CN114962021B - 一种egr闭环控制优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种EGR闭环控制优化设计方法，利用前馈系数对前馈部分的目标开度进行修正，前馈部分参数Pct_{ValveDsrdFFNew}＝r_ValveDsrdFF×Pct_ValveDsrdFF，前馈系数r_ValveDsrdFF＝(r_ThrEff×r_SparkEff×r_MAPEff×r_{AirDensityEff}‑1)×r_TranEff，其中，r_ThrEff为节气门特性影响系数、r_SparkEff为点火角特性影响系数、r_MAPEff为进气压力特性影响系数、r_{AirDensityEff}为进气量特性影响系数、r_TranEff为进气压力影响系数。本发明能够实时识别外界环境对闭环控制系统的干扰，提出了一种EGR闭环控制优化设计方法，改善EGR系统的稳定性和精确性，也就是改善EGR控制闭环控制响应的快速性和准确性。

Description

一种EGR闭环控制优化设计方法

技术领域

本发明涉及一种控制方法，具体涉及一种EGR闭环控制优化设计方法，属于发动机控制领域。

背景技术

研究表明EGR系统在改善排放，降低油耗和改善抗爆震能力上有一定优势。目前已经有了部分对EGR系统进行控制的研究。

如公开号为CN112377315A的中国发明专利公开了基于理想喷嘴处的可压缩气体方程的EGR阀目标开度设计方法，包括以下步骤：S1、获取进入气缸的新鲜空气流量和最终目标EGR率；S2、计算得出目标废气流量；S3、比较目标废气流量和预设最小目标值,根据可压缩气体方程计算EGR控制阀的目标有效面积，设置EGR控制阀开度。该专利将气体方程中运用到工程实际中，对EGR控制阀有效面积进行修正，并实时监测实际EGR率而修正EGR控制阀的有效面积，从而提高了EGR的控制精度。

该专利提出了基于理想喷嘴处的可压缩气体方程的EGR阀目标开度设计方法，相当于提出了闭环控制中的前馈部分，但是前馈部分目标有效面积学习系数学习较为苛刻而且不能随时应对瞬态工况。

由于EGR系统的迟滞性，为了改善EGR系统的稳定性和精确性。为了应对这一目标，需要尽可能实时识别外界环境对闭环控制系统的干扰。本系统就是将不同工况因子作为闭环控制系统的前馈输入，从而可以改善EGR闭环控制的响应时间和准确性，提出了一种EGR闭环控制优化设计方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够应对发动机实时工况下的EGR闭环控制优化设计方法。

本发明对EGR控制的最终控制目的是基于目标EGR率和实际EGR率请求EGR控制阀的开度，实现实际EGR率跟随目标EGR率。

目前，如附图1所示，一般的高压EGR系统主要由EGR入口温度传感器、EGR控制阀(带位置传感器)、EGR冷却器、EGR冷却器出口温度传感器组成。

其中EGR入口温度传感器用于检测进入EGR控制阀的废气温度；

EGR控制阀(带位置传感器)，用于控制阀的开度和读取实际开度，用于计算和控制EGR率；

EGR冷却器用于冷却废气温度；

EGR冷却器出口温度传感器用于读取进入进气系统废气的温度。

其中EGR取气是在增压器涡轮机前侧，即发动机燃烧产生的废气还未经推动涡轮机增压而降低废气能力，因废气压力较高，因此称为高压EGR；EGR废气进入进气系统的混合点是在节气门后，即将进入气缸处。

常用的EGR闭环控制为：前馈部分的EGR阀目标开度+PID部分的EGR阀目标开度。

本发明提出了EGR闭环控制优化设计方法，是利用前馈系数对前馈部分的目标开度进行修正，具体为：

假设常用的EGR阀前馈计算得到的目标开度为Pct_ValveDsrdFF，将本发明的前馈系数r_ValveDsrdFF作为前馈部分控制的修正，得到最终的前馈部分参数为：

Pct_{ValveDsrdFFNew}＝r_ValveDsrdFF×Pct_ValveDsrdFF。

所述前馈系数r_ValveDsrdFF由以下几种影响因子决定：

r_ValveDsrdFF＝(r_ThrEff×r_SparkEff×r_MAPEff×r_{AirDensityEff}-1)×r_TranEff

其中，r_ThrEff为节气门特性影响系数、r_SparkEff为点火角特性影响系数、r_MAPEff为进气压力特性影响系数、r_{AirDensityEff}为进气量特性影响系数、r_TranEff为进气压力影响系数。

更进一步的方案是：

节气门特性影响系数为：

其中k_ThrGain为增益系数，p_PreThrMAP为节气门前入口气体压力，p_ActMAP为节气门后进气压力，k_ThrGain＝f₁(rho_Dsrd,n)，由进入气缸的目标进气密度rho_Dsrd和发动机转速n决定。

更进一步的方案是：

增益系数k_ThrGain的标定依据是在通过固定不同节气门前后压比和发动机转速下改变目标进气密度来测试验证得到。

更进一步的方案是：

所述点火角特性影响系数为：

其中k_EffGain为增益系数，r_BaseSprk为基本点火效率，r_FinalSprk为实际点火效率k_EffGain＝f₂(rho,n)，由实际进气密度rho和发动机转速n决定。

更进一步的方案是：

增益系数k_EffGain的标定依据是在各个工况下保证对爆震无恶化的前提下尽可能最大实现其目标EGR废气量,该标定即是通过注入爆震后改变点火效率来实现。

更进一步的方案是：

进气压力特性影响系数是：

其中k_MAPGain为增益系数，p_DesdMAP为目标进气压力，p_ActMAP为实际进气压力，k_EffGain＝f₃(r_EGRDsrd,n)，由目标EGR率r_EGRDsrd和发动机转速n决定。

更进一步的方案是：

增益系数k_EffGain的标定依据是在通过固定不同目标EGR率和发动机转速下改变目标进气压力来测试验证得到，目的是保证发动机燃烧稳定性指标在设计范围内基于此。

更进一步的方案是：

进气量特性影响系数是：

其中k_{AirDensityGain}为增益系数，rho_Dsrd为目标进气密度，rho为实际进气密度，k_{AirDensityGain}＝f₄(r_EGRPress,n)，由EGR阀前后压比r_EGRPress和发动机转速n决定。

更进一步的方案是：

增益系数k_{AirDensityGain}的标定依据是在通过固定不同EGR阀前后压比和发动机转速下改变目标进气压力来测试验证得到，目的是保证发动机燃烧稳定性指标在设计范围内基于此。

更进一步的方案是：

进气压力影响系数是：

r_TranEff＝f₅(ΔMAP)

f₅(ΔMAP)由发动机转速n和进气压力MAP差ΔMAP共同确定，进气压力表征瞬态工况最有代表意义，进气压力MAP差ΔMAP取最近N次采样周期内之前的进气压力最大值和最小值之差；N与发动机转速n有关，转速n越低，N值越小，转速n越大，N值越大。

本发明具有如下突出的有益效果：

本发明能够实时识别外界环境对闭环控制系统的干扰，提出了一种EGR闭环控制优化设计方法，改善EGR系统的稳定性和精确性，也就是改善EGR控制闭环控制响应的快速性和准确性。

附图说明

图1为常规的高压EGR系统组成示意图；

图2为本发明EGR闭环控制优化设计方法逻辑示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

常用的EGR率闭环控制为：前馈部分的EGR阀目标开度加上PID部分的EGR阀目标开度。其中前馈部分的EGR阀目标开度可以参照公开号为CN112377315A的中国发明专利中公开的目标开度(即该专利说明书0047段中目标EGR开度Pct_ValveDSRD)。

本发明提供的EGR闭环控制优化设计方法，是利用前馈系数对前馈部分的目标开度进行修正，具体为：

假设常用的EGR阀前馈计算得到的目标开度为Pct_ValveDsrdFF，将本发明的前馈系数r_ValveDsrdFF作为前馈部分控制的修正，得到最终的前馈部分参数为：

Pct_{ValveDsrdFFNew}＝r_ValveDsrdFF×Pct_ValveDsrdFF。

所述前馈系数r_ValveDsrdFF由以下几种影响因子决定：

r_ValveDsrdFF＝(r_ThrEff×r_SparkEff×r_MAPEff×r_{AirDensityEff}-1)×r_TranEff

其中，r_ThrEff为节气门特性影响系数、r_SparkEff为点火角特性影响系数、r_MAPEff为进气压力特性影响系数、r_{AirDensityEff}为进气量特性影响系数、r_TranEff为进气压力影响系数。

如附图2所示，按照先后顺序分别计算各影响系数：

1)节气门特性影响：节气门后进气压力与节气门前入口压力之比，其压比越大节气门节流效果越不显著，对于引入EGR废气的能力会相对较差。进气量的变化对EGR控制系统影响系数：

其中k_ThrGain为增益系数，p_PreThrMAP为节气门前入口气体压力，p_ActMAP为节气门后进气压力，k_ThrGain＝f₁(rho_Dsrd,n)，由进入气缸的目标进气密度rho_Dsrd(采用目标进气密度而非实际进气密度的原因是，在车辆动态控制过程中，试验发现节气门入口和出口压力会瞬态变化，进气密度采用目标值更能够保证最终整个控制的进气压力精度准确性，本实例要求在±2kPa范围内)和发动机转速n决定。增益系数k_ThrGain的标定依据是在通过固定不同节气门前后压比(节气门前后压比一定程度上代表发动机的充气效率能效率，压比越大可能节流效果越好，引入废气的能力越强)和发动机转速下改变目标进气密度来测试验证得到，目的是保证进气压力控制波动在精度范围内和发动机燃烧稳定性指标在设计范围内，基于此，本实例增益系数k_ThrGain如下：

2)点火角特性影响：实际点火效率与基本点火效率之比。最终的点火效率是由最终的点火角与MBT(最大制动扭矩)下的点火角决定，最终的点火角与MBT下的点火角越接近，点火效率越高，当两者一致时，点火效率为1；基本点火效率是由根据爆震推迟点火角后的最佳点火角与MBT(最大制动扭矩)下的点火角决定，根据爆震推迟点火角后的最佳点火角与MBT下的点火角越接近，点火效率越高，当两者一致时，点火效率为1。实际点火效率与基本点火效率之比越小，当前发生的爆震强度越高，此时如果引入过多的EGR废气可以适当降低缸内的温度，减缓爆震的进一步恶化。

点火角的变化对EGR控制系统影响系数其中k_EffGain为增益系数，r_BaseSprk为基本点火效率，r_FinalSprk为实际点火效率k_EffGain＝f₂(rho,n)，由实际进气密度rho和发动机转速n决定。增益系数k_EffGain的标定依据是在各个工况下保证对爆震无恶化的前提下尽可能最大实现其目标EGR废气量,该标定即是通过注入爆震后改变点火效率来实现，基于此，本实例增益系数k_EffGain如下：

3)进气压力特性影响：实际节气门后进气压力(实际进气压力)与目标节气门后压力(目标进气压力)之比，其压比越小代表发动机当前工况变化剧烈，此时如果引入过多的废气会造成发动机燃烧稳定性进一步恶化。

进气量的变化对EGR控制系统影响系数

其中k_MAPGain为增益系数，p_DesdMAP为目标进气压力，p_ActMAP为实际进气压力，k_EffGain＝f₃(r_EGRDsrd,n)，由目标EGR率r_EGRDsrd和发动机转速n决定。增益系数k_EffGain的标定依据是在通过固定不同目标EGR率(稳态工况下保证目标EGR率和实际EGR率相等，瞬态工况下由于EGR控制的前馈部分采用的是目标EGR率进行设计，因此本处采用目标EGR率更合理，更能在瞬态工况下进行动态优化控制)和发动机转速下改变目标进气压力来测试验证得到，目的是保证发动机燃烧稳定性指标在设计范围内基于此，本实例增益系数k_MAPGain如下：

4)进气量特性影响：实际进入气缸新鲜空气密度(实际进气密度)与目标进入气缸新鲜空气密度(实际进气密度)之比，其压比越小代表发动机当前工况变化剧烈，此时如果引入过多的废气会造成发动机燃烧稳定性进一步恶化。进气量的变化对EGR控制系统影响系数

其中k_{AirDensityGain}为增益系数，rho_Dsrd为目标进气密度，rho为实际进气密度，k_{AirDensityGain}＝f₄(r_EGRPress,n)，由EGR阀前后压比r_EGRPress(即EGR阀入口废气压力与出口废气压力之比)和发动机转速n决定。增益系数k_{AirDensityGain}的标定依据是在通过固定不同EGR阀前后压比(EGR阀前后压比代表EGR阀废气引入的能力，压比越大引入废气能力越强)和发动机转速下改变目标进气压力来测试验证得到，目的是保证发动机燃烧稳定性指标在设计范围内基于此，本实例增益系数k_{AirDensityGain}如下：

5)进气压力影响：进气压力波动越大代表发动机当前工况变化剧烈，

此时如果引入过多的废气会造成发动机燃烧稳定性进一步恶化。进气压力对EGR控制系统影响系数:r_TranEff＝f₅(ΔMAP)。f₅(ΔMAP)由发动机转速n和进气压力MAP差ΔMAP共同确定，进气压力表征瞬态工况最有代表意义，进气压力MAP差ΔMAP取最近N次采样周期内(单个采样周期为10ms)之前的进气压力最大值和最小值之差(反映其瞬态变化情况)；N与发动机转速n有关，转速n越低，N值越小，转速n越大，N值越大，主要原因是转速越低，进气压力波动更为明显，采样周期次数越大越无法真实反映瞬态工况，具体的转速n与采样周期次数N值的关系如表二所示；

最后将所有影响因子对EGR控制系统影响合并，从而可以改善EGR率闭环控制的响应时间和准确性。合并后的影响系数r_ValveDsrdFF＝r_ThrEff×r_SparkEff×r_MAPEff×r_{AirDensityEff}×r_TranEff-1。将该系数作为闭环控制前馈输入的修正系数，达到改善EGR闭环控制的响应时间和准确性。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (3)

1.一种EGR闭环控制优化设计方法，其特征在于：利用前馈系数对前馈部分的目标开度进行修正，具体为：

假设EGR阀前馈计算得到的目标开度为Pct_ValveDsrdFF，将前馈系数r_ValveDsrdFF作为前馈部分控制的修正，得到最终的前馈部分参数为：

Pct_{ValveDsrdFFNew}＝r_ValveDsrdFF×Pct_ValveDsrdFF；

前馈系数r_ValveDsrdFF＝(r_ThrEff×r_SparkEff×r_MAPEff×r_{AirDensityEff}-1)×r_TranEff

其中，r_ThrEff为节气门特性影响系数、r_SparkEff为点火角特性影响系数、r_MAPEff为进气压力特性影响系数、r_{AirDensityEff}为进气量特性影响系数、r_TranEff为进气压力影响系数；

节气门特性影响系数：

其中k_ThrGain为增益系数，p_PreThrMAP为节气门前入口气体压力，p_ActMAP为节气门后进气压力，k_ThrGain＝f₁(rho_Dsrd,n)，由进入气缸的目标进气密度rho_Dsrd和发动机转速n决定；

所述点火角特性影响系数为：

其中k_EffGain为增益系数，r_BaseSprk为基本点火效率，r_FinalSprk为实际点火效率，k_EffGain＝f₂(rho,n)，由实际进气密度rho和发动机转速n决定；

进气压力特性影响系数是：

其中k_MAPGain为增益系数，p_DesdMAP为目标进气压力，p_ActMAP为实际进气压力，k_MAPGain＝f₃(r_EGRDsrd,n)，由目标EGR率r_EGRDsrd和发动机转速n决定；

进气量特性影响系数是：

其中k_{AirDensityGain}为增益系数，rho_Dsrd为目标进气密度，rho为实际进气密度，k_{AirDensityGain}＝f₄(r_EGRPress,n)，由EGR阀前后压比r_EGRPress和发动机转速n决定；

进气压力影响系数是：

r_TranEff＝f₅(ΔMAP)

f₅(ΔMAP)由发动机转速n和进气压力MAP差ΔMAP共同确定，进气压力表征瞬态工况最有代表意义，进气压力MAP差ΔMAP取最近N次采样周期内的进气压力最大值和最小值之差；N与发动机转速n有关，转速n越低，N值越小，转速n越大，N值越大。

2.根据权利要求1所述EGR闭环控制优化设计方法，其特征在于：

增益系数k_ThrGain的标定依据是在通过固定不同节气门前后压比和发动机转速下改变目标进气密度来测试验证得到。

3.根据权利要求1所述EGR闭环控制优化设计方法，其特征在于：

增益系数k_EffGain的标定依据是在各个工况下保证对爆震无恶化的前提下尽可能最大实现其目标EGR废气量,该标定即是通过注入爆震后改变点火效率来实现。