依据所述工况参数以及基于所述物理模型而设计的观测器模型，来确定尿素泵腔内尿素压力的观测值，以供所述控制量确定装置来确定所述控制量。

在根据本发明的又一优选实施方式中，所述观测器模型通过为所述物理模型中的尿素泵腔内尿素压力表达式和尿素缓冲腔内尿素压力表达式分别增加调整项，并选择使得调整后的所述两个表达式均稳定和收敛的调整因子来设计。

在根据本发明的再一优选实施方式中，观测值确定装置可以进一步配置用于：依据所述工况参数以及所述观测器模型，来确定尿素缓冲腔内尿素压力的观测值，以供所述控制量确定装置来确定所述控制量。

在根据本发明的另一优选实施方式中，工况参数可以包括：尿素泵柱塞冲程、尿素泵腔内尿素压力、尿素缓冲腔内尿素压力、尿素泵尿素流入流量、尿素泵尿素流出流量、尿素喷射器尿素喷出流量和尿素缓冲腔尿素回流流量。

在根据本发明的又一优选实施方式中，物理模型可以通过以下各项来表征：尿素泵尿素流入流量表达式；尿素泵尿素流出流量表达式；尿素泵腔内尿素压力表达式；尿素缓冲腔内尿素压力表达式；尿素缓冲腔尿素回流流量表达式；以及尿素喷射器尿素喷出流量表达式。

在根据本发明的再一优选实施方式中，控制模型可以包括前馈控制器，所述控制量可以包括前馈控制分量。

在根据本发明的另一优选实施方式中，所述前馈控制分量ω_FF可以表示为：

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{FF}}=-\frac{\sqrt{2}}{r{\mathrm{\γ}}_4}[{\mathrm{\γ}}_1{Q}_{\mathrm{in}}-{\mathrm{\γ}}_2{Q}_r+{\mathrm{\γ}}_3(Q_{\mathrm{inj}}+Q_s)]$

其中γ₁、γ₂、γ₃和γ₄为控制系数，且基于获取的所述工况参数和所述物理模型相关的常量参数而确定；r为驱动电机与尿素泵柱塞之间的连接机构的曲拐半径；Q_in为尿素泵尿素流入流量；Q_r为尿素泵尿素流出流量；Q_inj为尿素喷射器尿素喷出流量；以及Q_s为尿素缓冲腔尿素回流流量。

在根据本发明的又一优选实施方式中，所述控制模型可以包括反馈控制器，所述控制量可以包括反馈控制分量。

在根据本发明的再一优选实施方式中，所述反馈控制分量ω_FB可以表示为：

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{BF}}=\frac{\sqrt{2}}{r{\mathrm{\γ}}_4}(k_{p}e+k_i\∫e+k_d\stackrel{\·}{e}),$

其中e为所述尿素缓冲腔内尿素压力的实际值与其目标值之间的误差；γ₄为控制系数，且基于获取的所述工况参数和所述物理模型相关的常量参数而确定；r为驱动电机与尿素泵柱塞之间的连接机构的曲拐半径；以及k_p，k_i和k_d分别为针对比例控制、积分控制和微分控制的控制系数，且k_p，k_i和k_d被选择为使尿素喷射系统稳定。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的方法。该方法可以包括：获取与所述尿素喷射系统相关的工况参数；依据所述工况参数、尿素缓冲腔内尿素压力的目标值和基于表征所述尿素喷射系统的物理模型而设计的控制模型，来确定用于控制所述尿素喷射系统的控制量，所述控制量为尿素泵驱动电动机的转速；以及根据确定的所述控制量，来确定用于驱动所述尿素泵驱动电机的驱动信号。

根据本发明的实施方式，特别是各个优选实施方式，对尿素喷射系统的控制是基于表征柴油发动机的尿素喷射系统的物理模型而进行的。由于柴油发动机的尿素喷射系统的物理模型适用于该系统在任何工况下的工作过程，所以本发明基于物理模型的技术方案可以达到较为精确的尿素喷射压力并实现快速的系统响应，进而可以减小尿素压力的实际值同其目标压力之间的偏差，并且在优选的实施方式中可以使其最小。此外，基于尿素喷射系统的物理模型所设计的控制模型均可以定量化，因而大大减少了针对控制模型的标定工作量，改善了发动机尿素喷射系统的效率和功能性。

附图说明

通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本发明的上述以及其他特征将更加明显，本发明附图中相同的标号表示相同或相似的部件。在附图中：

图1示意性地示出了柴油发动机的尿素喷射系统的结构示意图。

图2示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的设备的方框图。

图3示意性地示出了根据本发明的柴油发动机的尿素喷射系统的闭环反馈控制的示意性方框图。

图4示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图通过实施方式对本发明提供的用于控制尿素喷射系统的设备和方法进行详细的描述。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。

另外，在本文中，所使用的术语“工况参数”表示任何能够指示发动机的(目标或实际)物理状态或运行状况的物理量的值。而且，在本文中，“参数”与其所表示的物理量可以互换使用。例如，“指示尿素流量的参数”与“尿素流量”在本文中具有等同的含义。而且，在本文中，假设P表示某个特定的物理量，则表示P对时间的导数，即P随时间的变化率；

表示该物理量P的观测值。

此外，在本文中，所使用的术语“获取”包括目前已知或将来开发的各种手段，例如采集、测量、读取、估计、估算、观测等等；所使用的术语“测量”包括目前已知或将来开发的各种手段，例如直接测量、读取、计算、估算等等手段。

接下来，将首先参考图1来描述柴油发动机的尿素喷射系统的结构示意图。应当理解，图1中仅示出柴油发动机的尿素喷射系统中与本发明有关的部分，事实上该尿素喷射系统还可以包括任意数目的其他部件。

如图1所示，尿素喷射系统包括：尿素箱101、尿素泵入口阀102、尿素泵103、尿素泵出口阀104、驱动电机106、尿素缓冲腔107、尿素喷射器108、尿素喷射器驱动电磁阀109以及尿素控制单元(DCU)110。

在尿素箱101中容纳着尿素溶液，其处于大气压力之下。尿素箱101通过入流管123与尿素泵103的泵腔连通。并且在与尿素泵接口的入口处设置有尿素泵入口阀102。在尿素泵103腔内的压力小于大气压时，大气压力将克服入口阀弹簧111所提供的预紧力使得该入口阀打开，从而使得尿素溶液被吸入到该尿素泵的腔中。而在尿素泵腔内的压力大于大气压时，该入口阀将关闭。因此，通过该入口阀102，为尿素提供了从尿素箱101至尿素泵103的单向通路。

尿素泵103包括尿素泵柱塞105，该尿素泵柱塞105由驱动电机106经由尿素泵机构连杆112(即尿素泵柱塞105与驱动电机106之间的连接机构)来驱动。当驱动电机106响应于来自尿素控制单元110的驱动信号131，驱动尿素泵柱塞105向下运动时，将在尿素泵腔内形成真空从而使得尿素泵腔内部的压力小于大气压，以由此使得入口阀102打开，将尿素溶液吸入到尿素泵腔内部。另一方面，当驱动电机106响应于来自尿素控制单元110的驱动信号131，驱动尿素泵柱塞105向上运动时，将在尿素泵腔内形成高压尿素溶液。此时，尿素泵腔内部的压力远大于大气压，因而入口阀102关闭。同时，在尿素泵腔内部的压力大于尿素缓冲腔107中的压力时，将使得尿素泵出口阀107打开，从而使得尿素溶液进入尿素缓冲腔107中。而在尿素泵柱塞107向下运动时，尿素泵腔内的压力将小于尿素缓冲腔107中的压力，因而尿素泵出口阀104关闭。因而，与尿素泵入口阀102类似，该尿素泵出口阀104提供了尿素从尿素泵103到尿素缓冲腔107的单向通路。

尿素缓冲腔107用于储存高压尿素溶液。一般而言，高压尿素溶液的压力应保持在9个大气压。然而，需要说明的是，针对不同的尿素喷射系统，该压力可以略有不同。

尿素缓冲腔可与尿素泵喷射器108连通。尿素泵喷射器108是尿素喷射系统中的关键部件。喷射器驱动电磁阀109在尿素控制单元110所提供的驱动信号134的驱动下，打开或者关闭电磁阀，从而使得尿素溶液通过尿素喷射器108喷出，进入到SCR管道中。

此外，尿素箱中安装有测量元件(例如温度传感器，或者液位传感器)，以将所测量的尿素箱温度和液位信号132提供给尿素控制单元110。另外，在尿素泵缓冲腔中也安装有测量元件(例如压力传感器)，以将测量的尿素缓冲腔中的压力信号133发送给尿素控制单元110。

尿素控制单元110将基于尿素系统的这些工况参数和预定的控制策略，为尿素泵驱动电机106和尿素喷射器驱动电磁阀109提供驱动信号，以便实现目标的尿素喷射压力。

此外，在如图1所示的系统中，为了避免尿素溶液结晶，尿素泵缓冲腔107中的尿素溶液将经过回流管121而流回到尿素箱101中，从而在尿素箱101和尿素缓冲腔107之间形成了一个循环。

从图1及上面对尿素喷射系统的描述可见，尿素喷射系统100包括大量部件，其工况非常复杂，因此想要通过控制尿素泵驱动电机106来精确地控制尿素泵缓冲腔107中的尿素压力是非常困难的。

因此，为了解决这一技术问题，本发明人设计了一种用于控制尿素喷射系统以便得到期望的尿素压力的技术方案。本发明人将尿素喷射系统的物理模型知识应用于系统控制，基于对尿素泵、尿素缓冲腔、尿素喷射器的相关参数的模型知识的运用来实现现有技术中无法实现的有效控制。在下文中，将参考特定的实施方式对本发明所提供的技术方案进行详细的描述，以使得本领域技术人员根据此处的公开，能够容易地理解和实现本发明。

首先，将参考图2来描述本发明所提供的用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的设备。该图2示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的用于控制尿素喷射系统的设备的示例方框图。本领域技术人员可以理解，该设备200可以具体实施为例如图1所示的电控单元118，然而，本发明并不局限于此，而是也可以作为一个独立的控制设备来实现。

如图2所示，控制设备200可以包括工况参数获取装置201、控制量确定装置202、信号生成装置203，并且优选地还包括观测值确定装置204。该工况参数获取装置201与控制量确定装置202耦合，配置用于获取与该尿素喷射系统相关的工况参数，以便提供给该控制量确定装置202。该控制量确定装置202耦合至信号生成装置203，且被配置为基于来自所述工况参数获取装置201的工况参数、尿素缓冲腔内尿素压力的目标值以及基于尿素喷射系统的物理模型而设计的控制模型确定控制量。

在下文中，将首先结合实例来描述一种示例实施方式以说明该尿素喷射系统的物理模型的建立。然而，需要说明的是，在根据本发明的实施方式中，可以采用任何适当的方式来建立表征该尿素喷射系统的物理模型，而并不仅限于此处给出的示例性实施方式。

在该示例性实施方式中，尿素喷射系统的物理模型可以通过以下各项来表征：尿素泵尿素流入流量表达式；尿素泵尿素流出流量表达式；尿素泵腔内尿素压力表达式；尿素缓冲腔内尿素压力表达式；尿素喷射器尿素喷出流量表达式；以及尿素缓冲腔尿素回流流量表达式。接着将详细给出这些表达式，然而需要说明的是，这只是出于示例的目的，本发明并不局限于此。

尿素喷射系统的物理模型

为了考虑尿素喷射系统主要的机械、液压和控制部件之间的物理关系，同时又能够利用给出的物理模型设计基于模型的尿素压力控制模型，首先进行如下假设：

·忽略尿素喷射系统的泄漏

·忽略温度变化对尿素密度的影响

·假定尿素流量系数不随温度和压力的变化而改变

在上述假设下，可以得到如下的一些关系表达式。

1.尿素泵尿素流入流量表达式

针对尿素泵，例如可以得到关于尿素流入流量的如下表达式：

$Q_{\mathrm{in}}=C_{\mathrm{in}}{A}_{\mathrm{in}}\sqrt{\frac{2(P_{\mathrm{in}}-P_p)}{\mathrm{\ρ}}}$

(式1)

其中：

Q_in：尿素泵尿素流入流量

C_in：尿素泵入口阀的流量系数(常量)

A_in：尿素泵入口阀开启的等效横截面面积

ρ：尿素密度(常量)

P_in：尿素箱尿素压力，为大气压力，即P_in＝P₀(大气压)

P_p：尿素泵腔内尿素压力

2.尿素泵尿素流出流量表达式

针对尿素泵，例如可以得到关于尿素流出流量的如下表达式：

$Q_r=C_r{A}_r\sqrt{\frac{2(P_p-P_r)}{\mathrm{\ρ}}}$ (式2)

其中：

Q_r：尿素泵尿素流出流量

C_r：尿素泵出口阀的流量系数(常量)

A_r：尿素泵出口阀开启的等效横截面面积

ρ：尿素密度(常量)

P_r：尿素缓冲腔内尿素压力

3.尿素泵腔内尿素压力表达式

针对尿素泵，例如可以得到针对尿素泵腔内尿素压力的如下表达式：

(式3)

其中：

β_p：尿素泵腔内尿素溶液的弹性模量，因尿素泵腔内尿素压力较小，通常最大为几个大气压力，故可以认为β_p为常量，即β_p＝β

V_p：尿素泵腔体积。V_p＝V_max-A_ph，其中：V_max为尿素泵腔最大容积。

h为尿素泵柱塞冲程，A_p为尿素泵柱塞的等效横截面积。

Q_r：尿素泵尿素流出流量

Q_in：尿素泵尿素流入流量

为尿素泵柱塞往复运动线速度。

其中ω为尿素泵驱动电机的转速；r为驱动电机的转轴与尿素泵柱塞连接机构的曲拐半径。

4.尿素缓冲腔内尿素压力表达式

针对尿素缓冲腔，例如可以确定关于尿素缓冲腔内尿素压力的如下表达式：

$\stackrel{\·}{P_r}=\frac{\mathrm{\β}}{V_r}(Q_r-Q_{\mathrm{inj}}-Q_s)$ (式4)

其中：

P_r：尿素缓冲腔内尿素压力

β：尿素溶液的弹性模量。由于尿素压力通常较小，因此可以视为常量。

V_r：尿素缓冲腔体积(常量)

Q_r：尿素泵尿素流出流量

Q_inj：尿素喷射器尿素喷出流量

Q_s：尿素缓冲腔到尿素箱中的尿素回流流量

5.尿素喷射器尿素喷出流量表达式

针对尿素喷射器，例如可以针对尿素喷出流量确定如下表达式：

$Q_{\mathrm{inj}}=C_{\mathrm{inj}}{A}_{\mathrm{inj}}\sqrt{\frac{2(P_r-P_h)}{\mathrm{\ρ}}}$ (式5)

其中：

Q_inj：尿素喷射器尿素喷出流量

C_inj：尿素喷射器的流量系数(常量)

A_inj：尿素喷射器开启的等效横截面面积(常量)

P_r：尿素缓冲腔内尿素压力

P_h：SCR管道尾气压力(常量)，约等于大气压力，即P_h＝P₀

ρ：尿素密度(常量)

6.尿素缓冲腔尿素回流流量表达式

$Q_s=C_s{A}_s\sqrt{\frac{2(P_r-P_0)}{\mathrm{\ρ}}}$ (式6)

其中：

A_s：尿素缓冲腔回流孔的等效横截面积(常量)

C_s：尿素缓冲腔回流孔的流量系数(常量)

P_r：尿素缓冲腔内尿素压力

ρ：尿素密度(常量)

P₀：大气压力

基于上文中给出的尿素喷射系统的物理模型，可以设计用于该系统的控制模型，下面将参考实施方式来描述基于系统物理模型的控制模型设计。然而需要说明的是，这些实施方式只是出于说明的目的而给出的，本发明并不局限于此。相反，在本发明的教导下，本领域技术人员可以对其做出各种修改和变型。

控制模型设计

控制模型设计的目的就是为了在发动机的各种运行工况下，通过对尿素缓冲腔中的尿素压力实现闭环控制，使尿素压力实际测量值接近其目标值。下面，给出了基于尿素喷射系统的物理模型来设计控制模型的一种示例性实施方式。

首先，可以用P_r，des来表示尿素缓冲管腔内的尿素压力目标值，以P_r来表示尿素压力的实际测量值。于是，尿素压力的实际测量值P_r与目标值P_r，des之间的误差可以表示为：

e＝P_r-P_r，des                                    (式7)

将目标值P_r，des移动至误差e的一端，于是可以得到：

P_r＝e+P_r，des                                    (式8)

对式7的两端求时间倒数，则可以到

$\stackrel{\·}{e}=\stackrel{\·}{P_r}$ (式9)

$\stackrel{\·\·}{e}={\stackrel{\·\·}{P}}_r$ (式10)

而对前述的式4的左右两端求时间导数，则可以得到下式：

${\stackrel{\·\·}{P}}_r=\frac{\mathrm{\β}}{V_r}({\stackrel{\·}{Q}}_r-{\stackrel{\·}{Q}}_{\mathrm{inj}}-{\stackrel{\·}{Q}}_s)$ (式11)

需要说明的是此处β为常数，因为尿素的压力通常较小。

通过对前面的尿素泵尿素流出流量表达式(即式2)的两端求时间导数，可以得到：

${\stackrel{\·}{Q}}_r==C_r{A}_r\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ρ}}}\frac{1}{2}\frac{1}{\sqrt{P_p-P_r}}({\stackrel{\·}{P}}_p-{\stackrel{\·}{P}}_r)=\frac{C_r{A}_r}{\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_p-P_r)}}({\stackrel{\·}{P}}_p-{\stackrel{\·}{P}}_r)$

(式12)

通过对前面的尿素喷射器尿素喷出流量表达式(即式5)的两端求时间导数，可以得到：

${\stackrel{\·}{Q}}_{\mathrm{inj}}==C_{\mathrm{inj}}{A}_{\mathrm{inj}}\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ρ}}}\frac{1}{2}\frac{1}{\sqrt{P_r-P_h}}{\stackrel{\·}{P}}_r=\frac{C_{\mathrm{inj}}{A}_{\mathrm{inj}}}{\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_r-P_h)}}{\stackrel{\·}{P}}_r$

(式13)

通过对前面的尿素缓冲腔尿素回流流量表达式(即式6)的两端求时间导数，可以得到：

${\stackrel{\·}{Q}}_s==C_s{A}_s\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ρ}}}\frac{1}{2}\frac{1}{\sqrt{P_r-P_0}}{\stackrel{\·}{P}}_r=\frac{C_s{A}_s}{\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_r-P_0)}}{\stackrel{\·}{P}}_r$

(式14)

将式得到的式12至14代入上面的式11，则可以得到：

${\stackrel{\·\·}{P}}_r=\frac{\mathrm{\β}}{V_r}[(\frac{C_r{A}_r}{\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_p-P_r)}}\·({\stackrel{\·}{P}}_p-{\stackrel{\·}{P}}_r)-\frac{C_{\mathrm{inj}}{A}_{\mathrm{inj}}}{\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_r-P_h)}}\·{\stackrel{\·}{P}}_r$

$-\frac{C_s{A}_s}{\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_r-P_0)}}\·{\stackrel{\·}{P}}_r]$

$=\frac{\mathrm{\β}{C}_r{A}_r}{V_r\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_p-P_r)}}\·{\stackrel{\·}{P}}_p-\frac{\mathrm{\β}}{V_r}[\frac{C_r{A}_r}{\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_p-P_r)}}+\frac{C_{\mathrm{inj}}{A}_{\mathrm{inj}}}{\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_r-P_h)}}$

$+\frac{C_s{A}_s}{\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_r-P_0)}}]\·{\stackrel{\·}{P}}_r$

(式15)

前述的尿素泵腔内尿素压力表达式(即式3)、尿素缓冲腔内尿素压力表达式(即式4)以分别带入到上式15的右端，，则可以得到：

$+\frac{C_{\mathrm{inj}}{A}_{\mathrm{inj}}}{\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_r-P_h)}}+\frac{C_s{A}_s}{\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_r-P_0)}}]\·(Q_r-Q_{\mathrm{inj}}-Q_S)$

$=\frac{{\mathrm{\β}}^2{C}_r{A}_r}{V_r{V}_p\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_p-P_r)}}\·Q_{\mathrm{in}}-[\frac{{\mathrm{\β}}^2{C}_r{A}_r}{V_r{V}_p\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_p-P_r)}}+\frac{{\mathrm{\β}}^2}{{V_r}^2}(\frac{C_r{A}_r}{\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_p-P_r)}}$

$+\frac{C_{\mathrm{inj}}{A}_{\mathrm{inj}}}{\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_r-P_h)}}+\frac{C_s{A}_s}{\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_r-P_0)}}\left)\right]\·Q_r+\frac{{\mathrm{\β}}^2}{{V_r}^2}(\frac{C_r{A}_r}{\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_p-P_r)}}+$

(式16)

经过进一步的整理，可以将式16表示为

(式17)

其中：

${\mathrm{\γ}}_1=\frac{{\mathrm{\β}}^2{C}_r{A}_r}{V_r{V}_p\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_p-P_r)}}$

${\mathrm{\γ}}_2={\mathrm{\γ}}_1+\frac{{\mathrm{\β}}^2}{{V_r}^2}(\frac{C_r{A}_r}{\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_p-P_r)}}+\frac{C_{\mathrm{inj}}{A}_{\mathrm{inj}}}{\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_r-P_h)}}+\frac{C_s{A}_s}{\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_r-P_0)}})]$

γ₃＝γ₂-γ₁

γ₄＝A_pγ₁

由于如前所述尿素溶液弹性模量β、尿素泵出口阀流量系数C_r、尿素泵出口阀的等效横截面积A_r、尿素缓冲腔体积V_r、尿素密度ρ、尿素喷射器流量系数C_inj、尿素喷射器等效横截面面积A_inj、尿素缓冲管腔回流孔的等效横截面积A_s、尿素缓冲管腔回流孔的流量系数C_s等均为常量，因此，可以看出系数γ₁、γ₂、γ₃和γ₄是尿素泵腔内尿素压力P_p和缓冲泵腔内尿素压力P_r的多项式，其可以基于工况参数和所述物理模型相关的常量参数而确定。具体地，γ₁可以由尿素泵腔内尿素压力P_p、缓冲泵腔内尿素压力P_r、尿素泵柱塞冲程h(用于确定V_p)以及相关物理模型的常量参数来确定，这些常量包括尿素溶液弹性模量β、尿素泵出口阀流量系数C_r、尿素泵出口阀的等效横截面A_r、尿素缓冲腔体积V_r、尿素密度ρ等。类似地，γ₂可以由尿素泵腔内尿素压力P_p和缓冲泵腔内尿素压力P_r、尿素泵柱塞冲程h(用于确定V_p)以及相关物理模型的常量参数来确定，这些常量包括素溶液弹性模量β、尿素泵出口阀流量系数C_r、尿素泵出口阀的等效横截面A_r、尿素缓冲腔体积V_r、尿素密度ρ、尿素喷射器量系数C_inj、尿素喷射器等效横截面面积A_inj、尿素缓冲管腔回流孔的等效横截面积A_s、尿素缓冲管腔回流孔的流量系数C_s来确定。同样，γ₃可以由尿素泵腔内尿素压力P_p和缓冲泵腔内尿素压力P_r以及相关物理模型的常量参数来确定，这些常量包括素溶液弹性模量β、尿素泵出口阀流量系数C_r、尿素泵出口阀的等效横截面积A_r、尿素缓冲腔体积V_r、尿素密度ρ、尿素喷射器量系数C_inj、尿素喷射器等效横截面面积A_inj、尿素缓冲管腔回流孔的等效横截面积A_s、尿素缓冲管腔回流孔的流量系数C_s来确定。类似地，γ₄可以由尿素泵腔内尿素压力P_p、缓冲泵腔内尿素压力P_r、尿素泵柱塞冲程h(用于确定V_p)以及相关物理模型的常量参数来确定，这些常量包括尿素溶液弹性模量β、尿素泵出口阀的流量系数C_r、尿素泵出口阀的等效横截面积A_r、尿素缓冲腔体积V_r、尿素密度ρ以及尿素泵柱塞等效横截面积A_p。

基于上述表达式10和17，并令

则可以设计如下控制模型：

(式18)

考虑到平均速度

则可以得到：

$\mathrm{\ω}=-\frac{\sqrt{2}}{r{\mathrm{\γ}}_4}[{\mathrm{\γ}}_1{Q}_{\mathrm{in}}-{\mathrm{\γ}}_2{Q}_r+{\mathrm{\γ}}_3(Q_{\mathrm{inj}}+Q_s)]-\frac{\sqrt{2}}{r{\mathrm{\γ}}_4}(k_{p}e+k_i\∫e+k_d\stackrel{\·}{e})$

(式19)

实际上，该控制模型包括两个部分。其中一个部分为前馈控制项：

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{FF}}=-\frac{\sqrt{2}}{r{\mathrm{\γ}}_4}[{\mathrm{\γ}}_1{Q}_{\mathrm{in}}-{\mathrm{\γ}}_2{Q}_r+{\mathrm{\γ}}_3(Q_{\mathrm{inj}}+Q_s)]$

(式20)

其中γ₁、γ₂、γ₃和γ₄为控制系数，且基于获取的所述工况参数和所述物理模型相关的常量参数而确定；r为驱动电机与尿素泵柱塞之间的连接机构的曲拐半径；Q_in为尿素泵尿素流入流量；Q_r为尿素泵尿素流出流量；Q_inj为尿素喷射器尿素喷出流量；以及Q_s为尿素缓冲腔尿素回流流量。

另一部分为反馈控制项：

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{BF}}=\frac{\sqrt{2}}{r{\mathrm{\γ}}_4}(k_{p}e+k_i\∫e+k_d\stackrel{\·}{e})$ (式21)

其中，γ₄为控制系数，类似地可以基于获取的所述工况参数和所述物理模型相关的常量参数而确定；r为驱动电机与尿素泵柱塞之间的连接机构的曲拐半径；以及k_p、k_i及k_d为分别针对比例控制、积分控制和微分控制的控制系数。对于该反馈控制项，可以选择适当的k_p、k_i及k_d增益值，以确保该尿素喷射系统稳定，换句话说确保下式的特征根位于s平面的左半平面：

$\stackrel{\·\·}{e}+k_d\stackrel{\·}{e}+k_{p}e+k_i\∫e=0$ (式22)

即，确保当t→0时，e→0。通过这样的方式，就可以得到适当的k_p、k_i及k_d增益值。

然而，如本领域技术人员所知，该控制模型可以仅包括前馈控制项、反馈控制项，或者可以包括二者的组合。而且反馈控制也不局限于PID控制，PI控制在实际应用中也是可行的。因此，本发明并不局限于此处给出的示例性实施方式。

因此，在根据本发明的一个实施方式中，需要测量的工况参数可以包括尿素泵柱塞冲程h、柱塞泵腔内尿素压力、P_p和尿素缓冲腔内尿素压力P_r、尿素泵腔流入流量Q_in、尿素泵腔流出流量Q_r、尿素喷射器尿素喷出流量Q_inj和尿素缓冲腔尿素回流流量Q_s。这些参数是基于所述控制模型来确定控制量需要的参数。然而，本发明并不局限于此，而是还可以测量更多的参数或者其他替代参数，以从这些参数计算或确定这些工况参数。例如，对于尿素泵柱塞冲程h，其是凸轮轴转角θ的函数，因此可以获取该凸轮轴转角θ，基于凸轮轴转角与尿素泵柱塞冲程的物理关系来计算该尿素泵柱塞冲程。

应当理解，上文给出的控制模型仅是一种示例性的实施方式。针对该控制模型的各种变形是可能的。例如，在某些工况条件下，在物理模型中可以不考虑上文表达式中的一个或多个参数或方面，和/或可以增加与发动机的尿素喷射系统有关的新的参数或方面。实际上，基于本发明给出的如上启示和教导，本领域技术人员可以结合其具体需求和条件，设计实现任何适当的控制模型。

此外，该控制模型优选地是预先基于物理模型而确定的，这样在发动机运行期间可以直接基于各种工况参数、系统目标值来确定控制量的值，这样可以加速系统的响应速度，提高控制效率。

在前述的工况参数中，部分参数依据现有技术可以通过传感器等测量设备直接测量，例如尿素缓冲腔内的尿素压力P_r。另外，有一些工况参数诸如尿素泵柱塞冲程h(θ)可以通过测量的其他参数(如，凸轮轴转角)并基于它们之间的物理关系计算得到。此外，还有一些参数是依据现有技术是无法或难以通过测量而得到，或者实现的成本高，针对这样的参数，可以通过其他相关参数的状态而估算得到，或者通过其他经验方式来得到。这样的参数的一个示例是尿素泵腔内尿素压力P_p。

在根据本发明的一个优选实施方式中，还包括观测值确定装置204，用于确定参数(诸如尿素泵腔内尿素压力)的观测值。如图2所示，该观测值确定装置204与工况参数获取装置201和所述控制量确定装置202耦合，配置用于依据所述工况参数以及基于所述物理模型而设计的观测器模型，来确定尿素泵腔内尿素压力P_p的观测值，以供所述控制量确定装置来确定所述控制量。在下文中，出于说明的目的，将给出状态观测器模型设计的一个实例，然而需要说明的是，如本领域技术人员所知，可以采用各种手段来设计观测器。

尿素压力状态观测器模型

为了能够确定尿素泵腔内尿素压力P_p的观测器值，观测器将借助于前述的尿素泵腔内尿素压力表达式3和尿素缓冲腔内尿素压力表达式4。

首先可以假设尿素泵腔内尿素压力P_p的状态观测值为

尿素缓冲腔内的尿素压力P_r的测量值为

尿素缓冲腔内的尿素压力的状态观测值为

基于表达式3和4，通过为尿素泵腔内尿素压力表达式和尿素缓冲腔内尿素压力表达式分别增加调整项，并将表达式2、表达式5和表达式6代入前述式3和4来设计观测器，从而得到以下的两个式子：

(式23)

${\stackrel{\stackrel{\·}{^}}{P}}_r=\frac{\mathrm{\β}}{V_p}(C_r{A}_r\sqrt{\frac{2({\hat{P}}_p-{\hat{P}}_r)}{\mathrm{\ρ}}}-C_{\mathrm{inj}}{A}_{\mathrm{inj}}\sqrt{\frac{2({\hat{P}}_r-P_h)}{\mathrm{\ρ}}}$

$-C_s{A}_s\sqrt{\frac{2({\hat{P}}_r-P_0)}{\mathrm{\ρ}}})+$

$L_r({\hat{P}}_r-P_r)$

(式24)

式23和24中与调整项相关的调整因子Lp和Lr可以选择为使得上述两个表达式23和24均稳定和收敛的适当值。这可以根据实际应用要求来确定。

由此，式23和式24所联立的方程有解。因此，这意味可以基于工况参数(包括例如尿素泵腔体积V_p(或者尿素泵柱塞冲程h)、尿素泵尿素流入流量Q_in、尿素泵柱塞运动线速度

(或者尿素泵驱动电的转速ω))和尿素喷缓冲腔内尿素压力P_r的测量值来得到

的值，或者优选地得到和

两者的值。

因此，在该优选的实施例中，观测值确定装置204可以基于所述物理模型以及所述工况参数，来确定尿素泵腔内尿素压力观测值以用于确定将在下文中描述的控制量。优选地，还可以进一步确定尿素缓冲腔内的尿素压力的观测值

以用于确定将在下文中确定的控制量。

实际上，在确定该控制量时也可以使用尿素缓冲腔内的尿素压力的测量值。然而，使用尿素缓冲腔内的尿素压力的观测值

是优选的，这是因为观测值

实际上相当于对测量值P_r的滤波后的值，所以该观测值的使用能够增加控制模型的准确性。

为了更加清楚起见，在图3中示出了根据本发明的一个优选实施方式的柴油发动机的尿素喷射系统的非线性闭环反馈控制模型的示意性方框图。如图3所示，该尿素喷射系统配备有观测器和控制器，该控制器包括前馈控制部分和反馈控制(诸如PID)部分。实际测量的尿素泵腔内尿素压力与目标轨压值之间的误差被提供给如前所述的反馈控制部分，依据获取的工况参数，诸如尿素腔柱塞泵冲程h，观测器观测的压力观测值

和

以及尿素缓冲腔内尿素压力误差，通过反馈控制部分来提供反馈控制分量ω_FB。另一方面，尿素压力状态观测器基于控制量ω、轨压实际测量值Pr以及获取的工况参数(包括例如尿素腔柱塞冲程h和尿素泵腔尿素流入流量Q_in)来观测柱塞泵腔内尿素压力和尿素缓冲腔内尿素压力的观测值

和前馈控制部分基于观测得到的这两个观测值和测量的工况参数(即尿素泵柱塞冲程h和尿素泵腔尿素流入流量Q_in、尿素泵腔尿素流出流量Q_r、尿素喷射器尿素喷出流量Q_inj和尿素缓冲腔尿素回流流量Q_s)来提供前馈控制分量ω_FF。这两个分量ω_FB和ω_FF共同构成控制量ω，即尿素泵驱动电机的转速。

由此可见，实现该控制需要的工况参数可以包括：尿素泵柱塞冲程h、柱塞泵腔内尿素压力P_p、尿素缓冲腔内尿素压力P_r、尿素泵尿素流入流量Q_in、尿素泵尿素流出流量Q_r、尿素喷射器尿素喷出流量Q_inj和尿素缓冲腔尿素回流流量Q_s。而观测Pr和Pp时所用到的尿素泵腔柱塞运动线速度

则可以是通过当前的控制量ω依据其与

之间的关系而确定的值。

因此，如上所述，观测值确定装置204可以基于工况参数获取装置201测量或者计算得到的工况参数，依据例如前述设计的观测器模型，来确定尿素泵腔内尿素压力和尿素缓冲腔内尿素压力的观测值

和

然后，控制量确定装置202可以利用这些工况参数(包括通过观测器而观测得到的尿素压力值

和

在内)，基于所述物理模型而确定的控制模型和尿素泵腔内尿素压力的目标值来确定控制量ω。而驱动信号生成装置203可以进一步基于该控制量的大小生成用于驱动尿素泵驱动电机的驱动信号。

根据本发明的实施方式，特别是优选实施方式，提供的控制设备是基于柴油发动机的尿素喷射系统的物理模型而进行控制的。由于柴油发动机的尿素喷射系统的物理模型适用于该系统在任何工况下的工作过程，所以本发明基于物理模型的技术方案可以达到精确的喷射压力和快速的系统响应，进而可以减小喷射尿素的实际压力同目标压力之间的偏差，并且在优选的实施方式中，可以使其最小。基于尿素喷射系统的物理模型所设计的控制模型均可以定量化，因而大大减少了针对控制模型的标定工作量，改善了发动机尿素喷射系统的效率和功能性。

此外，本发明还提供了一种用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的方法。接下来，将参考图4对其进行详细的描述，其中图4示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的方法的流程图。

如图4所示，首先在步骤401，获取与所述尿素喷射系统相关的工况参数。如前所述，所述工况参数可以包括：尿素泵柱塞冲程、尿素泵腔内尿素压力、尿素缓冲腔内尿素压力、尿素泵尿素流入流量、尿素泵尿素流出流量、尿素喷射器尿素喷出流量和尿素缓冲腔尿素回流流量。

在优选的实施方式中，如前所述，可以在步骤402依据所述工况参数以及基于所述物理模型而设计的观测器模型，来确定尿素泵腔内尿素压力的观测值，以用于确定下面将描述的控制量。在根据本发明的一个实施方式中，所述观测器模型通过为所述物理模型中的尿素泵腔内尿素压力表达式和尿素缓冲腔内尿素压力表达式分别增加调整项，并选择使得调整后的所述两个表达式均稳定和收敛的调整因子来设计。更加优选地，可以依据所述工况参数以及所述观测器模型，来确定尿素缓冲腔内尿素压力的观测值，以用于确定所述控制量。

接着，可以在步骤403，依据所述工况参数、尿素缓冲腔内尿素压力的目标值和基于表征所述尿素喷射系统的物理模型而设计的控制模型，来确定用于控制所述尿素喷射系统的控制量，所述控制量为尿素泵驱动电机的转速。

在根据本发明的一个实施方式中，尿素喷射系统的物理模型可以通过以下各项来表征：尿素泵尿素流入流量表达式；尿素泵尿素流出流量表达式；尿素泵腔内尿素压力表达式；尿素缓冲腔内尿素压力表达式；尿素喷射器喷出流量表达式；以及尿素缓冲腔尿素回流流量表达式。

另外，基于该物理模型而设计的控制模型可以包括前馈控制器，所述控制量包括前馈控制分量。在本发明的一个实施方式中，该前馈控制分量ω_FF可以表示为：

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{FF}}=-\frac{\sqrt{2}}{r{\mathrm{\γ}}_4}[{\mathrm{\γ}}_1{Q}_{\mathrm{in}}-{\mathrm{\γ}}_2{Q}_r+{\mathrm{\γ}}_3(Q_{\mathrm{inj}}+Q_s)]$

其中γ₁、γ₂、γ₃和γ₄为控制系数，且基于获取的所述工况参数和所述物理模型相关的常量参数而确定；r为驱动电机与尿素泵柱塞之间的连接机构的曲拐半径；Q_in为尿素泵尿素流入流量；Q_r为尿素泵尿素流出流量；Q_inj为尿素喷射器尿素喷出流量；以及Q_s为尿素缓冲腔尿素回流流量。

此外或者备选地，该控制模型包括反馈控制器，例如PID反馈馈控制器，所述控制量包括反馈控制分量。在根据本发明的一个实施方式中，所述反馈控制分量ω_FB可以表示为：

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{BF}}=\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_4}(k_{p}e+k_i\∫e+k_d\stackrel{\·}{e})$

其中e为所述尿素缓冲腔内尿素压力的实际值与其目标值之间的误差；γ₄为控制系数，且基于获取的所述工况参数和所述物理模型相关的常量参数而确定；r为驱动电机与尿素泵柱塞之间的连接机构的曲拐半径；以及k_p，k_i和k_d分别为针对比例控制、积分控制和微分控制的控制系数，且k_p，k_i和k_d被选择为使尿素喷射系统稳定。

随后，可以在步骤404，根据所述确定的控制量，来确定用于驱动所述尿素泵驱动电机的驱动信号。

该方法中的各个步骤的操作实际上与前述控制设备的各个部件的操作是基本对应的。因此关于该方法中的各个步骤的具体操作或者其中相关内容的细节，可以参考前文参考图2和图3针对控制设备所进行的描述。

此外，需要说明的是，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了控制设备和观测设备的若干装置或子装置，但是这种划分仅仅并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多装置的特征和功能可以在一个装置中具体化。反之，上文描述的一个装置的特征和功能可以进一步划分为由多个装置来具体化。

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，流程图中描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

虽然已经参考目前考虑到的实施方式描述了本发明，但是应该理解本发明不限于所公开的实施方式。相反，本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。以下权利要求的范围符合最广泛解释，以便包含所有这样的修改及等同结构和功能。

Claims (20)

1.一种用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的设备，其特征在于，包括：

工况参数获取装置，配置用于获取与所述尿素喷射系统相关的工况参数；

控制量确定装置，其与所述工况参数获取装置耦合，配置用于依据所述工况参数、尿素缓冲腔内尿素压力的目标值和基于表征所述尿素喷射系统的物理模型而设计的控制模型，来确定用于控制所述尿素喷射系统的控制量，所述控制量为尿素泵驱动电动机的转速；以及

驱动信号确定装置，其与所述控制量确定装置耦合，配置用于根据确定的所述控制量，来确定用于驱动所述尿素泵驱动电机的驱动信号。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括：

观测值确定装置，其与所述工况参数获取装置和所述控制量确定装置耦合，配置用于依据所述工况参数以及基于所述物理模型而设计的观测器模型，来确定尿素泵腔内尿素压力的观测值，以供所述控制量确定装置来确定所述控制量。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述观测器模型通过为所述物理模型中的尿素泵腔内尿素压力表达式和尿素缓冲腔内尿素压力表达式分别增加调整项，并选择使得调整后的所述两个表达式均稳定和收敛的调整因子来设计。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述观测值确定装置进一步配置用于：

依据所述工况参数以及所述观测器模型，来确定尿素缓冲腔内尿素压力的观测值，以供所述控制量确定装置来确定所述控制量。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述工况参数包括：尿素泵柱塞冲程、尿素泵腔内尿素压力、尿素缓冲腔内尿素压力、尿素泵尿素流入流量、尿素泵尿素流出流量、尿素喷射器尿素喷出流量和尿素缓冲腔尿素回流流量。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述物理模型通过以下各项来表征：

尿素泵尿素流入流量表达式；

尿素泵尿素流出流量表达式；

尿素泵腔内尿素压力表达式；

尿素缓冲腔内尿素压力表达式；

尿素缓冲腔尿素回流流量表达式；以及

尿素喷射器尿素喷出流量表达式。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制模型包括前馈控制器，所述控制量包括前馈控制分量。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述前馈控制分量ω_FF表示为：

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{FF}}=-\frac{\sqrt{2}}{r{\mathrm{\γ}}_4}[{\mathrm{\γ}}_1{Q}_{\mathrm{in}}-{\mathrm{\γ}}_2{Q}_r+{\mathrm{\γ}}_3(Q_{\mathrm{inj}}+Q_s)]$

其中γ₁、γ₂、γ₃和γ₄为控制系数，且基于获取的所述工况参数和所述物理模型相关的常量参数而确定；r为驱动电机与尿素泵柱塞之间的连接机构的曲拐半径；Q_in为尿素泵尿素流入流量；Q_r为尿素泵尿素流出流量；Q_inj为尿素喷射器尿素喷出流量；以及Q_s为尿素缓冲腔尿素回流流量。

9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述控制模型包括反馈控制器，所述控制量包括反馈控制分量。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述反馈控制分量ω_FB表示为：

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{BF}}=\frac{\sqrt{2}}{r{\mathrm{\γ}}_4}(k_{p}e+k_i\∫e+k_d\stackrel{\·}{e})$

其中e为所述尿素缓冲腔内尿素压力的实际值与其目标值之间的误差；γ₄为控制系数，且基于获取的所述工况参数和所述物理模型相关的常量参数而确定；r为驱动电机与尿素泵柱塞之间的连接机构的曲拐半径；以及k_p，k_i和k_d分别为针对比例控制、积分控制和微分控制的控制系数，且k_p，k_i和k_d被选择为使尿素喷射系统稳定。

11.一种用于控制柴油发动机的尿素喷射系统的方法，其特征在于，包括：

获取与所述尿素喷射系统相关的工况参数；

依据所述工况参数、尿素缓冲腔内尿素压力的目标值和基于表征所述尿素喷射系统的物理模型而设计的控制模型，来确定用于控制所述尿素喷射系统的控制量，所述控制量为尿素泵驱动电动机的转速；以及

根据确定的所述控制量，来确定用于驱动所述尿素泵驱动电机的驱动信号。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括：

依据所述工况参数以及基于所述物理模型而设计的观测器模型，来确定尿素泵腔内尿素压力的观测值，以用于确定所述控制量。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述观测器模型通过为所述物理模型中的尿素泵腔内尿素压力表达式和尿素缓冲腔内尿素压力表达式分别增加调整项，并选择使得调整后的所述两个表达式均稳定和收敛的调整因子来设计。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括：

依据所述工况参数以及所述观测器模型，来确定尿素缓冲腔内尿素压力的观测值，以用于确定所述控制量。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述工况参数包括：尿素泵柱塞冲程、尿素泵腔内尿素压力、尿素缓冲腔内尿素压力、尿素泵尿素流入流量、尿素泵尿素流出流量、尿素喷射器尿素喷出流量和尿素缓冲腔尿素回流流量。

16.根据权利要求11述的方法，其特征在于，所述物理模型通过以下各项来表征：

尿素泵尿素流入流量表达式；

尿素泵尿素流出流量表达式；

尿素泵腔内尿素压力表达式；

尿素缓冲腔内尿素压力表达式；

尿素缓冲腔尿素回流流量表达式；以及

尿素喷射器尿素喷出流量表达式。

17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述控制模型包括前馈控制器，所述控制量包括前馈控制分量。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述前馈控制分量ω_FF表示为：

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{FF}}=-\frac{\sqrt{2}}{r{\mathrm{\γ}}_4}[{\mathrm{\γ}}_1{Q}_{\mathrm{in}}-{\mathrm{\γ}}_2{Q}_r+{\mathrm{\γ}}_3(Q_{\mathrm{inj}}+Q_s)]$

其中γ₁、γ₂、γ₃和γ₄为控制系数，且基于获取的所述工况参数和所述物理模型相关的常量参数而确定；r为驱动电机与尿素泵柱塞之间的连接机构的曲拐半径；Q_in为尿素泵尿素流入流量；Q_r为尿素泵尿素流出流量；Q_inj为尿素喷射器尿素喷出流量；以及Q_s为尿素缓冲腔尿素回流流量。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述控制模型包括反馈控制器，所述控制量包括反馈控制分量。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述反馈控制分量ω_FB表示为：

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{BF}}=\frac{\sqrt{2}}{r{\mathrm{\γ}}_4}(k_{p}e+k_i\∫e+k_d\stackrel{\·}{e})$

其中e为所述尿素缓冲腔内尿素压力的实际值与其目标值之间的误差；γ₄为控制系数，且基于获取的所述工况参数和所述物理模型相关的常量参数而确定；r为驱动电机与尿素泵柱塞之间的连接机构的曲拐半径；以及k_p，k_i和k_d分别为针对比例控制、积分控制和微分控制的控制系数，且k_p，k_i和k_d被选择为使尿素喷射系统稳定。

Images