CN105673234A - 内燃机控制仪中提供滤波空气系统状态参量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种内燃机控制仪中提供滤波空气系统状态参量的方法和装置。本发明涉及一种用于确定用于机动车中内燃机（2）的空气系统（4）的状态参量的平均的传感器数值的方法，具有以下步骤：-在状态参量的分段持续时间（T_Segment）里用预先给定的扫描间隔（Δt）来采集且中间保存（S1）传感器数值（m(t_n)…m(t_p)），其中分段持续时间（T_Segment）相应于状态参量的脉动的一个周期；-求得（S7）在分段持续时间（T_Segment）之内所检测到的传感器数值（m(t_n)…m(t_p)）的平均值；-利用一种校正量来对传感器数值（m(t_n)…m(t_p)）的所求得的平均值进行校正，该校正量取决于在分段持续时间（T_Segment）与数倍的扫描间隔（tΔ）之间的时间差。

Description

内燃机控制仪中提供滤波空气系统状态参量的方法和装置

技术领域

本发明涉及在空气系统的、在具有内燃机的发动机系统中所检测到的状态参量的基础上运行内燃机的情况，并且尤其涉及为了在发动机控制仪中进行进一步处理而对所述状态参量进行滤波或者平滑处理的措施。

背景技术

为了运行内燃机，有必要检测一个或者多个与空气系统中的空气流相关的状态参量、比如质量流量或者压力。这种检测作为相应的传感器信号被提供给发动机控制仪。

但是，在所述内燃机的空气系统中，由于所述进气阀的、有规律的打开和关闭而在所输入的新鲜空气的气流中出现脉动。通过所述进气阀的偏移的间隙，由各个气缸所引起的脉动叠加并且在所述空气系统中形成压力波，所述压力波的幅度取决于所述节气阀的位置、取决于可能的废气再循环阀的位置、所述空气系统的管路的几何形状以及发动机转速。

所述脉动代表着有待检测的状态参量中的干扰量，所述状态参量通过传感器、比如空气质量传感器或者压力传感器来测量并且所述状态参量在所述发动机控制仪中用于借助于执行器、比如所述废气再循环阀的节气阀、废气门-阀及类似执行器来控制所述内燃机。

在进一步处理所述状态参量时，通过发动机运行引起的脉动通常应该未被重视。因此，要通过数字的滤波方案在所述发动机控制仪中对描述了所述空气系统中的空气流的状态参量进行预处理。

发明内容

按照本发明，设置了一种按权利要求1所述的、用于确定用于内燃机空气系统的状态参量的平均的传感器数值的方法以及按照并列权利要求所述的装置。

其它的设计方案在从属权利要求中得到了说明。

按照第一方面，设置了一种用于确定用于机动车中内燃机空气系统的状态参量的平均的传感器数值的方法，该方法具有以下步骤：

-在所述状态参量的分段持续时间期间利用一种预先给定的扫描间隔来采集并且中间保存传感器数值，其中所述分段持续时间（Segmentdauer）相应于所述状态参量的脉动的一个或者多个周期；

-求得在所述分段持续时间之内所采集的传感器数值的平均值；

-利用取决于在所述分段持续时间与数倍的扫描间隔之间的时间差的校正量来对所述传感器数值的、所求得的平均值进行校正。

一般来说，在内燃机的发动机控制仪中以合适的方式通过计算的方式来对所述内燃机的空气系统的、比如与气流—尤其是空气流的压力或者质量流量相关的状态参量进行滤波，方法尤其是：对其求平均值。在一段分段持续时间或者多段分段持续时间的范围内求平均值。与所述内燃机的空气系统中的气体的脉动的振动周期（脉动周期）相对应的持续时间被称为分段持续时间。所述发动机控制仪在与所述扫描间隔相对应的、有规律的查询时刻得到用于所述状态参量的、相关的传感器的传感器数值，并且在一段或者多段分段持续时间的范围内对这些传感器数值求平均值。

因为所述发动机转速代表着一个连续的参量，所以所述分段持续时间也可能连续地变化。因为在规定的时刻对所述状态参量进行扫描，所以可能在所述分段持续时间与所述测评周期之间出现偏差，该偏差相应于一种持续时间，在该持续时间里对用于所述状态参量的传感器的、在所述分段持续时间之内的传感器数值加以考虑。这种偏差在求平均值时引起所谓的剩余平面误差（Restfl?chenfehler），因为在此没有适当地对在所述扫描周期的开始与结束时的、离散的传感器数值进行加权。由此，由于在所述测评周期与所述分段持续时间之间的偏差而出现抖动（Jitter），所以使得所述平均滤波器（Mittelungsfilter）的传递函数同样带有抖动。由此通过求平均函数对脉动频率进行的抑制比起值得期望的程度要小。

所产生的剩余表面误差取决于所述脉动频率的脉动幅度和在所述分段持续时间的开始与结束之间的时间上的偏差以及第一个和最后一个应该在所述分段持续时间里加以考虑的传感器数值的时刻。由于所述时间关系，所述误差不能通过脉动校正来得到校正，并且因此导致额外的信号公差，并且使所述经过处理的传感器信号的信噪比变差。

上述方法的构思在于，通过在所述一段或者多段分段持续时间与所述测评周期之间的所产生的差，来对于在对由于所述内燃机的冲程运行而脉动的传感器参量求平均时所产生的误差进行校正。为此，在求平均值的过程中相应地将剩余时间考虑为在求平均值时在所述分段持续时间与所述测评周期之间的差对。由此，可以降低由于在所述测评周期范围内所求平均值与通常较大的分段持续时间之间的差别而产生的额外的信号公差，并且改进信噪间距。

此外，可以根据所述内燃机的当前的转速来确定当前的分段的分段持续时间。

按照一种实施方式，可以根据紧挨着处于开始时刻之前的测量值来确定所述校正值，所述开始时刻以从一种最终时刻中扣除所述分段持续这种方式来产生，其中在所述最终时刻在所述分段持续时间结束之后应该采集传感器数值。

可以规定，根据一种校正持续时间来确定所述校正值，该校正持续时间从在所述分段持续时间与下述的一段持续时间之间的时间差中产生：该持续时间通过所述扫描间隔与在所述开始时刻与结束时刻之间所采集的传感器数值的数目的乘积来确定。

尤其所述状态参量可以相应于所述内燃机的空气系统中的气体质量流量或者压力。

可以规定，在到达所述分段持续时间的结束时求得所述平均值并且对所求得的平均值进行校正，所述分段持续时间则通过所述内燃机的曲轴的、预先确定的曲轴角来预先给定。

按照另一方面设置了一种用来确定用于机动车中内燃机的空气系统的状态参量的平均的传感器数值的装置、尤其是发动机控制仪，其中所述装置构造用于：

-在所述状态参量的一个或者多个分段持续时间里利用预先给定的扫描间隔来采集并且中间保存传感器数值，其中所述分段持续时间相应于所述状态参量的脉动的一个周期；

-求得在所述一个或者多个分段持续时间之内所采集的传感器数值的平均值；

-利用一种校正量来对于所述传感器数值的、所求得的平均值进行校正，所述校正量取决于在所述一段或者多段分段持续时间与数倍的扫描间隔之间的时间差。

附图说明

下面借助于附图来对实施方式进行详细解释。附图示出：

图1是具有流量及压力传感器的发动机系统的示意图，所述流量及压力传感器的传感器数值由于以四冲程运行方式运行的内燃机而脉动；

图2是用来说明一种用于检测经过滤波的传感器信号的方法的流程图；并且

图3是具有所述测评周期及分段持续时间的说明的传感器信号-时间-图表。

具体实施方式

图1示意性地示出了一种具有内燃机2的发动机系统1。所述内燃机2具有气缸3，通过空气系统4来向所述气缸3输送空气，并且通过废气排出系5来将燃烧废气从所述气缸3中排出。

可以设置增压机构6，该增压机构具有处于所述废气排出系5中的涡轮机61，用于将废气焓转化为机械能，并且将所述机械能用于驱动压缩机62。所述压缩机62布置在所述空气系统4中，并且用于通过空气滤清器41从环境中吸入新鲜空气，并且通过增压空气冷却器7在所述空气输入系统4的增压压力区段42中提供新鲜空气。所述增压压力区段42在下游被节气阀8限定。在所述节气阀8与所述内燃机2的气缸3的进气阀之间设置了进气管区段43。

此外，作为替代方案或者补充方案，可以设置废气再循环管路9，该废气再循环管路将所述废气排出系5在处于所述内燃机2的排气阀与所述用废气驱动的增压机构6的涡轮机61之间的区域中与所述空气输入系统4的进气管区段43连接起来。在所述废气再循环管路9中设置了废气再循环阀91，该废气再循环阀能够可变地控制，用于调节进入到所述进气管区段43中的废气质量流量。

此外，上述发动机系统1包括发动机控制仪15，该发动机控制仪根据通过传感器检测到的状态参量并且在预先给定额定转矩的情况下对所述内燃机2进行操控，尤其是通过发送给位置分配器（Stellgeber）—比如节气阀8和废气再循环阀91的调节量的、所述气缸3上的进气阀和排气阀的打开及关闭时间及类似参数的预先规定来进行操控。

具有内燃机的发动机系统1的、上面所描述的配置仅仅为示范性的配置，并且下面所作的描述也可以用在具有不带增压机构并且/或者不带废气再循环系统的内燃机的发动机系统中。

为了运行所述内燃机2，所述发动机控制仪15从布置在所述发动机系统1中的传感器—比如质量流量传感器10、进气管压力传感器11、废气压力传感器12及类似传感器处得到传感器参量。所述发动机控制仪15在所述传感器数值以及由此建模的状态参量的基础上以所熟知的方式来操控所述内燃机2，用于提供所期望的转矩。

由于所述内燃机2的四冲程运行，与气体质量流量或者压力有关的传感器参量的所有传感器数值受到脉动的加载，所述脉动从所述内燃机2的气缸3的进气阀和排气阀的阀间隙中产生。

在图2的流程图中，下面对于一种用于提供经过滤波的传感器参量的方法进行描述。为此，应该如此对所述传感器参量进行滤波，从而消除所述传感器数值的、通过所测量的状态参量的脉动所引起的、周期性的波动。

在步骤S1中采集有待测评的传感器参量的传感器数值，并且将其保存在所述发动机控制仪15中。借助于彼此先后相随地采集到的传感器数值m，在图3中示出了所述空气质量流量的曲线的图示。结合下面所解释的步骤S3，周期性地在预先给定的时刻、也就是在有规律的扫描间隔Δt中—比如在每个毫秒里，扫描、采集并且保存所述传感器数值。因为直至采集相应下一个传感器数值之前没有进一步的、关于所述传感器参量的说明可供使用，所以直至采集下一个传感器数值之前假设恒定的曲线。由此产生所述传感器参量的、所示出的、阶梯状的曲线。

此外，在步骤S2中提供当前的分段持续时间T_Segment，该分段持续时间由于所述内燃机2的四冲程运行以如下方式从所述发动机转速D中产生：

其中cyl相应于所述内燃机2的气缸的数目。

在步骤S3中检查，是否已经到达所述当前的分段的最终时刻。这可以通过对于在所述发动机控制仪中通常精确地提供的曲轴角的查询来进行。尤其所述分段持续时间从在所述曲轴旋转两圈的过程中在所述气缸3中的燃料冲程的数目中产生。由此可以将所述分段的特定的最终时刻分配给特定的曲轴转角。所述最终时刻相应于下述时刻：在该时刻所述曲轴角达到所述角度720°/cyl之一，其中k=1…cyl。

如果在步骤S3中发现，已经达到或者超过特定的曲轴角（二选一：是），那就用步骤S4继续所述方法，否则（二选一：否）跳回到步骤S1。

现在接下来从在过去的分段里所采集的传感器数值中确定一个平均值，用于提供经过滤波的传感器参量。在这个时刻所采集的传感器数值相应于m(t_n)、m(t_n+1)、…、m(t_p)，其中n、n+1、…、p相应于先后在所述分段之内的每个扫描时刻所采集的传感器数值的分子。

如果所述分段持续时间的结束与所确定的、用于传感器参量的扫描时刻不重合，则在步骤S4中将分段转换虚拟地推迟到有待作为下一个来采集的传感器数值的时刻t_p+1，使得所述离散的、最后所采集的传感器数值m(t_p)的有效性完全属于所述新的虚拟的分段。原则上将所述分段的结束—在该分段中应该从所采集的传感器数值中确定一种平均值—推迟到一个虚拟的分段的最终时刻t_e，所述最终时刻作为时刻t_p+Δt来产生，其中所述时刻t_p相应于最后在所述分段之内所采集的传感器数值m(t_p)的时刻，并且Δt相应于所述传感器的扫描间隔或者扫描频率的。

现在在另一个步骤S5中，首先借助于所述分段持续时间T_Segment从所述虚拟的（也就是被推迟的）分段的最终时刻t_e中确定所述虚拟的分段的开始时刻t_a。随后确定下述传感器数值：紧挨着在所述分段的、虚拟的开始时刻t_a之前已经采集了所述传感器数值。这按当前的分段持续时间T_Segment和所述扫描间隔Δt可以是所述传感器数值m(t_n-1)或者m(t_n)。

现在在步骤S6中以如下方式确定在所述被推迟的虚拟的分段的虚拟的开始时刻T_a=T_e-T_Segment与作为下一个紧随其后的测量时刻的测量时刻之间的校正持续时间Δt_n、Δt_n-1，其中在所述下一个紧随其后的测量时刻时已经采集了一种传感器数值：

情况1：

Δt_n=T_Segment-（p-n）Δt，如果所述第一个在分段中所采集的测量值m(t_n)在推迟所述分段之后处于所述虚拟的分段之外，并且

情况2：

Δt_n-1=T_Segment-（p+1-n）Δt，如果所述第一个在分段中所检测到的测量值m(t_n)在推迟所述分段之后处于所述虚拟的分段之内。

在上述方程式中，p相应于所述第一个在所述分段之内所采集的传感器数值m(t_p)的分子，并且n相应于最后一个在所述分段之内所采集的传感器数值m(t_n)的分子。

现在在步骤S7中以如下方式求得在所有相关的传感器数值范围之内的传感器参量的平均值：

对于情况1来说：

对于情况2来说：

。

通过上述公式，利用所述扫描间隔Δt来对所有完全处于所述虚拟的分段之内的传感器数值进行加权，而在所述分段的、虚拟的开始时刻T_a之前已经采集的传感器数值则用以前在步骤S6中所计算的时间差来加权。将所述总和相应地除以所述分段持续时间T_Segment，从而得到所述传感器数值的平均值，该平均值包含相加的校正量

或者。

现在利用如此平均的传感器参量可以在所述发动机控制仪中进行另外的计算。

通过所述分段的虚拟的推迟来求得所述校正量，这能够实现简化的计算，因为否则不仅必须考虑到在所述分段的开始时刻的、时间上的离散化误差，而且必须考虑到在所述分段的结束时刻的离散化误差。在上面所描述的方法中，没有必要得到所述分段的精确的开始时刻和结束时刻，并且仅仅通过所述发动机转速n来确定所述分段持续时间T_Segment就已足够。

Claims (9)

1.用来确定用于机动车中内燃机（2）的空气系统（4）的状态参量的、平均的传感器数值的方法，具有以下步骤：

-在所述状态参量的一段或者多段分段持续时间（T_Segment）时用预先给定的扫描间隔（tΔ）来采集并且中间保存（S1）传感器数值（m(t_n)…m(t_p)），其中所述分段持续时间（T_Segment）相应于所述状态参量的脉动的一个周期；

-求得（S7）在所述一段或者多段分段持续时间（T_Segment）之内所检测到的传感器数值（m(t_n)…m(t_p)）的平均值；

-利用取决于在所述一段或者多段分段持续时间（T_Segment）与数倍的扫描间隔（Δt）之间的时间差的校正量来对所述传感器数值（m(t_n)…m(t_p)）的、所求得的平均值进行校正。

2.按权利要求1所述的方法，其中所述当前的分段的分段持续时间（T_Segment）取决于所述内燃机（2）的当前的转速（D）。

3.按权利要求1或2所述的方法，其中根据紧挨着处于开始时刻（t_a）之前的测量值来确定所述校正值，所述开始时刻（t_a）以从最终时刻（t_e）中扣除所述分段持续时间（T_Segment）这种方式来产生，其中在所述最终时刻（t_e）在所述分段持续时间（T_Segment）结束之后应该检测到传感器数值。

4.按权利要求3所述的方法，其中根据一种校正持续时间来确定所述校正值，所述校正持续时间从在所述分段持续时间（T_Segment）与一段持续时间之间的时间差中来产生，该持续时间通过所述扫描间隔（Δt）与在开始时刻（t_a）和结束时刻（t_e）之间所检测到的传感器数值（m(t_n)...m(t_p)）的数目的乘积来确定。

5.按权利要求1到4中任一项所述的方法，其中所述状态参量相应于所述内燃机（2）的空气系统中的气体质量流量或者压力。

6.按权利要求1到5中任一项所述的方法，其中在到达所述分段持续时间（T_Segment）的结束时求得所述平均值并且对所求得的平均值进行校正，所述分段持续时间（T_Segment）则通过所述内燃机（2）的曲轴的、预先确定的曲轴角来预先给定。

7.用来确定用于机动车中内燃机（2）的空气系统（4）的状态参量的、平均的数值的装置（15）、尤其是发动机控制仪，其中所述装置构造用于：

-在所述状态参量的一段或者多段分段持续时间（T_Segment）里利用预先给定的扫描间隔（Δt）来采集并且中间保存传感器数值（m(t_n)...m(t_p)），其中所述分段持续时间（T_Segment）相应于所述状态参量的脉动的一个周期；

-求得在所述一段或者多段分段持续时间（T_Segment）之内所检测到的传感器数值（m(t_n)、...、m(t_p)）的平均值；

-利用一种校正量来对于所述传感器数值（m(t_n)、...、m(t_p)）的、所求得的平均值进行校正，所述校正量取决于在所述一段或者多段分段持续时间（T_Segment）与数倍的扫描间隔（Δt）之间的时间差。

8.计算机程序，该计算机程序在其在数据处理机构中执行时被设立用于执行按权利要求1到7中任一项所述的方法的所有步骤。

9.机器可读的存储介质，在该机器可读的存储介质上保存了按权利要求8所述的计算机程序。