專利名稱：基于模糊邏輯的凸輪移相器控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)凸輪移相器，特別是利用模糊邏輯控制該凸輪移相器動作的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的背景凸輪移相器改變內(nèi)燃機(jī)閥的定時，有助于減少氧化氮和其他排放物如未燃燒的碳?xì)浠衔?。凸輪移相器還有助于提高燃料經(jīng)濟(jì)性或在各種轉(zhuǎn)速下增加發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩?？捎枚鄠€凸輪移相器來驅(qū)動內(nèi)燃機(jī)上的進(jìn)氣閥和排氣閥。
移相器一般包括一個轉(zhuǎn)子元件，該元件被連結(jié)到凸輪軸的一端并在由發(fā)動機(jī)曲軸驅(qū)動的定子元件內(nèi)可變位地轉(zhuǎn)動。凸輪移相器一般由來自發(fā)動機(jī)主供油槽的壓力油驅(qū)動。該油可被電子控制閥裝置有選擇地引導(dǎo)到該移相器內(nèi)的各室。該油的引導(dǎo)方向改變了該轉(zhuǎn)子和定子之間相位關(guān)系，從而改變了該凸輪軸和曲軸之間的相位關(guān)系。
目前控制凸輪移相器的方法是相對于每一個移相器采用一種傳統(tǒng)的比例積分(PI)增益計算。雖然該計算法被廣泛使用，但仍易計算過頭和不足。另外，這種計算方法需要相當(dāng)大量的控制器存儲量和處理能力。再者，PI增益計算增加了用來控制該凸輪移相器的校正的復(fù)雜性。
本發(fā)明的綜述本發(fā)明控制內(nèi)燃機(jī)凸輪移相器閥的方法包括由位置誤差和誤差變化率(error dot)確定負(fù)載周期。由負(fù)載周期和改正項(xiàng)計算出模糊增益值。由積分增益值和該模糊增益值計算出負(fù)載周期。該負(fù)載周期被用來控制凸輪移相器的閥。
本發(fā)明的一個特點(diǎn)是該方法還包括根據(jù)發(fā)動機(jī)的油溫和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速計算出改正項(xiàng)。
本發(fā)明的另一個特點(diǎn)是計算模糊增益值的步驟還包括若位置誤差的絕對值大于第二可選標(biāo)量值，則令負(fù)載周期改變量乘以第一可選標(biāo)量值。
本發(fā)明的另一個特點(diǎn)是該方法還包括從所需凸輪移相器位置和測得凸輪移相器位置計算位置誤差。
在本發(fā)明的另一個特點(diǎn)中，該方法還包括從位置誤差和以前的位置誤差計算誤差變化率，其中位置誤差和誤差變化率可以是下列各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)負(fù)中、負(fù)小、零、正小和正中。
在本發(fā)明的另一個特點(diǎn)中，該控制閥的步驟還包括將負(fù)載周期值轉(zhuǎn)變成信號，根據(jù)信號來控制閥，其中該信號為一脈沖寬度被調(diào)制的信號。
從下面的詳細(xì)說明可了解本發(fā)明用途的其他領(lǐng)域。應(yīng)該知道指出本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明和具體例子的目的只是為了闡明并非限制本發(fā)明的范圍。
附圖的簡要說明從下面的詳細(xì)說明和附圖可更充分地了解本發(fā)明。其中

圖1為一功能方塊圖，該圖示出的汽車發(fā)動機(jī)系統(tǒng)裝有本發(fā)明的凸輪移相器和控制模塊；圖2為一數(shù)據(jù)流程圖，該圖示出一個按照本發(fā)明的凸輪移相器控制模塊；圖3為一流程圖，該圖示出本發(fā)明的模糊增益模塊的控制流程；圖4為一表，其中列出用來確定負(fù)載周期改變量值的模糊邏輯規(guī)則；圖5為一三維圖，其中示出作為位置誤差和誤差變化率的函數(shù)的負(fù)載周期改變量如何確定；圖6為一三維圖，其中示出作為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動機(jī)油溫的函數(shù)的改正項(xiàng)如何確定。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明本發(fā)明在下面的說明只是示范性的，并非限制本發(fā)明、其用途及使用。為了清晰起見，相同的標(biāo)號將被用在各圖中以識別相似的元件。在本文中所用模塊一詞指一個特定用途的集成電路(ASIC)，一個電子電路、執(zhí)行一個或多個軟件或固件程序的一個處理器(共享的、專用的、或成組的)和存儲器，一個復(fù)合的邏輯電路，及/或其他提供所說功能度的合適的構(gòu)件。
現(xiàn)在參閱圖1，發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10包括一臺燃燒空氣和燃料的混合物以便產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的發(fā)動機(jī)。空氣通過一個節(jié)流閥16被吸入進(jìn)氣歧管14。節(jié)流閥16調(diào)節(jié)進(jìn)入進(jìn)氣歧管14的質(zhì)量空氣流。在進(jìn)氣歧管14內(nèi)的空氣被分配到氣缸18內(nèi)。雖然所示只是單個氣缸18，但應(yīng)知道本發(fā)明的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)可被用于具有多個氣缸的發(fā)動機(jī)，包括但并不限于2、3、4、5、6、8、10和12個氣缸。
燃油噴射器(未示出)噴射燃油使它連同空氣一起通過進(jìn)氣口被引入氣缸18內(nèi)。燃油噴射器可與電子或機(jī)械燃油噴射系統(tǒng)20關(guān)聯(lián)，并與汽化器或另一系統(tǒng)關(guān)聯(lián)以便使燃油和引入空氣混合。每一個氣缸18內(nèi)的燃油噴射器都被控制以便提供合適的空氣對燃油(A/F)的比率。
進(jìn)氣閥22可選擇地開、閉以便使空氣/燃油混合物能夠進(jìn)入氣缸18內(nèi)。進(jìn)氣閥的位置由進(jìn)氣凸輪軸24調(diào)節(jié)?；钊?未示出)壓縮氣缸18內(nèi)的空氣/燃油混合物?；鸹ㄈ?6點(diǎn)燃空氣/燃油混合物的燃燒，驅(qū)動氣缸18內(nèi)的活塞?；钊?qū)動曲軸(未示出)從而產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。當(dāng)排氣閥28處于開啟位置時氣缸18內(nèi)的燃燒廢氣被迫從排氣口排出。排氣閥的位置由排氣凸輪軸30調(diào)節(jié)。在一排氣系統(tǒng)內(nèi)排氣被處理。雖然圖上只示出單個進(jìn)氣閥22和排氣閥28，但可知道發(fā)動機(jī)12的每個氣缸可包括多個進(jìn)氣閥22和排氣閥28。
發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10可包括一個進(jìn)氣凸輪移相器32和一個排氣凸輪移相器34，它們分別調(diào)節(jié)進(jìn)氣和排氣凸輪軸24、30的轉(zhuǎn)動定時。具體點(diǎn)說，各該進(jìn)氣和排氣凸輪軸24、30的定時或相位角可相互相對或相對于氣缸18內(nèi)的活塞位置或相對于曲軸位置而被推遲或超前。這樣，進(jìn)氣閥22和排氣閥28的位置就能相互相對或相對于氣缸18內(nèi)的活塞位置而被調(diào)節(jié)。由于吸氣閥22和排氣閥28的位置被調(diào)節(jié)，吸入氣缸18內(nèi)的空氣/燃油混合物的數(shù)量從而發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩就被調(diào)節(jié)。
按照本發(fā)明，控制模塊40根據(jù)模糊邏輯計算控制吸氣凸輪移相器32及/或排氣凸輪移相器34的閥?，F(xiàn)在參閱圖2，其中在50示出負(fù)責(zé)控制凸輪移相器閥48的控制模塊的子系統(tǒng)。凸輪移相器控制模塊50接受下列各項(xiàng)輸入，其中有從發(fā)動機(jī)感知的或由控制模塊40(圖1)的其他模塊確定的，包括以轉(zhuǎn)/分(RPM)計的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速52，以攝氏度計的發(fā)動機(jī)油溫54，以度計的所需凸輪位置56，和以度計的測得的凸輪位置58。有一模糊增益模塊59接受這些輸入并使用模糊邏輯計算模糊增益值60。積分增益模塊62根據(jù)從模糊增益模塊59接受來的位置誤差值65確定積分增益值64。
模糊負(fù)載周期模塊66接受從模糊增益模塊來的模糊增益值和從積分增益模塊62來的積分增益值64。模糊負(fù)載周期模塊66將模糊增益值60和積分增益值64相加計算負(fù)載周期值68。該負(fù)載周期值被轉(zhuǎn)變成信號70，并被作為凸輪移相器控制模塊50的輸出。該信號能在固定阻抗下指揮可變電流。在該優(yōu)選的實(shí)施例中，該負(fù)載周期信號為一脈沖寬度被調(diào)制的信號。進(jìn)氣凸輪移相器及/或排氣凸輪移相器的閥48接受該負(fù)載周期信號70。根據(jù)所接受的信號，由該閥將壓力油按需供給凸輪移相器以便更換進(jìn)氣閥的定時，使其相對于凸輪軸相位角的角度位置推遲或超前。
模糊邏輯被定義為在處理部分真實(shí)概念時布爾數(shù)字體系的超集。在布爾邏輯中，任何事物都可表為兩類(0或1，開或關(guān)，是或否)，模糊邏輯用范圍在0和1之間的真實(shí)程度來替代經(jīng)典的真值。本發(fā)明應(yīng)用模糊邏輯的概念，用誤差程度來替代算出的誤差值，以控制凸輪移相器負(fù)載周期信號的增益值。
現(xiàn)在參閱圖3，由模糊增益模塊59完成的各步驟將被詳細(xì)論述。在步驟100，控制模塊根據(jù)所需凸輪移相器位置56(圖2)和測得的凸輪移相器位置58(圖2)的差異，算出位置誤差。該位置誤差可按誤差程度分級并被列為負(fù)中、負(fù)小、零、正小、或正中。在該優(yōu)選實(shí)施例中，位置誤差的范圍可從負(fù)六到正六。在步驟110，控制模塊根據(jù)目前的位置誤差和以前的位置誤差確定誤差變化率或被稱為誤差變化率。該誤差變化率可按變化率的程度分級并被列為負(fù)中、負(fù)小、零、正小或正中。在該優(yōu)選實(shí)施例中，誤差變化率的范圍可從負(fù)六到正六。
在步驟120，負(fù)載周期改變量被確定為位置誤差和誤差變化率的函數(shù)。負(fù)載周期改變量可按負(fù)載周期的程度分級并被列為負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小或正中。按照模糊邏輯，有一套規(guī)則控制負(fù)載周期改變量的確定?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，其中示出以如...則格式列出的這套模糊規(guī)則。例如從該表的第一行讀出，如位置誤差為負(fù)中及誤差變化率為負(fù)中，則負(fù)載周期改變量值為負(fù)大。當(dāng)位置誤差的絕對值為大時還有一條增添的規(guī)則。在該優(yōu)選的實(shí)施例中，當(dāng)位置誤差大于一個預(yù)定值如六時就被認(rèn)為是大的。在這情況下，正中(負(fù)中)的負(fù)載周期改變量被乘上一個標(biāo)量值。該標(biāo)量值可從一到十的范圍內(nèi)選取。
如圖3所示，步驟130確定位置誤差是否大于正中，如果是，那么選擇一個標(biāo)量值，在步驟132將它施加到負(fù)載周期改變量上。如果否，控制模塊流動到步驟134，確定改正項(xiàng)。在步驟134從發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速輸入52(圖2)和發(fā)動機(jī)油溫輸入54(圖2)導(dǎo)出改正項(xiàng)，然后將它施加到負(fù)載周期改變量上。在步驟140，負(fù)載周期改變量被乘上改正項(xiàng)的值，得出負(fù)載周期中的模糊增益值60(圖2)。在步驟150，控制模塊在返回到過程開始之前，位置誤差被存儲起來作為以前的位置誤差。
現(xiàn)在參閱圖5，其中畫出作為位置誤差和誤差變化率的函數(shù)按照圖4中的規(guī)則形成的確定的負(fù)載周期改變量的三維圖像。誤差變化率值以200表示沿X軸畫出。在本例中，誤差變化率的范圍可從負(fù)六到正六。在該優(yōu)選實(shí)施例中，誤差變化率的范圍是可選擇的。位置誤差值以210表示沿Y軸畫出，范圍從負(fù)六到正六。在該優(yōu)選實(shí)施例中，位置誤差的范圍是可選擇的。負(fù)載周期改變量值以220表示沿Z軸畫出，范圍從-100到+100％。
圖6示出作為發(fā)動機(jī)油溫和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)的確定的改正項(xiàng)的三維圖像。發(fā)動機(jī)油溫以300表示沿Y軸畫出。在本例中，發(fā)動機(jī)油溫的范圍可從-20到+100℃。在該優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)油溫的范圍是可選擇的。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速值以310表示沿Y軸畫出，范圍從+1500到+4500轉(zhuǎn)/分(RPM)。在該優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的范圍是可選擇的。改正項(xiàng)值以320表示沿Z軸畫出，范圍從0到+1。
從上述說明本行業(yè)的行家現(xiàn)在可以知道本發(fā)明的廣泛說明能以多種形式實(shí)施。因此雖然本發(fā)明結(jié)合具體例子進(jìn)行說明，本發(fā)明的真實(shí)范圍應(yīng)該不受這些例子的限制，因?yàn)楸拘袠I(yè)的行家在研究附圖、說明和權(quán)利要求后，顯然能作出其他一些修改。
權(quán)利要求
1.一種控制凸輪移相器閥的方法，包括由位置誤差和誤差變化率確定負(fù)載周期；由所說負(fù)載周期改變量和改正項(xiàng)計算模糊增益值；由積分增益值和所說模糊增益值計算負(fù)載周期值；及根據(jù)所說負(fù)載周期值控制所說凸輪移相器的所說閥。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，還包括根據(jù)發(fā)動機(jī)油溫和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速計算所說改正項(xiàng)。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所說計算模糊增益值的步驟還包括若所說位置誤差的絕對值大于一第二可選標(biāo)量值則會所說負(fù)載周期改變量上乘以第一可選標(biāo)量值。
4.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，還包括由測得的凸輪移相器位置和所需凸輪移相器位置計算所說位置誤差。
5.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，還包括由所說位置誤差和以前的位置誤差計算所說誤差變化率。
6.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，其中所說位置誤差和誤差變化率可以是下列各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)負(fù)中、負(fù)小、零、正小和正中。
7.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，其中控制所說閥的所說步驟還包括將所說負(fù)載周期值轉(zhuǎn)變成信號；及根據(jù)所說信號控制所說閥。
8.權(quán)利要求7的方法，其特征在于，所說信號為脈沖寬度被調(diào)制信號。
9.一種凸輪移相器的控制系統(tǒng)包括一個利用模糊邏輯計算位置誤差、誤差變化率和模糊增益值的模糊增益模塊；一個根據(jù)所說位置誤差確定積分增益值的積分增益模塊；及一個根據(jù)所說模糊增益值和所說積分增益值計算負(fù)載周期值的模糊負(fù)載周期模塊。
10.權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，所說模糊增益模塊由所說位置誤差和所說誤差變化率確定負(fù)載周期。
11.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征在于，若所說位置誤差的絕對值大于一可選的標(biāo)量值，則所說模糊增益模塊令所說負(fù)載周期改變量乘以一可選的標(biāo)量值。
12.權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，所說模糊增益模塊由測得的位置和所需位置來計算位置誤差。
13.權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，所說模糊增益模塊由所說位置誤差和以前的位置誤差來計算誤差變化率。
14.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征在于，所說模糊增益模塊令所說負(fù)載周期改變量乘以一改正項(xiàng)，其中所說改正項(xiàng)由發(fā)動機(jī)油溫和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速確定。
15.權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，所說模糊增益模塊將所說負(fù)載周期值轉(zhuǎn)變成相對于固定阻抗能控制可變電流的信號。
16.權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個由所說信號控制的閥。
全文摘要
一種控制內(nèi)燃機(jī)上所用移相機(jī)的閥的方法包括從位置誤差和誤差變化率確定負(fù)載周期改變量。從該負(fù)載周期改變量和一個改正項(xiàng)計算出模糊增益值。從一個積分增益值和該模糊增益值計算負(fù)載周期。然后用該負(fù)載周期來控制凸輪移相器的閥。
文檔編號F02D13/02GK1924304SQ20061012904
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月2日
發(fā)明者J·W·科爾特格 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司