用于内燃机空气路径控制的基于离散时间速率的模型预测控制方法技术

技术编号:15532310 阅读:68 留言:0更新日期:2017-06-04 19:53
本发明专利技术涉及一种用于柴油发动机的空气路径控制的基于离散时间速率的模型预测控制器,其通过进气歧管空气压力和EGR速率的协调控制而将VGT位置和EGR阀位置调节至特定的设定点。控制器可以被构造成用以测量或估计所述进气歧管压力和所述EGR速率中的至少一者。可以使用由控制器提供的非线性的基于离散时间速率的预测模型。

Model predictive control method based on discrete time rate for air path control of internal combustion engine

The invention relates to a method for controlling the air path of the diesel engine controller prediction model based on discrete time rate, through the coordinated control of intake manifold air pressure and the rate of EGR and VGT set point position and EGR valve position is adjusted to the specific. The controller may be configured to measure or estimate at least one of the intake manifold pressure and the EGR rate. A nonlinear discrete time rate based predictive model provided by the controller can be used.

【技术实现步骤摘要】
用于内燃机空气路径控制的基于离散时间速率的模型预测控制方法相关专利申请的交叉引用本申请是2012年12月21日提交的、名称为“RATE-BASEDMODELPREDICTIVECONTROLMETHODFORINTERNALCOMBUSTIONENGINEAIRPATHCONTROL(用于内燃机空气路径控制的基于速率的模型预测控制方法)”的、共同未决的美国专利申请No.13/724,957的部分继续申请,该申请的整个内容以引用方式全文并入本文中。
本专利技术整体涉及用于内燃机的方法和控制器,更具体地,本专利技术涉及用于控制柴油发动机的方法。
技术介绍
本文提供的
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描述是为了整体上呈现本专利技术的背景。当前专利技术人的工作,到可以在
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部分描述的程度,以及在提交申请时可能没有作为现有技术的说明的各个方面,既不明确地也不隐含地承认作为针对本专利技术技术的现有技术。现代的柴油发动机采用可变几何涡轮(VGT)来增加供应到发动机气缸的空气量。VGT改变涡轮定子入口叶片的角度,以改变供应到发动机气缸的空气量。除了提供最佳的性能和燃料经济性之外,现代柴油发动机还必须满足严格的排放规定,尤其是颗粒物和氮氧化物。为了满足所有这些要求,具有VGT的柴油发动机还利用废气再循环(EGR)阀,该废气再循环阀具有可变控制位置,以便使得变化量的发动机废气再循环回到发动机气缸中,以进行更加完全的燃烧并降低发动机排放。当发动机在大范围的操作条件(包括发动机速度、燃料消耗、发动机负荷等)下操作时,一个控制器且典型地多个控制器嵌入到发动机控制单元(ECU)中,以便响应于检测发动机性能的传感器来控制各种发动机致动器,从而优化发动机性能、排放等。越来越多地使用模型预测控制(MPC)来用于发动机控制。标准MPC方法结合有一体类型的动作,以确保零态态误差,为预测控制模型增加额外的一体状态。MPC模型利用多个不同的发动机操作范围(燃料消耗率和发动机速度),并且提供用于每个范围的控制器,以控制发动机致动器。在应用于柴油发动机空气流的模型预测控制的具体例子中,利用可变几何涡轮(VGT)、EGR节流阀和EGR阀致动器控制发动机中的流动。这些系统是强耦合的,并且是高度非线性的。然而,此前的模型预测控制器应用于内燃机,尤其是柴油发动机,已经利用了多个发动机性能操作范围,每个范围需要单独的预测控制器。另外,每个预测控制器利用一体类型的动作,其存在的问题是受控的发动机变量的超调限制。希望提供用于内燃机的模型预测控制器,其具有最少数量的操作范围,以减少计算时间和存储要求,同时提供发动机控制性能变量的零态态跟踪误差。
技术实现思路
这个部分提供本专利技术的整体概述,而不是本专利技术的完整范围或全部特征的综合性公开。在多个方面中,本专利技术提供一种用于优化发动机操作的系统。该系统可以包括内燃机(例如柴油发动机)和控制器。控制器可以被构造成用以在发动机操作期间控制可变几何涡轮(VGT)和废气再循环(EGR)阀。控制器响应于发动机操作参数(例如发动机进气歧管压力和EGR速率)提供基于离散时间速率的预测模型。控制器利用基于离散时间速率的预测模型生成VGT位置和EGR阀位置。在其它方面中,本专利技术提供用于控制内燃机的方法。该方法可以包括:获得进气歧管压力和EGR速率的测量值或估计值。该方法还可以包括:响应于所述进气歧管压力和EGR速率的测量值或估计值,利用控制器提供基于离散时间速率的预测模型。通过控制器,利用基于离散时间速率的预测模型可以生成VGT位置和EGR阀位置。在其它方面中,本专利技术提供一种非暂时性计算机存储介质,具有在其上实施的计算机可读指令,该计算机可读指令在被执行时进行用于控制内燃机的方法。该方法可以包括:获得进气歧管压力和EGR速率的测量值或估计值。该方法还可以包括:响应于所述进气歧管压力和EGR速率的测量值或估计值,利用控制器提供基于离散时间速率的预测模型。通过控制器,利用基于离散时间速率的预测模型可以生成VGT位置和EGR阀位置。从本文提供的说明中,进一步的适用性领域和增强上述相关技术的各种方法将会变得清楚。
技术实现思路
中的描述和特定例子仅仅是为了图示说明的目的,并不用来限制本专利技术的范围。附图说明通过参考以下的详细描述和附图,本专利技术的发动机控制方法的各种特征、优点和其它用途将会变得更加明显,其中:图1为利用基于速率的预测模型控制器的柴油发动机的示意图;图2为基于速率的预测模型控制器的输入和输出的方框图;图3为利用图2的基于速率的预测模型控制器的发动机的示意性方框图;图4为示出了顺序步骤和操作基于速率的预测模型控制方法的流程图;图5为EGR阀位置对样品数量的曲线图;图6为VGT占空比的曲线图;图7为超调约束实施的曲线图;图8为进气压力随时间的投射轨迹的曲线图;图9为随时间采样的区域数量的曲线图;图10为进气压力和EGR速率的时间历程曲线图;图11为EGR节流阀位置的时间历程曲线图;图12为EGR阀流量和受控的EGR阀流量的时间历程曲线图;图13为受控的VGT升程的时间历程曲线图;图14为图4的可供选择的流程图,示出了顺序步骤和操作基于离散时间速率的预测模型的控制方法;以及图15为曲线图的集合,示出了在具有丰田GD发动机平均值模型的环中利用基于离散时间速率的非线性的模型预测控制进行的闭环模拟。应当指出的是,本文所列的附图是为了举例说明本专利技术的技术中的方法、算法和装置的一般性特性,目的是描述某些方面。这些附图可以不精确地反映任何给定方面的特征,并且不必用来限定或限制本专利技术技术的范围内的具体实施例。另外,某些方面可以结合来自附图组合的特征。具体实施方式现在参考图1,内燃机20(在下文中通过例子描述为柴油发动机)包括容纳有多个气缸24的发动机缸体22。燃料轨26与未示出的燃料供应装置连接,将柴油燃料供应到多个燃料喷射器28,每个气缸24设置有一个燃料喷射器。进气歧管30联接到气缸24,以用于将进入的空气供应到每个气缸。进气歧管压力传感器32联接到进气歧管30,以用于测量进气歧管的空气压力。排气歧管34将燃烧气体从气缸24输送离开发动机缸体22。EGR阀40联接在进气歧管30和排气歧管34之间的旁通路径中,以便将废气的一部分从排气歧管34再循环回到进气歧管32中而供应到气缸24。EGR冷却器42可以与EGR阀40一起联接在旁通路径中。EGR节流阀44安装在来自可变几何涡轮(VGT)48的压缩机46的空气流路径中,以控制气体循环。中间冷却器50可以安装在EGR节流阀44前方的进入空气路径中。通过控制涡轮输入叶片的角度,可变几何涡轮48经由压缩机46控制进气歧管压力。根据本专利技术的方法,用于发动机20的基于速率的预测模型控制(RB-MPC)利用多个控制输入,例如进气歧管压力62和EGR速率64,如图2所示。如下所述,部分非线性反演用来将两个输入62和64分别回溯为VGT位置和EGR阀位置。部分反演降低了模型的非线性程度,并且是朝向减少用以覆盖发动机操作范围的区域的数量并因此降低计算复杂度的第一步骤。部分反演还避免了需要处理DC增益逆转。控制器60设计利用由发动机速度和燃料消耗率构成的发动机操作范围的分割,以用于每个操作区中的降阶线性化发动机模型。在控制和状态约束下,仅仅单个区能够用于良好的跟踪性本文档来自技高网
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用于内燃机空气路径控制的基于离散时间速率的模型预测控制方法

【技术保护点】
一种用于优化发动机操作的系统,所述系统包括:内燃机;以及控制器,所述控制器被构造成用以在发动机操作期间控制可变几何涡轮(VGT)和废气再循环(EGR)阀,所述控制器响应于发动机操作参数提供基于离散时间速率的预测模型,并且所述控制器利用所述基于离散时间速率的预测模型生成VGT位置和EGR阀位置以控制所述内燃机的操作。

【技术特征摘要】
2015.11.23 US 14/949,7231.一种用于优化发动机操作的系统,所述系统包括:内燃机;以及控制器,所述控制器被构造成用以在发动机操作期间控制可变几何涡轮(VGT)和废气再循环(EGR)阀,所述控制器响应于发动机操作参数提供基于离散时间速率的预测模型,并且所述控制器利用所述基于离散时间速率的预测模型生成VGT位置和EGR阀位置以控制所述内燃机的操作。2.根据权利要求1所述的系统,其中所述发动机操作参数包括发动机的进气歧管压力和EGR速率。3.根据权利要求2所述的系统,其中所述控制器被构造成用以测量或估计所述进气歧管压力和所述EGR速率中的至少一者。4.根据权利要求1所述的系统,其中所述控制器进一步被构造成用以利用发动机操作参数提供非线性的基于离散时间速率的预测模型,并且利用所述非线性的基于离散时间速率的预测模型生成所述VGT位置和EGR阀位置。5.根据权利要求1所述的系统,其中所述内燃机是柴油发动机。6.一种用于控制内燃机的方法,所述方法包括:获得进气歧管压力和EGR速率的测量值或估计值;响应于所述进气歧管压力和EGR速率的测量值,利用控制器提供基于离散时间速率的预测模型;通过所述控制器,利用所述基于离散时间速率的预测模型生成VGT位置和EGR阀位置;以及利用所述VGT位置和EGR...

【专利技术属性】
技术研发人员:M·黄I·V·科尔马诺夫斯基
申请(专利权)人:丰田自动车工程及制造北美公司密执安州立大学董事会
类型:发明
国别省市:美国,US

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