本公開涉及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，并且具體地涉及具有一個(gè)或多個(gè)傳感器的發(fā)動(dòng)機(jī)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開公開了發(fā)動(dòng)機(jī)、一個(gè)或多個(gè)傳感器和整合于發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的控制器?？刂破骺梢允沁B接到發(fā)動(dòng)機(jī)和/或一個(gè)或多個(gè)傳感器的一個(gè)或多個(gè)控制單元?？刂破骺砂?zhí)行用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)或用于診斷發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的程序?？刂破骺砂諝饴窂綘顟B(tài)估計(jì)器，其被配置為至少部分地基于由傳感器感測(cè)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的值來估計(jì)與發(fā)動(dòng)機(jī)的操作相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)空氣路徑狀態(tài)參數(shù)。在控制器校準(zhǔn)算法的離線部分中，可以針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)配置和/或校準(zhǔn)用于空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器的模型?？梢韵蚩刂破鞯脑诰€部分中的空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器提供配置的和/或校準(zhǔn)的模型，以在發(fā)動(dòng)機(jī)的操作期間實(shí)時(shí)地提供空氣路徑狀態(tài)參數(shù)值估計(jì)。

附圖說明

圖1是發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的說明性示例的繪圖；

圖2是具有在線部分和離線部分的控制器或診斷系統(tǒng)的說明性示例的繪圖；

圖3是在具有在線部分和離線部分的控制器或診斷系統(tǒng)上配置和使用校準(zhǔn)模型的說明性示例方法的繪圖；和

圖4是使用帶有校準(zhǔn)算法的控制器的說明性示例方法的繪圖。

具體實(shí)施方式

在本文描述和/或示出的實(shí)施方式中，本系統(tǒng)和方法可包括一個(gè)或多個(gè)處理器、計(jì)算機(jī)、控制器、用戶接口、無線和/或有線連接等。

本描述可提供實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)和方法的一個(gè)或多個(gè)說明性和具體示例或方式。存在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和方法的許多其它示例或方式。

現(xiàn)代內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可以是帶有現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)控制或診斷系統(tǒng)的復(fù)雜系統(tǒng)，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制或診斷系統(tǒng)是基于模型的并且用發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的控制器（例如，一個(gè)或多個(gè)電子控制單元（ecu）或具有一個(gè)或多個(gè)控制算法的電子控制模塊（ecm））中的基于模型的軟件實(shí)現(xiàn)。然而，發(fā)動(dòng)機(jī)模型可以不需要是復(fù)雜的和/或難以在模擬中運(yùn)行成發(fā)動(dòng)機(jī)的精確模型。在一個(gè)示例中，可存在帶有類似的輸入和輸出行為，但帶有顯著不同的數(shù)值性質(zhì)、解的復(fù)雜性和對(duì)計(jì)算能力的要求的不同模型。因此，作為實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)模型（例如，在控制系統(tǒng)中使用的發(fā)動(dòng)機(jī)模型）的基于模型的軟件所需要的控制系統(tǒng)存儲(chǔ)器占用空間和/或計(jì)算能力，可以在很大程度上取決于模型復(fù)雜性和模型的數(shù)值性質(zhì)；當(dāng)實(shí)現(xiàn)基于實(shí)時(shí)模型的估計(jì)器、推斷式傳感器和/或控制器（例如，用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)）時(shí)，具有可滿足所需的精度水平的簡(jiǎn)單且數(shù)字上方便的發(fā)動(dòng)機(jī)模型可以是有效的。

由內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)物理學(xué)得出的微分方程可以是剛性的并且難以數(shù)值求解，具體地在發(fā)動(dòng)機(jī)的操作期間實(shí)時(shí)求解。在一個(gè)示例中，由物理學(xué)的第一性原理得出的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)空氣路徑的氣體交換模型（例如，發(fā)動(dòng)機(jī)呼吸（breathing）的模型）可以是高度復(fù)雜的一組常微分方程（ode）：

(1)

在此，可以是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)空氣路徑的狀態(tài)變量并且可以是時(shí)間。方程（1）的ode模型可被認(rèn)為是非常剛性的且數(shù)字上不方便的。說明性地，模型剛度可由方程（1）的形式引起，方程（1）可具有非線性分量和/或由不可微分函數(shù)描述的分量。由方程（1）表示的模型的數(shù)值性質(zhì)（例如，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的平均值模型，其是可以在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)上取平均的模型）可完全由右側(cè)的函數(shù)限定。這些函數(shù)可以具有能夠?qū)е路匠屉y以求解的數(shù)值性質(zhì)。例如，方程的右側(cè)上的函數(shù)可以包括非線性分量和/或會(huì)不可微分，因?yàn)樵谠撌纠?，關(guān)于x的函數(shù)的導(dǎo)數(shù)對(duì)于x的一些值而言是無界的。帶有非線性分量的函數(shù)和/或不可微分的函數(shù)的示例可包括帶有導(dǎo)數(shù)的函數(shù)，所述導(dǎo)數(shù)包括帶有小于1的指數(shù)的冪函數(shù)，或函數(shù)的比率，和/或由有理函數(shù)和冪函數(shù)組成的其它復(fù)合函數(shù)，其中分母可以是零或趨于（例如，接近或變得接近于）零。這些函數(shù)形式對(duì)于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)建模而言可以是完全正確的，因?yàn)槠淇捎砂l(fā)動(dòng)機(jī)中的氣體和能量流的物理學(xué)給出，但是包括這些函數(shù)形式的函數(shù)的數(shù)值性質(zhì)的復(fù)雜性可以使得難以在快速模擬和/或?qū)崟r(shí)優(yōu)化（例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)的操作期間對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)建模）中使用這些函數(shù)。

當(dāng)計(jì)算微分方程的局部線性化時(shí)，諸如在方程（1）中接近其中的一些不可微分的點(diǎn)時(shí)，如方程（2）中所見的，雅可比矩陣（jacobianmatrix）可以是病態(tài)的。

(2)。

在一些情況下，病態(tài)可以由一些偏導(dǎo)數(shù)無界而引起。結(jié)果，雅可比矩陣的特征值可具有不同大小并且可產(chǎn)生模型剛度。此外，當(dāng)接近無界雅可比元的點(diǎn)并且在極限中時(shí)，模型剛度可以趨于惡化；特征值的比可以趨于無窮大。剛度模型模擬（例如，由方程（1）表示的模型的模擬）在特別配置的求解器的情況下可以是可能的，但是所需的處理能力可能過大以致于不能在被配置成控制發(fā)動(dòng)機(jī)的控制器（例如，一個(gè)或多個(gè)ecu和/或ecm）上求解。

代替模擬剛性模型，可以利用可以被改變?yōu)橐唤M方程（其可以更容易求解（例如，從計(jì)算能力或處理能力角度而言更容易求解））的原始物理模型（例如，可以是剛性的發(fā)動(dòng)機(jī)的模型）來對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)建模。將剛性發(fā)動(dòng)機(jī)模型變換成可與剛性發(fā)動(dòng)機(jī)模型階數(shù)相同或階數(shù)更低的更容易求解的發(fā)動(dòng)機(jī)模型的示例方法可以包括將從物理學(xué)的第一性原理推出的發(fā)動(dòng)機(jī)模型（例如，方程（1））的右側(cè)函數(shù)變換為可微函數(shù)的分式。然后，帶有趨于零的分母的微分方程可被轉(zhuǎn)換為隱式方程，之后可減輕和/或消除來自發(fā)動(dòng)機(jī)模型的剛度（例如，快速動(dòng)態(tài)特征（fastdynamics））。這可以導(dǎo)致微分代數(shù)方程（dae）模型結(jié)構(gòu)。在從發(fā)動(dòng)機(jī)模型減輕和/或消除剛度之后，可以提供消除的狀態(tài)的變換解，并且變換解可替換dae中的消除狀態(tài)和可微函數(shù)。這種方法可描述如下。

系統(tǒng)的ode模型可被改變?yōu)榛蜣D(zhuǎn)換為系統(tǒng)的微分代數(shù)方程（dae）模型。動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)典模型可以是時(shí)域中的一組一階微分方程，如下：

(3)。

在一些情況下，如本文所討論的，在汽車工業(yè)中使用的（例如，用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)）控制取向的模型可具有方程（3）的形式。這樣的ode函數(shù)不必然是方便的，但是ode函數(shù)可被轉(zhuǎn)換為可以更加方便的dae，并且可以是采取以下一般形式的隱式方程：

(4)。

此外，可能的是將時(shí)間導(dǎo)數(shù)從方程（4）分離，這可以導(dǎo)致帶有以下方程的半顯式形式的模型：

(5)

(6)。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以使用所公開的方法以最小的努力自動(dòng)或半自動(dòng)地將內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的ode模型（例如，類似于方程（1））轉(zhuǎn)換為dae模型。該方法的初始變換步驟可以用多元有理多項(xiàng)式函數(shù)和帶有多元多項(xiàng)式函數(shù)的其余函數(shù)（例如，函數(shù)）替換右側(cè)函數(shù)中的一些（例如，函數(shù)）。示例有理多項(xiàng)式函數(shù)如下：

(7)。

有理多項(xiàng)式函數(shù)可以被用于變換不可微分函數(shù)（例如，在自變數(shù)不充分非零時(shí)的平方根函數(shù)、出現(xiàn)在熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、渦輪機(jī)械的定律中的類似函數(shù)等等）。這樣的功能可以是被用于對(duì)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的可壓縮流體孔流等建模的類型，和/或被用于對(duì)其它系統(tǒng)建模的類型。帶有有理多項(xiàng)式函數(shù)的變換函數(shù)的選擇可以是令人感興趣的，因?yàn)槔缍囗?xiàng)式函數(shù)對(duì)于變換不可微分函數(shù)而言比有理多項(xiàng)式更不有效。

其余函數(shù)或者可以是平滑并可微分的，或者可被認(rèn)為是實(shí)際上可微分的，其中對(duì)于正常的x的值可能不會(huì)發(fā)生函數(shù)的不可微分性。可用以下多項(xiàng)式函數(shù)變換這些函數(shù)：

(8)

該方法的第二步可包括變換的方程（例如，如方程（7）中的有理多項(xiàng)式）與分母的相乘，從而得到以下方程：

(9)

方法的該步驟可導(dǎo)致帶有隱式但可微分方程的系統(tǒng)。也就是說，可通過乘法來去除函數(shù)中的不可微分性。

第三步驟可包括從模型中去除模型剛度（例如，消除快速動(dòng)態(tài)特征）。在一個(gè)示例中，如果存在任何能夠變?。ɡ纾呌诹悖┑姆帜?imgfile="929852dest_path_image019.gif"wi="123"he="21"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>，則該步驟可替換該分母。由此，一些方程可被改變?yōu)橐韵麓鷶?shù)方程：

(10)

在該步驟之后，ode的系統(tǒng)（例如，如在方程（1）中）可被改變?yōu)閹в锌晌⒑瘮?shù)的dae的系統(tǒng)，這可等價(jià)于假設(shè)函數(shù)的所有或大致所有快速動(dòng)態(tài)特征可處于穩(wěn)態(tài)。

在下一步，可將變量從代數(shù)多項(xiàng)式方程分離。通常地，可能不可以解析地進(jìn)行該步驟，因?yàn)樽兞?imgfile="949444dest_path_image023.gif"wi="20"he="18"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>可僅被近似地分離。該變換可由多元多項(xiàng)式函數(shù)表示，如下：

(11)

接下來，使用得自先前步驟的結(jié)果，可在其余的微分方程中用替換消除的狀態(tài)。因此，dae可變成ode的更小的系統(tǒng)（例如，比方程（1）更低階），其可使原始模型（例如，方程（1））變換：

(12)

在此，可微分解析多項(xiàng)式函數(shù)，因此可針對(duì)實(shí)時(shí)控制優(yōu)化和狀態(tài)估計(jì)任務(wù)準(zhǔn)備雅可比矩陣（例如，當(dāng)在ecm中實(shí)現(xiàn)以控制發(fā)動(dòng)機(jī)和/或在一個(gè)或多個(gè)其它控制應(yīng)用或其它應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)時(shí)）。

轉(zhuǎn)向關(guān)于對(duì)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)建模的以上轉(zhuǎn)換的一個(gè)示例實(shí)施方式，這種轉(zhuǎn)換技術(shù)可被用于配置使用來自物理傳感器的測(cè)量或值的虛擬傳感器（例如，推斷式傳感器或軟傳感器），其中所述物理傳感器感測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)以估計(jì)和/或確定可以由或可以不由物理傳感器感測(cè)的與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的參數(shù)的值。這樣的虛擬傳感器可包括空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器、nox濃度傳感器、渦輪增壓器速度傳感器、一個(gè)或多個(gè)其它虛擬傳感器，以及虛擬傳感器的任何組合。雖然可相對(duì)于關(guān)于可輸出來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中的nox濃度值的空氣路徑狀態(tài)估計(jì)和nox濃度虛擬感測(cè)的示例來描述所公開的主題，但是本文的構(gòu)思可被用在發(fā)動(dòng)機(jī)或其它系統(tǒng)的其它虛擬傳感器中，和/或被用在處理能力可能受到限制的其它模型中。虛擬傳感器以及控制器的任何控制程序可在存儲(chǔ)器中實(shí)現(xiàn)為由控制器的處理器編譯和執(zhí)行的軟件代碼。

說明性地，來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的nox（例如，其中nox可以是用于描述單氮氧化物no和no2的通用術(shù)語(yǔ)）排放可由當(dāng)局（例如，政府當(dāng)局）嚴(yán)格管制。nox可以作為大氣氮?dú)獾难趸慕Y(jié)果在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中產(chǎn)生。來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中的大氣氮?dú)獾难趸俾士扇Q于溫度和可用的氧的量。ecu/ecm或其它控制器可實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制參數(shù)，以便避免可以導(dǎo)致在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中形成過量nox的狀況。因此，控制器（例如，一個(gè)或多個(gè)ecu/ecm和/或其它控制器）可被配置為監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的溫度和氧含量。在一個(gè)示例中，控制器可被配置為避免發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中的高溫與稀薄燃燒（例如，在過量氧氣的條件下燃燒）的組合。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)未裝備有脫nox技術(shù)（例如，大多數(shù)小型和中型柴油車輛不包括這種脫nox技術(shù)）時(shí)，這種監(jiān)測(cè)可以是特別相關(guān)的。在一些情況下，控制器可利用反饋回路，因?yàn)閚ox形成過程可以受到影響燃燒過程的一個(gè)或多個(gè)不確定變量（例如，燃料成分、如何在噴射期間霧化燃料、燃燒延遲、確切質(zhì)量和充入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的氣體的成分等等）的影響。

nox排放的可靠反饋控制可基于物理nox車載傳感器/分析器。在一個(gè)示例中，物理傳感器/分析器可將nox濃度轉(zhuǎn)換為電壓。然而，這樣的物理傳感器/分析器可以是相對(duì)昂貴的裝置，并且在整個(gè)車輛壽命上確保其可靠操作可以是困難的，因?yàn)槲锢韨鞲衅?分析器可以在條件可能苛刻的排氣流中操作。物理傳感器/分析器的另一個(gè)問題可以是傳感器/分析器對(duì)不同于nox的化合物（例如，氨等）的交叉敏感性。

出于這些原因，作為nox物理傳感器/分析器的替代，或額外于nox物理傳感器/分析器，可以使用虛擬傳感器（例如，軟傳感器或推斷式傳感器）至少部分地基于能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)上測(cè)得的其它變量來估計(jì)來自發(fā)動(dòng)機(jī)的nox產(chǎn)生。即使這種軟感測(cè)可能不完全替代nox物理傳感器/分析器，但其可幫助傳感器診斷和/或傳感器健康監(jiān)測(cè)，以及交叉敏感性問題。

至少部分地基于已經(jīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)中的物理傳感器的感測(cè)的參數(shù)，可以通過求解氣缸中空間中（例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中空間中）的化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程來估計(jì)nox產(chǎn)生速率或其它發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，同時(shí)關(guān)注可由發(fā)動(dòng)機(jī)速度給出的體積分布。發(fā)動(dòng)機(jī)中的物理傳感器可以能夠促進(jìn)確定初始條件以求解這些化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程和/或與確定參數(shù)值相關(guān)的其它方程。值得注意的是，可以需要已知變量（包括但不限于發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣氣體（其可以不必須是新鮮空氣，而且可以是空氣和燃燒產(chǎn)物殘余物的混合物）的質(zhì)量、溫度和化學(xué)成分）作為用于求解化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程和/或其它方程的初始條件，以便估計(jì)參數(shù)值。另外地，和/或替代性地，可以需要其它變量，諸如但不限于噴射燃料的量、噴射正時(shí)和氣體成分。

可以估計(jì)用于估計(jì)nox產(chǎn)生和/或用于估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的其它參數(shù)的初始條件而不是由發(fā)動(dòng)機(jī)的物理傳感器感測(cè)所述初始條件。因而，基于氣體交換模型的虛擬傳感器或估計(jì)器模塊可輸出充氣氣體的溫度、成分和質(zhì)量，其可被用作第二虛擬傳感器（例如，配置為基于初始條件估計(jì)產(chǎn)生nox流量估計(jì)的虛擬傳感器、配置成估計(jì)渦輪增壓器的速度的虛擬傳感器等）中的初始條件。

轉(zhuǎn)向附圖，圖1描繪了發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10可包括發(fā)動(dòng)機(jī)12和與發(fā)動(dòng)機(jī)12連通的控制器18。在一些情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10可包括一個(gè)或多個(gè)額外部件，包括但不限于可并入發(fā)動(dòng)機(jī)12的動(dòng)力系、動(dòng)力系控制器、排氣后處理系統(tǒng)/機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系、車輛和/或其它部件。本文中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力系或后處理系統(tǒng)的任何引用均可被認(rèn)為是對(duì)這些部件中的任何其它部件或所有部件的引用。

發(fā)動(dòng)機(jī)12可包括一個(gè)或多個(gè)渦輪增壓器13、一個(gè)或多個(gè)傳感器14和一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器16。發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器16的示例可包括但不限于渦輪增壓器廢氣門（wg）、可變截面渦輪增壓器（vgt）、廢氣再循環(huán)（egr）系統(tǒng)、噴射開始（soi）系統(tǒng)、節(jié)氣門（tv）等的致動(dòng)器。傳感器14可被配置為感測(cè)致動(dòng)器的位置和/或其它發(fā)動(dòng)機(jī)變量或參數(shù)的值，并且然后將這些值傳送到控制器18。

控制器18可以是其中帶有控制系統(tǒng)算法的ecm或ecu。控制器18可包括具有處理器20、存儲(chǔ)器22、輸入/輸出（i/o）端口24，和/或一個(gè)或多個(gè)其它部件的一個(gè)或多個(gè)部件。存儲(chǔ)器22可以包括一個(gè)或多個(gè)控制系統(tǒng)算法和/或其它算法，并且處理器20可執(zhí)行與存儲(chǔ)器22中的（多個(gè)）算法相關(guān)的指令（例如，軟件代碼或其它指令）。i/o端口24可向發(fā)動(dòng)機(jī)12發(fā)送信息和/或控制信號(hào)，和/或從發(fā)動(dòng)機(jī)12接收信息和/或控制信號(hào)。在一個(gè)示例中，i/o端口24可從傳感器14接收值和/或從處理器20向發(fā)動(dòng)機(jī)12發(fā)送控制信號(hào)。

發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10中的虛擬傳感器的一個(gè)說明性示例實(shí)施方式，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的控制器18可被配置為包括具有兩個(gè)主要部件的虛擬傳感器：1）空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26（例如，可以基于來自發(fā)動(dòng)機(jī)12中的傳感器14的實(shí)際測(cè)量提供發(fā)動(dòng)機(jī)中的空氣路徑狀態(tài)的估計(jì)的虛擬傳感器或模塊），以及2）nox濃度模塊27（例如，具有nox形成的氣缸中過程模型的nox濃度虛擬傳感器）?？蓞⒁妶D2?？諝饴窂綘顟B(tài)估計(jì)器26可包括在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)上平均的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣路徑的模型。這樣的模型可以是在可以使用傳感器測(cè)量在線（例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)12的操作期間）估計(jì)的狀態(tài)下的非線性系統(tǒng)的模型?？諝饴窂綘顟B(tài)估計(jì)器26可向一個(gè)或多個(gè)下游傳感器（nox濃度模塊27）和/或監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供邊界或初始值。在一些情況下，空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26可以估計(jì)氣缸中（例如，發(fā)動(dòng)機(jī)12的氣缸）充氣溫度、氣缸中充氣壓力、進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)的氣體濃度，和/或與發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣路徑相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)其它參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)。

利用來自空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26的初始條件的虛擬傳感器可被配置為在車輛控制器或ecu（例如，控制器18）上實(shí)時(shí)運(yùn)行。虛擬傳感器可以能夠以足夠的精度針對(duì)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)操作兩者預(yù)測(cè)或估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)值（例如，發(fā)動(dòng)機(jī)外的nox濃度），同時(shí)覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)或大致整個(gè)機(jī)殼（envelope）以及相對(duì)寬范圍的環(huán)境條件。

在一些情況下，控制器18中的虛擬傳感器的（多個(gè)）模型和/或在其中使用的（多個(gè)）模型可以包括可在一系列實(shí)驗(yàn)中校準(zhǔn)的多個(gè)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)或改進(jìn)來自虛擬傳感器的估計(jì)的精確度。通過考慮發(fā)動(dòng)機(jī)12中的物理相互作用，虛擬傳感器的模型可獲得外推能力以在用于校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)范圍之外合理地表現(xiàn)?？紤]到虛擬傳感器配置可從基于物理的模型開始，模型的校準(zhǔn)參數(shù)可主要是帶有已知物理解釋和精確或近似地已知的值的物理參數(shù)。這些物理參數(shù)可自動(dòng)地變換為其它參數(shù)（例如，多項(xiàng)式系數(shù)）。這可將所公開的方法與其它黑箱建模方法（例如，不基于物理的建模）區(qū)分開，其中沒有清楚的物理解釋的參數(shù)可被用于校準(zhǔn)，并且校準(zhǔn)努力可以很大，因?yàn)閷⒋_定完全未知的參數(shù)的數(shù)量。

虛擬傳感器的模型可由發(fā)動(dòng)機(jī)輸入和/或致動(dòng)器位置的變量驅(qū)動(dòng)。在一個(gè)示例中，輸入變量可包括egr閥打開（uegr）、vnt葉片位置、噴射的燃料量（每沖程燃料）、環(huán)境溫度、環(huán)境壓力、環(huán)境濕度、進(jìn)氣歧管壓力、進(jìn)氣歧管溫度、空氣質(zhì)量流量（maf）、可變截面渦輪增壓器的位置（uvgt）等。此外，虛擬傳感器中的（多個(gè)）模型可以受到未測(cè)量的擾動(dòng)（諸如燃料品質(zhì)、環(huán)境空氣壓力的變化，以及由于部件的老化引起的發(fā)動(dòng)機(jī)12的操作的變化）的影響，但是這些影響可以借助于如可用于狀態(tài)估計(jì)器（例如，基于卡爾曼濾波器的狀態(tài)估計(jì)器）那樣的反饋校正通過使用可用傳感器測(cè)量來補(bǔ)償。

圖2是描繪控制器18的虛擬傳感器28的示意視圖的繪圖。控制器18可具有離線部分30和在線部分32?？刂破?8的離線部分30可被配置為確定發(fā)動(dòng)機(jī)模型的一個(gè)或多個(gè)微分函數(shù)，以便由空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26在發(fā)動(dòng)機(jī)12的操作期間估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)12的參數(shù)值時(shí)使用。

控制器18的離線部分30可被配置為在沒有發(fā)動(dòng)機(jī)的當(dāng)前操作條件（例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)的操作期間發(fā)動(dòng)機(jī)的條件）的情況下校準(zhǔn)針對(duì)具體發(fā)動(dòng)機(jī)12的發(fā)動(dòng)機(jī)12的模型。因而，控制器18的離線部分30的操作可以不接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)12的操作的反饋，并且可與用以控制發(fā)動(dòng)機(jī)12的操作的發(fā)動(dòng)機(jī)12的反饋回路分開。可關(guān)于圖3更詳細(xì)地描述控制器18的離線部分30的操作。

控制器18的離線部分30可處于與控制器18的在線部分32相同或不同的硬件上。在一個(gè)示例中，控制器18的離線部分30可被執(zhí)行或定位在可以與ecu/ecm或發(fā)動(dòng)機(jī)12的其它控制器分離的個(gè)人計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等上。在該示例中，可離線地獲得發(fā)動(dòng)機(jī)模型的參數(shù)并在發(fā)動(dòng)機(jī)12的制造過程期間將所述參數(shù)上傳到ecu/ecm和/或在車輛維修期間作為未來更新。替代性地或另外地，可在發(fā)動(dòng)機(jī)12處或附近在ecu/ecm上執(zhí)行控制器18的離線部分30。

控制器18的在線部分32可位于用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)12的操作的反饋回路中。因而，在線部分32可利用發(fā)動(dòng)機(jī)12的參數(shù)的當(dāng)前條件來調(diào)節(jié)和/或監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)12操作和/或輸出。

在圖2中，至少部分地位于控制器18的在線部分32中的虛擬傳感器28可被分成兩部分：1）空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26，和2）表示發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸燃燒模型的nox濃度模塊27。如所討論的，空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26可以是或可以包括平均值模型，其中模型的變量可在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)上被平均。空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26的作用可以是跟蹤進(jìn)氣和/或排氣歧管中的參數(shù)的狀態(tài)，其中跟蹤的參數(shù)狀態(tài)（例如，狀態(tài)的軌跡）可被用作nox濃度模塊27和/或其它下游虛擬傳感器或診斷的邊界條件。跟蹤的參數(shù)狀態(tài)的示例可以包括，但不限于，進(jìn)氣歧管/排氣歧管壓力、進(jìn)氣歧管溫度、進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的主要物質(zhì)種類（其可包括o2、n2、h2o和/或co2）的分?jǐn)?shù)，和/或與發(fā)動(dòng)機(jī)的其它狀態(tài)相關(guān)的參數(shù)。

在一個(gè)示例中，空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26可被配置為估計(jì)到達(dá)nox濃度模塊27的未測(cè)量的輸入，除了其它可能的條件之外，其也可包括歧管氣體條件（例如，進(jìn)氣和/或排氣歧管溫度、進(jìn)氣和/或排氣歧管壓力，以及o2、n2、h2o和/或co2的進(jìn)氣和/或排氣歧管濃度）。進(jìn)氣歧管氣體條件可被用于nox濃度模塊27，因?yàn)檫M(jìn)氣歧管氣體條件可限定充至氣缸的氣體，并且可以需要該限定來確定nox形成。另外，在一些情況下，排氣歧管氣體條件可被用于nox濃度模塊27，因?yàn)榕艢馄绻軞怏w條件可限定留在發(fā)動(dòng)機(jī)12的死空間中的殘余氣體的性質(zhì)。

說明性地，空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26可以是基于通常由發(fā)動(dòng)機(jī)的平均值模型限定的一組微分方程的非線性狀態(tài)觀測(cè)器?？梢源嬖谒姆N類型的微分方程，并且它們的確切數(shù)量和配置可由發(fā)動(dòng)機(jī)12的架構(gòu)來確定。在一個(gè)示例中，可影響微分方程的配置的一些因素包括但不限于發(fā)動(dòng)機(jī)是包括單級(jí)渦輪增壓器還是雙級(jí)渦輪增壓器、發(fā)動(dòng)機(jī)具有低壓egr還是高壓egr、發(fā)動(dòng)機(jī)具有背壓閥還是進(jìn)氣節(jié)氣門等。

四種類型的微分方程中的一種可以是發(fā)動(dòng)機(jī)12的體積v中的部件之間的壓力的微分方程：

(13)

在此，[j/（kgk）]是氣體常數(shù)，是氣體的無量綱熱容比，t[k]是體積v[m³]中的氣體的溫度，并且[pa]是體積中的絕對(duì)壓力，以及和[kg/s]分別是進(jìn)入和離開體積v的氣體的質(zhì)量。四種類型的微分方程中的另一種可以是發(fā)動(dòng)機(jī)12的部件之間的溫度的微分方程：

(14)

在此，和[j/（kgk）]分別是恒定體積和恒定壓力的氣體比熱容。四種類型的微分方程中的又一種微分方程可以是氣體種類x的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的微分方程：

(15)

在此，是體積中的氣體物質(zhì)種類分?jǐn)?shù)，并且是流入該體積內(nèi)的氣體中的相同物質(zhì)種類質(zhì)量分?jǐn)?shù)。四種類型的微分方程中的最后一種可以是渦輪增壓器速度的微分方程：

(16)

在此，n[rpm]是渦輪增壓器旋轉(zhuǎn)速度，[w]是渦輪機(jī)的機(jī)械功率，并且是由壓縮機(jī)吸收的機(jī)械功率。i[是渦輪增壓器的慣性動(dòng)量（momentumofinertia）。

這四種類型的微分方程可表示與理想氣體方程組合的質(zhì)量、能量和物質(zhì)守恒定律。出現(xiàn)在這四種類型的微分方程中的每一種的右側(cè)的項(xiàng)均可由發(fā)動(dòng)機(jī)部件（諸如渦輪機(jī)和壓縮機(jī)圖和/或閥特性）限定。在一個(gè)示例中，出現(xiàn)在方程（16）中的渦輪機(jī)功率可由渦輪機(jī)質(zhì)量流量、渦輪機(jī)壓力比和/或渦輪機(jī)入口溫度以及可經(jīng)驗(yàn)地建模（例如，通過擬合渦輪氣體數(shù)據(jù)來建模）的等熵效率來表達(dá)：

(17)。

可以使用可將變量分組為狀態(tài)x（例如，壓力、溫度、濃度、渦輪速度）、輸入u（致動(dòng)器位置和擾動(dòng)兩者）以及由物理傳感器測(cè)得的輸出y的狀態(tài)空間表示（state-spacerepresentation）來表達(dá)四種類型的微分方程的集合：

(18)

(19)

在此，函數(shù)f限定微分方程的右側(cè)，且函數(shù)g限定物理傳感器的模型值。這些函數(shù)是取決于時(shí)間的，可能通過u的向量輸入來實(shí)現(xiàn)。

以上微分方程可以是剛性的，并且通?？捎每勺儾介L(zhǎng)ode求解器來求解。這樣的可變步長(zhǎng)ode求解器可以需要大量的處理能力和/或存儲(chǔ)空間。出于在ecm/ecu或控制器18的其它在線部分上的實(shí)時(shí)模擬和/或估計(jì)（例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)12的操作期間）的目的，可修改方程以將狀態(tài)向量投影到更低維度（例如，更低階），諸如這樣處理基于dae的模型。

空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26可求解時(shí)間窗（有限或無限）上的優(yōu)化問題，以使預(yù)測(cè)誤差的范數(shù)最小化。在一些情況下，優(yōu)化問題可采取以下形式：

(20)

其中，在當(dāng)前時(shí)間（在時(shí)間t），空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26可使模型預(yù)測(cè)誤差的某些二范數(shù)（quadraticnorm）（例如，感測(cè)值和模型預(yù)測(cè)值之間的差的范數(shù)）最小化。在優(yōu)化中考慮在某些離散時(shí)刻的預(yù)測(cè)誤差。該優(yōu)化關(guān)注空氣路徑估計(jì)狀態(tài)跡線必須滿足模型微分方程。在此，函數(shù)可對(duì)應(yīng)于控制器的在線部分中表示和模擬的第二模型。優(yōu)化問題的結(jié)果可限定當(dāng)前進(jìn)氣和/或排氣歧管條件，這對(duì)于由nox濃度模塊27、其它下游虛擬傳感器和/或下游診斷計(jì)算而言可以是需要的?？蓮臐饪s模塊27進(jìn)行輸出38。

空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26（例如，可包括平均值空氣路徑模型或其它模型的控制器18的在線部分32中的模塊）可以被用在一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)和/或控制方法中。在一個(gè)示例中，空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26可被用在如圖3中所示的方法100中，以便至少部分地基于由與發(fā)動(dòng)機(jī)12連通的一個(gè)或多個(gè)傳感器感測(cè)的變量的信號(hào)值來確定操作中的發(fā)動(dòng)機(jī)的條件。在方法100的框102處，可以接收和/或識(shí)別（例如，在控制器18的離線部分30處接收和/或識(shí)別）被配置為對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)建模的一個(gè)或多個(gè)微分方程和/或函數(shù)（例如，常微分方程和/或其它微分方程）?？杀唤５氖纠l(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)包括，但不限于，發(fā)動(dòng)機(jī)12的進(jìn)氣歧管溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)12的進(jìn)氣歧管壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)12的進(jìn)氣歧管氣體濃度（例如，n2、o2、co2、h2o等）、氣缸中充氣質(zhì)量、氣缸中充氣溫度、氣缸中充氣氣體成分、氣缸中殘余質(zhì)量溫度、氣缸中殘余質(zhì)量氣體成分、發(fā)動(dòng)機(jī)的部件之間的壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)的部件之間的溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)中的一種或多種氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器的速度。可被建模的這些發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的值可從空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26輸出。

圖3中所示的方法100中的框104處，接收到的ode的右側(cè)可被變換（例如，轉(zhuǎn)換）為一個(gè)或多個(gè)微分函數(shù)，其中一個(gè)或多個(gè)ode可至少部分地形成具有第一階數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)12的第一模型，并且一個(gè)或多個(gè)微分函數(shù)可被配置成至少部分地形成具有低于第一階數(shù)的階數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)的第二模型。在一些情況下，當(dāng)接收到相似輸入時(shí)，第一模型和第二模型可產(chǎn)生相似的輸出，但是第二模型需要更少的處理時(shí)間和/或功率來產(chǎn)生輸出。變換的微分函數(shù)可包括一個(gè)或多個(gè)代數(shù)微分方程和可微函數(shù)（例如，微分函數(shù)的分式和/或一個(gè)或多個(gè)其它類型的函數(shù)）。在一個(gè)示例中，所接收的常微分方程的右側(cè)可被變換或轉(zhuǎn)換為代數(shù)微分方程和有理多項(xiàng)式函數(shù)、多項(xiàng)式分式（fractionsofpolynomials）、微分函數(shù)和有理微分函數(shù)中的一者或多者。根據(jù)期望，可以利用其它變換和/或轉(zhuǎn)換。

然后，在圖3的方法100中的框106處，具有分式形式的微分函數(shù)可被重新配置為隱式代數(shù)方程。當(dāng)分母趨于零和/或在其它時(shí)間時(shí)，可以執(zhí)行該步驟。在一個(gè)示例中，將具有分式形式的微分函數(shù)重新配置為隱式代數(shù)方程可以包括乘以微分函數(shù)的分母以確保方程不必須除以零，如關(guān)于方程（9）所示。此外，在一些情況下，可使分子等于零，如以上在方程（10）中所示。微分函數(shù)的這種配置可導(dǎo)致具有dae和可微函數(shù)的系統(tǒng)的模型，這可等效于假設(shè)函數(shù)的所有或大致快速動(dòng)態(tài)特征可處于穩(wěn)定狀態(tài)。一旦已經(jīng)建立了具有比原始o(jì)de模型的階數(shù)更低的階數(shù)的dae和可微函數(shù)的系統(tǒng)的模型，就可以認(rèn)為更低階的模型針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)12被校準(zhǔn)并且從控制器18的離線部分30發(fā)送到控制器18的在線部分32，以至少部分地基于所建立的模型確定發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)狀態(tài)。

然后，在框108處，空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26可以在發(fā)動(dòng)機(jī)12處于操作中時(shí)（例如，發(fā)動(dòng)機(jī)的當(dāng)前條件）計(jì)算一個(gè)或多個(gè)氣缸中氣體的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)值（例如，條件）。計(jì)算的氣缸中氣體的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)值可至少部分地基于從傳感器14接收的感測(cè)變量的信號(hào)值以及微分方程和代數(shù)方程（例如，構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)的第二模型的微分方程和代數(shù)方程）。如所討論的，所計(jì)算的氣缸中氣體的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)值可被用作邊界條件、初始?xì)飧字袣怏w條件、發(fā)動(dòng)機(jī)空氣路徑估計(jì)和/或用于下游虛擬傳感器模塊的其它輸入和/或控制算法。替代性地或另外地，空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26的輸出可顯示在顯示器（例如，與控制器18連通的顯示器）上和/或被用在車載診斷系統(tǒng)中（例如，配置成監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)12的操作的車載診斷系統(tǒng)）。

在圖4中，控制器18的在線部分32中的一個(gè)或多個(gè)模塊（例如，空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26和虛擬傳感器（例如，nox濃度模塊27））可以被用于監(jiān)測(cè)由發(fā)動(dòng)機(jī)12產(chǎn)生的參數(shù)（例如，nox等）的量的方法200中。方法200可以包括在框202處在控制器18處從感測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)12的變量的一個(gè)或多個(gè)傳感器14接收與發(fā)動(dòng)機(jī)12（例如，操作的發(fā)動(dòng)機(jī)）相關(guān)的信號(hào)值。在框204處，可以在控制器18中用第一模塊（例如，空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26或其它模塊）確定（例如，計(jì)算）氣缸中氣體的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)值。在一個(gè)示例中，可至少部分地基于根據(jù)圖3的方法100建立的模型確定，和/或至少部分地基于一個(gè)或多個(gè)其它模型確定氣缸中氣體的一個(gè)或多個(gè)確定的參數(shù)值。說明性地，所確定的氣缸中氣體的參數(shù)值可被用作下游模塊中的初始條件以便確定由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的參數(shù)的量。替代性地或另外地，所確定的氣缸中氣體的參數(shù)值可被用于診斷和/或監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)12。在一些情況下，可以實(shí)時(shí)（例如，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)操作時(shí)）用控制器18的在線部分32計(jì)算所產(chǎn)生的氣缸中氣體的參數(shù)值。其值可由空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器26估計(jì)的示例氣缸中氣體參數(shù)（例如，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)）可以包括，但不限于，發(fā)動(dòng)機(jī)12的進(jìn)氣歧管溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)12的進(jìn)氣歧管壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)12的進(jìn)氣歧管氣體濃度（例如n2、o2、co2、h2o等）、氣缸中充氣質(zhì)量、氣缸中充氣溫度、氣缸中充氣氣體濃度、氣缸中殘余質(zhì)量溫度、氣缸中殘余質(zhì)量氣體濃度等。

至少部分地基于所計(jì)算的氣缸中氣體的參數(shù)值，控制器18的在線部分32中的第二模塊（例如，下游模塊，諸如nox濃度模塊27）可以確定（例如，計(jì)算）由發(fā)動(dòng)機(jī)12產(chǎn)生的參數(shù)的值或量，如圖4中的框206處所示。在一些情況下，可用控制器18的在線部分32實(shí)時(shí)地（例如，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)操作時(shí)）計(jì)算由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的參數(shù)的值或量（例如，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中的nox濃度）。

一旦確定了由發(fā)動(dòng)機(jī)12產(chǎn)生的參數(shù)的值或量，由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的參數(shù)的值或量就可以被用作對(duì)顯示器（例如，在車載診斷系統(tǒng)或其它診斷系統(tǒng)中）的輸入、被用作對(duì)另一虛擬傳感器或模塊的輸入，和/或被用作對(duì)控制算法的輸入。在一個(gè)可選示例中，如圖4的虛線框208所示，可將控制信號(hào)從控制器18發(fā)送到發(fā)動(dòng)機(jī)12，以至少部分地基于由發(fā)動(dòng)機(jī)12產(chǎn)生的參數(shù)的量或值來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器位置。從控制器18發(fā)送到發(fā)動(dòng)機(jī)12的控制信號(hào)（如果存在）可被配置和/或時(shí)控（time）以實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)12的致動(dòng)器16，并且導(dǎo)致在發(fā)動(dòng)機(jī)12可能在操作時(shí)調(diào)節(jié)由發(fā)動(dòng)機(jī)12產(chǎn)生的參數(shù)的值（例如，發(fā)動(dòng)機(jī)12的排氣中的nox濃度）。

在一種情況下，可將控制信號(hào)從控制器18發(fā)送到發(fā)動(dòng)機(jī)12到與控制器18雙向連通并且被配置為監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)12的操作的車載診斷系統(tǒng)。在一個(gè)示例中，發(fā)送到車載診斷系統(tǒng)的（多個(gè)）控制信號(hào)可以影響在車載診斷系統(tǒng)的顯示器上顯示的內(nèi)容、指示車載診斷系統(tǒng)創(chuàng)建和/或記錄報(bào)告、指示車載診斷系統(tǒng)發(fā)出聲音和/或顯示警報(bào)，和/或可以向車載診斷系統(tǒng)傳送一個(gè)或多個(gè)其它指令。

下文中可以提供概述。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可包括發(fā)動(dòng)機(jī)、一個(gè)或多個(gè)傳感器，和控制器。該一個(gè)或多個(gè)傳感器中的每一個(gè)均可被配置成感測(cè)與發(fā)動(dòng)機(jī)的操作相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)?？刂破骺砂ㄒ粋€(gè)或多個(gè)虛擬傳感器，其被配置為至少部分地基于由所述一個(gè)或多個(gè)傳感器感測(cè)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的值來估計(jì)與發(fā)動(dòng)機(jī)的操作相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)空氣路徑狀態(tài)參數(shù)。

一個(gè)或多個(gè)虛擬傳感器可以包括空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器，其配置成估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)的每沖程燃料、發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管氣體成分、氣缸中充氣質(zhì)量、氣缸中充氣溫度、氣缸中充氣壓力、氣缸中充氣成分、殘余質(zhì)量溫度和殘余質(zhì)量成分中的一者或多者。空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器可估計(jì)與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)其它參數(shù)。

控制器的一個(gè)或多個(gè)虛擬傳感器可包括空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器。另外地或替代性地，控制器的一個(gè)或多個(gè)虛擬傳感器可包括nox濃度模塊。

空氣路徑估計(jì)器可確定nox濃度模塊的初始條件。

發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的控制器可包括多個(gè)控制單元。

發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的控制器可包括離線部分和在線部分。在線部分可被配置為含有虛擬傳感器的空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器模塊?？諝饴窂綘顟B(tài)估計(jì)器模塊可被配置為估計(jì)與發(fā)動(dòng)機(jī)的操作相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)空氣路徑狀態(tài)參數(shù)。離線部分可被配置為確定用于空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器模塊的一個(gè)或多個(gè)微分方程。

控制器可包括多個(gè)控制單元?？刂破鞯牡谝豢刂茊卧砂刂破鞯碾x線部分?？刂破鞯牡诙刂茊卧砂ㄔ诰€部分并且可與第一控制單元連通。

控制器的離線部分可被配置為變換一個(gè)或多個(gè)常微分方程的右側(cè)。離線部分可被配置為將常微分方程的右側(cè)變換成一個(gè)或多個(gè)可微分右側(cè)函數(shù)和可微分函數(shù)的一個(gè)或多個(gè)分式，只要當(dāng)分母接近零時(shí)，該分式就能夠由帶有可微分函數(shù)的代數(shù)方程表示。

發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)可包括一個(gè)或多個(gè)渦輪增壓器?；谟梢粋€(gè)或多個(gè)傳感器感測(cè)的參數(shù)的值，空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器可求解發(fā)動(dòng)機(jī)的體積中的部件之間的壓力的微分方程、發(fā)動(dòng)機(jī)的部件之間的溫度的微分方程，以及一個(gè)或多個(gè)渦輪增壓器的渦輪增壓器速度的微分方程中的一者或多者。

一種用與發(fā)動(dòng)機(jī)連通的控制器中的一個(gè)或多個(gè)模塊監(jiān)測(cè)由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的參數(shù)的量的方法。該方法可以包括在控制器處接收來自感測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的變量的一個(gè)或多個(gè)傳感器的信號(hào)值?？刂破鞯牡谝荒K可被配置為計(jì)算氣缸中氣體的一個(gè)或多個(gè)初始條件，以便至少部分地基于一個(gè)或多個(gè)接收信號(hào)值來確定由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的參數(shù)的量。控制器可包括第二模塊，其被配置為至少部分地基于所計(jì)算的氣缸中氣體的初始條件來計(jì)算由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的參數(shù)的量。

監(jiān)測(cè)方法還可包括從控制器發(fā)送控制信號(hào)以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的致動(dòng)器位置?？刂菩盘?hào)可被配置為至少部分地基于由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的參數(shù)的計(jì)算的量來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的致動(dòng)器位置。

監(jiān)測(cè)方法還可包括將控制信號(hào)從控制器發(fā)送到配置成監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的操作的車載診斷系統(tǒng)。

在監(jiān)視方法中使用的第一模塊可包括空氣路徑狀態(tài)估計(jì)器?？諝饴窂綘顟B(tài)估計(jì)器可被配置為確定用于在發(fā)動(dòng)機(jī)的操作期間實(shí)時(shí)地和在線地確定由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的參數(shù)的量的一個(gè)或多個(gè)初始條件。

在監(jiān)測(cè)方法中，用于確定由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的參數(shù)的量的一個(gè)或多個(gè)初始條件可包括發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)的每沖程燃料、發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管中的一種或多種氣體成分、氣缸中充氣質(zhì)量、氣缸中充氣溫度、氣缸中充氣壓力、氣缸中充氣成分、殘余質(zhì)量溫度和殘余質(zhì)量成分中的一者或多者。

在監(jiān)測(cè)方法中，第一模塊中的一個(gè)或多個(gè)微分方程可被用于計(jì)算一個(gè)或多個(gè)初始條件。一個(gè)或多個(gè)初始條件可以被用于確定由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的參數(shù)的量。

一個(gè)或多個(gè)微分方程可包括對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的部件之間的壓力建模的微分方程、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的部件之間的溫度建模的微分方程、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中的一種或多種氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)建模的微分方程，和/或?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器的速度建模的微分方程。

第一模塊中的一個(gè)或多個(gè)微分方程可被配置在控制器的離線部分中。可以通過將配置成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)值建模的常微分方程轉(zhuǎn)換成相同或更少數(shù)量的包括一個(gè)或多個(gè)代數(shù)方程的微分方程來配置該一個(gè)或多個(gè)微分方程。

可以使用一種方法以便至少部分地基于由與發(fā)動(dòng)機(jī)連通的一個(gè)或多個(gè)傳感器感測(cè)的信號(hào)值來確定操作中的發(fā)動(dòng)機(jī)的條件。該方法可以包括接收配置成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)建模的一個(gè)或多個(gè)常微分方程。該一個(gè)或多個(gè)微分方程的右側(cè)可被變換為表示為可微分函數(shù)的分式的一個(gè)或多個(gè)函數(shù)。一個(gè)或多個(gè)常微分方程可被配置為至少部分地形成具有第一階數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)的第一模型，并且一個(gè)或多個(gè)微分函數(shù)可被配置為至少部分地形成具有比第一階數(shù)更低的階數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)的第二模型。第二模型的可微分函數(shù)的分式可被重新配置為隱式代數(shù)方程，從而只要當(dāng)分母變得接近零時(shí)，就將分式的分子視為零。確定發(fā)動(dòng)機(jī)的條件的方法還可包括在發(fā)動(dòng)機(jī)處于操作時(shí)至少部分地基于感測(cè)的信號(hào)值和具有比第一階數(shù)更低的階數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)的第二模型來計(jì)算氣缸中氣體的一個(gè)或多個(gè)條件。

用于確定發(fā)動(dòng)機(jī)的條件的方法可包括使用氣缸中氣體的所計(jì)算的初始條件中的多于一者來確定用于操作的發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)的參數(shù)值。

用于確定發(fā)動(dòng)機(jī)的條件的方法可包括調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的致動(dòng)器的位置。在一個(gè)示例中，可以響應(yīng)于操作的發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)的確定參數(shù)值用來自控制器的控制信號(hào)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的致動(dòng)器的位置。

本文中所述的任何出版物或?qū)＠墨I(xiàn)均特此通過引用并入本文，達(dá)到如同具體地且單獨(dú)地指示每個(gè)單獨(dú)的出版物或?qū)＠墨I(xiàn)均通過引用被并入那樣的程度。

在本說明書中，盡管以另一種方式或時(shí)態(tài)陳述，但一些事物可以具有假設(shè)性質(zhì)或預(yù)言性質(zhì)。

盡管已經(jīng)關(guān)于至少一個(gè)說明性示例描述了本系統(tǒng)和/或方法，但是在閱讀本說明書時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言許多變型和修改將變得顯而易見。因此，意圖在于，鑒于相關(guān)技術(shù)，所附權(quán)利要求被盡可能廣泛地解釋為包括所有這樣的變型和修改。