本發(fā)明涉及一種用于控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣節(jié)流閥的位置的估算方法。

背景技術(shù)：

已知，為了確保在直接和間接噴射的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中的良好燃燒，在所考慮的汽缸的排氣階段期間開始噴射燃料。為了了解待噴射到該汽缸中的燃料的量，需要在該排氣階段開始時(shí)確定在進(jìn)氣閥關(guān)閉的時(shí)刻由汽缸所界定的燃燒室中存在的空氣量將是多少，即確定將參與燃燒的空氣量。因此，在排氣階段期間和進(jìn)氣階段期間，對(duì)于每個(gè)汽缸，實(shí)施對(duì)在進(jìn)氣閥關(guān)閉的時(shí)刻存在于與汽缸相關(guān)聯(lián)的燃燒室中的空氣質(zhì)量的預(yù)測(cè)。

對(duì)空氣質(zhì)量的該預(yù)測(cè)可以基于供應(yīng)有在進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)所預(yù)測(cè)的進(jìn)氣分配器的壓力的汽缸中的空氣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)。

兩個(gè)已知的系統(tǒng)預(yù)測(cè)在給定的時(shí)間范圍內(nèi)將在進(jìn)氣分配器中占優(yōu)勢(shì)的壓力。然后，該預(yù)測(cè)的壓力將供應(yīng)給將在給定的范圍內(nèi)提供預(yù)測(cè)的流量的汽缸流量模型。

壓力預(yù)測(cè)系統(tǒng)中的一個(gè)是基于所測(cè)量的壓力的梯度分析。因此，通過(guò)考慮該恒定的梯度并從當(dāng)前所測(cè)量的壓力開始來(lái)外推在進(jìn)氣閥關(guān)閉的范圍內(nèi)在進(jìn)氣分配器中占優(yōu)勢(shì)的壓力值。

另一個(gè)系統(tǒng)基于使用模擬了當(dāng)前的流入流量(主要來(lái)自節(jié)流閥和汽油氣吸收箱(canister)的流量)以及流出流量(汽缸中的流量)的進(jìn)氣分配器模型。該模型允許通過(guò)積分這些流量之間的差值來(lái)估算分配器中的當(dāng)前壓力。對(duì)于壓力的預(yù)測(cè)，通過(guò)在與進(jìn)氣閥關(guān)閉的時(shí)刻相對(duì)應(yīng)的范圍內(nèi)積分這些流量之間的差值來(lái)采取該計(jì)算原理。

兩種已知的系統(tǒng)都具有相同的限制。它們主要基于對(duì)當(dāng)前測(cè)量值(對(duì)于第一個(gè)系統(tǒng)，是壓力，而對(duì)于第二個(gè)系統(tǒng)，是用于對(duì)流量進(jìn)行建模的致動(dòng)器位置)的分析，并將其外推直到所要求的界線。然而，在認(rèn)為現(xiàn)象不變的情況下，這些系統(tǒng)僅通過(guò)考慮這些測(cè)量值來(lái)預(yù)測(cè)壓力。因此，需假設(shè)，直到目標(biāo)范圍變化均相同，而在整個(gè)過(guò)渡過(guò)程中并不一定都是這種情況。

實(shí)際上，如在圖1的示例中可以看到，在計(jì)算時(shí)刻t，基于當(dāng)前點(diǎn)和前一點(diǎn)的壓力測(cè)量值來(lái)計(jì)算壓力的梯度grad_p。換言之，在兩個(gè)計(jì)算步驟之間測(cè)量變化的梯度。通過(guò)在所期望的范圍內(nèi)對(duì)所計(jì)算的梯度grad_p進(jìn)行外推來(lái)獲得預(yù)測(cè)的壓力p_pred。在該示例中，可以看到，在范圍h的結(jié)束時(shí)刻，壓力的物理變化使得壓力p_pred與在目標(biāo)時(shí)刻t_c可測(cè)量的目標(biāo)壓力p_c相去甚遠(yuǎn)。因此，兩個(gè)已知的系統(tǒng)對(duì)于較長(zhǎng)的范圍h以及對(duì)于具有非線性變化的變量而言在預(yù)測(cè)質(zhì)量方面的表現(xiàn)并不優(yōu)異。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在通過(guò)提出一種用于控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣節(jié)流閥的位置的估算方法來(lái)有效地彌補(bǔ)該缺陷，其特征在于，其包括以下步驟：

-測(cè)量進(jìn)氣節(jié)流閥的位置的步驟，

-記錄進(jìn)氣節(jié)流閥的位置設(shè)定值的步驟

-在給定的計(jì)算時(shí)間范圍內(nèi)，根據(jù)所測(cè)量的節(jié)流閥的位置以及當(dāng)前位置和前一位置之間的位置的梯度來(lái)預(yù)測(cè)進(jìn)氣節(jié)流閥的位置的步驟，位置的梯度的計(jì)算在以下方式之間選擇：

-實(shí)施第一計(jì)算策略，其基于對(duì)進(jìn)氣節(jié)流閥的位置設(shè)定值的梯度的計(jì)算，

-實(shí)施第二計(jì)算策略，其基于對(duì)進(jìn)氣節(jié)流閥的位置測(cè)量值的梯度的計(jì)算，或者

-實(shí)施上述第一計(jì)算策略和第二計(jì)算策略的組合，

根據(jù)給定的計(jì)算范圍的值與進(jìn)氣節(jié)流閥的至少一個(gè)物理參數(shù)的比較來(lái)進(jìn)行選擇。

根據(jù)本發(fā)明的使用設(shè)定值信息、測(cè)量值以及進(jìn)氣節(jié)流閥行為的物理參數(shù)的方法允許獲得比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)測(cè)方法更準(zhǔn)確且反應(yīng)性更強(qiáng)的預(yù)測(cè)的節(jié)流閥的位置的信號(hào)(特別是在過(guò)渡開始時(shí))。

優(yōu)選地，通過(guò)將給定的計(jì)算時(shí)間范圍的值相對(duì)于關(guān)于所述進(jìn)氣節(jié)流閥移動(dòng)的已知?jiǎng)討B(tài)變化的物理參數(shù)進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)在實(shí)施不同的計(jì)算策略或計(jì)算策略的組合之間的選擇。

根據(jù)實(shí)施例，所述方法包括基于進(jìn)氣節(jié)流閥的至少一個(gè)物理參數(shù)來(lái)對(duì)所計(jì)算進(jìn)氣節(jié)流閥的位置的梯度進(jìn)行飽和的步驟。

根據(jù)實(shí)施例，所述方法還包括對(duì)進(jìn)氣節(jié)流閥的預(yù)測(cè)位置進(jìn)行飽和的步驟。

根據(jù)實(shí)施例，對(duì)預(yù)測(cè)的進(jìn)氣節(jié)流閥的位置進(jìn)行飽和的步驟以這樣的方式實(shí)現(xiàn)：在進(jìn)氣節(jié)流閥的打開階段，預(yù)測(cè)的位置不能大于節(jié)流閥的設(shè)定值；并且在節(jié)流閥的關(guān)閉階段，預(yù)測(cè)的位置不能小于節(jié)流閥的設(shè)定值。

根據(jù)實(shí)施例，所述方法包括對(duì)預(yù)測(cè)的節(jié)流閥的位置進(jìn)行濾波的步驟。

根據(jù)實(shí)施例，所述方法包括應(yīng)用一階濾波器的步驟。這允許使壓力的梯度的突然變化平滑。

本發(fā)明還涉及一種電子計(jì)算模塊，其特征在于，其包括通過(guò)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的軟件指令的獲取裝置和處理裝置以及實(shí)施根據(jù)前述變型例中任一個(gè)的方法所需要的控制裝置。

本發(fā)明還涉及一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括這種電子計(jì)算模塊。

本發(fā)明還涉及一種車輛，其配備有這種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀下文的描述并研究附圖以更好地理解本發(fā)明。所給出的附圖對(duì)本發(fā)明僅是說(shuō)明性的而非限定性的。

圖1是示出在壓力的過(guò)渡變化期間根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法的進(jìn)氣分配器中的壓力預(yù)測(cè)的曲線圖，其已經(jīng)被描述；

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的方法的功能圖，其實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣分配器的流入/流出流量的平衡(bilan)從而估算汽缸中的氣體流量；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的方法的功能圖，其示出對(duì)進(jìn)氣節(jié)流閥的位置預(yù)測(cè)進(jìn)行計(jì)算；

圖4a和4b是分別示出在較長(zhǎng)的過(guò)渡期和較短的過(guò)渡期的情況下節(jié)流閥的位置的預(yù)測(cè)的曲線圖；

圖5a和5b是示出允許估算進(jìn)氣分配器的內(nèi)部壓力以及汽缸中的氣體的相應(yīng)流量的兩個(gè)步驟的曲線圖。

圖6是示出汽缸中使用的流量以確定控制噴射器的設(shè)定值的功能圖。

具體實(shí)施方式

相同、相似或類似的元件在圖與圖之間保持相同的參考標(biāo)記。

圖2示意性地示出在應(yīng)用于計(jì)算汽缸中的預(yù)測(cè)氣體流量dcyl_pred的情況下的進(jìn)氣分配器平衡的建模。

通過(guò)諸如電子計(jì)算機(jī)的電子控制模塊來(lái)在配備在例如車輛上的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中有利地實(shí)現(xiàn)下面描述的本發(fā)明的方法。該電子控制模塊包括通過(guò)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的軟件指令的獲取和處理裝置以及實(shí)施本發(fā)明的方法所需要的控制裝置。

該建模尤其是基于使用流入流量的預(yù)測(cè)器模塊10以及流出流量的預(yù)測(cè)器模塊11，流入流量在此對(duì)應(yīng)于在所考慮的時(shí)間范圍h內(nèi)預(yù)測(cè)的節(jié)流閥流量dpap_pred，并且該流出流量對(duì)應(yīng)于在所考慮的計(jì)算范圍h內(nèi)預(yù)測(cè)的汽缸中的流量dcyl_pred。

流入流量的預(yù)測(cè)器模塊10由進(jìn)氣節(jié)流閥的位置的預(yù)測(cè)ppap_pred的模塊12提供。如圖3所示，在給定的范圍h中，節(jié)流閥角度位置的預(yù)測(cè)ppap_pred基本上基于對(duì)在當(dāng)前位置和前一步驟的位置之間的位置的梯度grad_pos_pap的觀測(cè)。如下所述，該梯度grad_pos_pap在必要時(shí)可以由模塊124飽和。與節(jié)流閥的位置的預(yù)測(cè)ppap_pred的變化相關(guān)的公式是：

ppap_pred(n)＝p_pap_mes(n)+grad_pos_pap*h

更確切地，將位置的梯度grad_pos_pap的計(jì)算分解為兩個(gè)計(jì)算策略。由模塊121實(shí)施的第一計(jì)算策略是基于對(duì)進(jìn)氣節(jié)流閥的位置設(shè)定值的梯度grad_cons_pap的計(jì)算，該梯度用于計(jì)算設(shè)定的進(jìn)氣節(jié)流閥的位置ppap_cons的兩個(gè)連續(xù)位置之間的差值，ppap_cons是由模塊12所記錄的輸入數(shù)據(jù)。由模塊122實(shí)施的第二計(jì)算策略是基于對(duì)節(jié)流閥的位置測(cè)量值的梯度grad_mes_pap的計(jì)算，該梯度用于計(jì)算測(cè)量的進(jìn)氣節(jié)流閥的位置ppap_mes的兩個(gè)連續(xù)位置之間的差值。節(jié)流閥的位置的梯度grad_pos_pap的選擇由模塊123根據(jù)時(shí)間范圍h的值來(lái)實(shí)現(xiàn)。

因此，對(duì)于例如較低轉(zhuǎn)速的相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間范圍h，則選擇第一計(jì)算策略。實(shí)際上，考慮到在這種情況下，致動(dòng)器將需要時(shí)間以到達(dá)其設(shè)定的位置，因此，預(yù)測(cè)的節(jié)流閥的位置ppap_pred將比當(dāng)前的測(cè)量值更接近于設(shè)定值。相反，對(duì)于例如較高轉(zhuǎn)速的較短的時(shí)間范圍h，則選擇第二計(jì)算策略。實(shí)際上，在這種情況下，預(yù)測(cè)的位置ppap_pred將比設(shè)定值更接近當(dāng)前的測(cè)量位置。

應(yīng)該指出，也可以選擇實(shí)施上述兩種計(jì)算策略的組合。例如，對(duì)于最小轉(zhuǎn)速(怠速，700tr/min)，則可以選擇第一計(jì)算策略，并且對(duì)于最大轉(zhuǎn)速(例如6000tr/min)，則可以選擇第二計(jì)算策略，而對(duì)于中間轉(zhuǎn)速(3000tr/min)，則可以選擇50％的第一個(gè)策略的值加上50％的第二個(gè)策略的值的組合類型。

此外，計(jì)算策略的選擇并不僅僅取決于轉(zhuǎn)速。因此，實(shí)際上，在三個(gè)不同的范圍中實(shí)施方法。在相同的轉(zhuǎn)速下，對(duì)于三個(gè)范圍中的每一個(gè)，不必選擇相同的計(jì)算策略或兩個(gè)策略的組合。通過(guò)將以秒表示的范圍h的值(考慮轉(zhuǎn)速和范圍的角度值)與進(jìn)氣節(jié)流閥的至少一個(gè)物理參數(shù)(例如，優(yōu)選地，進(jìn)氣節(jié)流閥移動(dòng)的已知?jiǎng)討B(tài)變化)相比較來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇。

在圖4a和4b中，通過(guò)曲線c1示出節(jié)流閥的位置的設(shè)定值根據(jù)時(shí)間的變化。此外，曲線c2示出節(jié)流閥的位置的測(cè)量值的變化。點(diǎn)ppap_gcons對(duì)應(yīng)于基于梯度設(shè)定值grad_cons_pap在給定的范圍h中的預(yù)測(cè)的位置。點(diǎn)ppap_gmes對(duì)應(yīng)于基于在計(jì)算時(shí)刻t所測(cè)量的位置與先前的值之間所測(cè)量的梯度grad_mes_pap在給定的范圍h中的預(yù)測(cè)的位置。

在圖4a所示的較長(zhǎng)的范圍h的示例中，在計(jì)算時(shí)刻t，可以看出，使用梯度設(shè)定值grad_cons_pap(以及通過(guò)進(jìn)氣節(jié)流閥設(shè)定值的飽和)允許實(shí)現(xiàn)在目標(biāo)時(shí)刻t_c比使用測(cè)量的梯度grad_mes_pap的計(jì)算更接近目標(biāo)位置ppap_c的位置預(yù)測(cè)ppap_gcons。

在圖4b所示的較短的范圍h的示例中，在計(jì)算時(shí)刻t，可以看出，使用測(cè)量的梯度grad_mes_pap允許實(shí)現(xiàn)在目標(biāo)時(shí)刻t_c比使用梯度設(shè)定值grad_cons_pap的計(jì)算更接近位置ppap_c的位置預(yù)測(cè)。

一旦選擇了合適的梯度，模塊124確保節(jié)流閥的位置的梯度grad_pos_pap的飽和。這允許通過(guò)變化限制來(lái)保證節(jié)流閥的位置的梯度。這些飽和是基于進(jìn)氣節(jié)流閥的物理參數(shù)，例如其打開和關(guān)閉時(shí)移動(dòng)的最大速度。

然后，基于測(cè)量的節(jié)流閥的位置ppap_mes、位置的飽和梯度grad_pos_pap_sat以及預(yù)測(cè)范圍h來(lái)計(jì)算節(jié)流閥的位置的粗略預(yù)測(cè)ppap_br。模塊125和126根據(jù)上述公式來(lái)確保這些數(shù)據(jù)的組合。

然后，通過(guò)模塊127根據(jù)兩種情況來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)流閥的位置的粗略預(yù)測(cè)ppap_br的飽和以獲得ppap_br_sat。在對(duì)應(yīng)于節(jié)流閥打開階段的第一種情況下，預(yù)測(cè)的位置ppap_pred不能大于節(jié)流閥的位置的設(shè)定值。在對(duì)應(yīng)于節(jié)流閥關(guān)閉階段的第二種情況下，預(yù)測(cè)的位置ppap_pred不能小于節(jié)流閥的位置的設(shè)定值。

然后，通過(guò)對(duì)節(jié)流閥的位置的粗略預(yù)測(cè)ppap_br_sat的濾波來(lái)完成計(jì)算。為此，模塊128可以例如應(yīng)用一階濾波器以使壓力的梯度的突然變化平滑。

使用設(shè)定信息ppap_cons、測(cè)量信息pap_mes以及節(jié)流閥行為的物理參數(shù)的計(jì)算原理允許獲得遠(yuǎn)比現(xiàn)有技術(shù)反應(yīng)性更強(qiáng)(特別是在過(guò)渡開始時(shí))且更精確的預(yù)測(cè)的節(jié)流閥的位置的信號(hào)。

此外，如圖2所示，通過(guò)預(yù)測(cè)器模塊13向流出流量的預(yù)測(cè)器模塊11提供凸輪軸移相器的角度位置pdeph_adm_pred、pdeph_ech_pred，并通過(guò)預(yù)測(cè)器模塊14向流出流量的預(yù)測(cè)器模塊11提供發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速wmth_pred。

更確切地，模塊13估算進(jìn)氣凸輪軸移相器的角度位置pdeph_adm_pred以及排氣凸輪軸相移器的角度位置pdeph_ech_pred。根據(jù)進(jìn)氣凸輪軸移相器的角度位置的測(cè)量值mes_deph_adm和排氣凸輪軸相移器的角度位置的測(cè)量值mes_deph_ech、進(jìn)氣凸輪軸移相器的角度位置的設(shè)定值cons_deph_adm和排氣凸輪軸移相器的角度位置的設(shè)定值cons_deph_ech以及預(yù)測(cè)范圍h來(lái)實(shí)現(xiàn)這些估算。

此外，模塊14根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量值wmth_mes和預(yù)測(cè)范圍h估算發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速wmth_pred。

進(jìn)氣分配器的流入流量和流入流量的平衡的實(shí)現(xiàn)允許確定在進(jìn)氣分配器中占優(yōu)勢(shì)的壓力p_pred。這種平衡的基本原理是，在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下，應(yīng)用于進(jìn)氣分配器的質(zhì)量守恒的物理定律使得其流入流量和流出流量之間的平衡為零且因此壓力是穩(wěn)定的。

因此，模塊15計(jì)算這些流量dpap_pred和dcyl_pred之間的差值delta_e/s。那么，模塊16通過(guò)考慮溫度temp來(lái)將該差值delta_e/s轉(zhuǎn)換成壓力的梯度grad_p_pred。

該梯度grad_p_pred允許通過(guò)模塊17,18基于功能的計(jì)算步長(zhǎng)pcalc和預(yù)測(cè)壓力的前一值ppred(n-1)來(lái)計(jì)算預(yù)測(cè)壓力的新的值ppred(n)。變化公式如下：p_pred(n)＝p_pred(n-1)+grad_p_pred*pcalc

然后，該預(yù)測(cè)壓力的值p_pred(n)向流量預(yù)測(cè)器模塊10和11反饋。因此，更新流量并且繼續(xù)計(jì)算直到達(dá)到均衡，即流入流量和流出流量之間的差變?yōu)榱恪?/p>

如圖5a所示，在初始化步驟中，基于初始預(yù)測(cè)壓力p_pred_init而實(shí)施的對(duì)節(jié)流閥流量dpap_pred_init和汽缸中流量dcyl_pred_init的估算是非常不同的。積分流量差delta_e/s以計(jì)算預(yù)測(cè)壓力p_pred的變化。該新的壓力p_pred向流量預(yù)測(cè)器模塊10,11反饋。應(yīng)當(dāng)注意到，在圖5a和5b中，直線c3(實(shí)直線)對(duì)應(yīng)于汽缸流量的特性，而曲線c4對(duì)應(yīng)于恒定壓力下的節(jié)流閥流量的特性。

如圖5b所示，通過(guò)逐漸積分節(jié)流閥的預(yù)測(cè)流量dpap_pred和汽缸的預(yù)測(cè)流量dcyl_pred之間的差值，預(yù)測(cè)壓力收斂到穩(wěn)定值p_pred_conv，確定預(yù)測(cè)流量的均衡。在該時(shí)刻，獲得在所考慮的范圍h中對(duì)汽缸中的流量的預(yù)測(cè)dcyl_pred的估算。

在整個(gè)排氣階段計(jì)算在關(guān)閉所考慮的汽缸的進(jìn)氣閥時(shí)的汽缸流量的預(yù)測(cè)dcyl_pred，并在進(jìn)氣階段繼續(xù)進(jìn)行。

如圖6所示，預(yù)測(cè)的汽缸流量dcyl_pred由模塊21轉(zhuǎn)換成預(yù)測(cè)的空氣質(zhì)量mair_pred。因此，模塊21考慮發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速wmth_mes以及進(jìn)氣分配器中的空氣濃度cair。

然后，將該預(yù)測(cè)的空氣質(zhì)量mair_pred轉(zhuǎn)換成燃料質(zhì)量的設(shè)定值，其用于計(jì)算并控制噴射器的打開時(shí)間。因此，模塊22根據(jù)預(yù)測(cè)的空氣質(zhì)量mair_pred、豐度設(shè)定值rich_cons以及富集因子fenr來(lái)建立控制命令cons_comm。

因此，基于由主要的預(yù)測(cè)參數(shù)(預(yù)測(cè)的進(jìn)氣分配器壓力p_pred、預(yù)測(cè)的凸輪軸移相器的位置以及預(yù)測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速wmth_pred)提供的汽缸流量模型計(jì)算出預(yù)測(cè)的汽缸流量dcyl_pred，本發(fā)明允許提高預(yù)測(cè)的汽缸流量dcyl_pred的精度。

此外，通過(guò)在給定范圍的致動(dòng)器(節(jié)流閥、進(jìn)氣和排氣凸輪軸移相器)位置預(yù)測(cè)模型和轉(zhuǎn)速wmth模型可以顯著提高預(yù)測(cè)的壓力p_pred的精度。實(shí)際上，預(yù)測(cè)范圍h直接積分到用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣分配器平衡的致動(dòng)器位置模型中。

這些模型在預(yù)測(cè)方面證明是魯棒的，因?yàn)樗鼈兛梢曰谝韵聨c(diǎn)更精確地預(yù)測(cè)制動(dòng)器的行為：

-對(duì)致動(dòng)器物理特性以及對(duì)考慮它們的物理參數(shù)(例如，打開速度)的了解，

-對(duì)當(dāng)前變化的梯度(例如，節(jié)流閥的測(cè)量位置的梯度)的分析，以及

-對(duì)致動(dòng)器所應(yīng)用的控制(例如，節(jié)流閥的設(shè)定位置的梯度)的分析。

因此，在給定范圍中，與將所考慮的壓力梯度簡(jiǎn)單地外推為是恒定的相比，獲得了更精確的壓力預(yù)測(cè)。