CN114382602A - 使用自适应校准和传感器诊断的质量流量测量系统 - Google Patents

使用自适应校准和传感器诊断的质量流量测量系统 Download PDF

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Abstract

在脉动流环境中使用流量测量装置来确定质量流量的新的和/或替代性的方法。流量测量装置被配置成生成压力增量测量值。为流量测量装置生成半物理阀模型，然后使用该模型分离压力增量测量值。通过使用系统的操作参数组进行测试来确定流量测量装置的排放系数映射。然后，系统的操作参数被用于确定排放系数，以用于利用半物理阀模型来估计质量流量。所得到的估计质量流量可以用于控制系统，并且使用阀模型生成的有效面积因子估计可以用于确定流量测量装置的状态并且识别或预测维护需要。

Description

使用自适应校准和传感器诊断的质量流量测量系统
技术领域
用于监测和测量通过孔口、管或喷嘴的质量流量的系统，包括如在发动机控制和性能管理中使用的这种系统。
背景技术
通过压缩供给到发动机中的进气，可以增强发动机性能。例如，如图2中所示，涡轮增压器220使用从放置在发动机210的排出气流中的涡轮224获得的功率来操作，以在进气气流中驱动压缩机222。增压器利用发动机的机械输出获得功率，以在进气气流中驱动压缩机。电动马达和其他驱动系统也可用于在进气气流中驱动压缩机。
出于各种原因，在一些这样的系统中包括图2中230处所示的排气再循环(EGR)。EGR 230可向进气气流提供附加质量流，其中已经从发动机排出的气体对进一步燃烧是惰性的。例如，在柴油发动机中，EGR 230的使用可以减少对环境有害的氮氧化物的排放。EGR230使用EGR阀操作，该EGR阀被致动以控制再循环排气的量。
与发动机相关联的EGR阀和其他致动器由发动机控制单元(ECU) 250控制。ECU250可以使用各种控制方法(比例-积分-微分(PID)控制、模型预测控制(MPC)或其他控制方法)来使用操作性因素、环境因素和/或其他因素优化发动机性能。控制系统可以通过确定排气在再循环时排气的质量流量特性和/或进入发动机的空气的质量流量来管理EGR阀位置。
质量流量可以使用例如孔板、文丘里管、流量喷嘴或其他阻流结构来测量。通过监测阻塞物两侧的压力，可以使用将伯努利和其他原理应用于测量值的方程来测量通过阻塞物的流量。例如，ISO 5167描述并提供了用于以系统格式测量质量流率的参数。
然而，ISO 5167标准以及伯努利原理测量质量流量的许多其他应用要求稳态测量。在发动机控制的情况下，质量流是脉动的，而不是稳定的。即使发动机在负载和速度方面以稳态操作，也会发生质量流的扰动；发动机操作条件的变化会引入显著的误差。从已知稳态公式中导出的各种方程直接应用于脉动流和以其他方式变化的流导致计算结果中的尖峰，需要附加处理计算结果和/或导致次优控制。
期望能够识别和/或表征质量流量的新的和替代的方法和系统，以帮助优化的EGR使用。这种解决方案可以在EGR范围之外找到更广泛的应用。
发明内容
本发明人已经识别到对一种对估计脉动和/或可变环境中的质量流量的问题的解决方案的需求。
第一说明性非限制性示例采用使用质量流量计算来控制发动机的方法的形式，所述发动机具有排气再循环(EGR)阀和与所述EGR阀流体连通的流量测量装置，所述流量测量装置提供压力增量参数（delta pressure parameter）作为输出，所述方法包括：使用至少第一操作参数操作发动机；从流量测量装置测量压力增量参数；使用至少排放系数映射以及所述发动机的所述第一操作参数来确定排放系数；使用测量方程从所述压力增量参数估计质量流量，所述测量方程包含所述流量测量装置的所确定的排放系数；以及使用估计的质量流量调整EGR阀位置以控制发动机性能。
附加地或替代性地，通过将压力增量参数提供给被配置为产生质量流量估计的离散时间扩展卡尔曼滤波器来执行估计质量流量的步骤。
附加地或替代性地，估计质量流量的步骤还包括生成至少有效面积因子(FEA)估计，其中FEA估计指示流量测量装置的状态，该方法还包括：观测来自所述离散时间扩展卡尔曼滤波器的多个FEA估计；确定流量测量装置的FEA退化曲线；以及预测所述流量测量装置的维护时间。
附加地或替代性地，估计质量流量的步骤还包括生成至少有效面积因子(FEA)估计，其中FEA估计指示流量测量装置的状态，该方法还包括：确定所述FEA估计是否已经超过维护阈值；以及如果所述FEA估计已超过所述维护阈值，则宣告对维护的需要。
附加地或替代性地，所宣告的维护需要识别流量测量装置。
附加地或替代性地，卡尔曼滤波器还将发动机的至少第一操作参数作为输入。
附加地或替代性地，发动机使用第一操作参数和第二操作参数操作，使用第一操作参数和第二操作参数两者确定排放系数，并且第一操作参数和第二操作参数是进气歧管压力和发动机速度。
附加地或替代性地，流量测量装置是文丘里流量计、孔板或流量喷嘴中的一者。
再进一步的示例采取发动机的形式，该发动机包括适于执行如前述示例中的任一示例中的方法的可配置控制器、排气输出、和被配置为将来自排气输出的排气可控地再循环到进气口的排气再循环(EGR)阀、以及被配置为监测通过EGR阀的空气流量的流量测量装置。在一些这样的示例中，流量测量装置是文丘里流量计、孔板或流量喷嘴中的一者。
第二说明性和非限制性示例采用配置用于发动机的控制器的方法的形式，发动机具有排气再循环(EGR)阀和与EGR流体连通的流量测量装置，所述方法包括：构造半物理阀模型，所述半物理阀模型将用于所述流量测量装置的基于物理的质量流量方程近似为多项式；从所述半物理阀模型中分离出压力增量变量以生成测量方程，所述测量方程包括排放系数；测试通过测试测量装置的质量流量，并计算多个稳态脉动流条件中的每一个的排放系数，每个稳态脉动流条件表示发动机的操作状态；内插排放系数映射作为取决于所述发动机的一个或多个操作参数的变量；以及配置控制器以使用测量方程和排放系数映射来估计通过EGR阀的质量流量并使用估计的质量流量控制EGR。
附加地或替代性地，控制器被配置为通过以下方式使用测量方程和排放系数映射：使用至少第一操作参数操作发动机；从流量测量装置测量压力增量参数；使用至少所述第一操作参数和排放系数映射来确定排放系数；使用测量方程从所述压力增量参数估计质量流量，所述测量方程包含所述流量测量装置的所确定的排放系数；以及使用估计的质量流量调整EGR阀位置以控制发动机性能。
附加地或替代性地，控制器被配置为通过以下方式使用测量方程和排放系数映射：操作发动机；从流量测量装置测量压力增量变量；将所述压力增量变量提供给离散时间扩展卡尔曼滤波器，以使用所述测量方程和所述排放系数映射来估计质量流量，其中所述扩展卡尔曼滤波器被配置成生成有效面积因子(FEA)估计，所述FEA估计指示所述流量测量装置的状态；使用所述FEA估计确定所述流量测量装置的FEA退化曲线；以及使用FEA退化曲线预测流量测量装置的必要维护时间。
附加地或替代性地，控制器被配置为通过以下方式使用测量方程和排放系数映射：操作发动机；从流量测量装置测量压力增量变量；将所述压力增量变量提供给离散时间扩展卡尔曼滤波器，以使用所述测量方程和所述排放系数映射来估计质量流量，其中所述扩展卡尔曼滤波器被配置成生成有效面积因子(FEA)估计，所述FEA估计指示所述流量测量装置的状态；使用所述FEA估计来确定是否需要维护所述流量测量装置。
再进一步的示例采取发动机的形式，该发动机包括已经使用前述示例中的任一个配置的控制器、排气输出、配置成可控制地将排气从排气输出再循环到进气口的排气再循环(EGR)阀、以及配置成监测通过EGR阀的空气流量的流量测量装置。在一些这样的示例中，流量测量装置是文丘里流量计、孔板或流量喷嘴中的一者。
另一说明性和非限制性示例采取用于发动机的可配置控制器的形式，发动机具有排气再循环(EGR)阀和与EGR流体连通的流量测量装置，EGR阀被配置为选择性地允许排气再循环到发动机的进气歧管，并且流量测量装置被配置为提供压力增量测量值（deltapressure measurement），可配置的控制器被配置为执行以下：使用至少第一操作参数操作发动机；从流量测量装置测量压力增量参数；使用至少排放系数映射以及所述发动机的所述第一操作参数来确定排放系数；使用测量方程从所述压力增量参数估计质量流量，所述测量方程包含所述流量测量装置的所确定的排放系数；以及使用估计的质量流量调整EGR阀位置以控制发动机性能。
附加地或替代性地，可配置的控制器可以进一步被配置为使得通过将压力增量参数提供给被配置为产生质量流量估计的离散时间扩展卡尔曼滤波器来执行估计质量流量的步骤。
附加地或替代性地，可配置的控制器可以进一步被配置为使得估计质量流量的步骤进一步包括生成至少有效面积因子(FEA)估计，其中FEA估计指示流量测量装置的状态，并且可配置的控制器还被配置为执行以下操作：观测来自所述离散时间扩展卡尔曼滤波器的多个FEA估计；确定流量测量装置的FEA退化曲线；以及预测所述流量测量装置的维护时间。
附加地或替代性地，可配置的控制器可以进一步被配置为使得估计质量流量的步骤进一步包括至少生成有效面积因子(FEA)估计，其中FEA估计指示流量测量装置的状态，并且可配置的控制器还被配置为执行以下操作：确定所述FEA估计是否已经超过维护阈值；以及如果所述FEA估计已超过所述维护阈值，则宣告对维护的需要。
另外或替代性地，可配置的控制器可以进一步被配置为使得所宣告的维护需要识别流量测量装置。
附加地或替代性地，可配置的控制器可进一步配置为使得卡尔曼滤波器还将发动机的至少第一操作参数作为输入。
附加地或替代性地，可配置的控制器可以被配置为：使用所述第一操作参数和第二操作参数操作所述发动机；以及确定使用第一操作参数和第二操作参数两者确定的排放系数；其中，所述第一操作参数和第二操作参数是进气歧管压力和发动机速度。
再进一步的示例采取发动机的形式，该发动机包括前述示例中的任一个的可配置控制器、排气输出、配置为可控制地将排气从排气输出再循环到进气口的排气再循环(EGR)阀、以及配置为监测通过EGR阀的空气流量的流量测量装置。在一些这样的示例中，流量测量装置是文丘里流量计、孔板或流量喷嘴中的一者。
本发明内容提供了对本文主题的介绍。其不旨在提供排他性或详尽的解释。包括具体实施方式以提供进一步的细节和示例。
附图说明
附图通过示例而非限制的方式总体地示出了本文档中所讨论的各种示例。
图1示出了操作性控制系统的模型；
图2以示意形式示出了说明性发动机；
图3-图4示出了说明性流量测量装置；
图5示出了说明性方法；
图6示出了说明性排放系数映射；以及
图7a-图7c示出了说明性方法。
具体实施方式
图1示出了操作性控制系统的模型。控制装置以100示出，并且包括状态观测器102，其将一组当前状态变量馈送到低级控制器104。低级控制器计算可应用于一组致动器112的过程参数的解，所述致动器进而控制物理设备114的操作。该组致动器可以控制，例如但不限于，燃料或其他喷射器、可变喷嘴涡轮位置、发动机制动、后处理(包括排气)、节气门位置、排气再循环(EGR)、电动马达(例如在电动涡轮增压器中，其可以经由脉宽调制(PWM)被控制)、废气门(WG)位置、增压空气冷却器功能、再循环阀的位置、可变压缩机几何形状致动器的位置；以及系统中的其他阀、喷嘴、部件和位置。
物理设备114可以是，例如但不限于，内燃发动机，无论是柴油还是汽油。提供了多个传感器116。传感器116可以包括，例如但不限于，检测歧管绝对压力(MAP)、质量空气流量(MAF)、EGR流量、涡轮速度、NOx、发动机速度、燃料量、增压压力等的传感器。另外的监测参数可包括例如电动涡轮增压器的电动马达的扭矩输出、废气门(WG)标准化开度、再循环阀(RCV)标准化开度和/或可变几何形状压缩机位置和配置。在一些示例中，传感器116还可以感测用户输入，诸如制动或加速踏板上的压力和/或方向盘位置(以及其变化)。传感器116可以被配置成采样被感测的基础参数，并将这些采样的结果提供给状态观测器102。状态观测器102可以记录随时间的传感器输出和致动器位置，以提供系统操作的历史。
状态观测器102和低级控制器104可以例如在微控制器中实现，该微控制器被配置成对用于执行状态观测和优化例程的一组存储的指令进行操作。在另一示例中，专用集成电路(ASIC)可以提供状态观测器功能，其可以包括来自致动器112和/或传感器116的数据的捕获或累积，所述数据又可以由微控制器周期性地读取。低级控制器104可配置有电路、逻辑和/或存储的指令集，用于使用例如模型预测控制(MPC)成本函数、线性二次调节器(LQR)控制、比例积分微分(PID)控制或其他控制方法来执行控制和/或优化计算。
低级控制器104可以集成到车载诊断系统(未示出)中，或者与车载诊断系统分开提供，车载诊断系统可以用于记录诊断变量并根据需要将它们呈现给用户或存储以用于稍后的分析。低级控制器104被示出为可操作地链接到整个发动机控制单元(ECU) 120。示出了单独的框102、104和120，然而，应当理解，如果需要，该架构可以被集成到单个处理器或微控制器中。在其他示例中，可以根据需要为每个框102、104和120提供单独的ASIC、(一个或多个)状态机、(一个或多个)微控制器或微处理器。
由低级控制器104计算的控制方案用于产生一个或多个输出，该输出又用于控制致动器112以操作物理设备114。总体而言，目标可以是最小化操作变量与用于可控输出或物理设备操作特性的一个或多个目标输出值的距离。例如，目标可以是目标涡轮增压器速度、目标增压压力、压缩机上的目标压力差、目标空气质量流量或它们的组合中的任何一者。利用MPC功能，到一个或多个输出值(或所得的操作特性)的目标值或参考值的距离被最小化，从而优化性能。作为示例，MPC成本函数形成可以如方程1中所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（方程1）
其中
Figure 312618DEST_PATH_IMAGE002
对应于所操纵的变量的期望分布，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
代表所操纵的变量，k表示离散时间实例，并且P代表预测性控制器的预测时域。在该示例中，
Figure 308387DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure DEST_PATH_IMAGE005
分别表示输出参考值和测量值，并且
Figure 416021DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure DEST_PATH_IMAGE007
指定加权项。MPC成本函数在操作中被最小化，以便向物理设备提供最优控制，并且低级控制器104可以相应地使用MPC。
在另一示例中，PID控制器可以用于考虑与目标操作点的比例、积分和微分差中的每一个。PID控制的目标操作点可以使用单个值，诸如压缩机增压压力，或者可以使用多个值，诸如压缩机速度和压缩机增压压力，同时控制其他因素(例如致动器位置)以指导操作来维持这样的目标。比例差可以指示当前状态，积分差可以识别随时间的过程偏移，并且微分差可以指示操作中的变化方向。利用PID控制，比例差在监控时被最小化，以确保积分和微分差不指示变化的性能，该变化的性能在进一步迭代之后可能导致比例差增加。对于PID控制器，调整输出到致动器112的控制参数，以在迭代的基础上减小或最小化实际性能与一个或多个目标的距离。PID控制可以结合多个不同的目标操作特性。例如，低级控制器104可以使用PID控制而不是MPC。如果需要，可使用LQR控制来代替应用类似的构思。
状态观测器102、低级控制器104和/或ECU 120可以使用的传感器输入之一是来自流量测量装置的压力增量测量值。例如，阻流测量装置（flow obstructing measurementdevice）返回特定值，即在测量装置中的两点之间测量的压力变化。这种压力变化在以下描述中表示为
Figure 889858DEST_PATH_IMAGE008
。
图3和图4示出了两个阻流测量装置，并且示出了如何测量
Figure 235389DEST_PATH_IMAGE008
。例如，图3示出了孔板流量测量装置。孔板在304处示出，位于具有内径302的管300内。孔板具有内部开口，该内部开口具有相对于管300减小的直径306。在308处示出了流动线路，示出了流体如何通过具有来自孔板304的阻碍的装置。在位置310和312处进行压力测量，其中位置310在孔板304上游，而位置312位于在孔板下游。然后，两个位置310、312之间的压力差可以用于计算质量流量。
图4示出了文丘里管流量测量装置。这里，管400从402处的第一内径变窄到404处的减小的内径，而不是具有阻碍板。在406处示出了流动线路，其示出了如何引导移动通过流量测量装置的流体。在位置410和412处测量压力，并且在414处物理地示出了压力增量测量值，其为位置410、412处的两个测量值之间的差。
具有不同和/或任意形状的其他流量测量装置也是已知的。对于本文的使用，流量测量装置返回压力增量测量值(
Figure 323431DEST_PATH_IMAGE008
)。这种类型的流量测量装置的使用是公知的，并且根据流体的可压缩性以及其他因素或假设而变化。这些装置的大多数分析假设质量流的稳定状态，以允许
Figure 606776DEST_PATH_IMAGE008
测量值用于计算或估计质量流量。
在一些说明性实施例中，不是依赖于为稳态流条件开发的公式，而是创建脉动流模型，并且然后由使用估计的质量流量控制系统操作的系统来实现。例如，该系统可通过至少部分地控制通过EGR的质量流量来控制发动机，控制通过EGR的质量流量包括使用流量测量装置监测这种质量流量。在校准阶段，通过在各种稳态脉动流操作状态之间映射来确定阻流测量装置(可以使用孔板、文丘里管、流量喷嘴或其他任意形状的阻流装置中的任一者)的取决于操作点的排放系数。要映射的操作状态可包括可能用于基础发动机系统的稳态操作的那些操作状态。在建立了排放系数映射的情况下，可以使用发动机的一个、两个或更多个操作参数作为输入通过参考排放系数映射来计算或确定排放系数。在一示例中，当创建排放系数映射时，使用进气歧管压力和发动机速度的组合来测试各种操作状态。可以在若干操作状态下映射排放系数，其中通过内插来计算操作状态组合之间的区域。
在一示例中，质量流量方程相对于
Figure 336834DEST_PATH_IMAGE008
反演，并且
Figure 271292DEST_PATH_IMAGE008
项与方程的其余部分分离。如果质量流量模型假设介质缺乏内部能量变化并且介质是不可压缩的，则可以使用反演，其中质量流量方程将是：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
这里，在反演方程之后，求解
Figure 795815DEST_PATH_IMAGE008
是相对简单的。然而，在没有恒定内能和/或不可压缩性的假设的情况下，流动方程变得更加复杂。不是反演公式并求解
Figure 815723DEST_PATH_IMAGE010
，而是使用具有有理数多项式结构的半物理模型来近似基于纯物理的方程，并且使用半物理模型执行反演。
结果可以是非线性方程，然后可以使用非线性方程解算器通过例如使用高斯-牛顿、牛顿-拉夫逊、扩展卡尔曼滤波器或其他基于模型的滤波技术来求解该非线性方程。通过使用基于模型的解，可以从数据中分离测量误差和瞬态峰值。
在说明性示例中，可以使用以下有理数多项式方程：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
其中
Figure 97275DEST_PATH_IMAGE012
是压力增量测量值，m是质量流量，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
是上游温度，
Figure 151819DEST_PATH_IMAGE014
是上游压力，A是孔口面积，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
是排放系数，并且
Figure 112822DEST_PATH_IMAGE016
系数可以如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
这些系数可以根据流量测量装置和其他系统部件/设计而变化。在一些示例中，孔口面积A可以是参考计算的孔口阻碍的变量，其中阻碍程度可以使用下面示出的过程来估计。
图5示出了说明性方法。图5的方法500可用于配置系统的控制器。在502处构造半物理阀模型，并且在框504处校准排放系数变量
Figure 885606DEST_PATH_IMAGE018
。在一些示例中，
Figure 177041DEST_PATH_IMAGE018
是取决于系统的一个或多个操作参数的变量，如相对于图6所描述的，并且因此
Figure 86091DEST_PATH_IMAGE018
到(一个或多个)操作参数的映射被生成，如在506处所指示的。然后，可将该压力增量变量与方程的其余部分分离，随后应用非线性方程解算器，如508处所指示的，以求解未知的质量流量。各种各样的商业上可获得的软件产品提供了用于求解非线性方程(例如Matlab)的工具。
图6示出了说明性的排放系数映射。在示例性映射600中，歧管压力用作一个轴602，发动机速度是另一轴604，并且排放系数Cd沿第三轴606示出。使用各种操作参数产生测试点610、612，并且通过在测试点610、612之间进行内插来限定表面608。通过增加更多的测试点可以提高映射的准确性；在一些示例中，可以提供20至50个测试点，或者更多或更少。在一些示例中，映射600可以针对特定实现方式生成，诸如车辆或其他发动机配置，并且针对该特定实现方式存储。在其他示例中，诸如当一队卡车、飞机或汽车、或者一类发电机或其他发动机在每种配置中使用相同的装备时，可以针对标准化配置生成映射600。
在图6所示的示例中，使用发动机的两个操作参数来确定排放系数。在其他示例中，可以使用用于发动机的单个操作参数，诸如发动机速度或歧管压力，或者不同的参数，诸如排气压力。在另外的示例中，多于两个的操作参数可以用于确定排放系数。应当理解，本文的每个示例具有使用一个、两个或三个或更多个发动机操作参数以用于使用映射来确定排放系数的灵活性。在另外的其他示例中，可计算多项式公式以确定排放系数，而不是确定映射，从而避免存储查找表的需要。
在一些示例中，直接使用发动机或待建模的发动机设计来生成或校准映射600。例如，可以在被测试发动机中设置附加传感器，诸如基于激光的精密流量计。可以使用真实世界的实现方式。在其他示例中，如果需要，可以在测试站上生成映射600。在一些示例中，可以在仿真中使用可预测和同质介质(例如CO2)利用专用设备来生成系数映射。在一些示例中，使用测试装置而不是真实世界的实现方式，基于激光的流量计数据可以用于生成映射600。当产生排放系数映射时，例如，发动机速度的变化可以为了测试目的而被建模为给定频率的脉动流，该高频脉动例如等同于较高的发动机速度；在该示例中，歧管压力可以通过在流量测量装置的出口处施加背压而被建模以用于测试目的。因此，可以为了映射目的而模拟流量测量装置的输入和输出处的条件。
在一示例中，如下校准映射600：
1. 生成半物理阀模型，其近似基于物理的流量方程并且从方程0 =
Figure 686837DEST_PATH_IMAGE019
分离质量流量；在分离的质量流量模型
Figure DEST_PATH_IMAGE020
中，为了校准，将Cd初始设置为1。
2. 在
Figure 946917DEST_PATH_IMAGE021
模型中具有单位排放系数的情况下将排放系数校准为
Figure DEST_PATH_IMAGE022
。这里，质量流量数据例如通过使用基于EGR CO2的质量流量方法来测量。
3. 将内插2D映射中的排放系数表示为操作点相关参数。例如，对于EGR流量测量，操作点由进气歧管压力和发动机速度给出。
4. 在
Figure 556890DEST_PATH_IMAGE021
模型中使用校准的Cd映射。
5. 从
Figure 320446DEST_PATH_IMAGE023
方程中分离出压力增量变量，从而以有理数多项式形式用作测量方程(例如，用于离散时间扩展卡尔曼滤波器(EKF))。在说明性示例中，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
步骤1-5用作一个说明性示例。
图7a-7c示出了说明性方法。图7a在700处示出了示例方法。在702处操作发动机，并且在704处对Δρ的测量值进行采样或以其他方式从流量测量装置获取Δρ的测量值。然后在706处，使用发动机的操作状态以及排放系数映射确定排放系数Cd。然后在708处使用上面在图5中生成的方程来估计质量流量，在一些示例中，在框708处使用离散时间扩展卡尔曼滤波器来估计质量流量，但是可以替代地使用其他计算。最后，在图7a所示的方法中，操纵或以其他方式调整与发动机相关联的可控致动器。在所示的示例中，在710处调整EGR阀位置，这可例如朝向优化目标或目标设定点调整发动机性能。虽然该示例具体地指出了EGR阀位置，但是可以单独地或与一个或多个其他致动器、参数等组合地调整任何其他致动器或阀。
除了在710处的调整或致动之外，或者作为710处的调整或致动的替代，可以使用图7b和/或7c中的方法来监测、建模或标记系统的状态。
图7b示出了确定系统的维护状态并及时向前计划的示例。这里，图7a中被执行以确定质量流量的计算可以包括作为输出中的附加变量的有效面积因子(FEA)，如可能是当卡尔曼滤波器被用于计算质量流量时的情况(通常卡尔曼滤波器返回估计的变量和与该变量相关联的一个或多个噪声因子；噪声因子可以被分离并且与系统的特定元件相关联)。在框730处生成或获得FEA，并且在732处生成FEA曲线。FEA曲线可参照时间，然后可在734处用于预测维护时间。例如，流量测量装置(诸如文丘里流量计)可能随着时间的推移被烟灰或其他结垢因素被阻塞；在其他示例中，流量测量装置可能受到磨损(如具有可显示烟灰积聚和磨损的阻塞流量计)。通过从计算的随时间变化的FEA外推，可以预测维护时间。
图7c示出了另一示例。这里，在750处生成或获得FEA。然后在752处，可将FEA与阈值进行比较。如果在752处满足阈值，则系统可在754处宣告对维护的需要。维护的需要可以在车辆外被传达给例如集中式服务器或车队管理者，或者可以被报告给车辆本身的用户。
以上具体实施方式包括对附图的参考，附图形成具体实施方式的一部分。附图通过图示的方式示出了其中可以实践本发明的具体实施例。这些实施例在本文也被称为“示例”。在本文档中，如在专利文档中常见的，术语“一”或“一个”被用于包括一个或多于一个，而与“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或使用无关。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并且不旨在对其对象施加数值要求。
上述描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。诸如，本领域的普通技术人员在阅读以上描述之后可以使用其他实施例。一些示例可以包括除了所示出或描述的那些之外的元件。本发明人还设想了使用关于特定示例(或其一个或多个方面)或关于本文所示或描述的其他示例(或其一个或多个方面)所示或描述的那些元素(或其一个或多个方面)的任何组合或排列的示例。
本文描述的方法示例可以至少部分地由机器或计算机实现。一些示例可以包括编码有指令的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可操作以将电子设备配置成执行如以上示例中所描述的方法。这些方法的实现可以包括代码，诸如微代码、汇编语言代码、高级语言代码等。这种代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。该代码可以形成计算机程序产品的部分。此外，在示例中，代码可以诸如在执行期间或在其他时间被有形地存储在一个或多个易失性、非暂时性或非易失性有形计算机可读介质上。这些有形计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移除的磁盘或光盘、磁带盒、存储卡或记忆棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。
提供摘要以符合37C.F.R.§1.72(b)，以允许读者快速确定技术公开的性质。提交摘要的理解是，它将不用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在以上具体实施方式中，可以将各种特征分组在一起以简化本公开。这不应被解释为旨在表示未要求保护的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。相反，创新主题可以在于少于特定公开的实施例的所有特征。因此，以下权利要求在此作为示例或实施例并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且设想这样的实施例可以以各种组合或排列彼此组合。保护范围应当参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。

Claims (20)

1.一种使用质量流量计算来控制发动机的方法，所述发动机包括进气歧管并且以发动机速度操作，所述发动机具有排气再循环(EGR)阀和与所述EGR阀流体连通的流量测量装置，所述流量测量装置提供压力增量参数作为输出，所述方法包括：
使用至少第一操作参数操作所述发动机；
从所述流量测量装置测量所述压力增量参数；
使用至少所述第一操作参数和排放系数映射来确定排放系数；
使用测量方程从所述压力增量参数估计质量流量，所述测量方程包含所述流量测量装置的所确定的排放系数；以及
使用所估计的质量流量来调整EGR阀位置以控制发动机性能；
其中，所述至少第一操作参数包括进气歧管压力或发动机速度中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过将所述压力增量参数提供给被配置为生成质量流量估计的离散时间扩展卡尔曼滤波器来执行估计质量流量的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，估计质量流量的步骤还包括至少生成有效面积因子(FEA)估计，其中，所述FEA估计指示所述流量测量装置的状态，所述方法还包括：
观测来自所述离散时间扩展卡尔曼滤波器的多个FEA估计；
确定所述流量测量装置的FEA退化曲线；以及
预测所述流量测量装置的维护时间。
4. 根据权利要求2所述的方法，其中，估计质量流量的步骤还包括至少生成有效面积因子(FEA)估计，其中，所述FEA估计指示所述流量测量装置的状态，所述方法还包括：
确定所述FEA估计是否已经超过维护阈值；以及
在所述FEA估计已超过所述维护阈值的情况下，宣告对维护的需要。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所宣告的维护需要识别所述流量测量装置。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述卡尔曼滤波器还将所述发动机的至少所述第一操作参数作为输入。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述第一操作参数和第二操作参数来操作所述发动机，使用所述第一操作参数和所述第二操作参数两者来确定所述排放系数，并且所述第一操作参数和所述第二操作参数是进气歧管压力和发动机速度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流量测量装置是文丘里流量计、孔板或流量喷嘴中的一者。
9.一种配置用于发动机的控制器的方法，所述发动机具有排气再循环(EGR)阀和与所述EGR流体连通的流量测量装置，所述方法包括：
构造半物理阀模型，所述半物理阀模型将用于所述流量测量装置的基于物理的质量流量方程近似为多项式；
从所述半物理阀模型中分离出压力增量变量以生成测量方程，所述测量方程包括排放系数；
测试通过测试测量装置的质量流量，并计算多个稳态脉动流条件中的每一个的排放系数，每个稳态脉动流条件表示所述发动机的操作状态；
内插排放系数映射作为取决于所述发动机的一个或多个操作参数的变量；以及
配置所述控制器以使用所述测量方程和所述排放系数映射来估计通过所述EGR阀的质量流量，并且使用所估计的质量流量控制所述EGR。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述控制器被配置为通过以下操作来使用所述测量方程和所述排放系数映射：
使用至少第一操作参数操作所述发动机；
从所述流量测量装置测量压力增量参数；
使用至少所述第一操作参数和排放系数映射来确定排放系数；
使用所述测量方程，从所述压力增量参数和所确定的排放系数来估计质量流量；以及
使用所估计的质量流量调整EGR阀位置以控制发动机性能。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述控制器被配置为通过以下操作来使用所述测量方程和所述排放系数映射：
操作所述发动机；
从所述流量测量装置测量压力增量变量；
将所述压力增量变量提供给离散时间扩展卡尔曼滤波器，以使用所述测量方程和所述排放系数映射来估计质量流量，其中所述扩展卡尔曼滤波器被配置成生成有效面积因子(FEA)估计，所述FEA估计指示所述流量测量装置的状态；
使用所述FEA估计确定所述流量测量装置的FEA退化曲线；以及
使用所述FEA退化曲线预测所述流量测量装置的必要维护时间。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述控制器被配置为通过以下操作来使用所述测量方程和所述排放系数映射：
操作所述发动机；
从所述流量测量装置测量压力增量变量；
将所述压力增量变量提供给离散时间扩展卡尔曼滤波器，以使用所述测量方程和所述排放系数映射来估计质量流量，其中所述扩展卡尔曼滤波器被配置成生成有效面积因子(FEA)估计，所述FEA估计指示所述流量测量装置的状态；
使用所述FEA估计来确定是否需要维护所述流量测量装置。
13.一种用于发动机的可配置控制器，所述发动机具有进气歧管并且能够在发动机速度下操作，所述发动机具有排气再循环(EGR)阀和与所述EGR流体连通的流量测量装置，所述EGR阀被配置为选择性地允许排气再循环至所述发动机的进气歧管，并且所述流量测量装置被配置为提供压力增量测量值，所述可配置控制器被配置为执行以下操作：
使用至少第一操作参数操作所述发动机；
从所述流量测量装置测量压力增量参数；
使用至少排放系数映射以及所述发动机的所述第一操作参数来确定排放系数；
使用测量方程从所述压力增量参数估计质量流量，所述测量方程包含所述流量测量装置的所确定的排放系数；以及
使用所估计的质量流量来调整EGR阀位置以控制发动机性能；
其中，所述至少第一操作参数包括进气歧管压力或发动机速度中的至少一者。
14.根据权利要求13所述的可配置控制器，还被配置成使得通过将所述压力增量参数提供给被配置成生成所述质量流量估计的离散时间扩展卡尔曼滤波器来执行估计质量流量的步骤。
15.根据权利要求14所述的可配置控制器，还被配置成使得估计质量流量的步骤还包括生成至少有效面积因子(FEA)估计，其中所述FEA估计指示所述流量测量装置的状态，并且所述可配置控制器还被配置成执行以下操作：
观测来自所述离散时间扩展卡尔曼滤波器的多个FEA估计；
确定所述流量测量装置的FEA退化曲线；以及
预测所述流量测量装置的维护时间。
16. 根据权利要求14所述的可配置控制器，还被配置成使得估计质量流量的步骤还包括生成至少有效面积因子(FEA)估计，其中所述FEA估计指示所述流量测量装置的状态，并且所述可配置控制器还被配置成执行以下操作：
确定所述FEA估计是否已经超过维护阈值；以及
在所述FEA估计已超过所述维护阈值的情况下，宣告对维护的需要。
17.根据权利要求16所述的可配置控制器，进一步被配置为使得所宣告的维护需要识别所述流量测量装置。
18.根据权利要求14所述的可配置控制器，进一步被配置为使得所述卡尔曼滤波器还将所述发动机的至少所述第一操作参数作为输入。
19. 根据权利要求13所述的可配置控制器，进一步地，其中所述可配置控制器被配置为：
使用所述第一操作参数和第二操作参数操作所述发动机；以及
确定使用所述第一操作参数和所述第二操作参数两者确定的所述排放系数；
其中，所述第一操作参数和第二操作参数是进气歧管压力和发动机速度。
20.一种发动机，包括根据权利要求13所述的可配置控制器、进气口、排气输出、被配置为将来自所述排气输出的排气可控地再循环到所述进气口的排气再循环(EGR)阀、以及被配置为监测通过所述EGR阀的空气流量的流量测量装置，其中，所述流量测量装置是文丘里流量计、孔板或流量喷嘴中的一者。
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