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      內(nèi)燃機的控制裝置以及控制方法與流程

      文檔序號:11816729閱讀:312來源:國知局
      內(nèi)燃機的控制裝置以及控制方法與流程

      本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機的控制裝置以及控制方法,其屬于發(fā)動機電子控制(ECU)的轉(zhuǎn)矩控制部分。



      背景技術(shù):

      在現(xiàn)有的汽車技術(shù)中,配置與內(nèi)燃機(也稱為發(fā)動機)匹配的渦輪增壓系統(tǒng)是提高發(fā)動機的經(jīng)濟性和動力性的常用技術(shù)手段。通過燃燒后的氣體對渦輪機做功并由渦輪機帶動壓氣機壓縮空氣,從而渦輪增壓系統(tǒng)提高了進入氣缸的空氣密度,提高了發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩輸出。

      通常,在發(fā)動機的渦輪機側(cè)配置廢氣旁通閥門(也稱為廢氣閥門),廢氣旁通閥門可以分為可連續(xù)調(diào)節(jié)型閥門和開關(guān)式閥門。在配置有開關(guān)式閥門的情況下,通過放掉部分尾氣以減少渦輪機功率來防止增壓壓力過高以及渦輪機轉(zhuǎn)速過高。在配置有可連續(xù)調(diào)節(jié)型廢氣閥門的發(fā)動機中,通過控制廢氣閥門的開度來改變渦輪機做功,進而改變增壓壓力,改變發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩輸出。與現(xiàn)有的由節(jié)氣閥門調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的方式相比,這樣的廢氣閥門轉(zhuǎn)矩控制方式在發(fā)動機的特定運行范圍內(nèi)可以減少泵氣損失,提高燃油經(jīng)濟性。

      例如,在專利文獻1以及專利文獻2中公開了這樣的轉(zhuǎn)矩控制方式。

      在專利文獻1中,公開了一種通過調(diào)節(jié)渦輪增壓系統(tǒng)的廢氣旁通閥門的開度來實現(xiàn)發(fā)動機轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的控制方法。如圖3所示,該發(fā)動機控制方法中,針對某種工況時節(jié)氣閥門的開度被設(shè)定為預(yù)定值,通過調(diào)節(jié)廢氣旁通閥門的開度來改變與發(fā)動機轉(zhuǎn)矩相關(guān)的空氣進氣量。其中,節(jié)氣閥門的預(yù)定值為閥門全開開度的85%-95%。

      另外,在專利文獻2中,公開了一種為了提高廢氣旁通閥門處于打開狀態(tài)時產(chǎn)生了加速要求的情況下的加速響應(yīng)性而將廢氣旁通閥門的開度設(shè)定為飽和最小開度的內(nèi)燃機的控制裝置。

      然而,在上述專利文獻1以及專利文獻2所公開的控制裝置中,以僅通過調(diào)節(jié)節(jié)氣閥門和廢氣旁通閥門中的一方的開度并且將另一方的開度設(shè)定為固定值的方式進行控制。然而,在發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)工況下,同一發(fā)動機轉(zhuǎn)矩對應(yīng)于多個不同的節(jié)氣閥門開度和廢氣閥門開度的組合。兩個閥門的不同開度的組合中,期望能夠兼顧良好的節(jié)油性能和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度(即加速性)的組合,但是,在多種組合中,節(jié)油性能和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度難以同時實現(xiàn),兩者是相互妥協(xié)的關(guān)系。在上述專利文獻1所公開的控制方法中,節(jié)氣閥門接近于全開,轉(zhuǎn)矩的控制通過調(diào)節(jié)廢氣閥門的開度來實現(xiàn),因此,與廢氣閥門全關(guān)而通過節(jié)氣閥門來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的方式相比,提高了節(jié)油性能,但是,加速性會顯著惡化。在上述專利文獻2所公開的控制裝置中,廢氣閥門接近于全開,轉(zhuǎn)矩的控制通過調(diào)節(jié)節(jié)氣閥門的開度來實現(xiàn),因此,與節(jié)氣閥門全關(guān)而通過廢氣閥門來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的方式相比,提高了加速性,但是,節(jié)油性能會顯著惡化。

      現(xiàn)有技術(shù)文獻

      專利文獻

      專利文獻1:中國專利申請公開CN103758647A號公報

      專利文獻2:中國專利申請公開CN102791988A號公報



      技術(shù)實現(xiàn)要素:

      本發(fā)明是有鑒于上述的問題而悉心研究的結(jié)果,其目的在于,提供一種新的內(nèi)燃機的控制裝置以及控制方法,其能夠兼顧良好的節(jié)油性能和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度(即加速性)。

      為了達成上述目的,本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機的控制裝置,其特征在于:是具備渦輪增壓系統(tǒng)、節(jié)氣閥門以及可連續(xù)調(diào)節(jié)的廢氣閥門的內(nèi)燃機的控制裝置,所述控制裝置基于駕駛員所設(shè)定的相對節(jié)油率α來控制所述節(jié)氣閥門的開度以及所述廢氣閥門的開度,所述相對節(jié)油率由下述式(1)定義,

      <mrow> <mi>&alpha;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>G</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>G</mi> <mi>B</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>G</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>G</mi> <mi>B</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow>

      其中,GA是所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩固定并且油耗最大的最耗油工況 下的油耗值,GB是所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩固定并且油耗最小的最節(jié)油工況下的油耗值,G是所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩固定并且對應(yīng)于α的第1工況下的油耗值,所述α是0以上且1以下的范圍內(nèi)的任意的值,所述GA以及所述GB是預(yù)先存儲于所述控制裝置的存儲單元中的值。這樣,通過基于駕駛員所設(shè)定的相對節(jié)油率α來控制節(jié)氣閥門的開度以及廢氣閥門的開度,從而能夠從發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)工況下的多個不同的節(jié)氣閥門開度和廢氣閥門開度的組合中選擇能夠兼顧良好的節(jié)油性能和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度(即加速性)的組合。而且,由于相對節(jié)油率α是體現(xiàn)節(jié)油性能和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度(即加速性)之間的妥協(xié)關(guān)系的指標,并且由駕駛員來設(shè)定,因此,駕駛員可以根據(jù)實際狀況來選擇偏向于節(jié)油性能的α(即,α的值大)的節(jié)氣閥門開度和廢氣閥門開度的組合或者選擇偏向于轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度(即加速性)的α(即,α的值小)的節(jié)氣閥門開度和廢氣閥門開度的組合,從而駕駛員能夠通過設(shè)定不同的α而快速且簡單地應(yīng)對需要加速或者需要節(jié)油的各種不同情況。

      另外,在本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機的控制裝置中,優(yōu)選,所述節(jié)氣閥門的開度由下述式(2)計算,

      <mrow> <mi>X</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>X</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>&alpha;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>X</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>X</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&alpha;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&alpha;</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow>

      其中,X為所述第1工況下的所述節(jié)氣閥門的開度,X0為與所述第1工況相鄰的第2工況下的所述節(jié)氣閥門的開度,X1為與所述第1工況相鄰的第3工況下的所述節(jié)氣閥門的開度,α0為所述第2工況下的相對節(jié)油率,α1為所述第3工況下的相對節(jié)油率,所述X0、所述X1、所述α0、所述α1是預(yù)先存儲于所述控制裝置的所述存儲單元中的值。

      另外,在本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機的控制裝置中,優(yōu)選,在所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩固定的情況下,所述節(jié)氣閥門的開度與所述廢氣閥門的開度的關(guān)系式為下述式(3),

      Y=a0+a1X+…an-1Xn-1+anXn …(3),

      其中,Y為所述第1工況下的所述廢氣閥門的開度,{a0,a1…an-1,an}是預(yù)先存儲于所述控制裝置的所述存儲單元中的多項式的系數(shù),n為預(yù)先存儲于所述控制裝置的所述存儲單元中的自然數(shù)。

      另外,在本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機的控制裝置中,優(yōu)選,所述節(jié)氣閥門的開度為最小飽和開度以下,所述最小飽和開度為與βsat對應(yīng)的開度,所述βsat由下述式(4)定義,

      <mrow> <msub> <mi>&beta;</mi> <mi>sat</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&Delta;Q</mi> <mo>/</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mi>max</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mi>&Delta;X</mi> <mo>/</mo> <msub> <mi>X</mi> <mi>max</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow>

      其中ΔQ為流量的變化值,Qmax為最大流量值,ΔX為所述節(jié)氣閥門的開度的變化量,Xmax為所述節(jié)氣閥門的最大開度。這樣,在設(shè)置了最小飽和開度時,閥門的無用行程被排除,因此,在目標轉(zhuǎn)矩下降而閥門需要關(guān)小時,設(shè)置了最小飽和開度的閥門執(zhí)行器的響應(yīng)更快,由此相應(yīng)地會使實際轉(zhuǎn)矩響應(yīng)更快。

      另外,在本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機的控制裝置中,優(yōu)選,所述βsat滿足0≤βsat≤1%的關(guān)系。

      本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機的控制方法,其特征在于:是具備渦輪增壓系統(tǒng)、節(jié)氣閥門以及可連續(xù)調(diào)節(jié)的廢氣閥門的內(nèi)燃機的控制方法,通過控制裝置,基于駕駛員所設(shè)定的相對節(jié)油率α來控制所述節(jié)氣閥門的開度以及所述廢氣閥門的開度,所述相對節(jié)油率由下述式(1)定義,

      <mrow> <mi>&alpha;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>G</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>G</mi> <mi>B</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>G</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>G</mi> <mi>B</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow>

      其中,GA是所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩固定并且油耗最大的最耗油工況下的油耗值,GB是所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩固定并且油耗最小的最節(jié)油工況下的油耗值,G是所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩固定并且對應(yīng)于α的第1工況下的油耗值,所述α是0以上且1以下的范圍內(nèi)的任意的值,所述GA以及所述GB是預(yù)先存儲于所述控制裝置的存儲單元中的值。

      根據(jù)本發(fā)明,提供了一種新的內(nèi)燃機的控制裝置以及控制方法,其能夠兼顧良好的節(jié)油性能和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度(即加速性)。

      附圖說明

      圖1是表示本發(fā)明的內(nèi)燃機的大致系統(tǒng)構(gòu)成的示意圖。

      圖2是表示用于轉(zhuǎn)矩控制時的發(fā)動機的運行范圍的示意圖。

      圖3是表示專利文獻1中的計算閥門開度的流程圖。

      圖4是表示本發(fā)明所要解決的課題的示意圖。

      圖5是本發(fā)明中的ECU計算模塊的說明圖。

      圖6是表示本發(fā)明中的計算閥門開度的流程圖。

      圖7是說明本發(fā)明中的計算閥門開度的方法的圖。

      圖8是本發(fā)明中的最小飽和開度的說明圖。

      圖9是表示最小飽和開度與全開閥門控制方式的效果的差異的說明圖。

      具體實施方式

      以下,參照附圖,對本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式進行詳細的說明。在此,在附圖的說明中,對相同或者相當(dāng)?shù)囊貥擞浵嗤姆?,省略重?fù)的說明。

      圖1是表示本發(fā)明的內(nèi)燃機(以下,也稱為發(fā)動機)的大致系統(tǒng)構(gòu)成的示意圖。系統(tǒng)由內(nèi)燃機構(gòu)以及與其相連的進氣管路和排氣管路構(gòu)成。進氣管路中配置有空氣流量計1,空氣流量計1中內(nèi)置有氣體溫度傳感器。在空氣流量計1的下游配置有壓力傳感器2。在壓力傳感器2的下游配置有壓氣機3。在壓氣機3的下游配置有控制進入氣缸內(nèi)空氣量的節(jié)氣閥門4。節(jié)氣閥門4是可以獨立于油門踏板開度的閥門開度可以單獨控制的電子式節(jié)氣閥門。節(jié)氣閥門的下游與進氣歧管相連接。內(nèi)燃機構(gòu)中氣缸進氣口處配置有噴油器5。氣缸頂部配置有可將燃油和空氣的混合氣點燃的火花塞6。每個氣缸配置有進氣門和排氣門7。氣缸上配置有可以檢測敲缸現(xiàn)象的爆震傳感器。與氣缸活塞相連接的曲軸配置有曲軸角度傳感器8,基于曲軸角度傳感器的信號可以得到發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。排氣管路中配置有渦輪機9。渦輪機與壓氣機同軸相連,將部分尾氣內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械功壓縮空氣。在渦輪機9的下游配置有空燃比傳感器10,根據(jù)空燃比傳感器檢測的結(jié)果調(diào)節(jié)噴油量使其達到目標空燃比。在空燃比傳感器的下游配置有催化轉(zhuǎn)化裝置11,其可以凈化尾氣中的一氧化碳、氮氧化物和碳氫化合物。

      如圖1所示,發(fā)動機控制單元ECU(Electronic Control Unit)12通過CAN總線與發(fā)動機各傳感器和執(zhí)行機構(gòu)相連接。發(fā)動機ECU12接受各傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù),然后經(jīng)過內(nèi)部程序計算將計算結(jié)果輸出到各執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動裝置。本發(fā)明所涉及的控制方法儲存于ECU12的內(nèi) 部。

      如圖1所示,在連接渦輪機9的上游和下游的分支管路中配置有可連續(xù)調(diào)節(jié)的廢氣旁通閥門13,該廢氣旁通閥門13的開度由電動馬達驅(qū)動。在該裝置中,通過調(diào)節(jié)廢氣旁通閥門的開度來改變旁通閥門的旁通流量比例進而改變渦輪機功率和壓氣機功率。

      圖2是表示專利文獻1中的轉(zhuǎn)矩控制時發(fā)動機的運行范圍的示意圖。根據(jù)渦輪增壓系統(tǒng)的工作界限將發(fā)動機運行范圍分為增壓區(qū)域與非增壓區(qū)域。其中,在非增壓區(qū)域由于發(fā)動機廢氣流量很小,渦輪增壓系統(tǒng)增壓效果很小。在增壓區(qū)域,通過調(diào)節(jié)渦輪機廢氣旁通閥門的開度,可以改變通過渦輪機廢氣旁通閥門的廢氣流量,進而改變渦輪機的功率,進而改變壓氣機功率,進而改變增壓壓力,進而改變吸入氣缸空氣量來改變發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩。在附圖標記201所示的增壓區(qū)域內(nèi),相比于廢氣閥門全關(guān)而由節(jié)氣閥門調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩控制方式,通過廢氣閥門來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的控制方式可以減少發(fā)動機泵氣損失,有較好的節(jié)油效果。

      圖3是表示專利文獻1中的計算廢氣閥門開度的流程圖。該發(fā)動機控制方法中針對某種工況時節(jié)氣閥門的開度被設(shè)置為預(yù)定值,通過調(diào)節(jié)廢氣旁通閥門的開度來改變與發(fā)動機轉(zhuǎn)矩相關(guān)的空氣進氣量。其中,節(jié)氣閥門的預(yù)定值為閥門全開開度的85%-95%。

      圖4是表示本發(fā)明所要解決的課題的示意圖,即發(fā)動機在不同節(jié)氣閥門和廢氣閥門的控制方案中節(jié)油性能和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度(即加速性)矛盾的說明圖。如圖4所示,在發(fā)動機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為3000rpm時,在不同廢氣閥門的開度情況下,隨著節(jié)氣閥門的開度變化,發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)曲線也不同。如附圖標記401所示的區(qū)域那樣,在轉(zhuǎn)速3000rpm且轉(zhuǎn)矩100Nm的穩(wěn)態(tài)工作點,對應(yīng)有多個節(jié)氣閥門和廢氣閥門的開度的組合。在各種組合之中,在A點(廢氣閥門全關(guān)、節(jié)氣閥門打開40度)時發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度(即加速性)最快但是最耗油,而在B點(廢氣閥門全開、節(jié)氣閥門打開90度)時發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度最慢但是最節(jié)油。

      在A點和B點之間的閥門組合代表了在節(jié)油性能和響應(yīng)特性之間的折衷控制方案。

      圖5是本發(fā)明中的ECU計算模塊的說明圖。如圖5所述,ECU12具備相對節(jié)油率設(shè)定單元121、油門踏板計算單元122、發(fā)動機轉(zhuǎn)速計算單元123、以及開度計算單元124。

      具體來說,相對節(jié)油率設(shè)定單元121輸入由駕駛員離線設(shè)定的相對節(jié)油率α,油門踏板計算單元122接收由油門踏板傳感器測量的油門踏板的開度值,發(fā)動機轉(zhuǎn)速計算單元123接收由發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器測量的發(fā)動機轉(zhuǎn)速值,然后,這些相對節(jié)油率α、油門踏板的開度值、發(fā)動機轉(zhuǎn)速值被輸入到開度計算單元124,開度計算單元124基于油門踏板的開度值和發(fā)動機轉(zhuǎn)速值來確定發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)工作點(即,從預(yù)先存儲于ECU12的存儲單元中的下述GA、GB、X0、X1、α0、α1、{a0,a1…an-1,an}、n的各組數(shù)據(jù)中選擇對應(yīng)于該穩(wěn)態(tài)工作點的一組數(shù)據(jù)),然后,基于相對節(jié)油率α,并由下述式計算節(jié)氣閥門的開度和廢氣閥門的開度并輸出。

      圖6是表示本發(fā)明中的計算閥門開度的流程圖。步驟501是根據(jù)油門踏板傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器的數(shù)據(jù)來計算出目標轉(zhuǎn)矩。步驟502是根據(jù)目標轉(zhuǎn)矩來找出存儲在ECU12的存儲單元中的相鄰點的實測數(shù)據(jù)和函數(shù)。步驟503是根據(jù)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩找出對應(yīng)組合多項式函數(shù)。步驟504是根據(jù)組合多項式曲線和作為調(diào)節(jié)因子的相對節(jié)油率來計算出節(jié)氣閥門和廢氣閥門的開度。步驟505是計算節(jié)氣閥門和廢氣閥門驅(qū)動裝置的輸出。如圖6所示,與現(xiàn)有技術(shù)不同,本發(fā)明中的節(jié)氣閥門與廢氣閥門的開度依據(jù)多項式函數(shù)和調(diào)節(jié)因子(即相對節(jié)油率)來計算而得出。

      圖7是說明本發(fā)明中的計算閥門開度的方法的圖。針對某目標轉(zhuǎn)矩,采用駕駛員設(shè)定的調(diào)節(jié)因子(即相對節(jié)油率),平衡耗油和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快速性的矛盾。例如發(fā)動機在轉(zhuǎn)速3000rpm、100Nm的目標轉(zhuǎn)矩時,在多種閥門的組合方式中,A點為最耗油,B點為最節(jié)油。(X0,Y00,G0),(X1,Y11,G1),(XA,YAA,GA),(XB,YBB,GB)分別為某發(fā)動機運行工況點的各種組合下的節(jié)氣閥門的開度、廢氣閥門的開度、相對節(jié)油率、油耗值。其中某一節(jié)點α的相對節(jié)油率定義如下:

      <mrow> <mi>&alpha;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>G</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>G</mi> <mi>B</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>G</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>G</mi> <mi>B</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>

      其中,GA是內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩固定并且油耗最大的最耗油工況下的油耗值,GB是內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩固定并且油耗最小的最節(jié)油工況下的油耗值,G是內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩固定并且對應(yīng)于α的第1工況下的油耗值,α是0以上且1以下的范圍內(nèi)的任意的值,GA以及GB是預(yù)先存儲于控制裝置的存儲單元中的值。

      在本實施方式中,調(diào)節(jié)因子α為相對節(jié)油率,由公式可知,0≤α≤1,在相對節(jié)油率α的值是0的情況下,是指最節(jié)油但是響應(yīng)特性最慢,在相對節(jié)油率α的值是1的情況下,是指最耗油但是響應(yīng)特性最快。通過設(shè)定的相對節(jié)油率α和標定的數(shù)據(jù)GA、GB、X0、X1、α0、α1、{a0,a1…an-1,an}、n,節(jié)氣閥門的開度可以由下述一維插值公式計算而得出:

      <mrow> <mi>X</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>X</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>&alpha;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>X</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>X</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&alpha;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&alpha;</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>

      其中,X為第1工況下的節(jié)氣閥門的開度,X0為與第1工況相鄰的第2工況下的節(jié)氣閥門的開度,X1為與第1工況相鄰的第3工況下的節(jié)氣閥門的開度,α0為第2工況下的相對節(jié)油率,α1為第3工況下的相對節(jié)油率,X0、X1、α0、α1是預(yù)先存儲于控制裝置的存儲單元中的值。

      另外,廢氣閥門的開度可以由下述多項式計算而得出:

      Y=a0+a1X+…an-1Xn-1+anXn

      其中,Y為第1工況下的廢氣閥門的開度,{a0,a1…an-1,an}是預(yù)先存儲于控制裝置的存儲單元中的多項式的系數(shù),n為預(yù)先存儲于控制裝置的存儲單元中的自然數(shù)。

      關(guān)于待辨識的多項式的系數(shù){a0,a1…an-1,an},本發(fā)明中,采用根據(jù)赤池信息量準則來選擇多項式次數(shù)。赤池信息量準則(Akaike information criterion,簡稱AIC)是評估統(tǒng)計模型的復(fù)雜度和衡量統(tǒng)計模型擬合的優(yōu)良性的一種標準。赤池信息量準則的公式如下:

      <mrow> <mi>AIC</mi> <mo>=</mo> <mn>2</mn> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mi>N</mi> <mi>ln</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mi>Rss</mi> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

      其中,k為多項式系數(shù)的個數(shù),N為數(shù)據(jù)的觀察數(shù),Rss為殘差平方和。AIC鼓勵數(shù)據(jù)擬合的優(yōu)良性但是盡量避免出現(xiàn)過度擬合 (Overfitting)的情況。所以根據(jù)AIC準則選擇的模型應(yīng)是AIC值最小的那一個。

      圖8是本發(fā)明中的最小飽和開度的說明圖。在現(xiàn)有技術(shù)中,在實際控制過程中閥門的最大開度為全開或者基本上全開。在本發(fā)明中,閥門的最大開度被限制在最小飽和開度之內(nèi)。由于發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速時,最大流量Qmax不同,在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速時有部分的閥門行程對流量的調(diào)節(jié)基本無影響。最小飽和開度定義為與βsat對應(yīng)的開度,βsat由下述式定義:

      <mrow> <msub> <mi>&beta;</mi> <mi>sat</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&Delta;Q</mi> <mo>/</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mi>max</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mi>&Delta;X</mi> <mo>/</mo> <msub> <mi>X</mi> <mi>max</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>

      其中ΔQ為流量的變化值,Qmax為最大流量值,ΔX為節(jié)氣閥門的開度的變化量,Xmax為節(jié)氣閥門的最大開度。

      βsat可以定義為某個范圍,例如0-0.1%。βsat所對應(yīng)的閥門的開度即為最小飽和開度Xsat。在此,發(fā)動機的轉(zhuǎn)速不同,則對應(yīng)的最小飽和開度也不同,最小飽和開度Xsat需要通過發(fā)動機標定來確定。

      圖9是表示最小飽和開度與全開閥門控制方式的效果的差異的說明圖。相對于全開節(jié)氣閥門,在設(shè)置了最小飽和開度時,閥門的無用行程被排除。因此,在目標轉(zhuǎn)矩下降而閥門需要關(guān)小時,設(shè)置了最小飽和開度的閥門執(zhí)行器的響應(yīng)更快,由此相應(yīng)地會使實際轉(zhuǎn)矩響應(yīng)更快。

      如以上所述,本發(fā)明提出了一種新的節(jié)氣閥門以及廢氣閥門的控制方法??刂品椒ㄖ械闹饕K均以包含輸入輸出物理量公式的形式在上述實施方式中給出。關(guān)于控制方法中涉及到的模型參數(shù),本實施方式給出了針對本模型的參數(shù)辨識的具體步驟。為了便于相關(guān)技術(shù)人員理解,本實施方式給出了辨識所需要的數(shù)據(jù)、辨識所采用的算法和部分的結(jié)果。

      在以上的實施方式中,發(fā)動機的廢氣閥門為由電動馬達驅(qū)動的廢氣閥門,但也可以選擇其他可連續(xù)調(diào)節(jié)的機械式廢氣閥門。在以上的實施方式中,吸入氣筒內(nèi)的空氣量由空氣流量傳感器測量,但也可以通過其他類型的傳感器測量,例如壓力傳感器等。

      如以上所述,節(jié)油性能與快速響應(yīng)性能中存在妥協(xié)折衷的課題,本發(fā)明采用基于駕駛員所設(shè)定調(diào)節(jié)因子、即相對節(jié)油率的控制方法。 其目的是通過駕駛員根據(jù)自身需求設(shè)置的調(diào)節(jié)因子,通過調(diào)節(jié)節(jié)氣閥門和廢氣閥門的開度來實現(xiàn)節(jié)油性能與快速響應(yīng)性能之間的折衷控制方案。另外,在發(fā)動機轉(zhuǎn)速低且空氣流量小的工況下,節(jié)氣閥門接近于全開也會使以后的響應(yīng)變慢。在本發(fā)明的控制方案中,通過設(shè)置閥門的最小飽和開度來避免閥門過度打開的問題。

      如以上所述,本發(fā)明中,首先,通過油門踏板開度和發(fā)動機轉(zhuǎn)速來計算發(fā)動機目標轉(zhuǎn)矩、基于該目標轉(zhuǎn)矩和實測的發(fā)動機轉(zhuǎn)速來找出ECU內(nèi)所存儲的閥門開度多項式函數(shù)、基于該閥門開度多項式函數(shù)和調(diào)節(jié)因子來計算出節(jié)氣閥門和廢氣閥門開度、基于這些閥門開度來計算節(jié)氣閥門和廢氣閥門的閥門驅(qū)動裝置驅(qū)動信號。其中,閥門開度多項式函數(shù)中的參數(shù)通過設(shè)計實驗采集數(shù)據(jù)并通過系統(tǒng)辨識獲得并且已經(jīng)預(yù)先存儲于存儲單元中。

      如以上所述,在本發(fā)明中,通過基于駕駛員所設(shè)定的相對節(jié)油率α來控制節(jié)氣閥門的開度以及廢氣閥門的開度,從而能夠從發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)工況下的多個不同的節(jié)氣閥門開度和廢氣閥門開度的組合中選擇能夠兼顧良好的節(jié)油性能和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度(即加速性)的組合。而且,由于相對節(jié)油率α是體現(xiàn)節(jié)油性能和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度(即加速性)之間的妥協(xié)關(guān)系的指標,并且由駕駛員來設(shè)定,因此,駕駛員可以根據(jù)實際狀況來選擇偏向于節(jié)油性能的α(即,α的值大)的節(jié)氣閥門開度和廢氣閥門開度的組合或者選擇偏向于轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度(即加速性)的α(即,α的值小)的節(jié)氣閥門開度和廢氣閥門開度的組合,從而駕駛員能夠通過設(shè)定不同的α而快速且簡單地應(yīng)對需要加速或者需要節(jié)油的各種不同情況。

      以上,對本發(fā)明的實施方式進行了說明,本領(lǐng)域技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明的實質(zhì)精神和范圍的情況下可以根據(jù)需要對本發(fā)明進行變形和變化。這些變形和變化均落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。

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