02。将包括期望压缩机增压比p rc_des 722、期望已燃 废气比例F1 721和期望进气歧管压力Pl des 720的期望操作参数点与由状态变量观测器模 块703基于空气充气系统704的实际操作参数而确定的各个反馈信号7373、738和739进 行比较。这些操作参数可以包括例如进气歧管压力732、进气歧管温度733、空气质量734、 外界压力735以及外界温度736。空气充气系统参数可以由传感器监测，或者替代地由状态 变量观测器模块703估算。示例性的估算的空气充气系统参数可以包括实际压缩机增压比 以及排气歧管压力。监测的和估算的系统操作参数可以用于确定反馈信号。反馈信号描述 了实际压缩机增压比737、实际已燃废气比例738以及实际进气歧管压力739。期望操作参 数和各个实际操作参数的比较确定对于每个参数的误差项，包括进气歧管压力误差项746、 已燃废气比例误差项747以及压缩机增压比误差项748。然后将这些误差项输入至线性控 制策略701的反馈控制模块705中。由反馈控制模块705实施的反馈控制方法可以包括线 性二次调节器控制，如本领域已知的那样，并且输入压缩机增压比误差项748、已燃废气比 例误差项747以及进气歧管压力误差项746。由反馈控制模块705实施的LQR控制方法确 定反馈控制信号，包括进气歧管压力控制信号V 1 723、已燃废气比例控制信号V2 724以及 压缩机增压比控制信号V3 725。另外将包括期望压缩机增压Kprc des 722、期望已燃废气比 例F1 721和期望进气歧管压力P1^s 720的期望操作参数点输入至前馈控制模块714中，并 且输出包括进气歧管压力前馈信号743、已燃废气比例前馈信号744和压缩机增压比前馈 信号745的前馈信号。将反馈控制信号723、724和725以及前馈信号743、744和745输入 至解耦策略702中。在计算708、709和710处计算各个空气节流阀流量W ltv 726、EGR流量 W# 727和涡轮功率Pt 728,使用这些信号。用于确定这些值的计算可以由关系式[17]和
[18]表示。使用每个系统的回流模型或物理模型的逆转来将空气流量726、EGR流量727和 涡轮功率728转换为空气充气系统控制命令。空气充气系统控制命令包括空气进气阀控制 命令729、EGR阀控制命令730和VGT控制命令731。然后控制空气充气系统704以基于这 些控制命令来操作从而实现期望操作参数。
[0072] 图8描绘了根据本发明的用于控制内燃发动机中的排气再循环、空气节流系统和 空气充气系统的示例性方法800。提供表格1作为图解，其中标示数字的方框和对应的功能 如下所述。
[0074] 在具有高压EGR的系统三阶模型中，可以不使用系统的回流模型或物理模型的逆 转来确定实现通过系统中的节流孔的期望流量所需的设定，而替代地确定系统控制命令。 通过创建采用项CdA_替换W #项的系统模型，模型能够确定系统控制命令，而无需实施系 统的回流模型或物理模型的逆转。示例性的系统模型可以表示为根据以下关系式的非线性 微分方程。
[0075] 系统输出矢量X可以由以下矢量表示。
[0076] 系统输入矢量U可以由以下矢量表示。
[0077] 根据以上列出的基本系统模型关系式[1]、[2]和[3]的第三示例性三态模型在以 下一组关系式中列出。
[0078] 在关系式[22] - [24]中： Ti是进气歧管处的温度， R是通用气体常数， V1是进气歧管体积， Wltv是空气进气节流阀流量， 匕是排气处的压力，以及 WJp1)是发动机气缸中总充气量，
根据节流孔流量关系来书写，并且CdA_项替换在替代系统模型中使用的 项，因此表示EGR阀位置而不是通过EGR阀的流量。
[0079] 忽略涡轮轴在[24]中的惯性效应i
,得到如下的近似：
其中Rt是涡轮功率变换率并且可以由以下关系式表示：
其中Pt是涡轮功率，以及 ht是排气能量流量并且可以由以下关系式表示：
其中1是涡轮处流量， Cp是在恒定压力下的比热，以及 Tx是排气温度。
[0080] 如在关系式[19]的基本系统模型中所述的函数4(〇可以由以下矩阵表示。
[0081] 并且如在关系式[19]的基本系统模型中所述的函数Cf可以由以下矩阵表示。
[0082] 该模型限定了确定用于控制的阀位置的替代方式，而不必须使用如在其他示例性 方法中描述的所需要的逆向模型。
[0083] 在待建模的系统包括低压EGR的情况下，可以将低压EGR关系作为第四关系添加 至三个示例性三态模型的任一中，从而产生四态模型。该四态模型可以以类似于根据本发 明的示例性三态模型的任一个的方式来处理。低压EGR可以由以下关系式表示。
其中m。是在低压EGR固定点处的空气质量， F。是在低压EGR固定点处的已燃废气比例， Fx是排气处的已燃废气比例， t是时间， z是时间延迟，以及 Ιρ,υ是低压EGR流量。
[0084] 本发明已经描述了某些优选实施例及其变更。在阅读并理解说明书时，可以想到 进一步的变更和变型。因此，本发明不试图被限制于公开为用于实施本发明所设想的最佳 方式的具体实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。
【主权项】
1. 一种用于控制内燃发动机中的排气再循环系统、空气节流系统和空气充气系统的方 法，该方法包括： 监测用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的期 望操作目标命令； 监测所述空气充气系统的操作参数； 基于各个期望操作目标命令和空气充气系统的操作参数，来确定用于所述排气再循环 系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的反馈控制信号； 基于用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的各 个反馈控制信号，来确定所述排气再循环系统中的排气再循环流量、所述空气节流系统中 的空气流量以及所述空气充气系统中的涡轮功率参数； 基于各个排气再循环流量、空气流量和涡轮功率参数，来确定用于所述排气再循环系 统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的系统控制命令；以及 基于用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的系 统控制命令，来控制所述空气充气系统。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述期望操作目标命令包括期望进气歧管压力 命令、期望压缩机增压比命令以及期望已燃废气比例命令。3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述期望操作目标命令包括期望进气歧管压力 命令、期望压缩机增压比命令以及期望氧气比例命令。4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述空气充气系统的操作参数包括进气歧管压 力、进气歧管温度、外界压力和外界温度。5. 根据权利要求1所述的方法，其中，基于各个期望操作目标命令和所述空气充气系 统的操作参数来确定用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的 每一个的反馈控制信号包括使用比例积分微分反馈控制。6. 根据权利要求1所述的方法，其中，基于各个期望操作目标命令和所述空气充气系 统的操作参数来确定用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的 每一个的反馈控制信号包括使用线性二次调节器反馈控制。7. 根据权利要求1所述的方法，其中，基于各个期望操作目标命令和所述空气充气系 统的操作参数来确定用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的 每一个的反馈控制信号包括使用模型预测反馈控制。8. 根据权利要求1所述的方法，其中，基于用于所述排气再循环系统、所述空气节流系 统和所述空气充气系统的每一个的各个反馈控制命令来确定所述排气再循环系统中的排 气再循环流量、所述空气节流系统中的空气流量和所述空气充气系统中的涡轮功率进一步 基于监测到的所述空气充气系统的操作参数。9. 一种用于控制内燃发动机中的排气再循环系统、空气节流系统和空气充气系统的方 法，该方法包括： 提供内燃发动机的基于物理的空气和充气系统模型； 对所述内燃发动机的基于物理的空气和充气系统模型施加基于模型的非线性控制； 对所述基于物理的空气和充气系统模型施加反馈控制； 将用于所述空气和充气系统模型的期望空气和充气目标转换为用于EGR致动器、ITV 致动器和VGT致动器的每一个的单个流量或功率信号；以及 基于各自的单个流量或功率信号来确定用于所述EGR致动器、ITV致动器和VGT致动 器的每一个的致动器位置。10. -种用于控制内燃发动机中的排气再循环（EGR)系统、空气节流系统和空气充气 系统的方法，该方法包括： 提供包括排气再循环系统、空气节流系统和空气充气系统的内燃发动机的基于物理的 空气和充气系统模型； 对所述基于物理的空气和充气系统模型施加基于物理模型的多变量前馈控制； 对所述基于物理的空气和充气系统模型施加反馈控制，该反馈控制包括比例积分微分 反馈控制方法、线性二次调节器反馈控制方法和模型预测反馈控制中的一种； 将用于所述EGR系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的期望操作目 标命令转换为对应的EGR流量、空气流量和涡轮功率参数；以及 使用所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的各个逆 向模型，将所述EGR流量、所述空气流量和所述涡轮功率参数转换为用于EGR致动器、ITV致 动器和VGT致动器的每一个的对应致动器位置。
【专利摘要】本发明提供一种控制排气再循环系统、空气节流系统和充气系统的方法。一种发动机包括排气再循环系统、空气节流系统和充气系统。一种用于控制发动机的方法包括：监测用于每个系统的期望操作目标命令；监测空气充气系统的操作参数；以及基于各个期望操作目标命令和空气充气系统的操作参数来确定用于每个系统的反馈控制信号。基于用于每个系统的各个反馈控制信号来确定排气再循环系统中的排气再循环流量、空气节流系统中的空气流量以及空气充气系统中的涡轮功率参数。基于各个排气再循环流量、空气流量和涡轮功率参数确定用于每个系统的系统控制命令。基于用于每个系统的系统控制命令来控制空气充气系统。
【IPC分类】F02D43/00
【公开号】CN105626290
【申请号】CN201510805817
【发明人】Y-Y.王, I.哈斯卡拉, V.阿尔费里, G.孔特
【申请人】通用汽车环球科技运作有限责任公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年11月20日
【公告号】DE102015119363A1, US20160146134