IVC(在點(diǎn)246的輸入)之后，將狀態(tài)定義在固定位置0S，在本示例中， 0s=-6〇 CAD(在TDC-燃燒之前為60 CAD)。
[0060] [02]4P[f]s分別表示氧濃度和燃料濃度，并且T s表示混合物溫度。Vlv。是在IVC處 的汽缸容積。最終狀態(tài)Kth是通過Arrhenius反應(yīng)速率綜合捕獲燃料噴射定時對燃燒定相的 影響的狀態(tài)，如Ravi等人在IEEE控制系統(tǒng)雜志2012年第32期第26-42頁的"Modeling and control of exhaust recompression hcci: Split fuel injection for cylinder-individual combustion control" 中描述的。
[0061] 通過將單個HCCI循環(huán)分解為多個不同的過程，來獲得在特定發(fā)動機(jī)循環(huán)和CA50中 的狀態(tài)與下一個循環(huán)中的狀態(tài)之間的關(guān)系，每個過程都利用簡單的熱力學(xué)假設(shè)來建模。假 設(shè)壓縮和膨脹是多變的;有限持續(xù)時間燃燒過程假設(shè)具有因?yàn)闊徂D(zhuǎn)移而損失的燃料的加熱 值的分?jǐn)?shù);用瞬時放氣來對排氣過程建模，之后是至排氣管的以體積為基礎(chǔ)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移;感 應(yīng)模型利用進(jìn)氣管以及在IVC處的空氣、俘獲的排氣和燃料的瞬時混合來假設(shè)水動力平衡； 以及，將綜合Arrhenius模型用于捕獲點(diǎn)火。
[0062] 分步執(zhí)行上述過程得到在下面等式2中示出的5狀態(tài)非線性狀態(tài)空間模型：
在等式(1)中給出了狀態(tài)向量X，輸出y為CA5Q，并且輸入向量u如下：
其中，mf是噴射的燃料的質(zhì)量(在點(diǎn)250處的輸入），Vevc和Vivc是在尚開閥關(guān)閉（在點(diǎn) 248處的輸入)和進(jìn)給閥關(guān)閉（點(diǎn)246 )處的汽缸容積，并且Uth對應(yīng)于在點(diǎn)250處的SOI輸入，正 如Ravi等人在動力系統(tǒng)測量和控制期刊2012年第134頁的"Modeling and control of an exhaust recompression hcci engine using split injection" 中描述的。每個循環(huán)都更 新輸入和狀態(tài)，如進(jìn)給閥關(guān)閉點(diǎn)246 '和模型更新244 '所表示的。
[0063]通過用根據(jù)火花定時而點(diǎn)火的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ吞鎿Q基于Arrhenius的點(diǎn)火模型，該非線 性模型擴(kuò)展用于SI燃燒，其用于在SI中進(jìn)行定相的直接控制鈕。
在等式3中，θι表示燃燒位置的開始，并且0spk表示火花定時。第二個量對SI燃燒具有 重要影響，這是由于惰性殘留物放緩了火焰?zhèn)鞑ゲ⑶以鲩L了燃燒持續(xù)時間。也可以通過根 據(jù)燃燒開始和內(nèi)部EGR速率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，來將燃燒的持續(xù)時間參數(shù)化，如以下等式所示：
控制取向型非線性模型的其他組件在SI與HCCI之間基本相同，雖然諸如多方指數(shù)等參 數(shù)不同并且基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)被調(diào)諧。非線性模型可以表示為：
(5) 狀態(tài)和輸出與HCCI模型相同，但是輸入向量如下：
其中，火花定時替代了噴射定時輸入。同樣，輸出等式現(xiàn)在具有直接傳輸項(xiàng)，這是由于 火花定時輸入直接影響燃燒定相。
[0065]為了用SI和HCCI控制模型模擬模式切換，將這兩個非線性模型調(diào)諧為各自的穩(wěn)態(tài) 條件，并且然后，在轉(zhuǎn)換期間將其"縫合"在一起。將在自動點(diǎn)火發(fā)生之前的最后一個循環(huán)定 義為轉(zhuǎn)換循環(huán)；因此，在該循環(huán)中的SI燃燒之后，將該模型切換至HCCI模式，并且用HCCI參 數(shù)來運(yùn)行該循環(huán)的剩余部分。
[0066]在圖4的實(shí)施例中，在模式切換之前和之后，在穩(wěn)態(tài)SI和HCCI操作點(diǎn)周圍，將上述 非線性模型線性化。利用該形式的任何量ak所采取的線性表達(dá)式，從數(shù)值上執(zhí)行該線性化：
(6) 其中，表不在標(biāo)稱操作條件下量a的值，并且_&表不與該操作點(diǎn)的歸一化偏差。線 性化的SI和HCCI模型如下：
(7) (8) 其中，Asi、Bsi、Csi、Dsi、Ahcq、Bhcxi和Chcxi是作為各自線性化點(diǎn)的函數(shù)的矩陣。
[0067]應(yīng)該注意，在上面兩組等式中的狀態(tài)、輸入和輸出是在各自標(biāo)稱操作點(diǎn)周圍的歸 一化值。由于標(biāo)稱操作點(diǎn)在SI和HCCI中不同，所以相同絕對狀態(tài)、輸入或者輸出的歸一化值 在SI和HCCI中可以不同。在早前在表1中描述的4巴NMEP、2000 rpm操作點(diǎn)處，實(shí)施用于示例 性控制設(shè)計的線性化點(diǎn)。
[0068]在圖3的實(shí)施例中，處理器116使用Kalman過濾器結(jié)構(gòu)來估計在所有三種操作模式 下的狀態(tài)。在確定該循環(huán)中的控制輸入(噴射定時)之前，在燃燒之后不僅即可進(jìn)行CA5q的測 量。結(jié)果，使用Kalman過濾器的當(dāng)前估計器形式。當(dāng)在SI或者轉(zhuǎn)換循環(huán)模式下時，時間和測 量更新分別具有以下形式：
(9) 其中，151是1(&11^11過濾器的校正增益。控制器124使用當(dāng)前狀態(tài)估計，如下：交(64? (在對循環(huán)k的測量是給定的情況下，對循環(huán)k的估計）。應(yīng)該注意，只有當(dāng)不存在控制輸入到 測量輸出的直接傳輸?shù)那闆r下，這種設(shè)置才有效(這是由于可以創(chuàng)建代數(shù)環(huán)）。對于當(dāng)前模 式切換模型，由于傳輸?shù)奈ㄒ惠斎胧腔鸹ǘ〞r，而火花定時在閉環(huán)中不受反饋控制器的控 制，所以不成問題。
[0069]基于在HCCI模式下使用的HCCI模型，來獲得相似的表達(dá)式：
(10) 應(yīng)該注意，由于由這些估計器中的每一個估計器生成的狀態(tài)估計都?xì)w一化在不同的標(biāo) 稱操作點(diǎn)周圍，所以，在轉(zhuǎn)換循環(huán)之后，當(dāng)處理來自SI到HCCI估計器的狀態(tài)估計時，需要實(shí) 施再歸一化。
[0070] 閉環(huán)控制器基于線性化HCCI模型。反饋輸入基于從估計器獲得的當(dāng)前狀態(tài)估計和 LQR控制增益。前饋輸入由參考輸入控制結(jié)構(gòu)確定，諸如，如Franklin等人1994年在艾迪生-韋斯利出版公司的第三修訂版中的"Feedback Control of Dynamic Systems"中描述的參 考輸入控制結(jié)構(gòu)，并且，前饋輸入基于所需的CA5q和開環(huán)輸入。增加了基于CA 5q誤差的積分 分量，以確保在瞬態(tài)之后定相趨于所需的值。
[0071] 控制輸入然后如下：
(11) 其中，rk是參考輸入(表不所需的CA5Q)，Klqr是反饋控制增益，Ki是積分增益，并且Nu和Nx 是在線性系統(tǒng)針對任何恒定輸入響應(yīng)零穩(wěn)態(tài)誤差的制約下獲得的前饋矩陣。
[0072] 用壓縮比11:1，對單汽缸HCCI發(fā)動機(jī)測試由處理器116執(zhí)行的控制策略。通過在每 個循環(huán)中充分實(shí)現(xiàn)閥門的靈活致動的電動液壓可變閥門致動(VVA)系統(tǒng)，來控制進(jìn)給閥和 離開閥（分別有兩個）。該系統(tǒng)用于仿效凸輪定相器，并且因此，維持恒定的閥門輪廓，僅僅 修改燃料噴射的定時。發(fā)動機(jī)配備有直接噴射系統(tǒng)。通過使用Kistler壓電壓力傳感器，來 測量汽缸內(nèi)壓力。此處提出的所有測試都利用4 mm的閥門升程對進(jìn)給閥和離開閥進(jìn)行。將 燃料噴射壓力設(shè)置為60巴，并且將發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度保持恒定在90°C。
[0073] 圖15和圖16示出了測試結(jié)果以及在4巴NMEP、2000 rpm下的模式切換期間的開環(huán) 響應(yīng)(如圖11所示）的結(jié)果，其中，在循環(huán)10之前采用SI操作并且在循環(huán)11之后采用HCCI操 作。在圖15中，線260指示在閉環(huán)控制下的離開閥關(guān)閉，而線262指示在開環(huán)控制下的離開閥 關(guān)閉。線264指示在閉環(huán)控制下的進(jìn)入閥關(guān)閉，而線266指示在開環(huán)控制下的進(jìn)入閥關(guān)閉。如 圖所見，閥門定時在多個循環(huán)期間從它們在SI下的穩(wěn)態(tài)位置變化到它們在HCCI下的穩(wěn)態(tài)位 置，這表示了可由生產(chǎn)凸輪定相器實(shí)現(xiàn)的典型變化。
[0074] 另外，線268指示在閉環(huán)控制下的火花塞定時，而線270指示在開環(huán)控制下的火花 塞定時。最后，線272指示在閉環(huán)控制下噴射的燃料的量，而線274指示在開環(huán)控制下噴射的 燃料的量。在循環(huán)12中，關(guān)閉火花，并且，在循環(huán)10中，將燃料質(zhì)量切換至更低值（由于HCCI 的效率更高）。圖15示出了在開環(huán)輸入與閉環(huán)輸入之間存在的差異非常小。
[0075] 圖16示出了所論及的兩個輸出（CA5q和NMEP)以及閉環(huán)控制輸入SOI(開始噴射定 時）。圖16包括指示用于閉環(huán)控制的CA 5q的線280,而線282指示用于開環(huán)控制的CA5Q，并且線 284指示所需的CA 5Q。另外，線286指示用于閉環(huán)控制的NMEP，而線288指示用于開環(huán)控制的 NMEP。最后，線290指示用于閉環(huán)控制的SOI，而線292指示用于開環(huán)控制的SOI。
[0076] 在圖16中，將模式切換之后的所需CA5q設(shè)置為在TDC之后的7 CAD。在圖16中，控制 器/估計器方案在循環(huán)1-10中運(yùn)行在SI模式下，在循環(huán)11中處于轉(zhuǎn)換模式，并且從循環(huán)12起 處于HCCI模式。在SI模式下，不存在閉環(huán)控制動作，并且所有輸入都命令為開環(huán)。在循環(huán)11 期間，打開閉環(huán)控制器，該循環(huán)11是具有一定自動點(diǎn)火的第一個循環(huán)。
[0077] 顯然，用于閉環(huán)控制的SOI策略（線290)與開環(huán)命令(線292)明顯不同。具體地，在 穩(wěn)定了 HCCI燃燒的兩個提早噴射循環(huán)之后，使噴射定時往后移，從而延遲燃燒定相。該延遲 具有兩種重要影響。
[0078] 第一種影響是避免NMEP的急劇下降。相反，開環(huán)情況(線288)陡將到點(diǎn)294。閉環(huán)控 制由此在模式切換期間維持較恒定的工作輸出（并且，事實(shí)上，由于后來的燃燒定相，提高 了總體效率）。
[0079] 第二種影響是避免了具有過早燃燒定相的循環(huán)。提早的燃燒定相引起N