專(zhuān)利名稱：一種發(fā)動(dòng)機(jī)egr與vgt控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車(chē)電控發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法及系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種發(fā)動(dòng)機(jī)EGR 與VGT控制方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)采用自然吸氣技術(shù)，即不通過(guò)任何增壓器的情況下，大氣壓將空氣直 接壓入燃燒室。之后發(fā)明的增壓中冷技術(shù)利用壓氣機(jī)壓縮空氣，然后通過(guò)熱交換器(中冷 器)對(duì)壓縮后的空氣進(jìn)行冷卻，達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣密度、進(jìn)氣量和發(fā)動(dòng)機(jī)功率的目的。 對(duì)于車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)大量采用的廢氣渦輪增壓，置于排氣管中的渦輪被排氣驅(qū)動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，由 于壓氣機(jī)驅(qū)動(dòng)軸與渦輪輸出軸相同，所以渦輪可帶動(dòng)壓氣機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，使壓氣機(jī)將空氣加 壓后送入汽缸。因此發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣能量越大，渦輪轉(zhuǎn)速與增壓器轉(zhuǎn)速都越高，增壓壓力也會(huì)越 高。但傳統(tǒng)的固定截面渦輪增壓器常以中、低速為優(yōu)化區(qū)域，導(dǎo)致高速高負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)增壓過(guò) 高、轉(zhuǎn)速過(guò)高等問(wèn)題。VGT(Variable Geometry Turbocharger，可變截面增壓器)技術(shù)的發(fā) 明成功的解決了這一問(wèn)題。VGT系統(tǒng)可通過(guò)執(zhí)行器調(diào)節(jié)渦輪噴嘴葉片的角度，從而改變廢氣 的利用效率，使增壓器能在各種工況下的良好匹配。與此同時(shí)，為降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程中產(chǎn) 生的NOx，發(fā)明了 EGR(Exhaust Gas Recirculation，廢氣再循環(huán))技術(shù)。EGR系統(tǒng)通過(guò)回引 部分廢氣與新鮮空氣共同參與燃燒反應(yīng)，利用廢氣中含有的大量惰性氣體降低了燃燒室氧 濃度，同時(shí)吸收燃燒產(chǎn)生的部分熱量來(lái)降低燃燒溫度，從而有效的抑制了 NOx的生成?，F(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)VGT與EGR的控制系統(tǒng)多采用閉環(huán)控制策略。該策略中首先確定VGT 與EGR的控制目標(biāo)，如VGT多采用增壓壓力為控制目標(biāo)，EGR可采用單缸進(jìn)氣量或EGR率為 控制目標(biāo)；之后以最優(yōu)控制目標(biāo)和實(shí)測(cè)控制目標(biāo)之差為PID算法輸入，最后根據(jù)PID算法輸 出調(diào)節(jié)執(zhí)行器開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)實(shí)測(cè)控制目標(biāo)對(duì)最佳控制目標(biāo)的追蹤控制。最優(yōu)控制目標(biāo)在發(fā)動(dòng) 機(jī)開(kāi)發(fā)階段標(biāo)定得到，實(shí)測(cè)控制目標(biāo)即可是發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器實(shí)測(cè)得到的物理狀態(tài)，也可是根 據(jù)實(shí)測(cè)信號(hào)計(jì)算得到的物理狀態(tài)。這種控制策略具有簡(jiǎn)單、穩(wěn)態(tài)控制效果好等優(yōu)點(diǎn)，但是由 于PID算法并不能在所有工況都取得較好的控制效果，尤其是一些瞬態(tài)工況和特殊環(huán)境， 因此其應(yīng)用效果受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠在大范圍運(yùn)行工況下都取得較好控 制效果的EGR與VGT控制方法及其系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種發(fā)動(dòng)機(jī)EGR與VGT控制方法，包 括1)設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器、VGT執(zhí)行器、EGR執(zhí)行器和發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)，在所述發(fā)動(dòng)機(jī)管理 系統(tǒng)中設(shè)置有最優(yōu)控制目標(biāo)模塊、實(shí)際控制目標(biāo)模塊、控制系統(tǒng)模塊，所述控制系統(tǒng)模塊中 包含有狀態(tài)監(jiān)控模塊；幻所述發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中預(yù)設(shè)各工況下的增壓壓力目標(biāo)值、單缸進(jìn) 氣量目標(biāo)值、VGT開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度、EGR開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度，PI閉環(huán)算法中的比例系數(shù)、積分系數(shù)、 積分上限、積分下限，油量上限、油量下限、轉(zhuǎn)速上限、轉(zhuǎn)速下限、VGT默認(rèn)開(kāi)度、EGR默認(rèn)開(kāi)度；3)所述發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)以增壓壓力作為VGT控制目標(biāo)，以單缸進(jìn)氣量作為EGR控制目 標(biāo)，最優(yōu)控制目標(biāo)模塊根據(jù)傳感器信號(hào)得到當(dāng)前工況下的增壓壓力目標(biāo)值、單缸進(jìn)氣量目 標(biāo)值，實(shí)際控制目標(biāo)模塊根據(jù)傳感器信號(hào)得到實(shí)測(cè)增壓壓力值、單缸進(jìn)氣量，當(dāng)所述狀態(tài)監(jiān) 控模塊根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器信號(hào)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)處于不適用閉環(huán)控制的工況時(shí)，狀態(tài)監(jiān)控模塊輸 出VGT默認(rèn)開(kāi)度、EGR默認(rèn)開(kāi)度控制VGT、EGR執(zhí)行器；當(dāng)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)處于適用閉環(huán)控制的工 況時(shí)，控制系統(tǒng)模塊以所述增壓壓力目標(biāo)值與實(shí)測(cè)增壓壓力值之差、所述單缸進(jìn)氣量目標(biāo) 值與實(shí)測(cè)單缸進(jìn)氣量之差為輸入，根據(jù)閉環(huán)控制算法分別得到VGT閉環(huán)控制開(kāi)度和EGR閉 環(huán)控制開(kāi)度，VGT閉環(huán)控制開(kāi)度與預(yù)設(shè)的VGT開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度之和、EGR閉環(huán)控制開(kāi)度與預(yù)設(shè) 的EGR開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度之和分別為VGT執(zhí)行器和EGR執(zhí)行器的控制開(kāi)度。所述預(yù)設(shè)增壓壓力目標(biāo)值、單缸進(jìn)氣量目標(biāo)值、VGT開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度、EGR開(kāi)環(huán)控制 開(kāi)度，PI閉環(huán)算法中的比例系數(shù)、積分系數(shù)、積分上限、積分下限，油量上限、油量下限、轉(zhuǎn)速 上限、轉(zhuǎn)速下限、VGT默認(rèn)開(kāi)度、EGR默認(rèn)開(kāi)度，為發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)階段通過(guò)標(biāo)定試驗(yàn)得到。所述狀態(tài)監(jiān)控模塊中根據(jù)傳感器信號(hào)得到當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)油量信號(hào)、換擋信號(hào)、起動(dòng) 信號(hào)、系統(tǒng)故障信號(hào)、轉(zhuǎn)速信號(hào)，當(dāng)滿足以下任一條件時(shí)認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)處于不適用閉環(huán)控制的 工況a，發(fā)動(dòng)機(jī)噴射油量高于所述預(yù)設(shè)油量上限；b，發(fā)動(dòng)機(jī)噴射油量低于所述預(yù)設(shè)油量上 限；c，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)所述預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速上限；d，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于所述預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速下限；e，發(fā)動(dòng) 機(jī)處于換擋過(guò)程中；f，發(fā)動(dòng)機(jī)處于起動(dòng)過(guò)程中；g，發(fā)動(dòng)機(jī)處于故障狀態(tài)。所述閉環(huán)控制算法采用PI控制算法，并且I算法具有防飽和功能，滿足如下條件 之一時(shí)停止積分運(yùn)算1)積分項(xiàng)高于所述預(yù)設(shè)積分上限且最優(yōu)控制目標(biāo)高于實(shí)際控制目 標(biāo)；2)積分項(xiàng)低于所述預(yù)設(shè)積分下限且最優(yōu)控制目標(biāo)低于實(shí)際控制目標(biāo)。一種實(shí)現(xiàn)上述方法的發(fā)動(dòng)機(jī)EGR與VGT控制系統(tǒng)，其特征在于包括發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器 和VGT執(zhí)行器、EGR執(zhí)行器，均由發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)控制，發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中包括最優(yōu)控制目 標(biāo)模塊、實(shí)際控制目標(biāo)模塊、控制系統(tǒng)模塊；最優(yōu)控制目標(biāo)模塊輸入端與傳感器相連，輸出 端與控制系統(tǒng)模塊相連；實(shí)際控制目標(biāo)模塊輸入端與傳感器相連，輸出端與控制系統(tǒng)模塊 相連；控制系統(tǒng)模塊輸入端與傳感器、最優(yōu)控制目標(biāo)模塊、實(shí)際控制目標(biāo)模塊相連，輸出端 與VGT執(zhí)行器和EGR執(zhí)行器相連。所述控制系統(tǒng)模塊中包括VGT開(kāi)環(huán)控制模塊、EGR開(kāi)環(huán)控制模塊、VGT閉環(huán)控制模 塊、EGR閉環(huán)控制模塊、狀態(tài)監(jiān)控模塊、VGT切換模塊、EGR切換模塊；VGT開(kāi)環(huán)控制模塊輸入 端與傳感器相連，輸出端與VGT切換模塊相連；EGR開(kāi)環(huán)控制模塊輸入端與傳感器相連，輸 出端與EGR切換模塊相連；狀態(tài)監(jiān)控模塊輸入端與傳感器相連，輸出端分別與VGT切換模塊 和EGR切換模塊相連；VGT閉環(huán)控制模塊的輸入端與最優(yōu)控制目標(biāo)模塊、實(shí)際控制目標(biāo)模塊 相連，輸出端與所述VGT開(kāi)環(huán)控制模塊的輸出集合后，再與VGT切換模塊相連；EGR閉環(huán)控 制模塊的輸入端與最優(yōu)控制目標(biāo)模塊、實(shí)際控制目標(biāo)模塊相連，輸出端與所述EGR開(kāi)環(huán)控 制模塊的輸出集合后，再與EGR切換模塊相連；VGT切換模塊、EGR切換模塊的輸出端與所述 VGT執(zhí)行器和EGR執(zhí)行器相連。所述最優(yōu)控制目標(biāo)模塊中預(yù)設(shè)有增壓壓力目標(biāo)值、單缸進(jìn)氣量目標(biāo)值，所述VGT 開(kāi)環(huán)控制模塊中預(yù)設(shè)有VGT開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度，所述EGR開(kāi)環(huán)控制模塊中預(yù)設(shè)有EGR開(kāi)環(huán)控制 開(kāi)度，所述VGT閉環(huán)控制模塊和EGR閉環(huán)控制模塊中設(shè)置有PI閉環(huán)算法模塊，所述狀態(tài)監(jiān) 控模塊中預(yù)設(shè)有油量上限、油量下限、轉(zhuǎn)速上限、轉(zhuǎn)速下限、VGT默認(rèn)開(kāi)度、EGR默認(rèn)開(kāi)度。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、由于本發(fā)明在發(fā)動(dòng)機(jī)常用工 況內(nèi)采用閉環(huán)控制與開(kāi)環(huán)控制相結(jié)合的方法，所以可實(shí)現(xiàn)對(duì)控制目標(biāo)快速、穩(wěn)定的追蹤控 制；2、由于在換擋、起動(dòng)等瞬態(tài)工況和低速、低油量等特殊工況不適用閉環(huán)控制，本發(fā)明采 用開(kāi)環(huán)控制直接輸出執(zhí)行器默認(rèn)開(kāi)度，可取得比閉環(huán)控制更好的控制效果。從而擴(kuò)大了系 統(tǒng)的應(yīng)用工況并改善了系統(tǒng)的控制效果。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的VGT閉環(huán)控制算法圖；圖4是本發(fā)明的EGR閉環(huán)控制算法圖；圖5是本發(fā)明的狀態(tài)監(jiān)控模塊示意圖；圖6是VGT實(shí)際控制過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。本發(fā)明設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器和VGT執(zhí)行器、EGR執(zhí)行器，由發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)控制，發(fā) 動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中包括最優(yōu)控制目標(biāo)模塊、實(shí)際控制目標(biāo)模塊、控制系統(tǒng)模塊。如圖1所示，發(fā)動(dòng)機(jī)10中包括多個(gè)傳感器Il1Ul2……IIm和VGT執(zhí)行器U^EGR 執(zhí)行器122。傳感器Il1Ul2……IIm的測(cè)量信號(hào)分別為13^1 ……13M;VGT執(zhí)行器的控 制信號(hào)為EGR執(zhí)行器的控制信號(hào)為142，控制信號(hào)為開(kāi)度信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)15中 包括最優(yōu)控制目標(biāo)模塊16、實(shí)際控制目標(biāo)模塊17、控制系統(tǒng)模塊21。最優(yōu)控制目標(biāo)模塊16 根據(jù)傳感器測(cè)量信號(hào)13ρ132……1 計(jì)算得到當(dāng)前工況下的增壓壓力目標(biāo)值IS1、單缸進(jìn)氣 量目標(biāo)值1 ；實(shí)際控制目標(biāo)模塊17根據(jù)傳感器測(cè)量信號(hào)13^1 ……1 測(cè)量或計(jì)算得到 實(shí)測(cè)增壓壓力IQ1、單缸進(jìn)氣量192 ；增壓壓力目標(biāo)值IS1與實(shí)測(cè)增壓壓力IQ1之差為201、單 缸進(jìn)氣量目標(biāo)值1 與實(shí)測(cè)單缸進(jìn)氣量1 值之差為202。控制系統(tǒng)模塊21以傳感器信號(hào) 13ρ132……13M、增壓壓力目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值之差20i、單缸進(jìn)氣量目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值之差202為 輸入，輸出分別為VGT執(zhí)行器和EGR執(zhí)行器的控制信號(hào)HpH215如圖2所示，控制系統(tǒng)模塊21包括VGT開(kāi)環(huán)控制模塊22i、EGR開(kāi)環(huán)控制模塊222、 VGT閉環(huán)控制模塊30ρ EGR閉環(huán)控制模塊302、狀態(tài)監(jiān)控模塊23、VGT切換模塊25p EGR切 換模塊252。VGT開(kāi)環(huán)控制模塊22i輸入端與傳感器相連，輸出信號(hào)與VGT閉環(huán)控制開(kāi)度 相加后再與VGT切換模塊25i相連；EGR開(kāi)環(huán)控制模塊2 輸入端與傳感器相連，輸出信號(hào) 與EGR閉環(huán)控制開(kāi)度2 相加后再與EGR切換模塊2 相連；狀態(tài)監(jiān)控模塊23輸入端與傳 感器相連，輸出端分別與VGT切換模塊25i和EGR切換模塊252相連；VGT閉環(huán)控制模塊SO1 的輸入端與最優(yōu)控制目標(biāo)模塊16、實(shí)際控制目標(biāo)模塊17相連，輸出端與VGT開(kāi)環(huán)控制模塊 2 的輸出集合后，再與VGT切換模塊25i相連；EGR閉環(huán)控制模塊302的輸入端與最優(yōu)控制 目標(biāo)模塊16、實(shí)際控制目標(biāo)模塊17相連，輸出端與EGR開(kāi)環(huán)控制模塊2 的輸出集合后，再 與EGR切換模塊252相連；VGT切換模塊、EGR切換模塊的輸出端分別與VGT執(zhí)行器和EGR 執(zhí)行器相連。
VGT開(kāi)環(huán)控制模塊22i輸入信號(hào)為傳感器信號(hào)13^1 ……13M，輸出為VGT開(kāi)環(huán)控 制開(kāi)度21，VGT開(kāi)環(huán)控制模塊22i根據(jù)傳感器輸入信號(hào)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)工況計(jì)算得到預(yù)設(shè)的VGT 開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度。EGR開(kāi)環(huán)控制模塊2 輸入信號(hào)為傳感器信號(hào)13^1 ……13M，輸出為EGR 開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度M2, EGR開(kāi)環(huán)控制模塊2 根據(jù)傳感器輸入信號(hào)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)工況計(jì)算得到預(yù) 設(shè)的EGR開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度。VGT閉環(huán)控制模塊SO1輸入信號(hào)為增壓壓力目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值之差201;輸出為VGT 閉環(huán)控制開(kāi)度觀” VGT閉環(huán)控制模塊SO1以控制目標(biāo)差為輸入根據(jù)PI算法計(jì)算得到閉環(huán) 控制開(kāi)度28i ；VGT閉環(huán)控制開(kāi)度28i與VGT開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度24工之和為適用閉環(huán)控制的發(fā)動(dòng) 機(jī)工況的VGT控制開(kāi)度^115 EGR閉環(huán)控制模塊302輸入信號(hào)為單缸進(jìn)氣量目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值 之差202，輸出為EGR閉環(huán)控制開(kāi)度^2，EGR閉環(huán)控制模塊302以控制目標(biāo)差為輸入根據(jù)PI 算法計(jì)算得到閉環(huán)控制開(kāi)度2 ；EGR閉環(huán)控制開(kāi)度2 與EGR開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度242之和為適 用閉環(huán)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)工況的EGR控制開(kāi)度四2。狀態(tài)監(jiān)控模塊23輸入信號(hào)為傳感器信號(hào)13pl32……13M，輸出信號(hào)分為三路，一路 為發(fā)動(dòng)機(jī)工況狀態(tài)標(biāo)志沈，一路為不適用閉環(huán)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)工況的VGT默認(rèn)開(kāi)度27i，一路 為不適用閉環(huán)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)工況的為EGR默認(rèn)開(kāi)度272，狀態(tài)監(jiān)控模塊23根據(jù)傳感器信號(hào) 判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否處于不適用閉環(huán)控制的工況，并輸出不適用閉環(huán)控制工況下的VGT默認(rèn)開(kāi) 度27i和不適用閉環(huán)控制工況下的EGR默認(rèn)開(kāi)度272。VGT切換模塊25i輸入信號(hào)有三路，為適用閉環(huán)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)工況的VGT控制開(kāi) 度、發(fā)動(dòng)機(jī)工況狀態(tài)標(biāo)志沈、不適用閉環(huán)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)工況的VGT默認(rèn)開(kāi)度271;輸出信 號(hào)為VGT執(zhí)行器控制開(kāi)度H1 ；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況狀態(tài)標(biāo)志沈指示當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)處于適用閉環(huán)控 制的工況時(shí)，模塊就選擇適用閉環(huán)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)工況的VGT控制開(kāi)度作為執(zhí)行器控制 開(kāi)度，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況狀態(tài)標(biāo)志沈指示當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)處于不適用閉環(huán)控制的工況時(shí)，模塊就選 擇不適用閉環(huán)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)工況的VGT默認(rèn)開(kāi)度27i作為執(zhí)行器控制開(kāi)度。EGR切換模塊 252輸入信號(hào)也有三路，為適用閉環(huán)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)工況的EGR控制開(kāi)度四2、發(fā)動(dòng)機(jī)工況狀 態(tài)標(biāo)志沈、不適用閉環(huán)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)工況的EGR默認(rèn)開(kāi)度272，輸出為VGT執(zhí)行器控制開(kāi)度 142;當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況狀態(tài)標(biāo)志指示當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)處于適用閉環(huán)控制的工況時(shí)，模塊就選擇適用 閉環(huán)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)工況的EGR控制開(kāi)度292作為執(zhí)行器控制開(kāi)度，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況狀態(tài)標(biāo)志 指示當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)處于不適用閉環(huán)控制的工況時(shí)，模塊就選擇不適用閉環(huán)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)工況 的EGR默認(rèn)開(kāi)度TJ2作為執(zhí)行器控制開(kāi)度。如圖3、圖4所示，VGT閉環(huán)控制模塊SO1和EGR閉環(huán)控制模塊302都采用PI閉環(huán) 控制算法。以圖3中VGT閉環(huán)控制模塊SO1為例說(shuō)明，輸出的閉環(huán)控制開(kāi)度28i為P算法輸 出3 與I算法輸出33i之和，其中P算法輸出信號(hào)3 為增壓壓力目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值之差20i 乘以預(yù)設(shè)比例系數(shù)得到；I算法輸出信號(hào)33i為輸入切換模塊的輸出信號(hào)31乘以預(yù)設(shè) 積分系數(shù)之積，然后累加得到。輸入切換模塊的輸入有三路，為增壓壓力目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值之差20i、切換信號(hào) 35i和數(shù)值0。當(dāng)I算法輸出信號(hào)33i超過(guò)預(yù)設(shè)積分上限且增壓壓力目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值之差 20i大于0時(shí)，或當(dāng)I算法輸出信號(hào)33i低于預(yù)設(shè)積分下限且增壓壓力目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值之差 20i小于0時(shí)，表示I算法處于積分飽和狀態(tài)，切換信號(hào)35i置為1，否則置為0。當(dāng)切換信 號(hào)35i為0時(shí)表示I算法處于正常狀態(tài)，輸入切換模塊只選擇增壓壓力目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值之差20i輸出至信號(hào)31 ；當(dāng)切換信號(hào)35i為1時(shí)表示I算法處于積分飽和狀態(tài)，輸入切換模 塊只選擇0輸出至信號(hào)31，避免I算法輸出33i超過(guò)預(yù)設(shè)積分上限或積分下限。圖4所示是EGR閉環(huán)控制模塊302PI閉環(huán)控制算法流程圖，與VGT閉環(huán)控制模塊 SO1完全相同。輸出的閉環(huán)控制開(kāi)度2 為P算法輸出3 與I算法輸出3 之和，其中P算 法輸出信號(hào)3 為增壓壓力目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值之差202乘以預(yù)設(shè)比例系數(shù)得到；I算法輸出信 號(hào)3 為輸入切換模塊312的輸出信號(hào)342乘以預(yù)設(shè)積分系數(shù)之積，然后累加得到。輸入切換模塊312的輸入有三路，為增壓壓力目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值之差202、切換信號(hào) 352和數(shù)值0。當(dāng)I算法輸出信號(hào)3 超過(guò)預(yù)設(shè)積分上限且增壓壓力目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值之差 202大于0時(shí)，或當(dāng)I算法輸出信號(hào)3 低于預(yù)設(shè)積分下限且增壓壓力目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值之差 202小于0時(shí)，表示I算法處于積分飽和狀態(tài)，切換信號(hào)3 置為1，否則置為0。當(dāng)切換信 號(hào)3 為0時(shí)表示I算法處于正常狀態(tài)，輸入切換模塊312只選擇增壓壓力目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值 之差202輸出至信號(hào)342 ；當(dāng)切換信號(hào)3 為1時(shí)表示I算法處于積分飽和狀態(tài)，輸入切換模 塊312只選擇0輸出至信號(hào)342，避免I算法輸出3 超過(guò)預(yù)設(shè)積分上限或積分下限。如圖5所示，狀態(tài)監(jiān)控模塊23中根據(jù)傳感器信號(hào)13^1 ……1 測(cè)量或計(jì)算等信 息處理過(guò)程得到當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)油量信號(hào)38、換擋信號(hào)39、起動(dòng)信號(hào)40、系統(tǒng)故障信號(hào)41、轉(zhuǎn)速 信號(hào)42。當(dāng)油量信號(hào)38超過(guò)預(yù)設(shè)油量上限或油量下限時(shí)，油量超限信號(hào)36置為1，當(dāng)轉(zhuǎn)速 信號(hào)42超過(guò)預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速上限或轉(zhuǎn)速下限時(shí)，轉(zhuǎn)速超限信號(hào)37置為1。當(dāng)油量超限信號(hào)36、換 擋信號(hào)39、起動(dòng)信號(hào)40、系統(tǒng)故障信號(hào)41、轉(zhuǎn)速超限信號(hào)37中任一信號(hào)值為1時(shí)，表明發(fā)動(dòng) 機(jī)處于不適用閉環(huán)控制的工況，狀態(tài)監(jiān)控模塊23的輸出信號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)工況狀態(tài)標(biāo)志沈置為 1。下面通過(guò)一個(gè)具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明驅(qū)動(dòng)方法進(jìn)行詳細(xì)描述。在最優(yōu)控制目標(biāo)模塊中預(yù)設(shè)有增壓壓力目標(biāo)值、單缸進(jìn)氣量目標(biāo)值，VGT開(kāi)環(huán)控制 模塊中預(yù)設(shè)有VGT開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度，EGR開(kāi)環(huán)控制模塊中預(yù)設(shè)有EGR開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度，VGT閉環(huán) 控制模塊和EGR閉環(huán)控制模塊中預(yù)設(shè)有PI閉環(huán)算法，狀態(tài)監(jiān)控模塊中預(yù)設(shè)有油量上限、油 量下限、轉(zhuǎn)速上限、轉(zhuǎn)速下限、VGT默認(rèn)開(kāi)度、EGR默認(rèn)開(kāi)度。VGT實(shí)際控制過(guò)程如圖6所示，0-10秒為發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處于不適用 閉環(huán)控制的工況，VGT執(zhí)行器控制開(kāi)度為默認(rèn)值10%。10秒時(shí)起動(dòng)過(guò)程完成，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入 適用閉環(huán)控制的工況。此時(shí)，VGT增壓壓力目標(biāo)值為180kPa，對(duì)應(yīng)開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度為40%，同 時(shí)由于實(shí)際增壓壓力為IOOkPa,用PI算法根據(jù)兩者之差計(jì)算得到的閉環(huán)控制開(kāi)度不斷增 大，因此控制開(kāi)度持續(xù)上升，使VGT開(kāi)度加大，增壓壓力上升。20秒時(shí)I算法輸出達(dá)到積分 上限25%，同時(shí)增壓壓力目標(biāo)值與實(shí)際值之差大于0，所以此時(shí)進(jìn)入積分飽和狀態(tài)，I算法 輸入為0，積分算法輸出不再增加。因此，VGT執(zhí)行器控制開(kāi)度固定在70%，實(shí)際增壓壓力 穩(wěn)定在160kPa。30秒時(shí)I算法積分上限變?yōu)?0%，I算法輸出增加，VGT執(zhí)行器控制開(kāi)度 也同步增加，直至實(shí)際增壓壓力與目標(biāo)增壓壓力相等，VGT執(zhí)行器控制開(kāi)度穩(wěn)定在80%。本發(fā)明采取在適用閉環(huán)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)工況采用了閉環(huán)控制算法，在不適用閉環(huán)控 制的發(fā)動(dòng)機(jī)工況采用了開(kāi)環(huán)控制算法，輸出為標(biāo)定得到的默認(rèn)開(kāi)度，從而擴(kuò)大了系統(tǒng)的應(yīng) 用工況并改善了系統(tǒng)的控制效果。上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所 變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)EGR與VGT控制方法，其特征在于，它包括1)設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器、VGT執(zhí)行器、EGR執(zhí)行器和發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)，在所述發(fā)動(dòng)機(jī)管理 系統(tǒng)中設(shè)置有最優(yōu)控制目標(biāo)模塊、實(shí)際控制目標(biāo)模塊、控制系統(tǒng)模塊，所述控制系統(tǒng)模塊中 包含有狀態(tài)監(jiān)控模塊；2)所述發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中預(yù)設(shè)各工況下的增壓壓力目標(biāo)值、單缸進(jìn)氣量目標(biāo)值、VGT 開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度、EGR開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度，PI閉環(huán)算法中的比例系數(shù)、積分系數(shù)、積分上限、積分下 限，油量上限、油量下限、轉(zhuǎn)速上限、轉(zhuǎn)速下限、VGT默認(rèn)開(kāi)度、EGR默認(rèn)開(kāi)度；3)所述發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)以增壓壓力作為VGT控制目標(biāo)，以單缸進(jìn)氣量作為EGR控制目 標(biāo)，最優(yōu)控制目標(biāo)模塊根據(jù)傳感器信號(hào)得到當(dāng)前工況下的增壓壓力目標(biāo)值、單缸進(jìn)氣量目 標(biāo)值，實(shí)際控制目標(biāo)模塊根據(jù)傳感器信號(hào)得到實(shí)測(cè)增壓壓力值、單缸進(jìn)氣量，當(dāng)所述狀態(tài)監(jiān) 控模塊根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器信號(hào)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)處于不適用閉環(huán)控制的工況時(shí)，狀態(tài)監(jiān)控模塊輸 出VGT默認(rèn)開(kāi)度、EGR默認(rèn)開(kāi)度控制VGT、EGR執(zhí)行器；當(dāng)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)處于適用閉環(huán)控制的工 況時(shí)，控制系統(tǒng)模塊以所述增壓壓力目標(biāo)值與實(shí)測(cè)增壓壓力值之差、所述單缸進(jìn)氣量目標(biāo) 值與實(shí)測(cè)單缸進(jìn)氣量之差為輸入，根據(jù)PI閉環(huán)控制算法分別得到VGT閉環(huán)控制開(kāi)度和EGR 閉環(huán)控制開(kāi)度，VGT閉環(huán)控制開(kāi)度與預(yù)設(shè)的VGT開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度之和、EGR閉環(huán)控制開(kāi)度與預(yù) 設(shè)的EGR開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度之和分別為VGT執(zhí)行器和EGR執(zhí)行器的控制開(kāi)度。
2.如權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)EGR與VGT控制方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)增壓壓 力目標(biāo)值、單缸進(jìn)氣量目標(biāo)值、VGT開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度、EGR開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度，PI閉環(huán)算法中的比例 系數(shù)、積分系數(shù)、積分上限、積分下限，油量上限、油量下限、轉(zhuǎn)速上限、轉(zhuǎn)速下限、VGT默認(rèn)開(kāi) 度、EGR默認(rèn)開(kāi)度，為發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)階段通過(guò)標(biāo)定試驗(yàn)得到。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)EGR與VGT控制方法，其特征在于，所述狀態(tài)監(jiān) 控模塊中根據(jù)傳感器信號(hào)得到當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)油量信號(hào)、換擋信號(hào)、起動(dòng)信號(hào)、系統(tǒng)故障信號(hào)、 轉(zhuǎn)速信號(hào)，當(dāng)滿足以下任一條件時(shí)認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)處于不適用閉環(huán)控制的工況a，發(fā)動(dòng)機(jī)噴射 油量高于所述預(yù)設(shè)油量上限；b，發(fā)動(dòng)機(jī)噴射油量低于所述預(yù)設(shè)油量上限；c，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超 過(guò)所述預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速上限；d，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于所述預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速下限；e，發(fā)動(dòng)機(jī)處于換擋過(guò)程中； f，發(fā)動(dòng)機(jī)處于起動(dòng)過(guò)程中；g，發(fā)動(dòng)機(jī)處于故障狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)EGR與VGT控制方法，其特征在于，所述步驟3) 中，所述閉環(huán)控制算法采用PI控制算法，并且I算法具有防飽和功能，滿足如下條件之一時(shí) 停止積分運(yùn)算1)積分項(xiàng)高于所述預(yù)設(shè)積分上限且最優(yōu)控制目標(biāo)高于實(shí)際控制目標(biāo)；2)積 分項(xiàng)低于所述預(yù)設(shè)積分下限且最優(yōu)控制目標(biāo)低于實(shí)際控制目標(biāo)。
5.如權(quán)利要求3所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)EGR與VGT控制方法，其特征在于，所述步驟3)中， 所述閉環(huán)控制算法采用PI控制算法，并且I算法具有防飽和功能，滿足如下條件之一時(shí)停 止積分運(yùn)算1)積分項(xiàng)高于所述預(yù)設(shè)積分上限且最優(yōu)控制目標(biāo)高于實(shí)際控制目標(biāo)；幻積分 項(xiàng)低于所述預(yù)設(shè)積分下限且最優(yōu)控制目標(biāo)低于實(shí)際控制目標(biāo)。
6.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1 5任一所述方法的發(fā)動(dòng)機(jī)EGR與VGT控制系統(tǒng)，其特征在于 包括發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器和VGT執(zhí)行器、EGR執(zhí)行器，由發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)控制，發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中 包括最優(yōu)控制目標(biāo)模塊、實(shí)際控制目標(biāo)模塊、控制系統(tǒng)模塊；最優(yōu)控制目標(biāo)模塊輸入端與傳 感器相連，輸出端與控制系統(tǒng)模塊相連；實(shí)際控制目標(biāo)模塊輸入端與傳感器相連，輸出端與 控制系統(tǒng)模塊相連；控制系統(tǒng)模塊輸入端與傳感器、最優(yōu)控制目標(biāo)模塊、實(shí)際控制目標(biāo)模塊相連，輸出端與VGT執(zhí)行器和EGR執(zhí)行器相連。
7.如權(quán)利要求6所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)EGR與VGT控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制系統(tǒng) 模塊中包括VGT開(kāi)環(huán)控制模塊、EGR開(kāi)環(huán)控制模塊、VGT閉環(huán)控制模塊、EGR閉環(huán)控制模塊、 狀態(tài)監(jiān)控模塊、VGT切換模塊、EGR切換模塊；VGT開(kāi)環(huán)控制模塊輸入端與傳感器相連，輸出端與VGT切換模塊相連； EGR開(kāi)環(huán)控制模塊輸入端與傳感器相連，輸出端與EGR切換模塊相連； 狀態(tài)監(jiān)控模塊輸入端與傳感器相連，輸出端分別與VGT切換模塊和EGR切換模塊相連；VGT閉環(huán)控制模塊的輸入端與最優(yōu)控制目標(biāo)模塊相連，輸出端與所述VGT開(kāi)環(huán)控制模 塊的輸出集合后，與VGT切換模塊相連；EGR閉環(huán)控制模塊的輸入端與最優(yōu)控制目標(biāo)模塊相連，輸出端與所述EGR開(kāi)環(huán)控制模 塊的輸出集合后，與EGR切換模塊相連；VGT切換模塊、EGR切換模塊的輸出端與所述VGT執(zhí)行器和EGR執(zhí)行器相連。
8.如權(quán)利要求7所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)EGR與VGT控制系統(tǒng)，其特征在于所述最優(yōu)控制目 標(biāo)模塊中預(yù)設(shè)有增壓壓力目標(biāo)值、單缸進(jìn)氣量目標(biāo)值，所述VGT開(kāi)環(huán)控制模塊中預(yù)設(shè)有VGT 開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度，所述EGR開(kāi)環(huán)控制模塊中預(yù)設(shè)有EGR開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度，所述VGT閉環(huán)控制模塊 和EGR閉環(huán)控制模塊中設(shè)置有PI閉環(huán)算法模塊，所述狀態(tài)監(jiān)控模塊中預(yù)設(shè)有油量上限、油 量下限、轉(zhuǎn)速上限、轉(zhuǎn)速下限、VGT默認(rèn)開(kāi)度、EGR默認(rèn)開(kāi)度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)EGR與VGT控制方法及系統(tǒng)，包括1)設(shè)置傳感器、VGT、EGR執(zhí)行器和發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)；2)預(yù)設(shè)各工況下增壓壓力目標(biāo)值，單缸進(jìn)氣量目標(biāo)值，VGT、EGR開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度、默認(rèn)開(kāi)度，PI閉環(huán)算法參數(shù)，油量上下限，轉(zhuǎn)速上下限；3)根據(jù)傳感器信號(hào)，最優(yōu)控制目標(biāo)模塊得到壓力目標(biāo)值、進(jìn)氣量目標(biāo)值，實(shí)際控制目標(biāo)模塊得到實(shí)測(cè)值，狀態(tài)監(jiān)控模塊判斷發(fā)動(dòng)機(jī)處于適用或不適用閉環(huán)控制的工況，分別輸出VGT、EGR默認(rèn)開(kāi)度控制執(zhí)行器；或以壓力目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值之差、進(jìn)氣量目標(biāo)值與實(shí)測(cè)量之差為輸入，得到VGT和EGR閉環(huán)控制開(kāi)度，再與預(yù)設(shè)開(kāi)環(huán)控制開(kāi)度相加，分別控制兩執(zhí)行器。本發(fā)明分情況采用閉環(huán)控制算法或開(kāi)環(huán)控制算法，從而擴(kuò)大了系統(tǒng)的應(yīng)用工況并改善了系統(tǒng)的控制效果。
文檔編號(hào)F02D23/00GK102135046SQ201110094588
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者張科勛, 李中, 李進(jìn), 楊福源, 歐陽(yáng)明高, 郝守剛 申請(qǐng)人:常州易控汽車(chē)電子有限公司, 清華大學(xué)