CN1256577C - 用于汽车的控制设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于汽车的控制设备，其中根据用来控制该汽车的多个输入控制参数改变多个输出值中的每一个。该控制设备改变一个或多个输入控制参数以使每个输出值变成基本等于对应的目标输出值。该控制设备接着根据当每个输出值变成基本等于对应的目标输出值或者位于目标输出值的允许自适应范围内时得到的各输入控制参数的值确定各输入控制参数的自适应值。

Description

用于汽车的控制设备
技术领域
本发明涉及一种用于汽车的控制设备，以及一种存储使计算机完成该控制设备的功能的程序的存储介质。
背景技术
在研制新型内燃机中，例如通常实现所谓的自适应操作以便寻找适当的可提供最优引擎输出值的引擎输入控制参数值。在自适应操作中，输入控制参数的各个值，例如燃料注入量和燃料注入时间，根据长期经验逐步改变，以提供输入控制参数的自适应值，从而能产生最优引擎输出值，例如，最优的引擎输出转矩、燃料节约和排气量。在研制最新型汽车中也进行类似的自适应操作。
然而，在根据经验寻找输入控制参数的自适应值中，由于输入控制参数数量的增加，找到各个输入控制参数的最优自适应值变得更加困难。另外，找出输入控制参数的自适应值花费长的时间，造成增加研制这种汽车所需的时间和劳动力。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于汽车的控制设备，其允许在车上自动地完成汽车或引擎输入控制参数的自适应操作，并且提供一种存储用来实现自适应操作的程序的存储介质。
为了实现上述和/或其它目的，依据本发明的一个方面提供一种用于汽车的控制设备，在其中根据多个用来控制汽车的输入控制变量改变该汽车的多个输出值中的每一个。该控制设备包括：(a)一个自适应控制单元，它改变输入控制参数或参数组，从而每个输出值基本上变成等于对应的目标输出值，以及(b)一个自适应值设置单元，其根据当每个输出值变成基本上等于对应的目标输出值或者在目标输出值的允许自适应范围内时得到的各输入控制参数的值，确定各输入控制参数的自适应值。
附图说明
从下面参照各附图对各优选实施例的说明中本发明的上述和/或其它目的、特点和优点变为更为清楚，附图中类似数字表示类似部件并且附图中：
图1是示意图，示出依据本发明的一优选实施例的内燃机以及用于汽车的控制设备；
图2是方块图，示出一个实现自适应操作和引擎控制的系统；
图3A是一条示出驱动模式的一个例子的曲线，图3B的图表示当根据图3A的驱动模式驾驶汽车时由要求的引擎转矩TQ和引擎速度N定义的各驱动点的使用频率；
图4A的图表示当按照图3A的驱动模式汽车行驶时除使用频率外的NOx量，而图4B的图表示当按照同一驱动模式汽车行驶时除使用频率外的燃料节约；
图5是表示燃料注入量和引擎输出转矩之间的关系的灵敏性函数曲线；
图6A、图6B和图6C分别示出输出转矩、NOx量和燃料节约的评价点函数；以及
图7示出输出转矩的评价点函数的另一个例子。
具体实施方式
图1示出一个安装在汽车上的内燃机，它包括一个依据本发明的一实施例的汽车控制设备，尽管图1的内燃机为四缸压缩点火型，本发明也可应用于火花点火型。
图1中示出的内燃机带有一个引擎机体1，各个用于向每个汽缸3的燃烧室注入燃料的电控燃料注入阀2，一个进气管4，以及一个排气管5。另外，手动或自动变速箱6也安装在引擎机体1上。进气管4通过进气道7和滤气器8连接，并且在进气道7中设置一个检测空气进入量的气流计9。此外，在气流计9的下游于进气道7中设置一个由诸如步进马达的致动器10驱动的节流阀11，而在气流计9的上游于进气道7中设置一个用于检测进入气的温度的温度传感器12。
同时，排气管5通过排气道13和催化转化器14连接。在排气道13中设置一个用于检测废气的NOx浓度的NOx传感器15和一个用于检测排出气体温度的温度传感器16。位于节流阀11的下游的进气道7部分和排气管5通过废气循环(以下称为EGR)通道17彼此连接。此外，在EGR通道17中设置一个由致动器18，例如步进电机，驱动的EGR控制阀19。
同时，每个汽缸的燃料注入阀2通过燃料供给道20和一个燃料储器或所谓的公用轨21连接。从能排出可变燃料量的电控燃料泵22向公用轨21提供燃料。这样提供到公用轨21的燃料经各自的燃料供给道20提供到各个燃料注入阀2。在公用轨21中安装一个检测燃料压力的燃料压力传感器23。根据燃料压力传感器23生成的信号，控制燃料泵22的排出量(即从燃料泵22排出的燃料量)，从而使公用轨21中的燃料压力变成等于目标燃料压力。
引擎机体1带有一个用于检测引擎速度的引擎速度传感器24，并且还带有一个用于检测引擎机体1的振动的振动传感器25。另外，设置在汽车上的加速踏板26和负载传感器27连接，后者用于生成与加速踏板26的压下量成正比的输出电压。
汽车控制设备30包括一个含有彼此通过双向总线31连接的ROM(只读存储器)32、RAM(随机存取存储器)33、CPU(微处理器)34、输入端口35和输出端口36的数字计算机。该数字计算机还包括和输入端口35连接的模数(A/D)转换器37，并且包括和输出端口36连接的驱动电路38。如图1中所示，表示变速箱6的轴位置或速度比的信号以及上面指出的各传感器的输出信号传送到对应A/D转换器37的输入端子29上或者直接传送到输入端口35的输入端子29上。输出信号可包括气流计9、温度传感器12、NOx传感器15、温度传感器16、燃料压力传感器26、引擎速度传感器24、振动传感器26和负载传感器27的输出信号。另一方面，驱动电路38的各个输出端子41分别连接到各燃料注入阀门2、变速箱6、用于节流阀11的致动器10、用于EGR控制阀19的致动器18以及燃料泵22。
汽车控制设备30可通用于各种类型的汽车或内燃机。另外，需要时可以用其它物品替代汽车控制设备30。另外，可替换或可取下的存储介质42，例如CD-ROM，可以和汽车控制设备30的双向总线31连接。此外，和汽车相关的各种检测传感器(未在图1中示出)连接汽车控制设备30的输入端子组39、40，并且汽车控制设备30的各输出端子41和用来控制汽车的各种致动器(图1中未示出)连接。
汽车的自适应操作基本上解释成意味着对汽车的各输入控制参数寻找适当值从而使汽车的各个输出值变成等于相应的目标输出值的操作。在下面的说明中，通过例子详细解释典型地包含在汽车的自适应操作内的引擎自适应操作。
和上面说明的汽车自适应操作一样，引擎的自适应操作基本上解释成意味着对引擎的各输入控制参数寻找适当值从而使引擎的各个输出值变成等于相应的目标输出值的操作。在该情况下，输入控制参数包括：燃料注入量，燃料注入时间，燃料注入压力，在主燃料注入前进行的引导注入的燃料量，进气量，进气温度，提供到燃烧室中的进气的氧浓度，等等。引擎输出值包括：引擎输出转矩，燃料节约或燃料消耗，例如NOx、HC和CO的废气排出量，废气中的烟浓度，燃烧噪音，引擎振动，废气温度等。
如前面所述，上面所述的许多引擎输入控制参数以及许多引擎输出值可用于引擎的自适应操作。但是，为了简明，以下将解释自适应操作的一个例子，其中燃料注入量、燃料注入时间、燃料注入压力、引导注入量和进气中的氧浓度充当引擎的输入控制参数，并且引擎输出转矩、燃料节约或燃料消耗、废气中的NOx量、废气中的烟浓度和燃烧噪音充当引擎输出值。就此而论，可以用每消耗单位燃料量汽车行驶的距离或者汽车每行驶单位距离所消耗的燃料量表示燃料节约。当每单位燃料量行驶的距离增加时改进燃料节约，并且当行驶距离减少时燃料节约变差。换言之，当每单位行驶距离消耗的燃料量减少时燃料节约改进，而当燃料消耗量增加时燃料节约变差。为了避免混淆，只在说明中简单地用好(或改进)或者差(或变差)描述。
在操作中，如果输入控制参数之一，例如燃料注入量，改变，许多输出值，更具体地，引擎输出转矩、燃料节约、NOx量、烟浓度和燃烧噪音和燃料注入量一起改变。当依据本发明的一实施例进行自适应操作时，每个输入控制参数值改变，从而每个输出值变成等于相应的目标输出值。更具体地，在本发明的该实施例中，事先为每个输出值确定适用于自适应控制的一个或多个输入控制参数的组合，并且同时反馈控制相应的输入控制参数，从而与各个输入控制参数组合的各输出值变成分别等于相应的目标输出值。
如上面所述，当反馈控制各个输入控制参数时，在和其它参数协调下自动地改变每个输入控制参数值，直到每个输出值变成等于相应的目标值，从而实现各个输入控制参数的自适应。
但是在某些情况下，实际上不存在能使所有输出值等于相应的目标输出值的输入控制参数值组。在这些情况中，即使同时反馈控制各个输入控制参数，所有的输出值不会变成等于相应的目标输出值。然而，各输入控制参数的自适应可达到使各输出值控制在各自允许的范围内，即使它们不能准确地变成等于目标输出值的话。从而，在本发明的该实施例中，输入控制参数的自适应调整成实现为各个输出值位于对应目标输出值的允许或自适应范围内，即使它们不能准确地变成等于对应的输出值的话。
接着参照图2更具体地解释依据本发明的上述实施例的自适应操作。图2是一个方块图，其示出汽车控制设备30在车上实现的用于自适应操作和引擎控制的系统。图2中的参考数字45代表一辆其中安装图1中示出的内燃机的汽车。
参照图2，该用于自适应操作和引擎控制的系统主要包括三个功能块，即，称为转矩管理器的功能块50，称为排放管理器的功能块以及称为汽车模型的功能块。排放管理器包括一个称为目标值协调器的功能块51，一个称为限制条件的功能块52以及一个称为控制量协调器的功能块。
上述控制量协调器包括一个称为控制量初始值的功能块53，一个称为优化器的功能块54以及一个称为收敛判断的功能块55。汽车模型包括一个称为设计值模型的功能块56，一个称为优化器的功能块57和一个称为学习模型的功能块58。
接着，一个一个地解释图2中的每个功能块的作用。
如图2中所示，转矩管理器50从汽车45接收有关需求驱动转矩的信息以及环境信息。该需求驱动转矩，即汽车45的驾驶员要求或请求的驱动转矩，和设置在汽车45的加速踏板26的压下量成比例。环境信息包括引擎速度检测器24检测的引擎速度和轴或齿轮位置或者变速箱6的速度比。转矩管理器50根据指示需求驱动转矩的信息、引擎速度和轴或齿轮位置计算需求引擎转矩，并且向目标值协调器51发送和该需求引擎转矩有关的信息。
除了关于需求的转矩的信息和环境信息外，目标值协调器51还接收汽车模型的输出值以及来自功能块52有关限制条件的信息。目标值协调器51根据需求转矩、环境信息、汽车模型的输出值和限制条件设立引擎输出值的目标输出值。
目标值协调器51中设立的目标输出值可以包括引擎输出转矩、燃料节约、NOx量、烟浓度、燃烧噪音、等等。在该情况下，由于要求引擎根据需求转矩产生输出转矩，把输出转矩的目标值置为该需求转矩。但是，在一些情况中，必须因为对例如废气排出量等的限制而限制输出转矩。目标值协调器51确定是否必须限制输出转矩，并且如果协调器51确定必须控制输出转矩，从目标协调器51向转矩管理器50发送输出转矩的限制值，如图2中所示。
当转矩管理器50接收有关输出转矩的限制值的信息时，它限制需求转矩，从而使目标协调器51接收的需求转矩不超过需求转矩的限制值。从而，在该情况下，把输出转矩的目标值置为该受限制的需求转矩。
上面指出的在目标值协调器51中设立的目标输出值之一可以是燃料节约的目标输出值。但是，由于希望燃料节约越多越好，不必特定确定或设立燃料节约的目标值。相反，燃料节约的变差会造成释放到空气中的CO2量的增加。从而，为了限制CO2的排出量，可以设立燃料消耗的限制，从而燃料消耗保持在少于该设定的限制内。
至于其它目标值，自然地希望尽可能地减小NOx量、烟浓度和燃烧噪音。但是，试图减小NOx量、烟浓度或燃烧噪音可能造成引擎输出转矩的减小或者燃料节约的变差。从而，不能简单地确定NOx量、烟浓度和燃烧噪音的目标值。另外，不同的国家中对废气排放量，尤其是NOx量和烟浓度，强加不同的规定值。这样，在确定废气排放量的目标输出值时还必须考虑到这些规定值。
在该情况下，对废气排放的规定通常称为模式(mode)排放规定，当汽车在预定驱动模式下行驶时对废气排放量强加这些规定。在本发明的该实施例中，把废气排放量的目标输出值设立为满足这些模式排放规定。废气排放量的目标输出值的设立如图2中所示涉及功能块52的限制条件和汽车模型，后面会一个一个地说明功能块52和汽车模型。
在图2中示出的实施例中，功能块52的限制条件包括和NOx、HC、CO以及废气中的烟浓度相关的模式排放规定值。目标协调器51接收来自功能块52的这些模式排放规定值。可以事先把这些模式排放规定值存储在汽车控制设备30的ROM32中，或者可存储在可更换存储介质42中。
另一方面，当汽车模型接收汽车的各输入控制参数时它输出实际汽车45的各估计输出值。例如，如果汽车模型接收输入控制参数，诸如燃料注入量、燃料注时间、燃料注入压力、引导注入量和进气中的氧浓度，汽车模型根据这些输入控制参数输出各估计值，诸如引擎输出转矩、燃料节约、NOx量、烟浓度和燃烧噪音。
例如，引擎的输出转矩是提供给引擎的能量、点火时间和燃烧速度的函数。从而，一旦确定引擎的技术规格，例如各燃烧室的结构和尺寸，可以从诸如燃料注入量、燃料注入时间、燃料注入压力、进气量、EGR气体量和进气温度的输入控制参数值算出引擎输出转矩。该汽车模型输出这样算出的引擎输出转矩作为实际汽车45的估计输出转矩。
对于内燃机，如上面所述，一旦确定引擎的技术规格，例如引擎的结构、形状和尺寸，便建立输入控制参数和输出值之间的一些关系。这些关系可以由带有系数的算术表达式表示，其中这些系数由引擎的每个部分的尺寸等确定。在图2中所示的实施例中，该汽车模型中的设计值模型56中包含这些含有各个系数的算术表达式。另外，在图2的实施例中，事先存储这些和要被控制的汽车45关联的系数的值。
在图2中所示的实施例中，当该要被控制的汽车用另一辆汽车替代时，可以用另一个适用于该新汽车的汽车模型或设计值模型56代替该汽车模型或该设计值模型56。在这种情况中，可以在可更换的存储介质42中存储汽车模型或设计值模型56。
同时，该汽车模型或设计值模型56含有各个由被控汽车的各个部分的尺寸等确定的系数，即，各个由被控汽车的技术规格数据确定的系数。这样，一旦确定被控汽车的技术规格数据便完成该汽车模型或设计值模型56。从而，可以在可更换存储介质42中存储被控汽车的技术规格数据，并且可以通过从存储介质42向汽车模型发送被控汽车的技术规格数据可以完成汽车模型或设计值模型56。
在设计值模型56的各输出值和实际汽车45的各输出值一致的情况下，可以把设计值模型56的输出值用作为汽车模型的输出值。但是，实际中存在一些其中设计值模型56的输出值不和实际汽车45的输出值一致的情况。尤其，当长期使用汽车45后，由于随时间的变化设计值模型56的各输出值偏离实际汽车45的输出值。从而，在图2中所示的实施例中，校正或修改设计值模型56，以使汽车模型的输出值和实际汽车45的输出值一致。为此，汽车模型带有优化器57和学习模型58。
在图2的实施例的操作中，计算设计值模型56的每个输出值和学习模型58的一个对应输出值的和，并且把计算结果看成是汽车模型的估计输出值。优化器57在一端接收汽车模型的这些估计输出值，并且在另一端接收包括气流计9、温度传感器12、NOx传感器15、温度传感器16、燃料压力传感器23、振动传感器25等的输出信号的传感器信息以及其它信息。
根据每个汽车模型的估计输出值和实际汽车45的对应输出值之间的差值，优化器57调整学习模型58的对应输出值以使该差值变成等于零。结果是，在图2的实施例中汽车模型的各个估计输出值分别和实际汽车45的各输出值一致。在这种情况下可以不使用学习模型58而通过优化器57修正设计值模型56的各输出值，从而汽车模型的输出值变成等于实际汽车45的输出值。
在上面所描述的本发明的该实施例中，目标协调器51设定废气排放量的目标输出值以满足模式排放规定。在这种情况下，目标协调器51根据功能块52的限制条件和汽车模型计算废气排放量的目标输出值。这里，这些限制条件是和废气中的NOx、HC、CO和烟浓度有关的模式排放规定值。接着，解释一种利用该汽车模型计算废气排放量等的目标输出值的方法。
在本发明的该实施例中，事先存储为模式排放规定而预先确定的驱动模式。图3A示出驱动模式的一个例子，在其中汽车速度随时间改变。由于对于废气排放规定的不同设定存在不同的驱动模式，可在可更换存储介质42中存储这些驱动模式以便可以使用和任何设定的废气排放规定对应的驱动模式。
另外，当汽车从一个区域移动到另一个区域并且其中废气排放规定值或废气排放规定的驱动模式和前一个区域不同时，希望自动地根据通信台发送的信息切换或改变排放规定值和驱动模式。这样，该系统可构建成使通信装置接收来自汽车外面的要求驱动模式。
为了在本发明的该实施例中计算废气排放量的目标输出值，初始使用该汽车模型从而使该汽车根据该驱动模式行驶，以便获得由需求引擎转矩TQ和引擎速度N定义的每个驱动点(后面说明)的使用频率。图3B中示出如此得到的使用频率的分布，较暗的部分表示较高的使用频率。在图3B中，垂直轴代表需求引擎转矩TQ，而水平轴代表引擎速度N。在图3B的例子中，上面指出的使用频率是通过需求转矩TQ和引擎速度N的函数表示的。尽管通过需求转矩TQ和引擎速度N定义的各驱动点如图3B中由四个不同的暗度所示被组合到数个具有四个不同的使用频率范围的区域中，这些驱动点可组合到具有五个或更多的使用频率范围的区域中。
利用图3B中示出的使用频率图，目标协调器51例如确定废气排放量的目标输出值。作为一个典型例子，在图4A中示出NOx的各目标输出值，其中较暗的部分指示较高的NOx目标输出值。在图4A中，垂直轴代表需求引擎转矩TQ，而水平轴代表引擎速度N。在图4A中的例子中，NOx的目标输出值用需求转矩TQ和引擎速度N的函数表示。尽管通过需求转矩TQ和引擎速度N定义的各驱动点如图4A中用四个不同的暗度所示组合到数个具有不同的NOx的目标输出值的范围的区域中，这些驱动点可组合到具有五个或更多的NOx目标输出值范围的区域中。另外，图4A还示出根据图3B中的使用频率定义的区域边界，并且示出根据NOx的目标输出值定义的各个区域。
如果知道通过需求转矩TQ和引擎速度N定义的每个驱动点的使用频率和NOx的目标值，可以通过使用频率和感兴趣的驱动点处的NOx目标值的相乘计算各个用需求转矩TQ和引擎速度N定义的驱动点处的NOx排出量。
接着，计算通过需求转矩TQ和引擎速度N定义的所有驱动点的使用频率和NOx目标值的乘积的和。在这种方式下，从上面说明的乘积和得出汽车按照驱动模式行驶期间的总NOx排出估计量。
如果如此算出的NOx排出总估计量远低于NOx的模式排放规定值，整体地把NOx目标输出值的相应边界线a，b和c例如向图4A中的更低转矩侧移动。相反，如果如此算出的NOx排出总估计量大于NOx的模式排放规定值，整体地把各条边界线a，b和c向图4A中的更高转矩侧移动。另外，还根据需要改变每条边界线a，b和c的形状和配位(configuration)以减小其中NOx的目标值和使用频率都相对高的面积。
在目标值协调器51中进行上述每条边界线a，b和c的调整和修正，直至NOx的排出总估计量满足对NOx的模式排放规定值。一旦NOx总估计量满足NOx模式排放规定值，根据需求转矩TQ和引擎速度N确定NOx的目标值。
而且，和NOx的情况一样，为废气中的烟浓度准备和图4A相类似的图，并且调整和修正图中的各条边界线以使烟的总排出估计量满足烟量的模式排放规定值。另外，和NOx的情况一样，为废气中的HC量和CO量准备和图4A相类似的图，并且调整或修正各图中的各条边界线以使HC以及CO的总排出估计量满足HC以及CO各自的模式排放规定值。此外，根据需求引擎转矩TQ和引擎速度N确定燃烧噪音的目标值。
图4B示出燃料节约或消耗的目标值。和图4A中示出的图一样，图4B中示出的图利用表示燃料节约的目标值的多条边界线划分成数个驱动区域。在此情况下，当汽车在上面指出的驱动模式下行驶时，也可以算出估计的燃料节约或消耗。但是，出于前面说明的原因，对于燃料节约不必提供类似于图4B的图。
在上面所说明的方式下，目标协调器51计算引擎输出转矩的目标值，废气排放量的目标值，燃烧噪音的目标值，以及，在一些情况中，燃料节约的目标值。在此情况下，如从图4A理解那样，可以根据引擎的驱动条件对废气排放量等的目标值设立不同的值。在图4A中示出的例子里，NOx的目标值根据需求引擎转矩TQ和引擎速度N选择成置为这些不同值中的一个。这里，也可能根据需求引擎转矩TQ和引擎速度N中之一设定废气排放量的目标值。
另外，可以事先存储至少一部分的目标输出值，例如NOx量的目标输出值。在另一个例子中，可以事先存储受控汽车的技术规格数据，并且可以从如此存储的技术规格数据计算至少一部分的目标输出值。此外，可以在可更换存储介质42上存储至少一部分的目标输出值，或者可以通过通信装置从汽车的外面接收部分目标输出值。
在目标协调器51算出各个目标输出值后，把这些目标输出值发送到其中进行汽车的自适应操作的控制量协调器。即，控制量协调器寻找输入控制参数值的适当值以使汽车的输出值变成等于对应的目标输出值或者在对应目标输出值的允许自适应范围内。
如图2中所示，目标值协调器51算出的目标输出值发送到称为控制量初始值的功能块53以及优化器54。功能块53输出输入控制参数的初始值。尽管可以把任何值用作为初始值，本发明的该实施例中使用的初始值是根据引擎运行状态提供目标输出值的基本输入参数值。事先在ROM32或者在可更换存储介质42中例如以作为需求引擎转矩和引擎速度的函数的图的形式存储这些基本参数值。
另一方面，优化器54的输出值分别加到功能块53生成的输入控制参数的初始值上，并且把相加的结果作为临时输入控制参数值发送到汽车模型。汽车模型根据这些临时输入控制参数值计算输出值，并且把这样得到的输出值发送到控制量协调器的优化器54。优化器54根据这些输出值输出用于输入控制参数的修正值以使汽车模型的各输出值接近各目标输出值。换言之，优化器54寻找使汽车的输出值等于目标输出值或保持在允许的自适应范围内的输入控制参数。
接着，解释优化器54完成的寻找输入控制参数的操作。
如前面所说明，出于寻找各输入控制参数的目的预先确定一个或多个适用于自适应控制的输入控制参数和汽车的每个输出值的组合。在本发明的一实施例中，该组合是一个输入控制参数和一个当该输入控制参数改变时以最高灵敏度改变的输出值。在本发明的该实施例中使用的输入控制参数和输出值的这种组合列表如下：
(a)燃料注入量和引擎输出转矩的组合，
(b)燃料注入时间和燃料节约的组合，
(c)提供给燃烧室的进气中的氧浓度和燃烧室排出的NOx量的组合，
(d)燃料注入压力和燃烧室排出的废气中的烟浓度的组合，以及
(e)主燃料注入前的引导燃料注入量和燃烧噪音的组合。
对于组合(a)，引擎输出转矩高灵敏度地响应燃料注入量的增加而增大。
对于组合(b)，当燃料注入时间提前并且减少未燃烧的HC量时高灵敏度地改进燃料节约。
对于组合(c)，随着进气中的氧浓度的减少燃烧温度降低，并且从而NOx量高灵敏度地响应氧浓度的下降而减少。
对于组合(d)，当加大燃料注入压力时，促进注入燃料的雾化，从而高灵敏度地减少浓度。
对于组合(e)，当加大引导注入量时，主燃料注入期间的燃料压力增加速率下降，从而高灵敏度地减小燃烧噪音。
另外，在本发明的该实施例中同时以反馈方式控制各个输入控制参数，从而每个和一个相应输入参数组合的输出值变成等于对应的目标输出值。这样，可以找出各输入控制参数的自适应值。更具体地，反馈控制燃料注入量以使引擎输出转矩变成等于其目标输出值，并且同时反馈控制进气中的氧浓度以使NOx量变成等于取决于引擎的运行状态的目标输出值。同时反馈控制燃料注入压力以使烟浓度变成等于取决于引擎的运行状态的目标输出值。同时，反馈控制引导注入量以使燃烧噪音变成等于取决于引擎的运行状态的目标输出值。控制燃料注入时间以便尽可能地改进燃料节约。
如上面所说明，当同时反馈控制各个输入控制参数时，每个输入控制参数值和其它参数相协调地自动改变直到每个输出值变成等于对应的目标值，从而达到各输入控制参数的自适应。
在本发明的该实施例中，通过比例积分控制完成反馈控制。即，当“P”代表比例分量和“I”代表积分分量时，根据以下公式计算从优化器54产生的每个输入控制参数的修正量ΔF：
I＝I+Ki(输出值-目标输出值)
P＝Kp(输出值-目标输出值)
ΔF＝P+I
其中Ki和Kp为比例常数。
在本发明的该实施例中，从汽车模型产生的输出值充当用于计算上述分量I和P的输出值。然而，可以把在实际汽车45上检测到的输出值用作为用来计算分量I和P的输出值。
可以在假定输入控制参数和分别与这些输入控制参数相组合的输出值成比例关系的情况下进行输入控制参数的反馈控制。例如，输入控制参数中之一的燃料注入量可在假定把燃料注入量和引擎输出转矩之间的关系表示成“引擎输出转矩＝K·燃料注入量”其中K为比例常数的情况下进行反馈控制。在此情况下，上面分量I中指出的比例常数Ki具有固定值，并且分量P中的比例常数Kp也具有固定值。
在本发明的另一实施例中，为了实现最优自适应操作，每个输入控制参数和一个对应的输出值之间的关系采取灵敏度或响应度函数的形式。根据从该灵敏度函数得到的灵敏度，以反馈方式控制输入控制参数。例如，在图5中示出燃料注量和引擎输出转矩之间的灵敏度函数。在此方面，要指出是相对于图2的功能块53产生的初始值附近即基本输入控制参数值附近获得每个灵敏度函数的。
当通过利用灵敏度函数进行每个输入控制参数的反馈控制时，上面说明的比例积分控制的分量I的比例常数Ki和分量P的比例常数Kp中的至少一个是根据从灵敏度函数得到的灵敏度改变的。在图5的例子中，假定燃料注入量和输出转矩同时都为零，并且燃料注入量和输出转矩的目标值分别为Q0和TQ0。在此情况下，使输出转矩从TQ1增加到TQ0所需的燃料注入量增加量(Q1→Q0)大于使输出转矩从零增加到TQ1所需的燃料注入量增加量(0→Q1)。即，为了利用比例积分控制在短时间内使输出转矩收敛到目标值上，随着输出转矩接近目标值需要增加燃料注入量的增加量。换言之，当输出转矩接近输出目标时，需要加大比例常数Ki或Kp。简言之，当响应输入控制参数值中的增加输出值中的增加的灵敏度减小时，需要增加比例常数Ki或Kp的值。
从而，在本发明的该实施例中，为每对输入控制参数和输出值的组合设立灵敏度函数，并且当响应输入控制参数的增大，输出值增大的灵敏度减小时把比例常Ki或Kp设为更大的值。在这种方式下。每个输入控制参数在和其它输入控制参数相协调的同时快速收敛到该参数的自适应值上。
在本发明的该实施例中，通过对提供给汽车模型的输入控制参数以及对该汽车模型的和该感兴趣的输入控制参数相组合的输出值的学习，确定每个输入控制参数的灵敏度函数。
但是，在实际情况中，当改变一个输入控制参数值时，和该输入控制参数关联的所有输出值都改变。换言之，每个输出值受多个输入控制参数的影响。因此，可以建立每个输出值和多个输入控制参数和组合，并且可以通过改变上面指出的多个和该感兴趣的输出值组合的输入控制参数，使每个输出值等于对应的目标输出值或者控制到该目标输出值的允许范围内。
如上面所说明，即使输出值不准确地等于目标输出值，当每个输出值位于对应目标输出值的允许范围内时，可以实现输入控制参数的自适应。从而，在本发明的该实施例中，把输入控制参数的自适应的实现判定为每个输出值是否在对应的目标输出值的允许自适应范围内，即使不变成等于目标输出值的话。在本发明的一实施例中。利用评价装置评定或确定每个输出值是否在目标输出值的允许范围内。下面解释该评价装置。
在本发明的该实施例中，为每个输出值建立一个评价点函数以便评定每个输出值值是否在目标输出值的允许范围内。在图6A、图6B和图6C中示出一组评价点函数的例子。图6A示出用于转矩TQ的评价点函数，图6B示出用于NOx量的评价点函数，而图6C示出用于燃料节约的评价点函数。
在图6A、图6B和图6C示出的例子中，每个评价点函数是一个水平轴为输出值而评价点为垂直轴的函数。当输出值等于目标值或者位于目标范围内时，由每个评价点函数确定的评价点到达峰值或者取最大值。在图6A到图6C的例子中，评价点的最大值等于1.0。
如前面所述，图6A示出用于转矩TQ的评价点函数。在图6A的水平轴上，TQref代表基准值，即输出转矩的目标值。在该评价点函数中，当输出转矩等于目标值TQref时评价点变成等于最大值即1.0，当输出转矩在减小转矩方向或从加大转长方向偏离目标值TQref时评价点迅速下降。
还如前面所述，图6B示出用于NOx量的评价点函数。在图6B的水平轴上，NOxref代表基准值，即NOx量的目标值，当NOx量等于或小于目标值NOxref时，由该评价点函数定义的评价点等于最大值即1.0，如图6B中所示，当NOx量变于大于目标值NOxref时，评价点减小。
图6C示出用于燃料节约的评价点函数，从图6C会理解该评价点函数中的评价点随燃料节约的变差减小。
通过利用这些评价点函数可以考虑各种用来评定每个输出值是否在目标值的允许自适应范围内的方法。以下解释这些方法中的一些。
在第一个评定方法中，当各个输出值的所有评价点超过某个值例如0.9时，把每个输出值确定为在目标输出值的允许自适应范围内。
在第二个评定方法中，对各个输出值设置不同的基准点；例如，对输出转矩设定0.9的基准点并对NOx量设成O.8。当每个输出值超过对应的基准点时，评定或者确定每个输出值在允许的自适应范围内。
在第三个评定方法中，当和各个输出值有关的评价点之间的关系满足某个指示达到这些输出值的自适应的条件时，把每个输出值评定为在允许的自适应范围内。在此方法中，各评价点之间的关系例如指的是评价点之和或评价点的乘积。这样，在该第三评定方法中，例如当评价点之和超过预定基准点或者当评价点的乘积超过预定基准点时，各个输出值评定为在目标输出值的允许范围内。
如上面所述，存在各种评定每个输出值是否在目标输出值的允许范围的方法，但是，就利用每个输出值的评价点上，这些评定方法不存在不同。
在另一个评定方法中，可以用每个输出值和对应的目标输出值之间的差代替评价点。在此情况下，当和每个输出值关联的差小于对应的基准值时或者当和这些输出值关联的差之间的关系满足某个表示达到这些输出值的条件时，把每个输出值评定为位于目标值的允许自适应范围内。
接着，解释图6A、图6B和图6C中所示的每个评价点函数的形状的含义。如前面所说明，不论使用哪一种评定方法，除非各个输出值的所有评价点都高于某个点，不把每个输出值评定为在允许的自适应范围内。在评价点函数取图6A中示出的脉冲的形状的情况下，除非输出值在目标输出值的附近，输出值不在允许的自适应范围内。在该情况下，当输出值变成基本等于目标输出值时，判定输出值是自适应的。
在示出用于输出转矩的评价点函数中，当输出转矩变成几乎等于目标值时，把输出转矩判定为是适应的。从而，当需要使输出值基本等于目标输出值时采用图6A中所示的脉冲状评价点函数。
另一方面，由于评价点函数的形状如图6B中所示，即使输出值，即该例中的NOx量，变成略大于目标输出值即NOxref评价点不怎么减小。即，当NOx量超过目标值NOxref时评价点不迅速减小。换言之，即使略大于目标输出值也把输出值判定为在允许的范围内。相反，如果希望NOx量完全不超过目标值NOxref，可把该评价点函数设计成一旦NOx量超过目标值NOxref使评价点突然从1.0改变到0。
可以对烟浓度、HC量、CO量、燃烧噪音等采用具有如图6B中所示的形状的评价点函数。
对于图6C中所示的评价点函数，除非输出值减小，评价点不变成更大。即，在图6C中所示的例子中，除非改进燃料节约，评价点不增大。换言之，当改进时把燃料节约判定为位于允许的自适应范围内。
如前面所说明，试图改进燃料节约可能造成NOx量的增加。由于只要NOx量等于或小于目标值NOxref评价点等于1.0，希望尽可能通过向目标值增大NOx改进燃料节约。另一方面，如果NOx量超过目标值NOxref，NOx量的评价点减小但燃料节约的评价点增大因为在该情况下燃料节约改进。从而根据对这些评价点的均衡确定最终的NOx量和燃料节约，例如使评价点之和为最大。
在本发明的另一实施例中，不设置如图6C中所示的用于燃料节约的评价函数，因为燃料节约的任何改进得到更高的评价。在该实施例中，根据前面说明的第一、第二和第三评定方法之一确定燃料节约之外的各输出值是否在允许的自适应范围内。在该情况下，只要除燃料节约之外的每个输出值在允许的自适应范围之内，尽可能地改进燃料节约。
从上面的说明会理解，利用评价点函数评定每个输出值是否在允许的自适应范围之内。除了上面说明的评定外，评价点函数还可以用于对受到反馈控制的输入控制参数进行自适应控制以便提供所需的输出值。下面详细解释把评价点函数用于自适应控制。
当某输出值的评价点低于其它输出值的评价点时，在自适应控制上希望在控制其它输出值之前使该具有较低评价点的输出值接近目标值。从而在该情况下，首先改变和该具有较低评价点的输出值相结合的输入控制变量(组)(即，在控制其它输入控制变量之前)，以使该具有较低评价值的输出值在其它输出值之前先接近目标输出值。例如，当输出转矩的评价点低于其它输出值的评价点时，在控制其它输入控制参数之前，先控制燃料注入量。
当评价点函数包含如图6A中所示的急剧倾斜的部分时，当输出转矩TQ偏离目标值TQref时评价点突然减小。另一方面，当评价点函数包含如图6B中所示的缓和或渐渐倾斜的部分时，即使NOx量从目标值NOxref向更大方向偏移，评价点不下降那么多。从而，在自适应控制上，不必快速控制NOx量以接近目标值NOxref。从而，在本发明的该实施例中，反馈控制各个输入控制参数以便使其评价点函数包含急剧倾斜部分的输出值得到快速控制从而接近目标输出值。更具体地，对于其评价点函数包含着急剧倾斜部分的输出值，至少加大比例积分控制中所使用的分量I中的比例常Ki和分量P中的比例常数Kp之一。
另外，希望根据引擎的操作状态使选出的一个输出值优选于其它输出值先接近对应的目标输出值。例如，当引擎处于稳定驱动模式时，更多重要性或加权放在燃料节约上，并且从而希望优先改变和燃料节约关联的输入控制参数(组)。另一方面，当引擎处于加速操作模式时，更多的重要性放在输出转矩上，并且从而希望优先改变和输出转矩关联的输入控制参数(组)。因此，在本发明的该实施例中，取决于引擎的操作状态，在其它输入控制参数之前先控制选定的一个参数或参数组。
当图2中示出的优化器54判定每个输出值的目标输出值在允许自适应范围内时，它判它完成输入控制参数的自适应，并且把此刻得到的输入控制参数值当成是自适应参数值。同时，称为收敛判定的功能块55接收完成自适应操作的判定，并且把各个输入控制参数的自适应参数值发送给汽车45以供控制汽车。接着，开始下个自适应操作。
可以在不同的时机下完成上面说明的对输入控制参数的自适应操作。例如，可以只要汽车运行总是进行自适应操作。替代地，可按需要进行自适应操作，例如在把汽车投放到市场前。
在某些情况中，在上面所说明的自适应操作中，输出值之一未能处于目标值的允许自适应范围内，换言之，它在允许的自适应范围的外面。在此情况下，判断在和该不在允许范围内的输出值相组合的输入参数组关联的引擎控制部分中出现差错。当做出这种判断时，产生告警以向汽车擎驶员通知该差错。
另外，在本发明的一实施例中，在限定的计算时间周期内完成每次自适应操作。在该情况，当在该限定的计算时间内任何输出值未变成等于对应的目标输出值或者未在目标输出值的允许自适应范围内时，判断控制系统中出现差错，并且对此产生告警或报警。
当在限定的计算时间周期内各输出值变成等于对应的目标值或者位于目标值的允许自适应范围内时，暂时存储此刻的各输入控制参数以作为此刻的引擎运行状态下所建立的额定输入控制参数。以后，当在限定的计算时间内各输出值未进入各目标值的允许自适应范围内时，可以把如此存储的额定输入控制参数组用作为相同引擎运行状态中的输入控制参数。
当引擎控制部分中或控制系统中出现差错时，最高优先级是满足模式排放规定值，而不是汽车的可驱动性。在此情况下，如图7中所示输出转矩的评价点函数设计成使得当输出转矩TQ变成小于目标值TQref时更缓和或更慢地减小评价点。换言之，即使输出转矩TQ减小到小于目标转矩TQref，输出转矩的评价点为相对高。当利用图7中的评价点函数进行自适应操作时，通过输出转矩满足的模式排放规定值看来会小于目标值，换言之，汽车的可驱动性趋于减小。
应注意，可以在存储介质，例如存储介质42中存储和上面解释的自适应操作关联的程序。
利用如上面说明配置的系统，可以在车上自动地进行汽车或引擎的输入控制参数的自适应操作。

Claims (51)

1.一种用于汽车的控制设备，其中多个汽车输出值中的每个输出值根据用来控制该汽车的多个输入控制参数变化，包括：
一个自适应控制单元，其改变该多个输入控制参数以使该多个输出值的每个变成基本等于一个对应的目标输出值；以及
一个自适应值设置单元，其根据在每个输出值变成基本等于对应的目标输出值或者位于目标输出值允许自适应范围内时得到的各输入控制参数的值确定各输入控制参数的自适应值；
一个获取汽车的输出值的输出值获取单元，以及
一个汽车模型，其接收各输入控制参数并且产生实际汽车的估计输出值，
其中该输出值获取单元获取来自该汽车模型的各估计输出值作为该汽车的输出值，并且其中根据通过自适应值设置单元确定的各输入控制参数的自适应值控制该汽车，建立每个输出值和至少一个适用于对该每个输出值进行自适应控制的输入控制参数的组合，并且改变和各个输出值组合的该至少一个输入控制参数，以使每个输出值变成基本等于对应的目标输出值或者位于该目标输出值的允许自适应范围内。
2.依据权利要求1的控制设备，其中汽车的各输出值包括内燃机的各输出值，并且这些输入控制参数包括用于内燃机的各输入控制参数。
3.依据权利要求2的控制设备，其中内燃机的输出值包括输出转矩、燃料节约和引擎废气排放量中的至少二个。
4.依据权利要求2的控制设备，其中输入控制参数至少包括燃料注入量和燃料注入时间。
5.依据权利要求1的控制设备，其中该组合是一个选定的输入控制参数和一个以高灵敏度响应该选定的一个输入控制参数的改变而改变的选定输出值的组合。
6.依据权利要求5的控制设备，其中该选定的一个输入控制参数是燃料注入量，而该选定的一个输出值是引擎输出转矩。
7.依据权利要求5的控制设备，其中该选定的一个输入控制参数是燃料注入时间，而该选定的一个输出值是燃料节约。
8.依据权利要求5的控制设备，其中该选定的一个输入控制参数是供给燃烧室的进气中的氧浓度，而该选定的一个输出值是从该燃烧室排出的NOx量。
9.依据权利要求5的控制设备，其中该选定的一个输入控制参数是燃料注入压力，而该选定的一个输出值是从燃料室排出的废气中的烟浓度。
10.依据权利要求5的控制设备，其中该选定的一个输入控制参数是主燃料注入前进行的引导注入所注入的燃料量，而该选定的一个输出值是燃烧噪音。
11.依据权利要求1的控制设备，其中该组合是一个选定的输出值和多个选定的输入控制参数的组合，其中改变和该选定的一个输出值相组合的该选定的多个输入控制参数以使每个输出值变成基本等于对应的目标输出值或位于该目标输出值的允许自适应范围内。
12.依据权利要求1的控制设备，其中同时反馈控制各个输入控制参数，以使每个和至少一个的输入控制参数组合的输出值变成基本等于对应的目标输出值，从而该自适应值设置单元确定各输入控制参数的自适应值。
13.依据权利要求12的控制设备，其中通过一个灵敏度函数表示一个选定的输入控制参数和一个选定的与该选定的输入控制参数组合的输出值之间的关系，并且根据从该灵敏度函数得到的灵敏度反馈控制该选定的一个输入控制参数。
14.依据权利要求13的控制设备，其中根据该选定的一个输出值对于该选定的一个输入控制参数的改变通过学习确定该灵敏度函数。
15.依据权利要求12的控制设备，其中一个选定的输入控制参数和一个选定的和该选定的输入控制参数组合的输出值彼此是成比例的。
16.依据权利要求1的控制设备，其中该输出值获取单元获得实际汽车中检测到的各输出值并作为该汽车的输出值。
17.依据权利要求1的控制设备，其中根据该汽车模型的各估计输出值以及实际汽车上检测到的各输出值修改该汽车模型，以使该汽车模型的估计输出值基本和实际汽车的检测到的输出值一致。
18.依据权利要求1的控制设备，其中用另一个适用于要受到控制的汽车的汽车模型替代该汽车模型。
19.依据权利要求18的控制设备，其中在可更换存储介质中存储该汽车模型。
20.依据权利要求18的控制设备，其中通过接收受控汽车的技术规格数据构建该汽车模型，并且在可更换存储介质中存储这些技术规格数据。
21.依据权利要求1的控制设备，其中：
建立汽车模型的每个估计输出值和至少一个的适用于自适应控制各估计输出值的输入控制参数之间的组合；以及
当汽车模型的任何一个估计输出值在对应的目标输出值的允许自适应范围的外面时，判定在和与该估计输出值组合的至少一个输入控制参数相关联的引擎控制部分中出现差错。
22.依据权利要求1的控制设备，其中该自适应控制单元总是进行这些输入控制参数的自适应控制。
23.依据权利要求1的控制设备，其中该自适应控制单元根据需要进行这些输入控制参数的自适应控制。
24.依据权利要求1的控制设备，其中该自适应控制单元在限定的计算时间内进行这些输入控制参数的自适应控制。
25.依据权利要求24的控制设备，其中当在该限定的计算时间内该汽车的各输出值未能等于对应的目标输出值或者未能处于各目标输出值的允许自适应范围内时判定控制系统中出现差错。
26.依据权利要求24的控制设备，还包括：
一个存储单元，当该汽车处于某种运行状态时它临时存储在汽车的各输出值变成基本等于对应的目标输出值或者位于目标输出值的允许自适应范围情况下得到的各个输入控制参数，作为该运行状态下的各额定输入控制参数，
其中当该汽车处于该运行状态时，如果该汽车的输出值未在该限定的计算时间内处于目标输出值的允许自适应范围内，把存储的额定输入控制参数用作为要反馈控制的输入控制参数。
27.依据权利要求1的控制设备，还包括：
一个设置各目标输出值的目标输出值设置单元。
28.依据权利要求27的控制设备，其中目标输出值包括引擎输出转矩、燃料节约和内燃机的废气排放量的目标值中的至少二个。
29.依据权利要求28的控制设备，其中该排放量包含从引擎的一个燃烧室排出的NOx量。
30.依据权利要求27的控制设备，其中根据内燃机的运行状态把至少一个目标输出值的每一个置为不同的值。
31.依据权利要求30的控制设备，其中引擎的运行状态包括引擎的需求转矩和引擎速度中的至少一个。
32.依据权利要求27的控制设备，还包括一个其中事先至少存储这些目标输出值的一部分的存储器。
33.依据权利要求27的控制设备，其中根据该汽车的技术规格数据计算至少一部分的目标输出值。
34.依据权利要求33的控制设备，还包括：
一个接收各输入控制参数并且产生实际汽车的估计输出值组的汽车模型，
其中通过利用该使汽车在一预定驱动模式下行驶的汽车模型得到用引擎的操作状态定义的引擎操作点的使用频率，并且利用该使用频率计算各目标输出值。
35.依据权利要求34的控制设备，其中在可更换存储介质中存储该驱动模式。
36.依据权利要求34的控制设备，其中通过通信部件从汽车的外面接收该驱动模式。
37.依据权利要求27的控制设备，其中在可更换存储介质中存储至少一部分的目标输出值。
38.依据权利要求27的控制设备，其中通过通信部件从汽车的外面接收至少一部分的目标输出值。
39.依据权利要求1的控制设备，还包括：
一个确定每个输出值是否在对应目标输出值的允许自适应范围内的评定单元。
40.依据权利要求39的控制设备，其中当各个输出值和对应的目标输出值之间的差小于对应的基准值时或者当各个输出值和对应目标输出值的差之间的关系满足预定条件时，该评定单元确定各个输出值在目标输出值的允许自适应范围内。
41.依据权利要求39的控制设备，其中：
该评定单元为每个输出值建立一个评价函数，该评价函数设计成当输出值等于目标输出值时评价点到达最大值，以及
该评定单元根据用于各个输出值的评价点确定各个输出值是否在对应目标输出值的允许自适应范围内。
42.依据权利要求41的控制设备，其中当用于各个输出值的评价点大于基准值时或者当各个输出值的评价点之间的关系满足预定条件时，该评定单元确定各个输出值在对应目标输出值的允许自适应范围内。
43.依据权利要求41的控制设备，其中该评定单元为内燃机的输出转矩建立一个评价函数，该用于输出转矩的评价函数设计成当引擎的输出转矩等于其目标值时评价点达到最大值并且当输出转矩在更大转矩和更小转矩二个方向偏离该目标值时评价点迅速减小。
44.依据权利要求41的控制设备，其中该评定单元为从内燃机的一燃烧室排出的NOx量建立一个评价函数，该用于NOx量的评价函数设计成当NOx量等于和小于其目标值时评价点达到最大值并且当NOx量超过目标值时评价点减小。
45.依据权利要求44的控制设备，其中该自适应控制单元改变至少一个和燃料节约关联的输入控制参数从而当NOx量等于或小于目标值时改进燃料节约。
46.依据权利要求41的控制设备，其中该评定单元为燃料节约建立一个评价函数，该评价函数设计成当燃料节约变差时评价点减小。
47.依据权利要求41的控制设备，其中：
建立汽车的每个输出值和至少一个的适用于自适应控制该输出值的输入控制参数的组合；以及
当用于某个输出值的评价点低于用于其它输出值的评价点时，该自适应控制单元在改变和具有较高评价点的输出值组合的至少一个的输入控制参数之前先改变和该具有较低评价点的输出值组合的至少一个的输入控制参数。
48.依据权利要求41的控制设备，其中：
建立汽车的每个输出值和至少一个的适用于自适应控制该输出值的输入控制参数的组合；
每个输出值的评价函数包括一个当该输出值偏离对应的目标输出值时评价点从最大值减小的倾斜部分；以及
该自适应控制单元进行各输入控制参数的反馈控制，从而每个输出值按随着该输出值的评价函数的倾斜部分的倾斜度的增加而速度增加地接近对应的目标输出值。
49.依据权利要求1的控制设备，其中该自适应控制单元改变至少一个的从该多个输入控制参数中选出的输入参数，从而使一选定的输出值优选于其它输出值接近相应的目标输出值。
50.依据权利要求49的控制设备，其中根据内燃机的运行状态改变该选定的一个输出值。
51.依据权利要求1的控制设备，其中该自适应值设置单元把各输入控制参数的自适应值置为当每个输出值变成基本等于对应目标输出值或位于目标输出值的允许自适应范围内时得到的各输入控制参数的值。
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