CN1924304A - 基于模糊逻辑的凸轮移相器控制 - Google Patents

基于模糊逻辑的凸轮移相器控制 Download PDF

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Abstract

一种控制内燃机上所用移相机的阀的方法包括从位置误差和误差变化率确定负载周期改变量。从该负载周期改变量和一个改正项计算出模糊增益值。从一个积分增益值和该模糊增益值计算负载周期。然后用该负载周期来控制凸轮移相器的阀。

Description

基于模糊逻辑的凸轮移相器控制
                     本发明的领域
本发明涉及内燃机凸轮移相器，特别是利用模糊逻辑控制该凸轮移相器动作的系统和方法。
                    本发明的背景
凸轮移相器改变内燃机阀的定时，有助于减少氧化氮和其他排放物如未燃烧的碳氢化合物。凸轮移相器还有助于提高燃料经济性或在各种转速下增加发动机转矩。可用多个凸轮移相器来驱动内燃机上的进气阀和排气阀。
移相器一般包括一个转子元件，该元件被连结到凸轮轴的一端并在由发动机曲轴驱动的定子元件内可变位地转动。凸轮移相器一般由来自发动机主供油槽的压力油驱动。该油可被电子控制阀装置有选择地引导到该移相器内的各室。该油的引导方向改变了该转子和定子之间相位关系，从而改变了该凸轮轴和曲轴之间的相位关系。
目前控制凸轮移相器的方法是相对于每一个移相器采用一种传统的比例积分(PI)增益计算。虽然该计算法被广泛使用，但仍易计算过头和不足。另外，这种计算方法需要相当大量的控制器存储量和处理能力。再者，PI增益计算增加了用来控制该凸轮移相器的校正的复杂性。
                    本发明的综述
本发明控制内燃机凸轮移相器阀的方法包括由位置误差和误差变化率(error dot)确定负载周期。由负载周期和改正项计算出模糊增益值。由积分增益值和该模糊增益值计算出负载周期。该负载周期被用来控制凸轮移相器的阀。
本发明的一个特点是该方法还包括根据发动机的油温和发动机转速计算出改正项。
本发明的另一个特点是计算模糊增益值的步骤还包括若位置误差的绝对值大于第二可选标量值，则令负载周期改变量乘以第一可选标量值。
本发明的另一个特点是该方法还包括从所需凸轮移相器位置和测得凸轮移相器位置计算位置误差。
在本发明的另一个特点中，该方法还包括从位置误差和以前的位置误差计算误差变化率，其中位置误差和误差变化率可以是下列各项中的至少一项：负中、负小、零、正小和正中。
在本发明的另一个特点中，该控制阀的步骤还包括将负载周期值转变成信号，根据信号来控制阀，其中该信号为一脉冲宽度被调制的信号。
从下面的详细说明可了解本发明用途的其他领域。应该知道指出本发明优选实施例的详细说明和具体例子的目的只是为了阐明并非限制本发明的范围。
                    附图的简要说明
从下面的详细说明和附图可更充分地了解本发明。其中：
图1为一功能方块图，该图示出的汽车发动机系统装有本发明的凸轮移相器和控制模块；
图2为一数据流程图，该图示出一个按照本发明的凸轮移相器控制模块；
图3为一流程图，该图示出本发明的模糊增益模块的控制流程；
图4为一表，其中列出用来确定负载周期改变量值的模糊逻辑规则；
图5为一三维图，其中示出作为位置误差和误差变化率的函数的负载周期改变量如何确定；
图6为一三维图，其中示出作为发动机转速和发动机油温的函数的改正项如何确定。
                优选实施例的详细说明
本发明在下面的说明只是示范性的，并非限制本发明、其用途及使用。为了清晰起见，相同的标号将被用在各图中以识别相似的元件。在本文中所用模块一词指一个特定用途的集成电路(ASIC)，一个电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的一个处理器(共享的、专用的、或成组的)和存储器，一个复合的逻辑电路，及/或其他提供所说功能度的合适的构件。
现在参阅图1，发动机系统10包括一台燃烧空气和燃料的混合物以便产生驱动转矩的发动机。空气通过一个节流阀16被吸入进气歧管14。节流阀16调节进入进气歧管14的质量空气流。在进气歧管14内的空气被分配到气缸18内。虽然所示只是单个气缸18，但应知道本发明的发动机控制系统可被用于具有多个气缸的发动机，包括但并不限于2、3、4、5、6、8、10和12个气缸。
燃油喷射器(未示出)喷射燃油使它连同空气一起通过进气口被引入气缸18内。燃油喷射器可与电子或机械燃油喷射系统20关联，并与汽化器或另一系统关联以便使燃油和引入空气混合。每一个气缸18内的燃油喷射器都被控制以便提供合适的空气对燃油(A/F)的比率。
进气阀22可选择地开、闭以便使空气/燃油混合物能够进入气缸18内。进气阀的位置由进气凸轮轴24调节。活塞(未示出)压缩气缸18内的空气/燃油混合物。火花塞26点燃空气/燃油混合物的燃烧，驱动气缸18内的活塞。活塞驱动曲轴(未示出)从而产生驱动转矩。当排气阀28处于开启位置时气缸18内的燃烧废气被迫从排气口排出。排气阀的位置由排气凸轮轴30调节。在一排气系统内排气被处理。虽然图上只示出单个进气阀22和排气阀28，但可知道发动机12的每个气缸可包括多个进气阀22和排气阀28。
发动机系统10可包括一个进气凸轮移相器32和一个排气凸轮移相器34，它们分别调节进气和排气凸轮轴24、30的转动定时。具体点说，各该进气和排气凸轮轴24、30的定时或相位角可相互相对或相对于气缸18内的活塞位置或相对于曲轴位置而被推迟或超前。这样，进气阀22和排气阀28的位置就能相互相对或相对于气缸18内的活塞位置而被调节。由于吸气阀22和排气阀28的位置被调节，吸入气缸18内的空气/燃油混合物的数量从而发动机的转矩就被调节。
按照本发明，控制模块40根据模糊逻辑计算控制吸气凸轮移相器32及/或排气凸轮移相器34的阀。现在参阅图2，其中在50示出负责控制凸轮移相器阀48的控制模块的子系统。凸轮移相器控制模块50接受下列各项输入，其中有从发动机感知的或由控制模块40(图1)的其他模块确定的，包括：以转/分(RPM)计的发动机转速52，以摄氏度计的发动机油温54，以度计的所需凸轮位置56，和以度计的测得的凸轮位置58。有一模糊增益模块59接受这些输入并使用模糊逻辑计算模糊增益值60。积分增益模块62根据从模糊增益模块59接受来的位置误差值65确定积分增益值64。
模糊负载周期模块66接受从模糊增益模块来的模糊增益值和从积分增益模块62来的积分增益值64。模糊负载周期模块66将模糊增益值60和积分增益值64相加计算负载周期值68。该负载周期值被转变成信号70，并被作为凸轮移相器控制模块50的输出。该信号能在固定阻抗下指挥可变电流。在该优选的实施例中，该负载周期信号为一脉冲宽度被调制的信号。进气凸轮移相器及/或排气凸轮移相器的阀48接受该负载周期信号70。根据所接受的信号，由该阀将压力油按需供给凸轮移相器以便更换进气阀的定时，使其相对于凸轮轴相位角的角度位置推迟或超前。
模糊逻辑被定义为在处理部分真实概念时布尔数字体系的超集。在布尔逻辑中，任何事物都可表为两类(0或1，开或关，是或否)，模糊逻辑用范围在0和1之间的真实程度来替代经典的真值。本发明应用模糊逻辑的概念，用误差程度来替代算出的误差值，以控制凸轮移相器负载周期信号的增益值。
现在参阅图3，由模糊增益模块59完成的各步骤将被详细论述。在步骤100，控制模块根据所需凸轮移相器位置56(图2)和测得的凸轮移相器位置58(图2)的差异，算出位置误差。该位置误差可按误差程度分级并被列为：负中、负小、零、正小、或正中。在该优选实施例中，位置误差的范围可从负六到正六。在步骤110，控制模块根据目前的位置误差和以前的位置误差确定误差变化率或被称为误差变化率。该误差变化率可按变化率的程度分级并被列为负中、负小、零、正小或正中。在该优选实施例中，误差变化率的范围可从负六到正六。
在步骤120，负载周期改变量被确定为位置误差和误差变化率的函数。负载周期改变量可按负载周期的程度分级并被列为负大、负中、负小、零、正小或正中。按照模糊逻辑，有一套规则控制负载周期改变量的确定。现在转到图4，其中示出以如...则格式列出的这套模糊规则。例如从该表的第一行读出，如位置误差为负中及误差变化率为负中，则负载周期改变量值为负大。当位置误差的绝对值为大时还有一条增添的规则。在该优选的实施例中，当位置误差大于一个预定值如六时就被认为是大的。在这情况下，正中(负中)的负载周期改变量被乘上一个标量值。该标量值可从一到十的范围内选取。
如图3所示，步骤130确定位置误差是否大于正中，如果是，那么选择一个标量值，在步骤132将它施加到负载周期改变量上。如果否，控制模块流动到步骤134，确定改正项。在步骤134从发动机转速输入52(图2)和发动机油温输入54(图2)导出改正项，然后将它施加到负载周期改变量上。在步骤140，负载周期改变量被乘上改正项的值，得出负载周期中的模糊增益值60(图2)。在步骤150，控制模块在返回到过程开始之前，位置误差被存储起来作为以前的位置误差。
现在参阅图5，其中画出作为位置误差和误差变化率的函数按照图4中的规则形成的确定的负载周期改变量的三维图像。误差变化率值以200表示沿X轴画出。在本例中，误差变化率的范围可从负六到正六。在该优选实施例中，误差变化率的范围是可选择的。位置误差值以210表示沿Y轴画出，范围从负六到正六。在该优选实施例中，位置误差的范围是可选择的。负载周期改变量值以220表示沿Z轴画出，范围从-100到+100％。
图6示出作为发动机油温和发动机转速的函数的确定的改正项的三维图像。发动机油温以300表示沿Y轴画出。在本例中，发动机油温的范围可从-20到+100℃。在该优选实施例中，发动机油温的范围是可选择的。发动机转速值以310表示沿Y轴画出，范围从+1500到+4500转/分(RPM)。在该优选实施例中，发动机转速的范围是可选择的。改正项值以320表示沿Z轴画出，范围从0到+1。
从上述说明本行业的行家现在可以知道本发明的广泛说明能以多种形式实施。因此虽然本发明结合具体例子进行说明，本发明的真实范围应该不受这些例子的限制，因为本行业的行家在研究附图、说明和权利要求后，显然能作出其他一些修改。

Claims (16)

1.一种控制凸轮移相器阀的方法，包括：
由位置误差和误差变化率确定负载周期；
由所说负载周期改变量和改正项计算模糊增益值；
由积分增益值和所说模糊增益值计算负载周期值；及
根据所说负载周期值控制所说凸轮移相器的所说阀。
2.权利要求1的方法，其特征在于，还包括根据发动机油温和发动机转速计算所说改正项。
3.权利要求1的方法，其特征在于，所说计算模糊增益值的步骤还包括若所说位置误差的绝对值大于一第二可选标量值则会所说负载周期改变量上乘以第一可选标量值。
4.权利要求1的方法，其特征在于，还包括由测得的凸轮移相器位置和所需凸轮移相器位置计算所说位置误差。
5.权利要求1的方法，其特征在于，还包括由所说位置误差和以前的位置误差计算所说误差变化率。
6.权利要求1的方法，其特征在于，其中所说位置误差和误差变化率可以是下列各项中的至少一项：负中、负小、零、正小和正中。
7.权利要求1的方法，其特征在于，其中控制所说阀的所说步骤还包括：
将所说负载周期值转变成信号；及
根据所说信号控制所说阀。
8.权利要求7的方法，其特征在于，所说信号为脉冲宽度被调制信号。
9.一种凸轮移相器的控制系统包括：
一个利用模糊逻辑计算位置误差、误差变化率和模糊增益值的模糊增益模块；
一个根据所说位置误差确定积分增益值的积分增益模块；及
一个根据所说模糊增益值和所说积分增益值计算负载周期值的模糊负载周期模块。
10.权利要求9的系统，其特征在于，所说模糊增益模块由所说位置误差和所说误差变化率确定负载周期。
11.权利要求10的系统，其特征在于，若所说位置误差的绝对值大于一可选的标量值，则所说模糊增益模块令所说负载周期改变量乘以一可选的标量值。
12.权利要求9的系统，其特征在于，所说模糊增益模块由测得的位置和所需位置来计算位置误差。
13.权利要求12的系统，其特征在于，所说模糊增益模块由所说位置误差和以前的位置误差来计算误差变化率。
14.权利要求10的系统，其特征在于，所说模糊增益模块令所说负载周期改变量乘以一改正项，其中所说改正项由发动机油温和发动机转速确定。
15.权利要求9的系统，其特征在于，所说模糊增益模块将所说负载周期值转变成相对于固定阻抗能控制可变电流的信号。
16.权利要求9的系统，其特征在于，还包括一个由所说信号控制的阀。
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