用于确定用于调整进气管压的调整量的方法和调节回路
阅读说明：本技术 用于确定用于调整进气管压的调整量的方法和调节回路 (Method and control circuit for determining an adjustment quantity for adjusting an intake manifold pressure ) 是由 M.贾万 S.亨策尔特 M.邦耶斯 于 2019-03-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于确定用于调整进气管压的调整量的方法和调节回路,具体而言本发明涉及一种用于以理论进气管压<Image he="23" wi="44" file="100004_DEST_PATH_IMAGE002.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>为出发点确定用于调整内燃机的进气管(10)中的进气管压的调整量的方法,其中,理论进气管压<Image he="23" wi="44" file="665981DEST_PATH_IMAGE002.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>根据调整量界限值<Image he="22" wi="95" file="100004_DEST_PATH_IMAGE004.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>和/或由调整量界限值影响的量<Image he="23" wi="165" file="100004_DEST_PATH_IMAGE006.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>来修正。此外,本发明涉及一种用于实施这样的方法的调节回路。(The invention relates to a method and a control circuit for determining an adjustment quantity for adjusting an intake manifold pressure, in particular to a method for adjusting a target intake manifold pressure Method for determining an adjustment quantity for adjusting an intake manifold pressure in an intake manifold (10) of an internal combustion engine for starting points, wherein a target intake manifold pressureAir pipe pressure According to the regulation limit value And/or the quantity influenced by the adjustment quantity limit value To correct it. The invention further relates to a control loop for carrying out such a method.)
技术领域
本发明涉及一种用于确定调整量、例如节气门开口面积或节气门位置的方法和调节回路，以用于调整在内燃机、例如机动车的内燃机的进气管中的进气管压。
背景技术
对于内燃发动机的高效的、舒适的且低消耗的运行而言，进气管压的精确的调整起重要作用。然而，取决于各个构件、如节气门的制造公差可引起进气管压的有缺陷的确定和调整。这可例如在新鲜空气侧的有公差的构件的情况中引起摆动的节气门运动，由于其对于驾驶员而言可察觉到的空转出现，或者在有缺陷的、例如不密封的系统的情况中引起摆动的节气门运动，其不被可靠地识别，由于其引起进气管泄漏诊断的触发的(toggelnden)释放。
该问题通过在带有I-部分的调节器中的所谓的饱和效应来引起，其调整量被限制。当争取达到如下理论值、这里理论进气管压时，即在其中调整量采用调整量界限值时，则控制段(Strecke)在长的时间段上不可被调控(ausregeln，有时称为校正)，由此I-部分持续提高(饱和)。当紧接着争取达到另一理论值时，在其中调整量采用在调整量界限之间的值，则可引起强烈的超调(Überschwingen)或甚至引起调节器的不稳定性，因为高的I-部分首先由于超调必须被再次消减。
因此，迄今使用所谓的抗饱和，以便于规避饱和效应。为此，调节器的I-部分在其中调整量采用调整量界限值的情况中可被冻结(einfrieren，有时称为固定)，即固定调节的状态，并且可执行循环的再初始化，这里例如以节气门的下或上机械止挡。然而因此不可实现调节的连续运行并且对于所有运行条件而言不存在共同的再初始化规定，从而使得非常高的协调和保障耗费成为必要。
类似的解决方案还由电动机的领域已知，如文件DE 10 2009 000 609 A1和文件DE 10 2015 118 980 A1说明的那样。
发明内容
本发明的任务是提供一种用于确定用于调整进气管压的调整量的方法和调节回路，其至少部分克服上述缺点。
该任务通过根据权利要求1所述的用于确定用于调整进气管压的调整量的根据本发明的方法和根据权利要求9所述的根据本发明的调节回路来解决。
根据第一方面，本发明涉及用于以理论进气管压为出发点确定用于调整内燃机的进气管中的进气管压的调整量的方法，其中，理论进气管压根据调整量界限值和/或由调整量界限值影响的量来修正。
根据第二方面，本发明涉及用于以理论进气管压为出发点确定用于调整内燃机的进气管中的进气管压的调整量的调节回路，其中，调节回路包括用于根据调整量界限值和/或由调整量界限值影响的量来修正理论进气管压的修正单元。
本发明的另外有利的设计方案由本发明的接下来的优选的实施例的说明和从属权利要求得出。
本发明涉及用于确定用于调整内燃机的进气管中的进气管压的调整量的方法。调整量可例如是节气门开口面积(节气门泄漏面积)或布置在进气管中的节气门的节气门位置。内燃机可以是机动车的内燃机，例如汽油发动机或柴油发动机。
在确定调整量的情况中以理论进气管压为出发点，其优选地根据内燃机的当前运行情况和驾驶员期望来测定。依照根据本法明的方法于是根据调整量界限值、优选地上调整量界限值和下调整量界限值和/或由调整量界限值影响的量、优选地由上调整量界限值和下调整量界限值影响的量来修正理论进气管压。调整量界限值、尤其上调整量界限值和下调整量界限值可通过内燃机的结构、尤其通过节气门的结构以及如有可能节气门在进气管中的布置方案来确定。
通过理论进气管压根据调整量界限值和/或由调整量界限值影响的量的修正可如此限制理论进气管压，即不再争取达到调整量的位于调整量界限以外的值。本发明于是提供一种用于在节闭的区域上在避免调节回路中的积分器的饱和的情况下连续地运行非线性的压力调节的方法供使用。带有所有缺点的再初始化规定因此变得多余且应用和保障耗费可被显著减少。
在一些实施例中，调整量界限值可包括进气管中的节气门的最大节气门开口面积和/或节气门的最小节气门开口面积。优选地，上调整量界限值是节气门的最大节气门开口面积且下调整量界限值是节气门的最小节气门开口面积。备选地，调整量界限值可包括第一节气门位置(在其中节气门被最大地打开)和/或第二节气门位置(在其中节气门被最大地闭合)。在第一节气门位置中，节气门可如此程度地打开，即节气门开口面积至少为进气管的横截面积的90%。在第二节气门位置中，节气门仍可稍微打开，例如至第一节气门位置中的节气门的完全的开口的最高5%、尤其2%。
由调整量界限值影响的量可以是如下量，其包含借助于最大节气门开口面积和/或最小节气门开口面积限定的节气门开口面积。备选地，由调整量界限值影响的量可以是如下量，其包含借助于第一节气门位置和/或第二节气门位置限定的节气门位置。
在限定调整量的情况中可检验，调整量的值是否大于上调整量界限值，并且当这是该情况时，可使调整量与上调整量界限值一致。当这不是该情况时，可检验，调整量的值是否小于下调整量界限值，并且这是该情况时，可使调整量与下调整量界限值一致。当这不是该情况时，调整量位于从上调整量界限值至下调整量界限值的范围中并且调整量保持不变。备选地，还可首先检验，调整量的值是否小于下调整量界限值，并且紧接着检验，调整量的值是否大于上调整量界限值。限定还可以其它方式实现。
在一些实施例中，调整量可借助于被修正的理论进气管压的PI调节、经调节的理论进气管压到未限定的调整量中的非线性的转换以及未限定的调整量借助于调整量界限值的限定来确定。限定的调整量可以是限定的节气门开口面积，其如上述那样借助于调整量界限值、尤其借助于最大节气门开口面积和最小节气门开口面积来确定。由限定的节气门开口面积可计算节气门位置。备选地，限定的调整量可以是限定的节气门位置，其可类似于限定节气门开口面积被限定。
PI调节可依据传统的PI调节器的准则，即包括P部分(成比例的部分)和I部分(积分部分)的确定。非线性的转换可基于针对节气门的特征或当前运行条件对于进气管压的影响的非线性的关联。非线性的关联可例如由节气门的泄漏-偏置量(Leckage-Offset)、穿过节气门的质量流、节气门前的压力和节气门后的压力来影响。泄漏-偏置量尤其说明了在进气管、尤其节气门中的构件公差，其可引起非期望的摆动的节气门运动。尤其借助于面积界限、即最大节气门开口面积和最小节气门开口面积可如上述那样来实现限定。
在一些实施例中，可以调整量界限值或以由调整量界限值影响的量为出发点借助于转换确定用于修正理论进气管压的理论进气管压修正值。在调整量是节气门开口面积的情况中，调整量界限值的转换可以是类似于逆转(Invertierung，有时称为转化)节气门开口面积的逆转。例如，上节气门开口面积和下节气门开口面积或者限定的节气门开口面积可逆转。
优选地，转换可以是相对于经修正的、经调节的理论进气管压的转换的反向转换(Rücktransformation，有时称为逆变换)。其因此可以是优选地引起调整量限制的非线性的调整量界限值到调节器的状态区域中的转换。转换的调整量界限值或调整量限制可用于适宜地匹配调节回路的理论进气管压，从而避免饱和效应。
通过理论进气管压的修正可以有效且简单的方式消除在节气门的泄漏的情况中、例如在空转中的循环的节气门摆动。因此可放弃开关箱和再初始化参数的应用。
在一些实施例中，上调整量界限值、尤其最大节气门开口面积可被转换成最大可实现的进气管压，并且下调整量界限值、尤其最小的节气门开口面积可被转换成最小可实现的进气管压，并且理论进气管压根据转换的最大可实现的进气管压和转换的最小可实现的进气管压来限定。该限定可类似于节气门开口面积的上述限定来实现。因此可将理论进气管压准确地限定到界限上，其不允许调整量限制的违背，即既不超过上调整量界限值也不低于下调整量界限值。由此可改善性能并且同时减少应用和保障耗费。
在一些实施例中，最大节气门开口面积到最大可实现的进气管压中的转换可基于如下关系：
(1)
在此，是进气管压的预测的变化，其优选地借助于节气门的影响的模型和/或进气管压的模型以及I-调节来测定，是测量的进气管压，b是变量，其由穿过节气门的流量、节气门的泄漏、穿过节气门的质量流和P-调节来影响，以及是最大节气门开口面积。该转换尤其可基于如下关系：
(1a)
在此，是穿过节气门的流量因子，是P调节的强化因子，是泄漏-偏置量，且是穿过节气门的质量流。
相应地，最小节气门开口面积到最小可实现的进气管压中的转换可基于如下关系：
(2)
在此，是最小节气门开口面积。尤其地，最小节气门开口面积的转换可基于如下关系：
(2a)
借助于等式(1)和(2)或等式(1a)和(2a)可实现非线性的调整量界限值、尤其上调整量界限值和下调整量界限值的反向转换。
类似地，最大可实现的进气管压可由第一节气门位置且最小可实现的进气管压可由第二节气门位置来转换。
借助于反向转换的调整量界限值能够实现将理论进气管压限定于允许的调整量范围并且能够可靠地避免饱和效应。
在一些实施例中，可将在未限定的调整量与限定的调整量之间的、例如在未限定的节气门开口面积与限定的节气门开口面积之间的差异(Differenz，有时称为差值)转换成压差并且根据转换的压差来匹配理论进气管压。因此可执行未限定的与限定的调整量的差异到所需理论进气管压上的连续的反向引导。
在一些实施例中，为了确定转换的压差，可适用的是：
(3)
在此，c是变量，其由P调节和穿过节气门的流量因子来影响，是限定的节气门开口面积且是未限定的节气门开口面积。
优选地，非线性的未限制的和限制的节气门开口面积的反向转换可根据如下关系：
(3a)
在此，是P调节的强化因子。
类似地，转换的压差还可由限定的节气门位置与未限定的节气门位置的差异来转换。
因此可实现由转换的、限定和未限定的调整量的差异到压力调节器的积分器的入口上的反向引导。反向引导优选地引起代数环(algebraischen schleife)。这然而可通过固定点迭代来解开。
理论进气管压的不仅根据调整量界限值、尤其上调整量界限值和下调整量界限值而且根据由调整量界限值影响的量、尤其由限定的和未限定的调整量的差异的修正适用于消除节气门的摆动。两个构思可呈现快速的负面的负载冲击(Lastschlag)。
此外，本发明涉及一种用于以理论进气管压为出发点确定用于调整内燃机的进气管中的进气管压的调整量的调节回路，其中，调节回路包括用于根据调整量界限值和/或由调整量界限值影响的量来修正理论进气管压的修正单元。例如调节回路包括干扰量观察器、PI调节器、非线性的转换器、调整量限制器和修正单元。调节回路优选地构造成用于实施用于确定用于调整进气管压的调整量的方法，如其以上说明的那样。调节回路可形成机动车的内燃机的发动机控制系统的一部分。通过理论进气管压的修正可有效地防止在调节回路中的积分器的饱和效应的出现。
在调整量是节气门开口面积的情况中，调节器此外可包括用于由限定的节气门开口面积计算节气门位置的换算单元。
调节回路此外可包括用于调整确定的节气门位置的调整单元。通过节气门位置的调整来调整进气管压。
在一些实施例中，调节回路此外可包括反向转换装置，其构造成用于以调整量界限值或由调整量界限值影响的量为出发点借助于转换来确定用于修正理论进气管压的理论进气管压修正值，如其以上详细说明的那样。
本发明的特征在于调整量限制到调节器的线性部分的状态空间上的反向转换以及整体系统在抗饱和(基于受限的调整量的反向转换的反向引导)、非线性的压力调节器和闭合的调节回路的平行模型包括用于确保稳定的精确性的积分器之间的共同作用。
附图说明
现在示例性地且参照所附图纸来说明本发明的实施例。其中：
图1示意性地显示了驱动组件以及带有用于确定节气门开口面积的调节回路的控制设备的图示；
图2示意性地显示了传统的调节回路；
图3示意性地显示了在限定理论进气管压的情况下的根据本发明调节回路的第一实施例；
图4显示了用于以第一实施例的调节回路确定用于调整内燃机的进气管中的进气管压的调整量的方法的流程图；
图5示意性地显示了在限定理论进气管压的情况下的根据本发明的调节回路的第二实施例；以及
图6显示了用于以第二实施例的调节回路确定用于调整内燃机中的进气管中的进气管压的调整量的方法的流程图。
参考符号列表
1驱动装置
10进气管
11节气门
12内燃机
13废气涡轮增压器
130涡轮
131压缩器
14废气通道
2发动机控制系统
20用于调整进气管压的调节回路
3传统的调节回路
30进气管压传感器
31干扰量观察器
32P P调节
32I I调节
33非线性的转换器
34 调整量限制器
35 换算和调整单元
36a,36b,36c差值器
4根据第一实施例的调节回路
40反向转换装置
41理论量限制器
5用于借助于调节回路4修正理论进气管压的方法
50最大和最小可能的节气门开口面积的转换
51理论进气管压的限定
6根据第二实施例的调节回路
60反向转换装置
61修正单元
7用于借助于调节回路6修正理论进气管压的方法
70最大和最小可能的节气门开口面积的转换
71理论进气管压的限定。
具体实施方式
图1显示了驱动组件1的剖面。驱动组件1具有进气管10、节气门11、内燃机12、废气涡轮增压器13和废气通道14。节气门11布置在进气管10中并且设计用于调节新鲜空气到内燃机12中的输送。内燃机12与进气管10且与废气通道14相连接。设置用于调节进气管10中的增压压力的废气涡轮增压器13具有涡轮130和压缩器131，其经由轴与涡轮130相连接。涡轮130布置在废气通道14中并且通过从内燃机12流出的废气来驱动。压缩器131布置在进气管10中并且由涡轮130驱动地压缩进气管10中的空气。
驱动组件1此外包括发动机控制系统2，其具有用于调整进气管中的进气管压的调节回路20。
在传统的驱动装置中，调节回路20常常如参考图2那样说明地来构造。图2显示了调节回路3，其带有进气管压传感器30、干扰量观察器31、PI调节器(其包括P调节32P和I调节32I)、非线性的转换器33、调整量限制器34和换算和调整单元35。
进气管压传感器30测量当前的实际进气管压并且将代表探测到的实际进气管压的测量信号传送到前置于I调节32I的第一差值器(Differenzierer，有时称为区别器)36a处、到前置于第一差值器36a的干扰量观察器31处并且到第二差值器36b处。
干扰量观察器31设置用于基于理论进气管压和测量信号借助于说明节气门对于进气管压的影响的模型以及借助于进气管压模型确定估计的进气管压。在此，估计的进气管压说明，将调整哪个实际进气管压。
第一差值器36a形成在测量信号与估计的进气管压之间的差异，并且将其传递到I调节32I处。I调节32I使在测量信号与估计的进气管压之间的差异经受积分调节，并且将结果传递到第三差值器36c处，其后置于第二差值器36b并且前置于P调节32P。
第二差值器36b形成由理论进气管压和测量信号构成的差异并且将其传递到第三差值器36c处。第三差值器36c形成由理论进气管压和测量信号构成的差异与I调节的结果构成的差异并且将结果传递到P调节32P处。
P调节32P使第三差值器36c 的结果经受成比例的调节并且将结果传递到非线性的转换器33处。其执行非线性的转换，以便于确定理论节气门开口面积，并且将理论节气门开口面积给出到调整量限制器34处。借助于由节气门的结构和其到进气管中的装入来预设的最大可能的节气门开口面积和最小可能的节气门开口面积，调整量限制器34修正理论节气门开口面积并且将经修正的理论节气门开口面积传递到换算和调整单元35处。调整量限制器34检验，理论节气门开口面积是否处于最大可能的节气门开口面积和最小可能的节气门开口面积之间，并且仅当这不是该情况时，才匹配理论节气门开口面积。换算和调整单元35由修正的节气门开口面积(限定的节气门开口面积)计算节气门位置且调整该节气门位置。由此调整实际进气管压。
参考图2说明的调节回路3具有的缺点是，理论进气管压争取达到如下值，在该值的情况中节气门开口面积分别大于最大可能的节气门开口面积或小于最小可能的节气门开口面积，在长时间段上不可实现调控，由此持续地提高I部分(饱和)。当理论进气管压紧接着争取达到另一值时，在该值的情况中节气门开口面积采用在最大或最小可能的节气门开口面积之间的值，可引起调节器的强烈超调，因为高的I部分首先由于超调必须被再次消减。因此必须使I调节在首先提到的情况中迄今被冻结，这带来耗费的再初始化。
接下来基于图2的调节回路3说明根据本发明的调节回路的两个实施例，其使得I调节的冻结且由此还有再初始化变得多余并且显著简化进气管压的调节。
图3显示了根据本发明的调节回路4的第一实施例。附加于图2的调节回路3的部件，调节回路4包括反向转换装置40和理论量限制器41。反向转换装置40构造成用于在考虑测量信号和I调节32I的结果的情况下将最大可能的节气门开口面积转换成最大可实现的理论进气管压，并且将最小可能的节气门开口面积转换成最小可实现的理论进气管压。理论量限制器41构造成用于根据最大可实现的理论进气管压和最小可实现的理论进气管压修正理论进气管压。理论量限制器41在此类似于调整量限制器34那样来工作。
图4显示了用于借助于第一实施例的调节回路4来修正理论进气管压的方法5的流程图。
在50的情况中，最大可能的节气门开口面积被转换成最大可实现的进气管压。该转换基于以上已经引入的关系来实现：
(1a)
或
(2a)。
在51的情况中根据被转换的最大可实现的进气管压和被转换的最小可实现的进气管压限定理论进气管压。理论量限制器41检验，理论进气管压是否位于最大可实现的理论进气管压与最小可实现的理论进气管压之间并且仅当这不是该情况时才匹配理论进气管压。
通过理论进气管压通过限定的修正不再出现如下情况，即理论进气管压争取达到这样的值，即在该值的情况中节气门开口面积超过最大可能的节气门开口面积或者低于最小可能的节气门开口面积，因为为了调整每个修正的理论进气管压存在可实现的节气门开口面积或可实现的节气门位置。因此可连续地调控调节回路并且使得I调节的冻结以及再初始化变得多余。
图5显示了根据本发明的调节回路6的第二实施例。附加于图2的调节回路3的部件，调节回路6包括反向转换装置60和修正单元61。反向转换装置60构造成用于将在非限定的节气门开口面积与限定的节气门开口面积之间的差异转换成压差。修正单元61构造成加法器，其使压差与理论进气管压相加并且给出总和来作为修正的理论进气管压。
图6显示了用于借助于第二实施例的调节回路6来修正理论进气管压的方法7的流程图。
在70的情况中，在非限定的节气门开口面积与限定的节气门开口面积之间形成差异并且根据以上已经提到的如下关系来将差异转换成压差。
(3a)
在71的情况中，形成由压差和理论进气管压构成的总和并且作为经修正的理论进气管压给出。
反向转换装置60和修正单元61与第二和第三差值器、P调节、非线性的转换器和调整量限制器一同形成代数环。该代数环可在需要的情况下例如作为固定点迭代来解开。
又通过理论进气管压的修正有效地阻止如下情况，即理论进气管压争取达到这样的值，即在该值的情况中节气门开口面积分别大于最大可能的节气门开口面积或小于最小可能的节气门开口面积。因此可持续地调控调节回路并且使得I调节的冻结以及再初始化变得多余。