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      基于壓力比的節(jié)氣門控制系統(tǒng)和方法_5

      文檔序號:9823863閱讀:來源:國知局
      標(biāo)進(jìn)氣凸輪相位器角度269的N個(gè)值的序列中的 N個(gè)值的第一值,并且將目標(biāo)排氣凸輪相位器角度270設(shè)置為用于目標(biāo)排氣凸輪相位器角 度270的N個(gè)值的序列中的N個(gè)值的第一值。
      [013引在下一個(gè)控制回路期間,MPC模塊312識別可能序列、產(chǎn)生用于可能序列的預(yù)測參 數(shù)、確定可能序列中的每一個(gè)的成本、選擇可能序列中的一個(gè)并且將目標(biāo)值266、268至270 和320分別設(shè)置為選定可能序列中的那些值中的第一值。此過程對于每一個(gè)控制回路繼 續(xù)。
      [0139] 目標(biāo)約束模塊360 (參見圖2)設(shè)置用于目標(biāo)值266、268至270和320中的每一個(gè) 的目標(biāo)約束348。換言之,目標(biāo)約束模塊360設(shè)置用于目標(biāo)壓力比320的目標(biāo)約束、用于目 標(biāo)EGR開口面積268的目標(biāo)約束、用于目標(biāo)廢氣口開口面積266的目標(biāo)約束、用于目標(biāo)進(jìn)氣 凸輪相位器角度269的目標(biāo)約束W及用于目標(biāo)排氣凸輪相位器角度270的目標(biāo)約束。
      [0140] 用于目標(biāo)值266、268至270和320中的每一個(gè)值的目標(biāo)約束348可W包括用于相 關(guān)目標(biāo)值的最大值和用于那個(gè)目標(biāo)值的最小值。目標(biāo)約束模塊360通??蒞分別將目標(biāo)約 束348設(shè)置為用于目標(biāo)壓力比320、EGR閥170、廢氣口 162、進(jìn)氣凸輪相位器148 W及排氣 凸輪相位器150的預(yù)定操作范圍。然而,目標(biāo)約束模塊360在某些情況下可W改變目標(biāo)約 束348中的一個(gè)或多個(gè)。
      [0141] 對于目標(biāo)壓力比320,最大值可W對應(yīng)于橫跨節(jié)氣口閥112的最大可能壓力比。 僅舉例而言,當(dāng)壓力比被表達(dá)為百分比時(shí)(即,入口壓力*100/出口壓力),最大值可W是約 99. 7或另一個(gè)適合的值。用于目標(biāo)壓力比320的最小值可W基于橫跨節(jié)氣口閥112的最 小壓力比來設(shè)置W維持適當(dāng)燃燒。用于目標(biāo)壓力比320的最小值可W變化。目標(biāo)約束模塊 360可W例如使用函數(shù)或映射基于一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件來確定用于目標(biāo)壓力比的最 小值。
      [0142] 預(yù)測約束模塊364 (參見圖2)設(shè)置用于發(fā)動(dòng)機(jī)102的預(yù)測扭矩輸出、預(yù)測CA50、 IMEP的預(yù)測C0V、預(yù)測剩余稀釋W(xué)及預(yù)測外部稀釋的預(yù)測約束352。用于預(yù)測值中每一個(gè) 值的預(yù)測約束352可W包括用于相關(guān)的預(yù)測參數(shù)的最大值和用于那個(gè)預(yù)測參數(shù)的最小值。 例如,預(yù)測約束352可W包括最小扭矩、最大扭矩、最小CA50和最大CA50、IMEP的最小COV 和IMEP的最大C0V、最小剩余稀釋和最大剩余稀釋W(xué)及最小外部稀釋和最大外部稀釋。
      [0143] 預(yù)測約束模塊364通??蒞分別將預(yù)測約束352設(shè)置為用于相關(guān)的預(yù)測參數(shù)的預(yù) 定范圍。然而,預(yù)測約束模塊364在一些情況下可W改變預(yù)測約束352中的一個(gè)或多個(gè)。
      [0144] 參考模塊368 (參見圖2)分別產(chǎn)生用于目標(biāo)值266、268至270和320的參考值 356。參考值356包括用于目標(biāo)值266、268至270和320中的每一個(gè)的參考。換言之,參考 值356包括參考廢氣口開口面積、橫跨節(jié)氣口閥112的參考壓力比、參考EGR開口面積、參 考進(jìn)氣凸輪相位器角度W及參考排氣凸輪相位器角度。
      [0145] 參考模塊368可W例如基于空氣扭矩請求265和/或基礎(chǔ)空氣扭矩請求308來確 定參考值356。參考值356分別提供用于設(shè)置目標(biāo)值266、268至270和320的參考。參考 值356可W用來確定用于可能序列的成本值,如下文進(jìn)一步論述。還可W鑒于一個(gè)或多個(gè) 其他原因來使用參考值356,諸如由序列確定模塊316用來確定可能序列。
      [0146] 作為產(chǎn)生可能目標(biāo)值的序列和確定每個(gè)序列的成本的替代或添加,MPC模塊312 可W使用凸優(yōu)化技術(shù)來識別具有最低成本的可能目標(biāo)值的序列。例如,MPC模塊312可W 使用二次規(guī)劃(QP)解算器(諸如丹齊格QP解算器)來確定目標(biāo)值266、268至270和320。 在另一個(gè)實(shí)例中,MPC模塊312可W產(chǎn)生用于目標(biāo)值266、268至270和320的可能序列的 成本值的面,并且基于成本面的斜率來識別具有最低成本的可能目標(biāo)值序列。MPC模塊312 隨后可W測試那個(gè)可能目標(biāo)值序列W確定那個(gè)可能目標(biāo)值序列是否滿足目標(biāo)約束348。如 果滿足,則MPC模塊312可W分別將目標(biāo)值266、268至270和320設(shè)置為那個(gè)選定的可能 序列中的N個(gè)值中的第一值,如W上所論述。
      [0147] 如果不滿足目標(biāo)約束348,則MPC模塊312選擇具有下一個(gè)最低成本的另一個(gè)可能 目標(biāo)值序列,并且測試那個(gè)可能目標(biāo)值序列W用于滿足目標(biāo)約束348。選擇序列和測試該序 列W滿足目標(biāo)約束348的過程可W稱為迭代。在每個(gè)控制回路期間可W執(zhí)行多個(gè)迭代。
      [0148] MPC模塊312執(zhí)行迭代直到識別出滿足目標(biāo)約束348的具有最低成本的序列。W 此方式,MPC模塊312選擇具有最低成本同時(shí)滿足目標(biāo)約束348和預(yù)測約束352的可能目 標(biāo)值序列。如果不能識別出序列,則MPC模塊312可W指示不可獲得解決方案。
      [0149] 成本模塊332可W基于W下各項(xiàng)之間的關(guān)系來確定用于目標(biāo)值266、268至270和 320的可能序列的成本:預(yù)測扭矩與扭矩請求;可能目標(biāo)值與相應(yīng)目標(biāo)約束348 ;預(yù)測參數(shù) 與相應(yīng)預(yù)測約束352 及可能目標(biāo)值與相應(yīng)參考值356。所述關(guān)系可W例如被加權(quán)W控制 每個(gè)關(guān)系對成本的影響。
      [0150] 僅舉例而言,成本模塊332可W基于或使用W下方程來確定用于目標(biāo)值266、268 至270和320的可能序列的成本:
      該關(guān)系受制于目標(biāo)約束348和預(yù)測約束352。Cost是用于目標(biāo)值266、268至270和 320的可能序列的成本,TPi是用于N個(gè)控制回路中的第i個(gè)控制回路的發(fā)動(dòng)機(jī)102的預(yù)測 扭矩,BAT化是用于N個(gè)控制回路中的第i個(gè)控制回路的基礎(chǔ)空氣扭矩請求,并且WT是與 預(yù)測扭矩與扭矩請求之間的關(guān)系相關(guān)的加權(quán)值。BATRi是基礎(chǔ)空氣扭矩請求308。在各個(gè) 實(shí)施中,BATR BATRz-BATRw也可W被設(shè)置為基礎(chǔ)空氣扭矩請求308,或者BATRz-BATRw可W 基于N個(gè)控制回路中的未來回路的未來發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩請求來設(shè)置。
      [0151] P是與預(yù)測約束352的滿足相關(guān)的加權(quán)值。e是成本模塊332可W基于預(yù)測約 束352是否將被滿足來設(shè)置的變量。例如,當(dāng)預(yù)測參數(shù)大于或小于對應(yīng)的最小或最大值(例 如,至少預(yù)定量)時(shí),成本模塊332可W增加 e。當(dāng)滿足所有預(yù)測約束352時(shí),成本模塊332 可W將e設(shè)置為零。P可W大于加權(quán)值wT和下文論述的其他加權(quán)值(wPR、wWG、wEGR、 wIP、wEP),運(yùn)樣使得如果未滿足預(yù)測約束352中的一個(gè)或多個(gè)則對于可能序列確定的成本 將大。運(yùn)可W幫助防止選擇其中未滿足預(yù)測約束352中的一個(gè)或多個(gè)的可能序列。
      [0152] W上方程可W例如擴(kuò)展為:
      該關(guān)系也受制于目標(biāo)約束348和預(yù)測約束352。PTP化是用于N個(gè)控制回路中的第i 個(gè)控制回路的橫跨節(jié)氣口閥112的可能目標(biāo)壓力比,PRRef是橫跨節(jié)氣口閥112的參考壓 力比,并且wH?是與可能目標(biāo)壓力比與參考壓力比之間的關(guān)系相關(guān)的加權(quán)值。PTWGOi用于 N個(gè)控制回路中的第i個(gè)控制回路的可能目標(biāo)廢氣口開度,WGORef是參考廢氣口開度,并且 wWG是與可能目標(biāo)廢氣口開度與參考廢氣口開度之間的關(guān)系相關(guān)的加權(quán)值。
      [0153] PTEGROi是用于N個(gè)控制回路的第i個(gè)控制回路的可能目標(biāo)EGR開度,EGRRef是 參考EGR開度,并且WEGR是與可能目標(biāo)EGR開度與參考EGR開度之間的關(guān)系相關(guān)的加權(quán)值。 PTICi是用于N個(gè)控制回路的第i個(gè)控制回路的可能目標(biāo)進(jìn)氣凸輪相位器角度,ICPRef是 參考進(jìn)氣凸輪相位器角度,并且WlP是與可能目標(biāo)進(jìn)氣凸輪相位器角度與參考進(jìn)氣凸輪相 位器角度之間的關(guān)系相關(guān)的加權(quán)值。PTECi是用于N個(gè)控制回路的第i個(gè)控制回路的可能 目標(biāo)排氣凸輪相位器角度,ECPRef是參考排氣凸輪相位器角度,并且WEP是與可能目標(biāo)排 氣凸輪相位器角度與參考排氣凸輪相位器角度之間的關(guān)系相關(guān)的加權(quán)值。
      [0154] 加權(quán)值wT可W大于加權(quán)值wPR、wWG、wEGR、WlP和wEP。W此方式,預(yù)測發(fā)動(dòng)機(jī)扭 矩與基礎(chǔ)空氣扭矩請求之間的關(guān)系對成本具有較大影響,且因此對可能序列中的一個(gè)的選 擇具有較大影響,如W下進(jìn)一步論述。成本隨著預(yù)測發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩與基礎(chǔ)空氣扭矩請求之間 的差異增加而增加,且反之亦然。
      [015引加權(quán)值wPR、wWG、wEGR、WlP和wEP可W小于所有其他加權(quán)值。W此方式,在穩(wěn)態(tài) 操作過程中,目標(biāo)值266、268至270和320可W分別接近參考值356或者處于所述參考值。 然而,在瞬間操作過程中,MPC模塊312可W調(diào)整目標(biāo)值266、268至270和320遠(yuǎn)離參考值 356 W實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)空氣扭矩請求308,同時(shí)滿足目標(biāo)約束348和預(yù)測約束352。
      [0156] 面積模塊372 (圖3)基于橫跨節(jié)氣口閥112的目標(biāo)壓力比320來確定目標(biāo)節(jié)氣口 開口面積267。圖4包括面積模塊372的示例性實(shí)施的功能方框。
      [0157] 現(xiàn)在參照圖3和4,目標(biāo)MAP模塊404基于橫跨節(jié)氣口閥112的目標(biāo)壓力比320 和節(jié)氣口入口空氣壓力(TIAPM12來確定目標(biāo)MAP 408。目標(biāo)MAP模塊404使用將目標(biāo)壓 力比320和TIAP 412與目標(biāo)MAP 408相關(guān)的函數(shù)或映射來確定目標(biāo)MAP 408。例如,目標(biāo) MAP模塊404可W基于或使用W下方程來確定目標(biāo)MAP 408 :
      其中TargetMAP是目標(biāo)MAP 408,TPR是橫跨節(jié)氣口閥112的目標(biāo)壓力比320,并且TIAP 是TIAP 412。TIAP 412可W使用TIAP傳感器191來測量。在目標(biāo)壓力比320被表達(dá)為百 分比的實(shí)施中,除法的結(jié)果也可W除W 100。
      [0158] 目標(biāo)APC模塊416基于目標(biāo)MAP 408、目標(biāo)進(jìn)氣凸輪相位器角度269和目標(biāo)排氣凸 輪相位器角度270來確定目標(biāo)每汽缸空氣(APC)質(zhì)量420。例如,目標(biāo)APC模塊416使用將 目標(biāo)MAP、目標(biāo)進(jìn)氣凸輪相位器角度和目標(biāo)排氣凸輪相位器角度270與目標(biāo)APC相關(guān)的函數(shù) 和映射中的一個(gè)來確定目標(biāo)APC 420。
      [0159] 目標(biāo)MAF模塊424基于目標(biāo)APC 420、發(fā)動(dòng)機(jī)速度432和發(fā)動(dòng)機(jī)102的啟動(dòng)的汽缸 436的數(shù)量來確定目標(biāo)質(zhì)量空氣流率(MAFM28。啟動(dòng)的汽缸436的數(shù)量對應(yīng)于被啟動(dòng)的發(fā) 動(dòng)機(jī)102的汽缸數(shù)量。發(fā)動(dòng)機(jī)速度432可W基于使用曲軸位置傳感器180測量出的曲軸位 置來確定。目標(biāo)MAF模塊424使用將目標(biāo)APC、發(fā)動(dòng)機(jī)速度和啟動(dòng)的汽缸數(shù)量與目標(biāo)MAF相 關(guān)的函數(shù)和映射中的一個(gè)來確定目標(biāo)MAF 428。例如,目標(biāo)MAF模塊424可W基于或使用W 下方程來確定MF 428 :
      其中TargetMAF是目標(biāo)MFA 428, TAPC是目標(biāo)APC 420,切Is是啟動(dòng)的汽缸436的數(shù) 量,并且RPM是發(fā)動(dòng)機(jī)速度432。值120000是示例性值并且可W對于不同發(fā)動(dòng)機(jī)而言不同。 點(diǎn)火周期或者汽缸的點(diǎn)火事件之間的周期可W是120000/(cyls*RPM)。目標(biāo)MAF 428 (例 如,W g/s為單位)可W基于目標(biāo)APC 420除W點(diǎn)火周期來確定,運(yùn)樣提供W上方程。
      [0160] 目標(biāo)面積模塊440基于目標(biāo)MAF 428來確定用于節(jié)氣口閥112的目標(biāo)節(jié)氣口開口 面積267。目標(biāo)面積模塊440進(jìn)一步基于橫跨節(jié)氣口閥112的目標(biāo)壓力比320和TIAP 412 來確定目標(biāo)節(jié)氣口開口面積267。目標(biāo)面積模塊440使用將目標(biāo)MAF、目標(biāo)壓力比和TIAP 與目標(biāo)節(jié)氣口開度相關(guān)的函數(shù)和映射中的一個(gè)來確定目標(biāo)節(jié)氣口開口面積267。例如,目標(biāo) 面積模塊440可W使用W下方程來確定目標(biāo)節(jié)氣口開口面積267 :
      其中TTO是目標(biāo)節(jié)氣口開口面積267, TIAT是節(jié)氣口入口空氣溫度(TIAT),TMAF是目 標(biāo)MAF 428, R是理想氣體常數(shù),TIAP是TIAP 412, TPR是目標(biāo)壓力比320,并且巫代表空 氣密度函數(shù)。TIAT可W使用傳感器來測量或者例如使用函數(shù)或映射基于一個(gè)或多個(gè)其他參 數(shù)來確定。
      [0161] 如上所述,節(jié)氣口致動(dòng)器模塊116基于目標(biāo)節(jié)氣口開口面積267來控制節(jié)氣口閥 112。確定目標(biāo)壓力比320并且基于目標(biāo)壓力比320來確定目標(biāo)節(jié)氣口開口面積267的MPC 模塊312可W提供比MPC模塊312確定目標(biāo)節(jié)氣口開口面積267的實(shí)施更好的扭矩響應(yīng)特 征(例如,更快并且具有較少的過調(diào)和/或欠調(diào))。
      [016引現(xiàn)在參照圖5,呈現(xiàn)描繪使用MPC (模型預(yù)測控制)來控制節(jié)氣口閥112、進(jìn)氣凸輪 相位器148、排氣凸輪相位器150、廢氣口 162 (且因此控制滿輪增壓器)W及EGR閥170的 示例性方法的流程圖??刂瓶蒞從504開始,其中扭矩請求模塊224基于調(diào)整后的預(yù)測扭 矩請求263和調(diào)整后的中間扭矩請求264來確定空氣扭矩請求265。
      [0163] 在508,扭矩轉(zhuǎn)換模塊304可W將空氣扭矩請求265轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)空氣扭矩請求308 或者轉(zhuǎn)換為另一種適合的類型的扭矩W供MPC模塊312使用。
      [0164] 在512,序列確定模塊316確定目標(biāo)值266、268至270和320的可能序列。在516, 預(yù)測模塊323確定用于目標(biāo)值的每個(gè)可能序列的預(yù)測參數(shù)。預(yù)測模塊323基于發(fā)動(dòng)機(jī)102 的模型324、外源輸入328和反饋輸
      當(dāng)前第5頁1 2 3 4 5 6 
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