CN112761778A - 一种自适应可变式压力预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种自适应可变式压力预测方法及装置，涉及汽车发动机技术领域，该方法包括以下步骤：根据发动机进气压力和发动机进气温度，获得发动机进气流量；根据所述发动机进气流量以及压气机入口流量，获得压气机对应的增压器的增压器转速；根据所述发动机进气流量以及所述增压器转速，结合对应的压气机‑涡轮机联合模型，获得压气机出口压力预测值；根据所述发动机进气流量、所述增压器转速以及发动机油量，结合对应的压气机‑涡轮机联合模型，获得涡轮入口压力预测值。本申请对发动机的当前工作状况进行监测，根据发动机的进气压力、进气温度以及压气机入口流量，结合对压力情况进行合理预测，有效避免因传感器延迟而带来的压力预测误差。

Description

一种自适应可变式压力预测方法及装置

技术领域

本申请涉及汽车发动机技术领域，具体涉及一种自适应可变式压力预测方法及装置。

背景技术

发动机常采用涡轮增压器进行强制进气，涡轮机和压气机同轴相连构成涡轮增压器，并且发动机产生的废气的热能和动能转化，通过涡轮机转化为可利用的机械能，并机械能驱动压气机进行泵气工作，从而实现进气压缩，提高进气压力和密度。现有技术方案采用可变截面增压器(VGT/VNT)和带废气旁通阀增压器(WGT/E-WGT)。

可变截面涡轮增压器采用可调涡流截面的导流叶片，在系统工作时废气会顺着导流叶片送至涡轮叶片上，通过调整叶片角度，控制流过涡轮叶片的气体的流量和流速，从而控制涡轮的转速。

带废气旁通阀增压器采用了旁通阀组件，旁通阀执行器中膜片左侧通增压的气体，

当发动机低转速运转时，压气机出口压力较低，旁通阀在回位弹簧的作用下关闭，发动机排出的废气全部通过增压器的涡轮端，从而提高了涡轮的转速，能够产生较大的进气增压压力，

当发动机高转速运转时，增压后的进气压力超过规定值，增压气体将排气执行器中的膜片顶起，带动旁通阀拉杆移动，打开排气旁通阀门，一部分废气旁通至涡轮出口，使涡轮进口流量减少，增压器转速下降。

针对可变截面增压器和带废气旁通阀增压器，现有技术方案对增压压力采用进气歧管传感器进行监控，但由于传感器带有一定偏差，也存在一定物理延迟，在发动机工况变化比较快且复杂的前提下，传感器的偏差及延迟缺陷容易错误造成发动机对进气量判断，造成发动机气量与油量协调有一定偏差。

故而，需要提供一种压力预测技术，以解决传感器偏差造成的误差影响。

发明内容

本申请提供一种自适应可变式压力预测方法及装置，对发动机的当前工作状况进行监测，根据发动机的进气压力、进气温度以及压气机入口流量，结合对压力情况进行合理预测，有效避免因传感器延迟而带来的压力预测误差。

第一方面，本申请提供了一种自适应可变式压力预测方法，其用于对目标车辆的涡轮入口压力以及压气机出口压力进行压力预测，所述目标车辆的发动机配置有涡轮增压器，所述涡轮增压器包括同轴相连的涡轮机和压气机，所述方法包括以下步骤：

根据发动机进气压力和发动机进气温度，获得发动机进气流量；

根据所述发动机进气流量以及压气机入口流量，获得压气机对应的增压器的增压器转速；

根据所述发动机进气流量以及所述增压器转速，结合对应的压气机-涡轮机联合模型，获得压气机出口压力预测值；

根据所述发动机进气流量、所述增压器转速以及发动机油量，结合对应的压气机-涡轮机联合模型，获得涡轮入口压力预测值。

进一步的，所述方法还包括以下步骤：

根据发动机转速以及当前扭矩需求，获得压气机出口压力限制值以及涡轮入口压力限制值；

利用所述压气机出口压力限制值以及所述涡轮入口压力限制值，分别对应验证所述压气机出口压力预测值以及所述涡轮入口压力预测值的合理性。

进一步的，在获得压气机出口压力预测值之后，所述方法还包括以下步骤：

根据所述压气机出口压力预测值，结合实时监测获得的EGR率、EGR中冷后气体温度、发动机水温，根据所述压气机-涡轮机联合模型，获得压气机出口压力修正值。

进一步的，所述方法还包括以下步骤：

根据发动机转速以及当前扭矩需求，获得压气机出口压力限制值以及涡轮入口压力限制值；

根据所述压气机出口压力限制值，验证所述压气机出口压力修正值的合理性。

进一步的，在获得涡轮入口压力预测值之后，所述方法还包括以下步骤：

根据所述涡轮入口压力预测值，结合实时监测获得的EGR率、EGR中冷后温度、发动机水温，根据所述压气机-涡轮机联合模型，获得涡轮入口压力修正值。

进一步的，所述方法还包括以下步骤：

根据发动机转速以及当前扭矩需求，获得压气机出口压力限制值以及涡轮入口压力限制值；

根据所述涡轮入口压力限制值，验证所述涡轮入口压力修正值的合理性。

进一步的，在获得压气机出口压力预测值以及涡轮入口压力预测值之前，所述方法还包括以下步骤：

根据多组涡轮机进气流量模拟值、增压器转速模拟值、发动机油量模拟值、EGR率模拟值以及节流阀开度模拟值，模拟构建压气机-涡轮机联合模型。

进一步的，所述根据所述发动机进气流量以及压气机入口流量，获得压气机对应的增压器的增压器转速中，具体包括以下步骤：

根据所述发动机进气流量以及压气机入口流量，基于预设的压气机转速模型进行模拟，并通过当前环境温度和当前环境压力结果修正，获得压气机对应的增压器的增压器转速。

第二方面，本申请提供了一种自适应可变式压力预测装置，所述装置包括：

发动机进气流量计算模块，其用于根据涡轮机进气压力和涡轮机进气温度，获得涡轮机进气流量；

增压器转速计算模块，其用于根据所述涡轮机进气流量以及压气机入口流量，获得压气机对应的增压器的增压器转速；

压气机出口压力预测模块，其用于根据所述涡轮机进气流量以及所述增压器转速，结合对应的压气机-涡轮机联合模型，获得压气机出口压力预测值；

涡轮入口压力预测模块，其用于根据所述涡轮机进气流量、所述增压器转速以及发动机油量，结合对应的压气机-涡轮机联合模型，获得涡轮入口压力预测值。

进一步的，所述装置还包括：

修正值计算模块，其用于根据所述压气机出口压力预测值，结合实时监测获得的EGR率、EGR中冷后气体温度、发动机水温，根据所述压气机-涡轮机联合模型，获得压气机出口压力修正值；

所述修正值计算模块还用于根据所述涡轮入口压力预测值，结合实时监测获得的EGR率、EGR中冷后温度、发动机水温，根据所述压气机-涡轮机联合模型，获得涡轮入口压力修正值。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请对发动机的当前工作状况进行监测，根据发动机的进气压力、进气温度以及压气机入口流量，结合对压力情况进行合理预测，有效避免因传感器延迟而带来的压力预测误差。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的自适应可变式压力预测方法的步骤流程图；

图2为本申请实施例一提供的自适应可变式压力预测方法的原理流程图；

图3为本申请实施例一提供的自适应可变式压力预测方法的策略流程图；

图4为本申请实施例二提供的自适应可变式压力预测装置的结构框图。

具体实施方式

术语解释：

EGR，Exhaust Gas Re-circulation，废气再循环系统；

VGT，Variable Geometry Turbocharger，可变几何截面增压器；

VNT，Variable Nozzle Turbocharger，可变喷嘴增压器；

WGT，Waste Gate Turbocharger，废气阀增压器；

E-WGT，Electric-Waste Gate Turbocharger，电动废气阀增压器。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本申请的实施例作进一步详细说明。

本申请实施例提供一种自适应可变式压力预测方法及装置，对发动机的当前工作状况进行监测，根据发动机的进气压力、进气温度以及压气机入口流量，结合对压力情况进行合理预测，有效避免因传感器延迟而带来的压力预测误差。

为达到上述技术效果，本申请的总体思路如下：

一种自适应可变式压力预测方法，其用于对目标车辆的涡轮入口压力以及压气机出口压力进行压力预测，目标车辆的发动机配置有涡轮增压器，涡轮增压器包括同轴相连的涡轮机和压气机，方法包括以下步骤：

S1、根据发动机进气压力和发动机进气温度，获得发动机进气流量；

S2、根据发动机进气流量以及压气机入口流量，获得压气机对应的增压器的增压器转速；

S3、根据发动机进气流量以及增压器转速，结合对应的压气机-涡轮机联合模型，获得压气机出口压力预测值；

S4、根据发动机进气流量、增压器转速以及发动机油量，结合对应的压气机-涡轮机联合模型，获得涡轮入口压力预测值。

以下结合附图对本申请的实施例作进一步详细说明。

实施例一

参见图1～3所示，本申请实施例提供一种自适应可变式压力预测方法，其用于对目标车辆的涡轮入口压力以及压气机出口压力进行压力预测，目标车辆的发动机配置有涡轮增压器，涡轮增压器包括同轴相连的涡轮机和压气机，方法包括以下步骤：

S1、根据发动机进气压力和发动机进气温度，获得发动机进气流量；

S2、根据发动机进气流量以及压气机入口流量，获得压气机对应的增压器的增压器转速；

S3、根据发动机进气流量以及增压器转速，结合对应的压气机-涡轮机联合模型，获得压气机出口压力预测值；

S4、根据发动机进气流量、增压器转速以及发动机油量，结合对应的压气机-涡轮机联合模型，获得涡轮入口压力预测值。

本申请实施例在步骤S1中，根据发动机进气压力和发动机进气温度，结合预设的流量模型，获得发动机进气流量；

S2中，具体是根据发动机进气流量、压气机入口流量、当前环境温度以及当前环境压力，结合预设的压力机转速模型，获得增压器转速。

本申请实施例中，对发动机的当前工作状况进行监测，根据发动机的进气压力、进气温度以及压气机入口流量，结合对压力情况进行合理预测，有效避免因传感器延迟而带来的压力预测误差。

需要说明的是，本申请实施例中的发动机具体可以是柴油机。

进一步的，在获得压气机出口压力预测值以及涡轮入口压力预测值之前，该方法还包括以下步骤：

根据多组涡轮机进气流量模拟值、增压器转速模拟值、发动机油量模拟值、EGR率模拟值以及节流阀开度模拟值，模拟构建压气机-涡轮机联合模型。

具体的，根据发动机进气流量以及压气机入口流量，获得压气机对应的增压器的增压器转速时，会用到压气机转速模型，故而，该方法还包括以下步骤：

根据多组压气机入口流量模拟值以及发动机进气流量模拟值，通过模拟构建获得压气机转速模型；

根据发动机进气流量以及压气机入口流量，获得压气机对应的增压器的增压器转速时，具体步骤为：

根据当前环境温度、当前环境压力、压气机入口流量以及发动机进气流量，根据压气机转速模型，获得压气机对应的增压器的增压器转速；

其中，当前环境温度以及当前环境压力用于对压气机转速模型根据压气机入口流量以及发动机进气流量，模拟获得的结果进行修正，得到增压器转速。

同样，根据发动机进气压力和发动机进气温度，获得发动机进气流量，需要依据预设的流量模型，故而，该方法还包括以下步骤：

根据多组发动机进气压力模拟值、发动机进气温度模拟值，模拟构建流量模型。

进一步的，该方法还包括以下步骤：

根据发动机转速以及当前扭矩需求，获得压气机出口压力限制值以及涡轮入口压力限制值；

利用压气机出口压力限制值以及涡轮入口压力限制值，分别对应验证压气机出口压力预测值以及涡轮入口压力预测值的合理性。

进一步的，在获得压气机出口压力预测值之后，该方法还包括以下步骤：

根据压气机出口压力预测值，结合实时监测获得的EGR率、EGR中冷后气体温度、发动机水温，根据压气机-涡轮机联合模型，获得压气机出口压力修正值。

进一步的，该方法还包括以下步骤：

根据发动机转速以及当前扭矩需求，获得压气机出口压力限制值以及涡轮入口压力限制值；

根据压气机出口压力限制值，验证压气机出口压力修正值的合理性。

进一步的，在获得涡轮入口压力预测值之后，该方法还包括以下步骤：

根据涡轮入口压力预测值，结合实时监测获得的EGR率、EGR中冷后温度、发动机水温，根据压气机-涡轮机联合模型，获得涡轮入口压力修正值。

进一步的，该方法还包括以下步骤：

根据发动机转速以及当前扭矩需求，获得压气机出口压力限制值以及涡轮入口压力限制值；

根据涡轮入口压力限制值，验证涡轮入口压力修正值的合理性。

本申请实施例可以应对发动机的各种工况变化，正确地预测发动机进气量，如说明书附图中的原理流程图图2所示；

按照气路计算方式，主要计算压气机-涡轮机联合模型，增压器的压气机分为入口和出口的压力、涡轮机分为入口和出口压力，压气机出口压力需要模型计算得出，压气机入口压力可视为大气压力，主要计算并预存压气机出口压力和涡轮机入口压力。

通过发动机已有的进气传感器，并测出发动机进气压力和发动机进气温度，经过模拟获得的流量模型计算出发动机进气流量；

当前环境温度、当前环境压力和压气机入口流量一般状态可视为定值，EGR率、EGR中冷后气体温度、发动机水温、发动机转速、节流阀开度以及当前扭矩需求为已知参数；

增压器转速由发动机进气流量、压气机入口流量、当前环境压力和当前环境温度计算得出，

进而，根据EGR率、EGR中冷后气体温度、发动机水温、发动机转速、节流阀开度以及当前扭矩需求，模拟构建压气机-涡轮机联合模型，并计算出涡轮入口压力和压气机出口压力。

如图3所示，为本申请实施例的策略流程图，具体流程如下：

计算柴油机进气流量，发动机进气压力和发动机进气温度作为输入，查表可以得出发动机进气流量；

根据发动机进气流量与压气机入口流量，通过查表可以得出压气机对应的增压器的增压器转速，并通过当前环境温度和当前环境压力对增压器转速进行修正，获取最接近真实的增压器转速；

发动机转速和当前扭矩需求作为柴油机瞬态工况运行状态，对发动机的涡轮入口压力和压气机出口压力做压力限制，即获得压气机出口压力限制值以及涡轮入口压力限制值，用于验证压气机出口压力修正值的合理性，以提高后续模型应用准确性；

在压气机-涡轮机联合模型里按照增压器转速和发动机进气流量，获取压气机出口压力预测值，再根据EGR率、EGR中冷后气体温度、发动机水温进行压气机出口压力修正，获得压气机出口压力修正值；

在压气机-涡轮机联合模型里按照增压器转速和进气流量以及发动机油量，获取涡轮入口压力预测值，再根据EGR率、EGR中冷后气体温度、发动机水温进行涡轮入口压力修正，获得涡轮入口压力修正值。

实施例二

参见图4所示，本申请实施例提供一种自适应可变式压力预测装置，其用于实行实施例一中的自适应可变式压力预测方法，该装置包括：

发动机进气流量计算模块，其用于根据涡轮机进气压力和涡轮机进气温度，获得涡轮机进气流量；

增压器转速计算模块，其用于根据涡轮机进气流量以及压气机入口流量，获得压气机对应的增压器的增压器转速；

压气机出口压力预测模块，其用于根据涡轮机进气流量以及增压器转速，结合对应的压气机-涡轮机联合模型，获得压气机出口压力预测值；

涡轮入口压力预测模块，其用于根据涡轮机进气流量、增压器转速以及发动机油量，结合对应的压气机-涡轮机联合模型，获得涡轮入口压力预测值。

本申请实施例中，根据发动机进气压力和发动机进气温度，结合预设的流量模型，获得发动机进气流量；

具体是根据发动机进气流量、压气机入口流量、当前环境温度以及当前环境压力，结合预设的压力机转速模型，获得增压器转速。

本申请实施例中，对发动机的当前工作状况进行监测，根据发动机的进气压力、进气温度以及压气机入口流量，结合对压力情况进行合理预测，有效避免因传感器延迟而带来的压力预测误差。

需要说明的是，本申请实施例中的发动机具体可以是柴油机。

进一步的，该装置还包括：

合理性判定模块，其用于根据发动机转速以及当前扭矩需求，获得压气机出口压力限制值以及涡轮入口压力限制值，并利用压气机出口压力限制值以及涡轮入口压力限制值，分别对应验证压气机出口压力预测值以及涡轮入口压力预测值的合理性。

进一步的，该装置还包括：

修正值计算模块，其用于根据压气机出口压力预测值，结合实时监测获得的EGR率、EGR中冷后气体温度、发动机水温，根据压气机-涡轮机联合模型，获得压气机出口压力修正值；

修正值计算模块还用于根据涡轮入口压力预测值，结合实时监测获得的EGR率、EGR中冷后温度、发动机水温，根据压气机-涡轮机联合模型，获得涡轮入口压力修正值。

进一步的，在获得压气机出口压力预测值以及涡轮入口压力预测值之前，压气机出口压力预测模块还用于根据多组涡轮机进气流量模拟值、增压器转速模拟值、发动机油量模拟值、EGR率模拟值以及节流阀开度模拟值，模拟构建压气机-涡轮机联合模型。

具体的，根据发动机进气流量以及压气机入口流量，获得压气机对应的增压器的增压器转速时，会用到压气机转速模型，故而，该增压器转速计算模块还用于：

根据多组压气机入口流量模拟值以及发动机进气流量模拟值，通过模拟构建获得压气机转速模型；

根据发动机进气流量以及压气机入口流量，获得压气机对应的增压器的增压器转速时，具体步骤为：

根据当前环境温度、当前环境压力、压气机入口流量以及发动机进气流量，根据压气机转速模型，获得压气机对应的增压器的增压器转速；

其中，当前环境温度以及当前环境压力用于对压气机转速模型根据压气机入口流量以及发动机进气流量，模拟获得的结果进行修正，得到增压器转速。

同样，根据发动机进气压力和发动机进气温度，获得发动机进气流量，需要依据预设的流量模型，故而，发动机进气流量计算模块还用于：

根据多组发动机进气压力模拟值、发动机进气温度模拟值，模拟构建流量模型。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种自适应可变式压力预测方法，其特征在于，其用于对目标车辆的涡轮入口压力以及压气机出口压力进行压力预测，所述目标车辆的发动机配置有涡轮增压器，所述涡轮增压器包括同轴相连的涡轮机和压气机，所述方法包括以下步骤：

根据发动机进气压力和发动机进气温度，获得发动机进气流量；

根据所述发动机进气流量以及压气机入口流量，获得压气机对应的增压器的增压器转速；

根据所述发动机进气流量以及所述增压器转速，结合对应的压气机-涡轮机联合模型，获得压气机出口压力预测值；

根据所述发动机进气流量、所述增压器转速以及发动机油量，结合对应的压气机-涡轮机联合模型，获得涡轮入口压力预测值。

2.如权利要求1所述的自适应可变式压力预测方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

根据发动机转速以及当前扭矩需求，获得压气机出口压力限制值以及涡轮入口压力限制值；

利用所述压气机出口压力限制值以及所述涡轮入口压力限制值，分别对应验证所述压气机出口压力预测值以及所述涡轮入口压力预测值的合理性。

3.如权利要求1所述的自适应可变式压力预测方法，其特征在于，在获得压气机出口压力预测值之后，所述方法还包括以下步骤：

根据所述压气机出口压力预测值，结合实时监测获得的EGR率、EGR中冷后气体温度、发动机水温，根据所述压气机-涡轮机联合模型，获得压气机出口压力修正值。

4.如权利要求3所述的自适应可变式压力预测方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

根据发动机转速以及当前扭矩需求，获得压气机出口压力限制值以及涡轮入口压力限制值；

根据所述压气机出口压力限制值，验证所述压气机出口压力修正值的合理性。

5.如权利要求1所述的自适应可变式压力预测方法，其特征在于，在获得涡轮入口压力预测值之后，所述方法还包括以下步骤：

根据所述涡轮入口压力预测值，结合实时监测获得的EGR率、EGR中冷后温度、发动机水温，根据所述压气机-涡轮机联合模型，获得涡轮入口压力修正值。

6.如权利要求5所述的自适应可变式压力预测方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

根据发动机转速以及当前扭矩需求，获得压气机出口压力限制值以及涡轮入口压力限制值；

根据所述涡轮入口压力限制值，验证所述涡轮入口压力修正值的合理性。

7.如权利要求1所述的自适应可变式压力预测方法，其特征在于，在获得压气机出口压力预测值以及涡轮入口压力预测值之前，所述方法还包括以下步骤：

根据多组涡轮机进气流量模拟值、增压器转速模拟值、发动机油量模拟值、EGR率模拟值以及节流阀开度模拟值，模拟构建压气机-涡轮机联合模型。

8.如权利要求1所述的自适应可变式压力预测方法，其特征在于，所述根据所述发动机进气流量以及压气机入口流量，获得压气机对应的增压器的增压器转速中，具体包括以下步骤：

根据所述发动机进气流量以及压气机入口流量，基于预设的压气机转速模型进行模拟，并通过当前环境温度和当前环境压力结果修正，获得压气机对应的增压器的增压器转速。

9.一种自适应可变式压力预测装置，其特征在于，所述装置包括：

发动机进气流量计算模块，其用于根据涡轮机进气压力和涡轮机进气温度，获得涡轮机进气流量；

增压器转速计算模块，其用于根据所述涡轮机进气流量以及压气机入口流量，获得压气机对应的增压器的增压器转速；

压气机出口压力预测模块，其用于根据所述涡轮机进气流量以及所述增压器转速，结合对应的压气机-涡轮机联合模型，获得压气机出口压力预测值；

涡轮入口压力预测模块，其用于根据所述涡轮机进气流量、所述增压器转速以及发动机油量，结合对应的压气机-涡轮机联合模型，获得涡轮入口压力预测值。

10.如权利要求9所述的自适应可变式压力预测装置，其特征在于，所述装置还包括：

修正值计算模块，其用于根据所述压气机出口压力预测值，结合实时监测获得的EGR率、EGR中冷后气体温度、发动机水温，根据所述压气机-涡轮机联合模型，获得压气机出口压力修正值；

所述修正值计算模块还用于根据所述涡轮入口压力预测值，结合实时监测获得的EGR率、EGR中冷后温度、发动机水温，根据所述压气机-涡轮机联合模型，获得涡轮入口压力修正值。

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