CN107076040B - 用于控制内燃发动机的进气节流阀的位置的估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明主要涉及一种用于控制内燃发动机的进气节流阀的位置的估算方法，其特征在于，其包括以下步骤：测量进气节流阀的位置(Ppap_mes)的步骤，以及在给定的计算时间范围(H)内，根据所测量的节流阀的位置(Ppap_mes)以及当前位置和前一位置之间的位置的梯度(Grad_pos_pap)来预测进气节流阀的位置(Ppap_pred)的步骤，所述预测进气节流阀的位置(Ppap_pred)的步骤尤其根据给定的计算范围和进气节流阀的物理参数。

Description

用于控制内燃发动机的进气节流阀的位置的估算方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制内燃发动机的进气节流阀的位置的估算方法。
背景技术
已知，为了确保在直接和间接喷射的汽油发动机中的良好燃烧，在所考虑的汽缸的排气阶段期间开始喷射燃料。为了了解待喷射到该汽缸中的燃料的量，需要在该排气阶段开始时确定在进气阀关闭的时刻由汽缸所界定的燃烧室中存在的空气量将是多少，即确定将参与燃烧的空气量。因此，在排气阶段期间和进气阶段期间，对于每个汽缸，实施对在进气阀关闭的时刻存在于与汽缸相关联的燃烧室中的空气质量的预测。
对空气质量的该预测可以基于供应有在进气阀关闭时所预测的进气分配器的压力的汽缸中的空气质量的标准模型来实现。
两个已知的系统预测在给定的时间范围内将在进气分配器中占优势的压力。然后，该预测的压力将供应给将在给定的范围内提供预测的流量的汽缸流量模型。
压力预测系统中的一个是基于所测量的压力的梯度分析。因此，通过考虑该恒定的梯度并从当前所测量的压力开始来外推在进气阀关闭的范围内在进气分配器中占优势的压力值。
另一个系统基于使用模拟了当前的流入流量(主要来自节流阀和汽油气吸收箱(canister)的流量)以及流出流量(汽缸中的流量)的进气分配器模型。该模型允许通过积分这些流量之间的差值来估算分配器中的当前压力。对于压力的预测，通过在与进气阀关闭的时刻相对应的范围内积分这些流量之间的差值来采取该计算原理。
两种已知的系统都具有相同的限制。它们主要基于对当前测量值(对于第一个系统，是压力，而对于第二个系统，是用于对流量进行建模的致动器位置)的分析，并将其外推直到所要求的界线。然而，在认为现象不变的情况下，这些系统仅通过考虑这些测量值来预测压力。因此，需假设，直到目标范围变化均相同，而在整个过渡过程中并不一定都是这种情况。
实际上，如在图1的示例中可以看到，在计算时刻t，基于当前点和前一点的压力测量值来计算压力的梯度Grad_P。换言之，在两个计算步骤之间测量变化的梯度。通过在所期望的范围内对所计算的梯度Grad_P进行外推来获得预测的压力P_pred。在该示例中，可以看到，在范围H的结束时刻，压力的物理变化使得压力P_pred与在目标时刻t_c可测量的目标压力P_c相去甚远。因此，两个已知的系统对于较长的范围H以及对于具有非线性变化的变量而言在预测质量方面的表现并不优异。
发明内容
本发明旨在通过提出一种用于控制内燃发动机的进气节流阀的位置的估算方法来有效地弥补该缺陷，其特征在于，其包括以下步骤：
-测量进气节流阀的位置的步骤，
-记录进气节流阀的位置设定值的步骤
-在给定的计算时间范围内，根据所测量的节流阀的位置以及当前位置和前一位置之间的位置的梯度来预测进气节流阀的位置的步骤，位置的梯度的计算在以下方式之间选择：
-实施第一计算策略，其基于对进气节流阀的位置设定值的梯度的计算，
-实施第二计算策略，其基于对进气节流阀的位置测量值的梯度的计算，或者
-实施上述第一计算策略和第二计算策略的组合，
根据给定的计算范围的值与进气节流阀的至少一个物理参数的比较来进行选择。
根据本发明的使用设定值信息、测量值以及进气节流阀行为的物理参数的方法允许获得比根据现有技术的预测方法更准确且反应性更强的预测的节流阀的位置的信号(特别是在过渡开始时)。
优选地，通过将给定的计算时间范围的值相对于关于所述进气节流阀移动的已知动态变化的物理参数进行比较来实现在实施不同的计算策略或计算策略的组合之间的选择。
根据实施例，所述方法包括基于进气节流阀的至少一个物理参数来对所计算进气节流阀的位置的梯度进行饱和的步骤。
根据实施例，所述方法还包括对进气节流阀的预测位置进行饱和的步骤。
根据实施例，对预测的进气节流阀的位置进行饱和的步骤以这样的方式实现：在进气节流阀的打开阶段，预测的位置不能大于节流阀的设定值；并且在节流阀的关闭阶段，预测的位置不能小于节流阀的设定值。
根据实施例，所述方法包括对预测的节流阀的位置进行滤波的步骤。
根据实施例，所述方法包括应用一阶滤波器的步骤。这允许使压力的梯度的突然变化平滑。
本发明还涉及一种电子计算模块，其特征在于，其包括通过存储在存储器中的软件指令的获取装置和处理装置以及实施根据前述变型例中任一个的方法所需要的控制装置。
本发明还涉及一种内燃发动机，其包括这种电子计算模块。
本发明还涉及一种车辆，其配备有这种内燃发动机。
附图说明
通过阅读下文的描述并研究附图以更好地理解本发明。所给出的附图对本发明仅是说明性的而非限定性的。
图1是示出在压力的过渡变化期间根据现有技术的方法的进气分配器中的压力预测的曲线图，其已经被描述；
图2是示出根据本发明的方法的功能图，其实现进气分配器的流入/流出流量的平衡(bilan)从而估算汽缸中的气体流量；
图3是根据本发明的方法的功能图，其示出对进气节流阀的位置预测进行计算；
图4a和4b是分别示出在较长的过渡期和较短的过渡期的情况下节流阀的位置的预测的曲线图；
图5a和5b是示出允许估算进气分配器的内部压力以及汽缸中的气体的相应流量的两个步骤的曲线图。
图6是示出汽缸中使用的流量以确定控制喷射器的设定值的功能图。
具体实施方式
相同、相似或类似的元件在图与图之间保持相同的参考标记。
图2示意性地示出在应用于计算汽缸中的预测气体流量Dcyl_pred的情况下的进气分配器平衡的建模。
通过诸如电子计算机的电子控制模块来在配备在例如车辆上的内燃发动机中有利地实现下面描述的本发明的方法。该电子控制模块包括通过存储在存储器中的软件指令的获取和处理装置以及实施本发明的方法所需要的控制装置。
该建模尤其是基于使用流入流量的预测器模块10以及流出流量的预测器模块11，流入流量在此对应于在所考虑的时间范围H内预测的节流阀流量Dpap_pred，并且该流出流量对应于在所考虑的计算范围H内预测的汽缸中的流量Dcyl_pred。
流入流量的预测器模块10由进气节流阀的位置的预测Ppap_pred的模块12提供。如图3所示，在给定的范围H中，节流阀角度位置的预测Ppap_pred基本上基于对在当前位置和前一步骤的位置之间的位置的梯度Grad_pos_pap的观测。如下所述，该梯度Grad_pos_pap在必要时可以由模块124饱和。与节流阀的位置的预测Ppap_pred的变化相关的公式是：
Ppap_pred(n)＝P_pap_mes(n)+Grad_pos_pap*H
更确切地，将位置的梯度Grad_pos_pap的计算分解为两个计算策略。由模块121实施的第一计算策略是基于对进气节流阀的位置设定值的梯度Grad_cons_pap的计算，该梯度用于计算设定的进气节流阀的位置Ppap_cons的两个连续位置之间的差值，Ppap_cons是由模块12所记录的输入数据。由模块122实施的第二计算策略是基于对节流阀的位置测量值的梯度Grad_mes_pap的计算，该梯度用于计算测量的进气节流阀的位置Ppap_mes的两个连续位置之间的差值。节流阀的位置的梯度Grad_pos_pap的选择由模块123根据时间范围H的值来实现。
因此，对于例如较低转速的相对长的时间范围H，则选择第一计算策略。实际上，考虑到在这种情况下，致动器将需要时间以到达其设定的位置，因此，预测的节流阀的位置Ppap_pred将比当前的测量值更接近于设定值。相反，对于例如较高转速的较短的时间范围H，则选择第二计算策略。实际上，在这种情况下，预测的位置Ppap_pred将比设定值更接近当前的测量位置。
应该指出，也可以选择实施上述两种计算策略的组合。例如，对于最小转速(怠速，700tr/min)，则可以选择第一计算策略，并且对于最大转速(例如6000tr/min)，则可以选择第二计算策略，而对于中间转速(3000tr/min)，则可以选择50％的第一个策略的值加上50％的第二个策略的值的组合类型。
此外，计算策略的选择并不仅仅取决于转速。因此，实际上，在三个不同的范围中实施方法。在相同的转速下，对于三个范围中的每一个，不必选择相同的计算策略或两个策略的组合。通过将以秒表示的范围H的值(考虑转速和范围的角度值)与进气节流阀的至少一个物理参数(例如，优选地，进气节流阀移动的已知动态变化)相比较来实现选择。
在图4a和4b中，通过曲线C1示出节流阀的位置的设定值根据时间的变化。此外，曲线C2示出节流阀的位置的测量值的变化。点Ppap_Gcons对应于基于梯度设定值Grad_cons_pap在给定的范围H中的预测的位置。点Ppap_Gmes对应于基于在计算时刻t所测量的位置与先前的值之间所测量的梯度Grad_mes_pap在给定的范围H中的预测的位置。
在图4a所示的较长的范围H的示例中，在计算时刻t，可以看出，使用梯度设定值Grad_cons_pap(以及通过进气节流阀设定值的饱和)允许实现在目标时刻t_c比使用测量的梯度Grad_mes_pap的计算更接近目标位置Ppap_c的位置预测Ppap_Gcons。
在图4b所示的较短的范围H的示例中，在计算时刻t，可以看出，使用测量的梯度Grad_mes_pap允许实现在目标时刻t_c比使用梯度设定值Grad_cons_pap的计算更接近位置Ppap_c的位置预测。
一旦选择了合适的梯度，模块124确保节流阀的位置的梯度Grad_pos_pap的饱和。这允许通过变化限制来保证节流阀的位置的梯度。这些饱和是基于进气节流阀的物理参数，例如其打开和关闭时移动的最大速度。
然后，基于测量的节流阀的位置Ppap_mes、位置的饱和梯度Grad_pos_pap_sat以及预测范围H来计算节流阀的位置的粗略预测Ppap_br。模块125和126根据上述公式来确保这些数据的组合。
然后，通过模块127根据两种情况来实现节流阀的位置的粗略预测Ppap_br的饱和以获得Ppap_br_sat。在对应于节流阀打开阶段的第一种情况下，预测的位置Ppap_pred不能大于节流阀的位置的设定值。在对应于节流阀关闭阶段的第二种情况下，预测的位置Ppap_pred不能小于节流阀的位置的设定值。
然后，通过对节流阀的位置的粗略预测Ppap_br_sat的滤波来完成计算。为此，模块128可以例如应用一阶滤波器以使压力的梯度的突然变化平滑。
使用设定信息Ppap_cons、测量信息Pap_mes以及节流阀行为的物理参数的计算原理允许获得远比现有技术反应性更强(特别是在过渡开始时)且更精确的预测的节流阀的位置的信号。
此外，如图2所示，通过预测器模块13向流出流量的预测器模块11提供凸轮轴移相器的角度位置Pdeph_adm_pred、Pdeph_ech_pred，并通过预测器模块14向流出流量的预测器模块11提供发动机转速Wmth_pred。
更确切地，模块13估算进气凸轮轴移相器的角度位置Pdeph_adm_pred以及排气凸轮轴相移器的角度位置Pdeph_ech_pred。根据进气凸轮轴移相器的角度位置的测量值Mes_deph_adm和排气凸轮轴相移器的角度位置的测量值Mes_deph_ech、进气凸轮轴移相器的角度位置的设定值Cons_deph_adm和排气凸轮轴移相器的角度位置的设定值Cons_deph_ech以及预测范围H来实现这些估算。
此外，模块14根据发动机转速的测量值Wmth_mes和预测范围H估算发动机转速Wmth_pred。
进气分配器的流入流量和流入流量的平衡的实现允许确定在进气分配器中占优势的压力P_pred。这种平衡的基本原理是，在稳定转速下，应用于进气分配器的质量守恒的物理定律使得其流入流量和流出流量之间的平衡为零且因此压力是稳定的。
因此，模块15计算这些流量Dpap_pred和Dcyl_pred之间的差值Delta_E/S。那么，模块16通过考虑温度Temp来将该差值Delta_E/S转换成压力的梯度Grad_P_pred。
该梯度Grad_P_pred允许通过模块17,18基于功能的计算步长Pcalc和预测压力的前一值Ppred(n-1)来计算预测压力的新的值Ppred(n)。变化公式如下：P_pred(n)＝P_pred(n-1)+Grad_P_pred*Pcalc
然后，该预测压力的值P_pred(n)向流量预测器模块10和11反馈。因此，更新流量并且继续计算直到达到均衡，即流入流量和流出流量之间的差变为零。
如图5a所示，在初始化步骤中，基于初始预测压力P_pred_init而实施的对节流阀流量Dpap_pred_init和汽缸中流量Dcyl_pred_init的估算是非常不同的。积分流量差Delta_E/S以计算预测压力P_pred的变化。该新的压力P_pred向流量预测器模块10,11反馈。应当注意到，在图5a和5b中，直线C3(实直线)对应于汽缸流量的特性，而曲线C4对应于恒定压力下的节流阀流量的特性。
如图5b所示，通过逐渐积分节流阀的预测流量Dpap_pred和汽缸的预测流量Dcyl_pred之间的差值，预测压力收敛到稳定值P_pred_conv，确定预测流量的均衡。在该时刻，获得在所考虑的范围H中对汽缸中的流量的预测Dcyl_pred的估算。
在整个排气阶段计算在关闭所考虑的汽缸的进气阀时的汽缸流量的预测Dcyl_pred，并在进气阶段继续进行。
如图6所示，预测的汽缸流量Dcyl_pred由模块21转换成预测的空气质量Mair_pred。因此，模块21考虑发动机转速Wmth_mes以及进气分配器中的空气浓度Cair。
然后，将该预测的空气质量Mair_pred转换成燃料质量的设定值，其用于计算并控制喷射器的打开时间。因此，模块22根据预测的空气质量Mair_pred、丰度设定值Rich_cons以及富集因子Fenr来建立控制命令Cons_comm。
因此，基于由主要的预测参数(预测的进气分配器压力P_pred、预测的凸轮轴移相器的位置以及预测的发动机转速Wmth_pred)提供的汽缸流量模型计算出预测的汽缸流量Dcyl_pred，本发明允许提高预测的汽缸流量Dcyl_pred的精度。
此外，通过在给定范围的致动器(节流阀、进气和排气凸轮轴移相器)位置预测模型和转速Wmth模型可以显著提高预测的压力P_pred的精度。实际上，预测范围H直接积分到用于实现进气分配器平衡的致动器位置模型中。
这些模型在预测方面证明是鲁棒的，因为它们可以基于以下几点更精确地预测制动器的行为：
-对致动器物理特性以及对考虑它们的物理参数(例如，打开速度)的了解，
-对当前变化的梯度(例如，节流阀的测量位置的梯度)的分析，以及
-对致动器所应用的控制(例如，节流阀的设定位置的梯度)的分析。
因此，在给定范围中，与将所考虑的压力梯度简单地外推为是恒定的相比，获得了更精确的压力预测。

Claims (10)

1.一种用于控制内燃发动机的进气节流阀的位置的估算方法，其特征在于，其包括以下步骤：
-测量所述进气节流阀的位置(Ppap_mes)的步骤，
-记录所述进气节流阀的位置设定值(Ppap_cons)的步骤，以及
-在给定的计算时间范围(H)内，根据所测量的进气节流阀的位置(Ppap_mes)以及当前位置和前一位置之间的位置的梯度(Grad_pos_pap)来预测所述进气节流阀的位置(Ppap_pred)的步骤，对位置的梯度(Grad_pos_pap)的计算在以下方式之间选择：
-实施第一计算策略，其基于对所述进气节流阀的位置设定值的梯度(Grad_cons_pap)的计算，所述位置的梯度为位置设定值的梯度，
-实施第二计算策略，其基于对所述进气节流阀的位置测量值的梯度(Grad_mes_pap)的计算，所述位置的梯度为位置测量值的梯度，或者
-实施上述第一计算策略和第二计算策略的组合，所述位置的梯度为位置设定值的梯度和位置测量值的梯度的组合，
根据给定的计算时间范围(H)的值与所述进气节流阀的至少一个物理参数的比较来进行所述选择。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过将给定的计算时间范围(H)的值相对于关于所述进气节流阀的移动的已知动态变化的物理参数进行比较来实现在实施不同的计算策略或计算策略的组合之间的选择。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括基于所述进气节流阀的至少一个物理参数来对所计算的所述进气节流阀的位置的梯度(Grad_pos_pap)进行饱和的步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对所述进气节流阀的位置的预测(Ppap_pred)进行饱和的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对预测的所述进气节流阀的位置(Ppap_pred)进行饱和的步骤以这样的方式实现：在所述进气节流阀的打开阶段，预测的位置(Ppap_pred)不能大于所述节流阀的设定值；并且在所述节流阀的关闭阶段，预测的位置(Ppap_pred)不能小于所述节流阀的设定值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括对预测的所述节流阀的位置(Ppap_pred)进行滤波的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括应用一阶滤波器的步骤。
8.一种电子计算模块，其特征在于，其包括通过存储在存储器中的软件指令的获取装置和处理装置以及实施根据前述权利要求中任一项所述的方法所需要的控制装置。
9.一种内燃发动机，其特征在于，其包括根据权利要求8所述的电子计算模块。
10.一种车辆，其配备有根据权利要求9所述的内燃发动机。
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