CN105626238B - 涡轮增压器控制负载偏差补偿方法 - Google Patents

涡轮增压器控制负载偏差补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种涡轮增压器控制负载偏差补偿方法，其可以包括：当基于控制器利用与发动机的所需增压压力目标相匹配的增压控制负载值而开始涡轮增压器控制时，将使用涡轮增压器模型计算的目标位置与涡轮增压器的实际位置的偏差以及大气压力一起考虑而对学习条件进行判断；当需要使用涡轮致动器控制负载模型计算的目标控制负载值和涡轮增压器的实际控制负载值的控制负载偏差补偿方法时，基于(100–目标控制负载)/(100–实际控制负载)计算学习值；并且由于利用所计算的学习值而对目标位置的控制负载值进行了校正，所以获得了对关于涡轮增压器的驱动机构的基于硬件的特性的任何差异进行反映的控制，并且涡轮增压器得到了控制。

Description

涡轮增压器控制负载偏差补偿方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年11月21日提交的韩国专利申请第10-2014-0163437号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种涡轮增压器，更具体地，涉及一种涡轮增压器控制负载偏差补偿方法，其中，可以考虑涡轮增压器硬件的特性和预定部分的偏差而对涡轮增压器的控制负载进行补偿。
背景技术
一般而言，应用于进气系统的涡轮增压器通过采用再循环排放能量的方式增加进气压力，从而有助于燃油消耗的改善、输出的增强和氮氧化物的减少。
排气旁道门涡轮增压器(waste gate turbocharger，WGT)和可变几何结构涡轮增压器(variable geometry turbocharger，VGT)可以包括：涡轮，其配置为使用排放气体的流动能量(或动能)而旋转；压缩机，其通过旋转轴而连接至涡轮，因而该压缩机将供应至燃烧室的空气压缩；以及驱动机构，其配置为对输入到涡轮的排放气体的通过区域可变地进行调节。驱动机构可以包括致动器、DC电机和真空式电磁阀，并且可以基于WGT和VGT的特性而应用该驱动机构。因此，对WGT或VGT的控制可以关联于ECU(发动机控制单元)。
例如，ECU用于分析气压、燃油喷射和发动机每分钟转数(RPM)，并且用于输出作为负载值的基于3D增压映射图而设置的增压压力的目标值，因此，由于可以响应于该负载值而控制WGT和VGT的驱动机构，所以可以确保进一步增强的性能。特别地，与WGT相比，通过使用叶片而可变地调节输入至涡轮的排放气体的通过区域，VGT可以有益地确保增压压力在全部RPM范围内最优。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
WGT或VGT通常配置为借助于驱动机构而运转，可以响应于ECU的负载值而对所述驱动机构进行控制。然而，由于之前在ECU中设定的负载值可能没有精确地反映在驱动机构(例如涡轮增压器和DC电机、电磁阀等)的基于硬件的特性的任何差异或者在预定部分的任何偏差，所以WGT或VGT的运转可能不会精确地匹配负载值。例如，在使用电磁阀上限的情况下，由于可能会施加相对更强的驱动力，所以WGT的排气旁道门可能会打开，从而增压压力可能会立即下降，而振荡和输出可能会降低，而在使用电磁阀下限的情况下，由于用于打开WGT的排气旁道门的力相对较弱，所以增压压力会立即上升，从而可能会导致涡轮增压器的耐久性变差。
可以借助于ECU的增压压力反馈控制而稍稍避免由于驱动机构的基于硬件的特性的任何差异或者在预定部分的任何偏差所造成的影响，但是在基于硬件的特性的任意差异或者在预定部分的偏差很大的情况下，增压压力响应会变慢，并且可能会发生增压振荡，这可能会导致控制的不稳定。
本发明致力于一种涡轮增压器控制负载偏差补偿方法，其可以采用这样的方式增强发动机的目标增压压力控制的精确性：可以响应于精确地反映了关于WGT和VGT的驱动机构的基于硬件的特性的任何差异或者在预定部分的任何偏差的控制负载值而对WGT或VGT进行控制。
本发明的其它目的和优点可以通过如下描述而理解，并且参考本发明的实施方案而变得清楚。同样地，本发明所属领域的技术人员显而易见的是，本发明的目的和优点可以通过要求保护的方法或其组合而实现。
根据本发明的各个方面，一种涡轮增压器控制负载偏差补偿方法包括：(A)位置差异检测步骤，当使用与发动机的所需发动机增压目标值相匹配的增压控制负载值开始对涡轮增压器的控制时，其中控制器可以运行，所述位置差异检测步骤检测涡轮增压器的实际位置，从与涡轮增压器相匹配的涡轮增压器模型计算目标位置，并且确定实际位置和目标位置的位置偏差；(B)偏差补偿判断步骤，其基于考虑到大气压力和位置偏差的学习条件判断是否进行增压控制负载值的控制负载偏差补偿控制；(C)偏差补偿计算步骤，当需要控制负载偏差补偿控制时，所述偏差补偿计算步骤基于实际位置计算实际控制负载值，基于来自涡轮增压器致动器控制负载模型的目标位置计算目标控制负载值，并且确定学习值；(D)学习值采纳步骤，当需要控制负载偏差补偿控制时，所述学习值采纳步骤利用学习值对涡轮增压器的目标控制负载值进行校正，并且利用涡轮增压器的经校正的控制负载值对涡轮增压器进行控制。
涡轮增压器模型可以通过利用涡轮增压器压缩机压力比和涡轮增压器压缩机流速图表构建映射图而计算目标位置，并且涡轮增压器致动器控制负载模型通过利用涡轮增压器致动器位置和控制负载图表构建映射图而计算目标控制负载值。涡轮增压器可以是排气旁道门涡轮增压器或者可变几何结构涡轮增压器。
在偏差补偿判断步骤中，学习条件可以包括压缩机压力比、增压压力变化、涡轮增压器位置、节流器使用状态、传感器异常状态、冷却水温度、大气温度、电池电压或者他们的任意组合。
在偏差补偿计算步骤中，可以通过等于(100-目标控制负载)/(100-实际控制负载)的因数而对学习值进行限定，并且可以基于因数、最小限制、最大限制和筛选而确定学习值。
另外，为了达到上述目标，根据本发明的涡轮增压器控制负荷偏差补偿方法可以进一步包括不应用学习值步骤，当不需要控制负载偏差补偿控制时，其利用跟踪目标位置的控制负载值对涡轮增压器进行控制。
本发明具有多个优点。例如，由于通过对由驱动机构的基于硬件的特性的任何差异或者在预定部分的任何偏差所导致的影响进行反映，所以可以精确地估计本发明的WGT或VGT的控制负载，因此可以对发动机需要的目标增压压力进行精确地控制。
另外，通过下述方法的精确控制，基于以硬件为基础的限制(上/中/下限)，裕度可以减小，从而改进硬件的性能：本发明的WGT或VGT的控制负载可以反映由于驱动机构的基于硬件的特性的任何差异和在预定部分的任何偏差所导致的影响。
另外，由于本发明的WGT或VGT的控制负载反映了由于驱动机构的基于硬件的特性的任何差异或在预定部分的任何偏差所导致的影响，并且考虑包括大气压力的多个学习条件，所以可以在各种环境条件下精确地进行增压压力控制。
另外，由于本发明的WGT或VGT的控制负载可以精确地实现而无需使用涡轮位置传感器，所以可以降低成本。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方案中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方案中进行详细陈述，这些附图和具体实施方案共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1为示出了根据本发明的示例性涡轮增压器控制负载偏差补偿方法的流程图。
图2A、图2B和图3是示出了应用了根据本发明的涡轮增压器控制负载偏差补偿的涡轮增压器和致动器的性能的示例视图。
图4为示出了根据本发明的用于涡轮增压器控制负载偏差补偿的目标位置计算的示例视图。
图5为示出了根据本发明的用于涡轮增压器控制负载偏差补偿的学习条件的示例视图。
图6为示出了根据本发明的用于涡轮增压器控制负载偏差补偿的目标位置计算的示例视图。
图7为示出了根据本发明的用于涡轮增压器控制负载偏差补偿的学习值计算的示例视图。
图8为示出了基于根据本发明的涡轮增压器控制负载偏差补偿的结果的涡轮增压器控制负载输出的示例视图。
具体实施方式
下面将详细说明本发明的各个实施方案，其示例将在附图中示出并且在下文进行描述。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换形式、修改形式、等效形式以及其它实施方案。
图1为示出了根据本发明的一些实施方案的涡轮增压器控制负载偏差补偿方法的流程图。如在图中所示，在根据本发明的涡轮增压器控制负载偏差补偿方法中，当在步骤S1中涡轮增压器控制开始时，可以计算学习值，并且在步骤S2中涡轮增压器控制的终止之前，基于该学习值而进行对WGT或VGT的控制，WGT或VGT和致动器(其是关于WGT或VGT的驱动机构)的基于硬件的特性的任何差异或者在预定部分的任何偏差精确地反映至所述学习值。在本发明的示例性实施方案中，通过ECU(发动机控制单元或者电子控制单元)而进行学习值计算和基于该学习值计算的对WGT或VGT的控制。
更具体地，在步骤S10中，可以选择涡轮增压器模型和涡轮增压器致动器控制负载模型。涡轮增压器模型的配置示例示出在图2A和图2B中。如在图中所示，涡轮增压器模型10通过使用作为输入值的理论压缩机压力比1而产生作为输出值的理论致动器位置2。可以基于这样的事实而获得这种操作，即涡轮增压器致动器位置是压缩机压力比和压缩机流速之间的函数，而如果压缩机压力比和压缩机流速是已知的，则可以估计涡轮增压器致动器位置。特别地，所例示的压缩机压力比表示实验值，该实验值通过相对于安装有具有中间值的硬件的发动机进行的直接实验而获得(在涡轮增压器致动器的分类为上限值/中间值/下限值的性能之中)。因此，涡轮增压器控制负载偏差补偿方法可以没有任何限制地应用于WGT(排气旁道门涡轮增压器)或者VGT(可变几何结构涡轮增压器)，压缩机压力比的图表通常应用于所述WGT和VGT。
在图3中示出了涡轮增压器致动器控制负载模型的配置示例。如在图中所示，涡轮增压器致动器控制负载模型20通过使用作为输入值的理论致动器位置2而产生作为输出值的理论控制负载3。可以基于这样的事实而获得这种操作：即所例示的涡轮增压器致动器位置与控制负载是成比例的。因此，由于驱动机构配置有与致动器相关的电机或者电磁阀(控制负载图表通常应用于所述致动器)，所以对于DC电机，涡轮增压器控制负载偏差补偿方法的应用可以不受到假设是电磁阀的限制，可以采用相同的方法(在电磁阀的情况中，通过弹性常量确定致动器位置)预先建立与控制负载的位置关系，但是需要考虑到，基于在涡轮增压器中和在驱动机构的预定部分中的偏差，致动器位置和控制负载之间的相关性可能会部分地不同。
因此，在步骤S10中选择的涡轮增压器致动器控制负载模型可以是具有作为驱动机构的电磁阀或DC电机的涡轮增压器模型。该涡轮增压器模型可以是WGT或者VGT，但是由于采用相同的方式控制本发明的WGT或VGT，所以这样的涡轮增压器模型可以描述为没有进行涡轮增压器的种类的具体分类的涡轮增压器。然而，由于明显一个车辆中只应用有WGT和VGT中的一个，所以如果系统是为特定的待应用本发明的涡轮增压器控制负载偏差补偿方法的WGT或VGT设计的，那么可以省略步骤S10的涡轮增压器模型选择过程。
回到图1，在步骤S20中，对关于在步骤S10中选择的涡轮增压器模型的目标位置和实际位置进行计算。如图4所示，目标位置2A表示理论位置变化值，在使用应用于图2A的涡轮增压器模型10而构建的映射图中将目标压缩机压力比1A设置为输入值的状态下，涡轮增压器致动器对所述理论位置变化值做出反应，实际位置2B表示实际位置变化值，在将实际压缩机压力比1B设置为WGT或VGT的涡轮增压器(其为在安装在实际车辆中的涡轮增压器10-1)的输入值的状态下，涡轮增压器致动器对实际位置变化值做出反应。
在步骤S30中可以判断是否满足学习条件。判断的结果为，如果不满足学习条件，则响应于跟踪目标位置的控制负载而对WGT或VGT的涡轮增压器致动器进行控制，但是如果满足学习条件，则方法转至步骤S40，从而进行为了涡轮增压器控制负载偏差补偿的过程。图5是示出了用于通过ECU30处理的学习条件判断的学习条件项目2-1的示例的示意图，其中，学习条件项目2-1由以下项的一个或多个形成：压缩机压力比、增压变化、涡轮增压器位置、节气门使用状态、传感器异常状态、大气压力、冷却水温度、大气温度、电池电压、目标/实际位置偏差等。这些数据是可以通过安装在车辆中的传感器等检测的，因此将省略对它们的具体描述。
回到图1，在步骤S40中，相对于在步骤S10中选择的涡轮增压器模型而对目标控制负载和实际控制负载进行计算。如图6所示，目标控制负载3A表示理论输出值，并且输出为涡轮增压器致动器的控制负载，其中在使用应用于图3的涡轮增压器致动器控制负载模型20构建的映射图中将目标位置2A设置为输入值，实际控制负载3B表示实际输出值，并且输出为涡轮增压器致动器的控制负载，其中将实际位置2B设置为至安装在实际车辆中的涡轮增压器致动器20-1的输入值。
在步骤S50中可以进行学习值计算，而在步骤S60中反映或者立即反映所计算的学习值，因此在所选择的涡轮增压器10-1和涡轮增压器致动器20-1的基于硬件的特性的任何差异以及在预定部分的任何偏差可以精确地进行校正。图7是示出了学习值计算的示例的示意图，其中学习值＝(100–目标控制负载)/(100–实际控制负载)，并且可以通过对所计算的学习值应用因数和限制条件(最小限制/最大限制)并进行筛选而确定学习值2B-1。因此，如图8所示，设置为涡轮增压器致动器20-1的输入值的目标位置2A可以利用学习值2B-1而进行校正，结果为，涡轮增压器致动器控制负载模型20的输出值转变为利用学习值2B-1校正的校正控制负载3A-1，而不是没有利用学习值2B-1进行校正的目标控制负载3A。
结果为，由于利用控制器的校正控制负载3A-1对涡轮增压器进行控制，所以可以实现这样的控制，其精确地对WGT或VGT与致动器(其是与WGT或VGT相关的驱动机构)的基于硬件的特性的任何差异或者在预定部分的偏差做出反应。在这种情况下，可以永久地利用学习值2B-1对涡轮增压器的控制负载值进行校正。
如上所述，在根据本发明的涡轮增压器控制负载偏差补偿方法中，当通过控制器利用增压控制负载值进行涡轮增压器控制时，所述增压控制负载值与发动机的所需发动机增压目标值相匹配，将大气压力与使用涡轮增压器模型计算的目标位置和涡轮增压器的实际位置的偏差结合考虑而对学习条件进行判断，并且当需要对使用涡轮增压器致动器控制负载模型计算的目标控制负载值和涡轮增压器的实际控制负载值进行控制负载偏差补偿控制时，可以基于(100–目标控制负载)/(100–实际控制负载)计算学习值，由于利用所计算的学习值对基于目标位置的控制负载值进行了校正，所以涡轮增压器可以得到控制，因此可以进行对关于WGT或VGT的驱动机构的基于硬件的特性的任何差异或者在预定部分的任何偏差进行精确反映的控制。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其各种选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。

Claims (7)

1.一种涡轮增压器控制负载偏差补偿方法，其包括：
A)位置差异检测步骤，当使用与发动机的所需发动机增压目标值相匹配的增压控制负载值开始对涡轮增压器的控制时，所述位置差异检测步骤检测涡轮增压器的实际位置，从与涡轮增压器相匹配的涡轮增压器模型计算目标位置，并且确定实际位置和目标位置的位置偏差，上述发动机具有能够运行的控制器；
B)偏差补偿判断步骤，其基于考虑到大气压力和位置偏差的学习条件判断是否进行增压控制负载值的控制负载偏差补偿控制；
C)偏差补偿计算步骤，当需要控制负载偏差补偿控制时，所述偏差补偿计算步骤基于实际位置计算实际控制负载值，基于来自涡轮增压器致动器控制负载模型的目标位置计算目标控制负载值，并且确定学习值；
D)学习值采纳步骤，当需要控制负载偏差补偿控制时，所述学习值采纳步骤利用学习值对涡轮增压器的目标控制负载值进行校正，并且利用涡轮增压器的经校正的控制负载值对涡轮增压器进行控制；
其中，通过等于(100-目标控制负载)/(100-实际控制负载)的因数而对学习值进行限定。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器控制负载偏差补偿方法，其中，涡轮增压器模型通过利用涡轮增压器压缩机压力比和涡轮增压器压缩机流速图表构建映射图而计算目标位置，并且涡轮增压器致动器控制负载模型通过利用涡轮增压器致动器位置和控制负载图表构建映射图而计算目标控制负载值。
3.根据权利要求2所述的涡轮增压器控制负载偏差补偿方法，其中，涡轮增压器是排气旁道门涡轮增压器或者可变几何结构涡轮增压器。
4.根据权利要求1所述的涡轮增压器控制负载偏差补偿方法，其中，学习条件包括压缩机压力比、增压压力变化、涡轮增压器位置、节流器使用状态、传感器异常状态、冷却水温度、大气温度、电池电压或者他们的任意组合。
5.根据权利要求1所述的涡轮增压器控制负载偏差补偿方法，其中，基于因数、最小限制、最大限制和筛选而确定学习值。
6.根据权利要求1所述的涡轮增压器控制负载偏差补偿方法，进一步包括：
E)不应用学习值步骤，当不需要控制负载偏差补偿控制时，利用跟踪目标位置的目标控制负载值对涡轮增压器进行控制。
7.根据权利要求1所述的涡轮增压器控制负载偏差补偿方法，其中，控制器是发动机控制单元。
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