具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

发动机空气系统中的控制变量有：节气门开度、EGR阀开度、增压器开度，在三种控制变量分别对应的被控变量有：空气流量、EGR流量、增压压力。单独的调整任何一个控制变量，除了其所对应的被控变量变化之外，其余的被控变量也会受此变化而变化，因此空气系统中各个控制变量的控制回路存在互相影响的因素，导致空气系统的性能受到限制。

本发明针对空气系统中存在的耦合关系进行分析，并通过解耦的方式对空气系统的控制回路进行修正，以优化发动机空气系统的控制效果。

下面以具体实施例对本发明提出的空气系统控制方法进行详细阐述。

图1为本发明根据一示例性实施例示出的一种发动机的空气系统控制方法的实施例流程图，该控制方法应用于控制设备，该控制设备可以是发动机ECU，当然也可以是专门为实现空气系统控制的控制设备。如图1所示，该发动机的空气系统控制方法包括如下步骤：

步骤101：获取每个控制变量对各个被控变量影响的传递函数。

在本实施例中，空气系统中的控制变量有节气门开度、增压器开度和排气再循环EGR阀开度，以及分别对应的被控变量有空气流量、增压压力和EGR流量。其中，控制变量对被控变量影响的传递函数指的是将控制变量作为系统输入参数，被控变量作为系统输出参数所得到的输入参数与输出参数之间的转换函数。

在一些实施例中，可以针对每个控制变量，在发动机的不同工况下采集控制变量的参数和每个被控变量的参数，并根据采集控制变量的参数和每个被控变量的参数获得不同工况下该控制变量对每个被控变量影响的传递函数。

举例来说，以节气门开度控制变量对增压压力被控变量影响为例，可以给发动机设定一个工况参数，然后采集时间上连续的节气门开度参数和增压压力参数，再对采集的节气门开度参数进行拟合得到输入函数x(t)，对采集的增压压力参数进行拟合得到输出函数y(t)，然后将x(t)的拉氏变换和y(t)的拉氏变换的商W(s)＝Y(s)/X(s)作为节气门开度对增压压力影响的传递函数；基于同样原理，给发动机再设定一个工况参数，又得到节气门开度对增压压力影响的传递函数。

由于传递函数是由系统的本质特性确定的，因此在不同的工况下节气门开度对增压压力影响的传递函数只是系数不同，其他均相同。

在一示例中，发动机工况的状态参数可以包括发动机转速和发动机进气充量。

步骤102：根据所述传递函数获得节气门、增压器、EGR阀三者之间的解耦传递函数。

由于单独调整任何一个控制变量，除了其所对应的被控变量变化之外，其余的被控变量也会受此变化而变化，因此空气系统中各个控制变量的控制回路存在互相影响的因素，根据这些控制变量和被控变量可以建立一个空气系统模型，模型如下：

其中，MF_air、PTP、MF_EGR分别为空气流量、增压压力、EGR流量三个被控变量；Wdkba、ldtvm、agrvp分别为节气门开度、增压器开度、EGR阀开度三个控制变量；为模型矩阵，G₁₁表示节气门开度对空气流量影响的传递函数，G₁₂表示增压器开度对空气流量影响的传递函数，G₁₃表示EGR阀开度对空气流量影响的传递函数，G₂₁表示节气门开度对增压压力影响的传递函数，G₂₂表示增压器开度对增压压力影响的传递函数，G₂₃表示EGR阀开度对增压压力影响的传递函数，G₃₁表示节气门开度对EGR流量影响的传递函数，G₃₂表示增压器开度对EGR流量影响的传递函数，G₃₃表示EGR阀开度对EGR流量影响的传递函数。

通过对G_(s)作如下推导：

根据前置反馈补偿解耦矩阵的定义如下：

其中，为G_p1(s)的逆矩阵。

经矩阵求逆性质可知：

其中，|G_p1(s)|为G_p1(s)的行列式，为G_p1(s)的伴随矩阵。

将G_p1(s)和G_p2(s)带入，并根据伴随矩阵的计算方法得到：

整理后得到如下补偿解耦矩阵：

实验测试各个控制变量的阶跃变化对每个被控变量的影响，参见图2所示，其中的图(a)、图(b)及图(c)分别为节气门开度、增压器开度、EGR阀开度的阶跃变化对空气流量的影响，图(d)、图(e)及图(f)分别为节气门开度、增压器开度、EGR阀开度的阶跃变化对增压压力的影响，图(g)、图(h)及图(i)分别为节气门开度、增压器开度、EGR阀开度的阶跃变化对EGR流量的影响。

由此可以看出，图(f)所示的EGR阀开度对增压压力的影响，和图(h)所示的增压器开度对EGR流量的影响可以忽略不计，也即模型矩阵中的G₂₃和G₃₂均为0，从而补偿解耦矩阵可变为：

其中，表示增压器到节气门的解耦传递函数，表示EGR阀到节气门的解耦传递函数，表示节气门到增压器的解耦传递函数，表示节气门到EGR阀的解耦传递函数。

步骤103：根据所述解耦传递函数产生用于控制节气门的控制信号、用于控制增压器的控制信号以及用于控制EGR阀的控制信号。

在一些实施例中，参见图3所示的解耦控制系统，节气门、增压器以及EGR阀均处于闭环控制情况，针对节气门的控制信号产生，需要根据增压器到节气门的解耦传递函数EGR阀到节气门的解耦传递函数及节气门闭环控制需求的节气门开度获得；针对增压器的控制信号产生，需要根据节气门到增压器的解耦传递函数和增压器闭环控制需求的增压器开度获得；针对EGR阀的控制信号产生，需要根据节气门到EGR阀的解耦传递函数和EGR阀闭环控制需求的EGR阀开度获得。

由此可见，在节气门处于闭环控制情况时，需要获得节气门、增压器、EGR阀三者之间的解耦传递函数有：节气门到增压器的解耦传递函数节气门到EGR阀的解耦传递函数增压器到节气门的解耦传递函数EGR阀到节气门的解耦传递函数

在另一些实施例中，参见图4所示的解耦控制系统，节气门处于开环控制情况，而增压器和EGR阀均处于闭环控制情况，从而所有因素对节气门的影响均可以忽略，即G₁₂和G₁₃均为0.

针对节气门的控制信号产生，只需要根据节气门开环控制需求的节气门开度获得；针对增压器的控制信号产生，需要根据节气门到增压器的解耦传递函数和增压器闭环控制需求的增压器开度获得；针对EGR阀的控制信号产生，需要根据节气门到EGR阀的解耦传递函数和EGR阀闭环控制需求的EGR阀开度获得。

由此可见，在节气门处于开环控制情况时，需要获得节气门、增压器、EGR阀三者之间的解耦传递函数有：节气门到增压器的解耦传递函数和节气门到EGR阀的解耦传递函数

再如图4所示，假设不同工况下节气门开度对增压压力影响的传递函数如下：

不同工况下节气门开度对EGR流量影响的传递函数如下：

不同工况下增压器开度对增压压力影响的传递函数如下：

不同工况下EGR阀开度对EGR流量影响的传递函数如下：

其中，k₂₁、k₃₁、k₂₂、k₃₃均表示不同工况下传递函数的系数。

由此可得，节气门到增压器的解耦传递函数如下：

节气门到EGR阀的解耦传递函数如下：

其中，和均为解耦传递函数的增益比，由于不同工况下，获得的传递函数的系数不同，因此可以预先建立不同工况下的增益比MAP图，即每一工况对应一个增益比，从而在产生控制信号的过程中，可以根据发动机当前所处工况参数查找MAP图获得相应的增益比。

基于上述描述可知，以节气门变化和增压压力控制为例，在现有技术中，节气门突然打开时，增压压力会突然上升，但此时增压器的闭环控制由于不知道增压压力会由于节气门的突然变化而上升，因此最终输出的占空比相对而言会比较高，从而实际增压压力上升的过大。而在本实施例中，节气门突然打开时，由于节气门的控制信号会直接通过解耦传递函数传递至增压器控制，使得增压器的最终输出占空比会有所减小，随后升高，以避免由于节气门变化对增压压力控制的影响，此时由于将节气门的因素抛除了，因此增压器的控制可以标定的更快。

以节气门变化和EGR流量控制为例，本系统在节气门突然打开的过程中，节气门的控制信号会直接通过解耦传递函数传递至EGR阀控制，使得将EGR阀多开一些，EGR流量能够及时达到要求，而此时如果仅靠PID调节，如果调节过快，则此时的EGR流量容易发生波动，只能通过较慢的控制方法慢慢的让EGR流量逐渐达到精确的设定值。

至此，完成上述图1所示流程，通过获取空气系统中每个控制变量对各个被控变量影响的传递函数，以计算得到空气系统中节气门、增压器、EGR阀三个控制变量之间的解耦传递函数，然后将解耦传递函数作用于节气门、增压器以及EGR阀三个控制变量的控制，使得各控制变量能够单独的作用在各自的被控变量之上，进而使得各控制变量的控制回路变得更加独立，避免由于耦合导致的性能限制。

与前述发动机的空气系统控制方法的实施例相对应，本发明还提供了发动机的空气系统控制装置的实施例。

图5为本发明根据一示例性实施例示出的一种发动机的空气系统控制装置的结构示意图，基于上述图1所示实施例基础上，如图5所示，该发动机的空气系统控制装置包括：

传递函数获取模块510，用于获取每个控制变量对各个被控变量影响的传递函数；

解耦计算模块520，用于根据所述传递函数获得节气门、增压器、EGR阀三者之间的解耦传递函数；

控制模块530，用于根据所述解耦传递函数产生用于控制所述节气门的控制信号、用于控制所述增压器的控制信号以及用于控制所述EGR阀的控制信号。

在一可选实现方式中，所述传递函数获取模块510，具体用于针对每个控制变量，在发动机的不同工况下采集控制变量的参数和每个被控变量的参数，并根据采集控制变量的参数和每个被控变量的参数获得不同工况下该控制变量对每个被控变量影响的传递函数。

在一可选实现方式中，在所述节气门处于开环控制情况时，所述解耦计算模块520，具体用于根据节气门开度对增压压力影响的传递函数和增压器开度对增压压力影响的传递函数，获得节气门到增压器的解耦传递函数；根据节气门开度对EGR流量影响的传递函数和EGR阀开度对EGR流量影响的传递函数，获得节气门到EGR阀的解耦传递函数。

在一可选实现方式中，在所述节气门处于闭环控制情况时，所述解耦计算模块520，具体用于根据节气门开度对增压压力影响的传递函数和增压器开度对增压压力影响的传递函数，获得节气门到增压器的解耦传递函数；根据节气门开度对EGR流量影响的传递函数和EGR阀开度对EGR流量影响的传递函数，获得节气门到EGR阀的解耦传递函数；根据增压器开度对空气流量影响的传递函数和节气门开度对空气流量影响的传递函数，获得增压器到节气门的解耦传递函数；根据EGR阀开度对空气流量影响的传递函数和节气门开度对空气流量影响的传递函数，获得EGR阀到节气门的解耦传递函数。

在一可选实现方式中，EGR阀开度对增压压力的影响和增压器开度对EGR流量的影响忽略不计。

上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

基于上述所述实施例的基础上，本发明还提供了一种发动机的空气系统，所述空气系统中的控制变量有节气门开度、增压器开度和排气再循环EGR阀开度，被控变量有空气流量、增压压力和EGR流量，所述系统包括：

控制设备，用于获取每个控制变量对各个被控变量影响的传递函数，并根据所述传递函数获得节气门、增压器、EGR阀三者之间的解耦传递函数，以及根据所述解耦传递函数产生用于控制所述节气门的控制信号、用于控制所述增压器的控制信号以及用于控制所述EGR阀的控制信号；

节气门，用于根据用于控制所述节气门的控制信号打开或者关闭；

增压器，用于根据用于控制所述增压器的控制信号调整占空比；

EGR阀，用于根据用于控制所述EGR阀的控制信号打开或者关闭。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。