用于估算机动车辆的增压发动机的涡轮机中上游压力与下游压力之间比率的系统和方法.pdf

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1、10申请公布号CN104169551A43申请公布日20141126CN104169551A21申请号201380014328222申请日20130208125146820120217FRF02D41/14200601F02D41/00200601F01N11/0020060171申请人雷诺股份公司地址法国布洛涅比扬古72发明人V塔隆F卡斯蒂罗E维特兰特74专利代理机构北京市中咨律师事务所11247代理人李峥于静54发明名称用于估算机动车辆的增压发动机的涡轮机中上游压力与下游压力之间比率的系统和方法57摘要本发明涉及一种用于估算机动车辆的涡轮增压器的涡轮机中上游压力与下游压力之间的比率的方法，。

2、该方法包括以下步骤获得该涡轮机的质量流速、该涡轮机的转速和该涡轮机的上游温度的估算值，以及可变几何形状涡轮机叶片的位置和涡轮机的下游压力的测量值；在该涡轮机的物理测量值和该估算器的初始化值的基础上确定一个第一内部变量的值；在该涡轮机的物理测量值、该估算器的初始化值以及压力比率变化的基础上确定一个第二内部变量的值；在这些内部变量的值的基础上确定这些内部变量的导数；并且在这些内部变量的导数的基础上获得压力比率估算值。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014091586PCT国际申请的申请数据PCT/EP2013/0524962013020887PCT国际申请的公布数据WO2013/1。

3、20772FR2013082251INTCL权利要求书2页说明书6页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图1页10申请公布号CN104169551ACN104169551A1/2页21一种用于估算机动车辆涡轮增压器的涡轮机中上游压力与下游压力之间的比率的方法，其特征在于该方法包括以下步骤获得该涡轮机的质量流速、该涡轮机的转速和该涡轮机的上游温度的一个估算值，以及该涡轮机的可变几何形状叶片的位置和该涡轮机的下游压力的测量值；将该估算器初始化；在该涡轮机的质量流速、该涡轮机的转速和该涡轮机的上游温度的估算值以及该涡轮机的可变几何形状叶片的位置和该涡轮机。

4、的下游压力的测量值、以及该估算器的初始化值的基础上，确定一个第一内部变量的值；在该涡轮机的质量流速、该涡轮机的转速和该涡轮机的上游温度的估算值的基础上、并且在该涡轮机的可变几何形状叶片的位置和该涡轮机的下游压力的测量值、该估算器的初始化值和一个压力比率变量的基础上，确定一个第二内部变量的值；在这些内部变量的值和一个压力比率变量的基础上，确定这些内部变量的导数；并且在这些内部变量的导数、该第一内部变量的值和该估计器的初始化值的基础上，获得该压力比率的估计值。2如权利要求1所述的估算方法，其中，用前一计算时刻时的压力比率估算值来将该估算器初始化。3如权利要求1所述的估算方法，其中，用该涡轮机的上游。

5、压力的测量值来将该估算器初始化。4如权利要求1所述的估算方法，其中，用从一个图谱获得的一个预先确定的值来将该估算器初始化。5如权利要求1至4中任一项所述的估算方法，其中，确定所述压力比率变化。6如权利要求1至4中任一项所述的估算方法，其中，提供一个小压力比率变化的储存值。7一种用于估算机动车辆涡轮增压器的涡轮机中上游压力与下游压力之间的比率的系统，其特征在于该系统包括用于将该估算器初始化的一个装置；用于估算个第一内部变量的装置，该装置的输入端连接至用于确定该涡轮机的质量流速、该涡轮机的转速和该涡轮机的上游温度的估算值以及该涡轮机的可变几何形状叶片的位置和该涡轮机的下游压力的测量值的装置上、并且。

6、连接到用于将该估算器初始化的该装置上；用于估算个第二内部变量的装置，该装置的输入端连接至用于确定该涡轮机的质量流速、该涡轮机的转速和该涡轮机的上游温度的估算值以及该涡轮机的可变几何形状叶片的位置和该涡轮机的下游压力的测量值的装置上、用于将该估算器初始化的该装置上、并且连接到用于将一个压力比率变化值初始化的一个装置上；用于估算这些内部变量的导数的一个装置，该装置的输入端连接至用于估算该第一内变量的值的装置以及用于估算该第一内部变量的值的装置上；以及用于估算该压力比率值的一个装置，该装置的输入端连接至该用于估算这些内部变量的导数的该装置、该用于将估算器初始化的装置、以及用于估算该第一内变量的值的装。

7、置上。权利要求书CN104169551A2/2页38如权利要求7所述的估算系统，其中，用于将该估算器初始化的该装置包括选自以下各项之中的至少一个元件包含前一计算时刻时的压力比率估算值的一个存储器、到该涡轮机的上游压力传感器的一个连接器、以及初始化值的一个图谱。9如权利要求7或8所述的估算系统，其中，用于将所述压力比率变化值初始化的该装置包括一个包含所述压力比率变化值的存储器。10如权利要求7或8所述的估算系统，其中，用于将所述压力比率变化值初始化的该装置包括用于在前一计算时刻时的压力比率估算值的基础上并且在一种预定关系的基础上进行估算的一个装置。权利要求书CN104169551A1/6页4用于。

8、估算机动车辆的增压发动机的涡轮机中上游压力与下游压力之间比率的系统和方法技术领域0001本发明涉及用于空气增压发动机的进气控制领域，并且更具体地涉及对空气增压发动机的上游压力的控制。背景技术0002反污染法规推动设计者们开发出越来越高性能的发动机。这样的直接结果是这些发动机、尤其是柴油发动机的成本的爆炸性升高，这是因为引入了新的元件，例如用于朝向进气进行部分排气再循环EGR的管线；后处理系统颗粒过滤器、氮氧化物阱等等；以及涡轮增压器复杂性的上升。这些系统彼此相互作用并且要求非常高水平的控制以避免损害整个组件的运行。在必须准确控制的这些量之中，增压压力需要特别的关注。这个增压压力使得有可能在功率。

9、方面实现所要求的性能水平、并且确定有待应用于不同发动机运行点的EGR速率。这个增压压力要求在稳定的且瞬态的运行中是必须被满足的。0003当前使用的控制系统在相对简单的延伸试验循环中仍是令人满意的、但在具有更严格限制的循环中将非常快地暴露出它们的局限性，例如对于EURO7法规所考虑的那些，该法规计划在2017年实施。这些方法中大多数都使用了对其输入处涡轮机上游气体压力PAVT的测量。0004目前，涡轮机的上游压力是用压力传感器来测量的，不幸的是，这不是非常可靠的。此外，在一些运行情形下，测量是不可能的。为了克服这个问题，使用了跨过涡轮机的膨胀率，这个膨胀率等于涡轮机的上游压力与下游压力比率。这个。

10、膨胀率是通过操纵涡轮机的特性图谱并且执行模型缩减来计算的。0005需要一种用于估算涡轮机的上游气体压力的稳健方法，该方法可以提供覆盖所有运行点的可靠估算，特别是在瞬态运行中。发明内容0006提出了一种用于估算机动车辆涡轮增压器的涡轮机中上游压力与下游压力之间比率的系统。该方法包括以下步骤0007获得该涡轮机的质量流速、该涡轮机的转速和该涡轮机的上游温度的一个估算值，以及该涡轮机的可变几何形状叶片的位置和该涡轮机的下游压力的测量值；0008将该估算器初始化；0009在该涡轮机的质量流速、该涡轮机的转速和该涡轮机的上游温度的估算值以及该涡轮机的可变几何形状叶片的位置和该涡轮机的下游压力的测量值、以。

11、及该估算器的初始化值的基础上，确定一个第一内部变量的值；0010在该涡轮机的质量流速、该涡轮机的转速和该涡轮机的上游温度的估算值的基础上、并且在该涡轮机的可变几何形状叶片的位置和该涡轮机的下游压力的测量值、该估算器的初始化值和一个压力比率变量的基础上，确定一个第二内部变量的值；说明书CN104169551A2/6页50011在这些内部变量的值和一个压力比率变量的基础上，确定这些内部变量的导数；并且0012在这些内部变量的导数、该第一内部变量的值和该估计器的初始化值的基础上，获得该压力比率的估计值。0013可以用前一计算时刻时的压力比率估算值来将该估算器初始化。0014可以用该涡轮机的上游压力测。

12、量值来将该估算器初始化。0015可以用从一个图谱中获得的预定值来将该估算器初始化。0016可以确定所述压力比率变化。0017可以提供所述压力比率变化的储存值。0018还提出了一种用于估算机动车辆涡轮增压器的涡轮机中上游压力与下游压力比率的系统。该系统包括用于将该估算器初始化的一个装置；用于估算一个第一内部变量的值的一个装置，其输入端连接至用于确定该涡轮机的质量流速的值、该涡轮机的转速的值和该涡轮机的上游温度的值、以及该涡轮机的可变几何形状叶片的位置和该涡轮机的下游压力的值的装置，并且连接到用于将该估算器初始化的该装置上；用于估算一个第二内部变量的值的装置，其输入端连接至用于确定该涡轮机的质量流。

13、速的值、该涡轮机的转速的值和该涡轮机的上游温度的值、以及该涡轮机的可变几何形状叶片的位置和该涡轮机的下游压力的值的装置，并且连接到用于将该估算器初始化的该装置以及用于将一个压力比率变化值初始化的一个装置上；用于估算这些内部变量的导数的一个装置，其输入端连接至用于估算一个第一内部变量的值的该装置并且连接至用于估算一个第二内部变量的值的该装置上；以及用于估算该压力比率的值的一个装置，其输入端连接至用于估算这些内部变量的导数的该装置、用于将该估算器初始化的该装置、以及用于估算该第一内部变量的值的该装置上。0019用于将该估算器初始化的该装置可以包括选自以下各项之中的至少一个元件包含前一计算时刻时的压。

14、力比率估算值的一个存储器、到该涡轮机的上游压力传感器的一个连接器、以及初始化值的一个图谱。0020用于将所述压力比率变化值初始化的这个装置可以包括一个包含所述压力比率变化值的存储器。0021用于将所述压力比率变化值初始化的这个装置可以包括用于在前一计算时刻时的压力比率估算值的基础上并且在一种预定关系的基础上进行估算的一个装置。0022该估算方法和系统具有以下优点。对涡轮机的气体压力的估算使得有可能改进对增压系统的控制，尤其是在高度瞬态的运行状态下。这是因为这个信息使得有可能避免超过规范，而超过规范会产生损毁涡轮增压器的危险，并且还使得有可能在某些特殊情况下以监测涡轮机上游的气体压力轨迹来代替对。

15、增压压力在进气侧的监测。0023另一个优点是，可以触及排气背压，从而允许更好地计算被封闭的质量新鲜气体、EGR和残余气体的质量。附图说明0024其他目标、特性和优点将从以下说明中变得清楚，以下说明仅是通过非限制性实例的方式提供的并且是参照附图书写的，这个单一附图展示了一种用于估算涡轮机的上游说明书CN104169551A3/6页6端与下游端之间的压力比率的方法。具体实施方式0025可以使用不同的策略来估算涡轮机前的压力。这些策略包括动态方案和静态方案。0026动态方案不适合这种类型的应用，这是由于相对于车载系统的采用频率而言变化是极其快的。因此静态方案是优选的。这是因为，静态方案使得有可能使用。

16、在发动机中已经可获得的测量值或估算值来独立于采样频率找出涡轮机前的压力值。排气压力的静态估算的主要问题来自涡轮机的质量流速与膨胀率之间的强烈相关性。事实上，以下方程示出了这两个量之间的关系0027方程10028其中0029NTUR是涡轮机的转速0030PAVT是排气处的压力0031TAVT是涡轮机前的温度0032QT是涡轮机的质量流速0033XVGT是涡轮机叶片的位置0034PRT是涡轮机的压力比率0035PREF是参考压力0036TREF是参考温度0037方程1显示，给定了压力比率、涡轮机的转速、叶片的位置和涡轮机上游的条件时，能够得到穿过涡轮机的质量流速的值。然而，如果仅仅知道质量流速，不。

17、能通过分析解出方程1。为了克服这个缺点，有多种已知的规程来解决这种类型的问题。常规而言，这些规程在于提供迭代算法，不幸的是，这些迭代算法可能要求大量资源CPU时间并且通常还产生稳定性问题。0038为了估算涡轮机的上游压力，将采用牛顿拉普森算法来对方程1求解。然而，不是在每个时间步长进行迭代，而是将该算法修改为在整个时间上进行迭代。换言之，这意味着该牛顿拉普森算法将使得有可能与调节涡轮机上游压力的系统动态变化相比更快速地收敛到方程1的解。这种算法的优点如下0039在每个时间步长中，只需对方程1估算两次；并且0040它提供了对获得这个解的速度的控制，由此大大提高了稳健性。0041该牛顿拉普森算法用。

18、以下方程来描述0042方程20043其中A是常数01，用于减慢收敛到解的速度。目的是在仅有的给定的量是QT、NTUR和TAVT,的估算值、以及XVGT和PAPT的测量值时，得到PRT。说明书CN104169551A4/6页70044还定义了以下方程0045FQTQTI方程30046其中0047方程40048其中0049是频数I0050MAP是指随着变量而变的图谱0051PRTI是频数I的情况下时刻T时的压力比率0052于是将收敛判据写成下面这样0053FE0054其中E是收敛判据的阈值。0055涡轮机流速是从发动机流速和EGR速率来估算的。发动机流速可以是例如随着发动机的转速和进气歧管内的压力。

19、而变的一个图谱。EGR速率可以作为发动机流速与由进气流量计测得的空气流速之差来估算出。0056在方程4中，PAPT代表涡轮机后的压力测量值。为了使用方程2，我们需要知道F关于PRTI的导数。这个导数是很难得到的，因为涡轮机流速图谱是高度非线性的并且尤其是叶片的转速、流速和位置的函数。为了克服这个困难，一般使用时间步长N1中的数据，例如在“拟牛顿”算法或“割线”算法中。然而，使用这些数据要求使用一个数据缓冲器，这具有的缺点是延迟了估算的结果并且在该系统中产生惯性。为了避免这个缺点，在数字上如下计算导数0057方程50058如果假定APR非常小，则可以获得该导数的近似值。项APR对应于PR的非常小。

20、的变化，这简单地使得能够对时间步长N中的导数进行近似。0059在方程5中，我们可以看到在每个时间步长中估算了两次F值，一次是为了得到FPR并且一次是为了得到FPRAPR。将原始的牛顿拉普森算法方程2通过连续迭代进行重复，直到FE。通过牛顿拉普森途径，该算法可能要求若干次迭代以便收敛到这个判据，从而在实时运行的车载系统中造成问题。此外，如果起始点不足够接近这个解，则不能保证牛顿拉普森算法的收敛。因此，拒绝了这种迭代途径而支持以下解决方案。0060代替原始算法，我们应该通过使用方程2来计算PRN1的值，因此0061方程60062在方程6中，PRN1是在时间步进N之后的时间步进N1中的压力比率值。可。

21、以使用这个途径是因为该系统的判据不允许质量流量或排气温度的变化比该算法的收敛速率更快。相反，该系统的判据使得该算法能够在两个计算时间步长之间的间隔时间内接近这说明书CN104169551A5/6页8个解。此外，随着A的值的增加，该算法更快地收敛到该解，但另一方面这是较不稳健的。以上引入的项A使得有可能调节收敛速度并且由此控制这种估算的稳健性。项A必须在从0到1的范围内。0063该估算器使得通过使用时间步长N内的数据仅能够计算时间步长N1中涡轮机的上游压力PAVT。常规方法通过在每个时间步长进行若干次迭代非确定解直到达到收敛判据来计算出一个解。这些方法使用来自时间步长N的数据来得到时刻N时的解。。

22、这种非迭代方法的整体精妙性在于得到函数“F”的导数的方式。为了该估算器的初始化即，让N0时的PRN，有可能使用来自涡轮机上游压力传感器的测量值PAVT如果这个测量值是可获得的并且有效的或者依赖于操作条件的一个预先确定的值例如，为发动机转速和负载的一个图谱。当初始化时，该估算器独立地运行。0064该估算方法用该唯一的图展示出。0065这个图中示出了从车辆收集数据的第一步骤1，在该步骤中获得涡轮机的质量流速QT、转速NTUR和涡轮机前的温度TAVT的估算值、以及涡轮机的可变几何形状叶片的位置XVGT以及涡轮机后的压力PAPT的测量值。0066在步骤2中，用时刻N时的压力比率值PRN将该估算器初始化。

23、。如果该估算器不能访问任何之前获得的PRN估算值，则对其提供涡轮机上游压力PAVT的测量值如果这个测量值是可获得的并且有效的或一个预先确定的值。0067在步骤3中，在值QT、NTUR、TAVT、XVGT和PAPT以及值PRN的基础上使用方程3和4来确定第一内部变量的值FPRN。0068在步骤4中，在值QT、NTUR、TAVT、XVGT和PAPT以及值PRN的基础上并且在一个预先确定的差值APR的基础上使用方程3和4来确定第二内部变量的值FPRNAPR。0069在步骤5中，在第一内变量的值FPRN和第二变量的值FPRNAPR的基础上使用方程5来得到函数F相对于值PR的导数。0070在步骤6中，在。

24、函数F相对于值PR的导数的基础上并且在第一内变量的值FPRN和PRN的值的基础上使用方程6来得到值PRN1。0071用于执行此方法的估算系统包括一个用于估算第一内变量的值FPRN的装置，该装置的输入端连接至用于确定这些值QT、NTUR、TAVT、XVGT和PAPT的一个装置以及用于将该估算器初始化的一个装置上。0072用于将该估算器初始化的该装置可以包括选自以下各项之中的至少一个元件包含之前确定的值PRN的一个存储器、到该涡轮机的上游压力传感器的一个连接器、以及初始化值的一个图谱。0073该估算系统进一步包括一个用于估算第二内部变量的值FPRNAPR的装置，该装置的输入端连接至用于确定这些值Q。

25、T、NTUR、TAVT、XVGT和PAPT的一个装置、以及用于将该估算器初始化的一个装置和一个包含值DPR的存储器上。替代地，值APR可以由一个估算装置在值PRN和一种预先确定的关系的基础性估算出。0074该估算系统包括一个用于估算函数F的导数的装置，该装置的输入端连接至用于估算该第一内变量的值FPRN的装置以及用于估算该第二内部变量的值FPRNAPR的装置上。0075用于估算值PRN1的装置的输入端连接至该用于估算函数F的导数的装置、该用说明书CN104169551A6/6页9于将估算器初始化的装置、以及用于估算该第一内变量的值FPRN的装置上。用于估算值PRN1的该装置的输出端连接至该估算系统的输出端上。0076该估算方法和系统可以用于估算涡轮机进口与出口之间的压力比率，从而作为涡轮机下游压力测量值的函数来推导出涡轮机的上游压力。这种估算在两个计算步骤之间非常快速地收敛，从而允许甚至在瞬态操作中也进行有效确定。说明书CN104169551A1/1页10说明书附图CN104169551A10。