一种VGT阀开度的前馈控制方法及装置与流程

一种vgt阀开度的前馈控制方法及装置
技术领域
1.本发明涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种vgt阀开度的前馈控制方法及装置。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，车辆控制技术不断提高。
3.当前，安装有可变截面涡轮增压器(variable geometry turbocharger，vgt)和废气再循环(exhaust gas re
‑
circulation，egr)系统的车辆，可以通过控制vgt阀的开度，来调节进气增压压力。其中，进气增压压力可以为发动机进气歧管中的进气压力。
4.其中，现有技术可以在车辆运行过程中，基于发动机转速和喷油量，在已标定好的map图中查找出相匹配的vgt阀的开度，基于该查找出的开度对vgt阀进行前馈控制，提高对进气增压压力的瞬态控制能力。现有技术还可以对进气增压压力进行闭环控制。
5.但是，现有技术中上述map图的标定准确性较低，可能导致无法有效查找出准确的vgt阀的开度。


技术实现要素：

6.鉴于上述问题，本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的vgt阀开度的前馈控制方法及装置，技术方案如下：
7.一种vgt阀开度的前馈控制方法，包括：
8.确定与车辆当前运行状态匹配的进气参数期望值，所述进气参数期望值包括进气质量流量的期望流量值和进气增压压力的期望压力值；
9.根据所述进气增压压力的期望压力值，确定相应的进气增压压力的期望变化率；
10.基于所述进气质量流量的期望流量值和所述进气增压压力的期望变化率，确定vgt阀的目标控制开度；
11.基于所述vgt阀的目标控制开度，向所述vgt阀的执行机构输出相应的前馈控制信号，以通过所述vgt阀的执行机构，将所述vgt阀的开度控制至所述目标控制开度。
12.可选的，所述基于所述进气质量流量的期望流量值和所述进气增压压力的期望变化率，确定vgt阀的目标控制开度，包括：
13.将所述进气质量流量的期望流量值和所述进气增压压力的期望变化率，输入至vgt阀开度计算模型中，将所述vgt阀开度计算模型输出的vgt阀开度确定为所述目标控制开度。
14.可选的，所述vgt阀开度计算模型为：
[0015][0016]
其中，u
vgt
为所述vgt阀的目标控制开度，w
c
为所述进气质量流量的期望流量值，w
f
为喷射燃油的质量流量，p
′
in
为所述进气增压压力的期望变化率，v
in
为进气歧管中的进气体积，r为气体常数，t
in
为进气歧管温度，c
vgt
为vgt节流系数，p0为大气压力，p
out
为排气歧管压力，t
out
为排气歧管温度。
[0017]
可选的，所述方法还包括：
[0018]
通过传感器获得所述排气歧管压力和所述进气歧管温度。
[0019]
可选的，所述方法还包括：
[0020]
确定与当前的油门踏板开度和车速匹配的所述喷射燃油的质量流量。
[0021]
可选的，所述方法还包括：
[0022]
确定与所述进气歧管温度和燃烧评估温度增加值匹配的所述排气歧管温度。
[0023]
一种vgt阀开度的前馈控制装置，包括：第一确定单元、第二确定单元、第三确定单元和控制单元，其中：
[0024]
所述第一确定单元，被配置为执行：确定与车辆当前运行状态匹配的进气参数期望值，所述进气参数期望值包括进气质量流量的期望流量值和进气增压压力的期望压力值；
[0025]
所述第二确定单元，被配置为执行：根据所述进气增压压力的期望压力值，确定相应的进气增压压力的期望变化率；
[0026]
所述第三确定单元，被配置为执行：基于所述进气质量流量的期望流量值和所述进气增压压力的期望变化率，确定vgt阀的目标控制开度；
[0027]
所述控制单元，被配置为执行：基于所述vgt阀的目标控制开度，向所述vgt阀的执行机构输出相应的前馈控制信号，以通过所述vgt阀的执行机构，将所述vgt阀的开度控制至所述目标控制开度。
[0028]
可选的，所述第三确定单元包括：输入单元和第四确定单元，其中：
[0029]
所述输入单元，被配置为执行：将所述进气质量流量的期望流量值和所述进气增压压力的期望变化率，输入至vgt阀开度计算模型中；
[0030]
所述第四确定单元，被配置为执行：将所述vgt阀开度计算模型输出的vgt阀开度确定为所述目标控制开度。
[0031]
可选的，所述vgt阀开度计算模型为：
[0032][0033]
其中，u
vgt
为所述vgt阀的目标控制开度，w
c
为所述进气质量流量的期望流量值，w
f
为喷射燃油的质量流量，p
′
in
为所述进气增压压力的期望变化率，v
in
为进气歧管中的进气体积，r为气体常数，t
in
为进气歧管温度，c
vgt
为vgt节流系数，p0为大气压力，p
out
为排气歧管压力，t
out
为排气歧管温度。
[0034]
可选的，所述装置还包括：获得单元，其中：
[0035]
所述获得单元，被配置为执行：通过传感器获得所述排气歧管压力和所述进气歧管温度。
[0036]
可选的，所述装置还包括：第五确定单元；其中：
[0037]
所述第五确定单元，被配置为执行：确定与当前的油门踏板开度和车速匹配的所述喷射燃油的质量流量。
[0038]
可选的，所述装置还包括：第六确定单元；其中：
[0039]
所述第六确定单元，被配置为执行：确定与所述进气歧管温度和燃烧评估温度增加值匹配的所述排气歧管温度。
[0040]
本实施例提出的vgt阀开度的前馈控制方法及装置，可以确定与车辆当前运行状态匹配的进气参数期望值，进气参数期望值包括进气质量流量的期望流量值和进气增压压力的期望压力值，根据进气增压压力的期望压力值，确定相应的进气增压压力的期望变化率，基于进气质量流量的期望流量值和进气增压压力的期望变化率，确定vgt阀的目标控制开度，基于vgt阀的目标控制开度，向vgt阀的执行机构输出相应的前馈控制信号，以通过vgt阀的执行机构，将vgt阀的开度控制至目标控制开度。本发明可以有效保证vgt阀的准确性，提高对vgt阀的控制准确度，提高对vgt阀的瞬时控制响应能力，从而提高系统瞬时控制精度。
[0041]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0043]
图1示出了本发明实施例提供的第一种vgt阀开度的前馈控制方法的流程图；
[0044]
图2示出了本发明实施例提供的第二种vgt阀开度的前馈控制方法的流程图；
[0045]
图3示出了本发明实施例提供的第一种vgt阀开度的前馈控制装置的结构示意图；
[0046]
图4示出了本发明实施例提供的第二种vgt阀开度的前馈控制装置的结构示意图。
具体实施方式
[0047]
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0048]
如图1所示，本实施例提出了第一种vgt阀开度的前馈控制方法，可以包括以下步骤：
[0049]
s101、确定与车辆当前运行状态匹配的进气参数期望值，进气参数期望值包括进气质量流量的期望流量值和进气增压压力的期望压力值；
[0050]
需要说明的是，本发明可以应用于车辆控制器。
[0051]
其中，车辆可以为安装有vgt和egr的车辆。
[0052]
其中，车辆当前运行状态可以由车辆的发动机转速、喷油量和车速等车辆运行参
数进行表征。
[0053]
需要说明的是，现有技术可以基于车辆的发动机转速和喷油量，分别在进气质量流量和进气增压压力的闭环控制系统中，确定相应的进气质量流量的设定值和进气增压压力的设定值。
[0054]
具体的，本实施例中的进气质量流量的期望流量值，即可以为上述进气质量流量的设定值；本实施例中的进气增压压力的期望压力值，即可以为上述进气增压压力的设定值。
[0055]
需要说明的是，本发明可以基于进气质量流量的期望流量值和进气增压压力的期望压力值，计算出vgt阀的目标控制开度，并按照计算出的vgt阀的目标控制开度来控制vgt阀的开度。
[0056]
s102、根据进气增压压力的期望压力值，确定相应的进气增压压力的期望变化率；
[0057]
其中，进气增压压力的期望变化率，可以是进气增压压力的期望压力值在当前时刻的变化率。
[0058]
可选的，本发明可以记录进气增压压力的期望压力值随时间的变化曲线，将该变化曲线在当前时刻的导数，确定为进气增压压力的期望变化率。
[0059]
可选的，本发明可以在确定进气增压压力当前的期望压力值时，利用当前的期望压力值和前一时刻确定的期望压力值，计算进气增压压力的期望压力值在当前时刻的变化率，将计算出的该变化率确定为进气增压压力的期望变化率。
[0060]
s103、基于进气质量流量的期望流量值和进气增压压力的期望变化率，确定vgt阀的目标控制开度；
[0061]
需要说明的是，本发明可以构建进气质量流量、进气增压压力与vgt阀的开度之间的物理关系，以在确定进气质量流量和进气增压压力的情况下，可以利用该物理关系推导vgt阀的目标控制开度。
[0062]
可选的，本发明可以构建包含上述物理关系的物理模型，通过物理模型来实时确定vgt阀的目标控制开度。
[0063]
可选的，如图2所示，在本实施例提出的第二种vgt阀开度的前馈控制方法中，步骤s103可以包括步骤s201和s202。其中：
[0064]
s201、将进气质量流量的期望流量值和进气增压压力的期望变化率，输入至vgt阀开度计算模型中；
[0065]
可选的，vgt阀开度计算模型可以为：
[0066][0067]
其中，u
vgt
为vgt阀的目标控制开度，w
c
为进气质量流量的期望流量值，w
f
为喷射燃油的质量流量，p
′
in
为进气增压压力的期望变化率，v
in
为进气歧管中的进气体积，r为气体常数，t
in
为进气歧管温度，c
vgt
为vgt节流系数，p0为大气压力，p
out
为排气歧管压力，t
out
为排气歧管温度。
[0068]
其中，排气歧管压力可以为排气歧管中排气的气体压力。
[0069]
其中，排气歧管温度可以为排气歧管中排气的气体温度。
[0070]
其中，在vgt阀开度计算模型中，除进气质量流量的期望流量值和进气增压压力的期望变化率以外的参数均可以是已知的。需要说明的是，v
in
即可以为进气歧管的体积。
[0071]
具体的，本发明在构建vgt阀开度计算模型的过程中，可以先行根据气体压缩方程，以进气歧管为对象，构建公式(1)：
[0072][0073]
其中，w
egr
可以为egr阀后的气体质量流量，w
in
可以为发动机气缸进气的质量流量。可以理解的是，p
in
可以为进气增压压力的期望流量值，p
′
in
可以为p
in
的导数。
[0074]
具体的，由于排气动态响应较快，因此本发明可以在忽略气体的压力变化率的情况下，以排气歧管为对象，将气体压缩方程简化为公式(2)：
[0075]
w
in
w
f
‑
w
egr
‑
w
vgt
＝0；
[0076]
其中，w
vgt
可以为vgt阀后的气体质量流量。
[0077]
具体的，本发明可以vgt阀为对象，将节流公式近似构建为公式(3)：
[0078][0079]
可以理解的是，本发明可以通过整合上述公式(1)、(2)和(3)，获得上述vgt阀开度计算模型。
[0080]
s202、将vgt阀开度计算模型输出的vgt阀开度确定为vgt阀的目标控制开度。
[0081]
具体的，vgt阀开度计算模型可以基于进气质量流量的期望流量值和进气增压压力的期望变化率，计算出相应的vgt阀的开度，本发明可以将vgt阀开度计算模型计算出的vgt阀的开度确定为vgt阀的目标控制开度。
[0082]
s104、基于vgt阀的目标控制开度，向vgt阀的执行机构输出相应的前馈控制信号，以通过vgt阀的执行机构，将vgt阀的开度控制至目标控制开度。
[0083]
具体的，本发明可以在确定vgt阀的目标控制开度后，向vgt阀的执行机构输出相应的前馈控制信号，在闭环反馈控制作用之前即可以快速控制vgt阀的执行机构进行动作，将vgt阀的开度控制至目标控制开度，可以保证vgt阀的控制准确度，并可以提高对vgt阀的瞬时控制响应能力，提高系统瞬时控制精度，也可以提高进气增压压力闭环控制的瞬态控制效果。
[0084]
还需要说明的是，现有技术中所使用的用于确定vgt阀开度的map图，是由技术人员根据经验进行标定的，因此vgt阀开度的数据标定过程可能存在主观偏差，无法保证准确度。另，人为标定出的vgt阀开度属于离散数据，在map图的全区间范围确定vgt阀开度时，准确性可能会进一步降低。而本发明可以通过上述vgt阀开度计算模型来确定vgt阀开度，即可以通过计算公式来确定vgt阀开度，可以无需人工标定map，避免人工标定的主观偏差，并可以获得vgt阀开度的连续数据，有效保证vgt阀的准确性，从而可以有效提高对vgt阀的控制准确度。
[0085]
本实施例提出的vgt阀开度的前馈控制方法，可以确定与车辆当前运行状态匹配的进气参数期望值，进气参数期望值包括进气质量流量的期望流量值和进气增压压力的期望压力值，根据进气增压压力的期望压力值，确定相应的进气增压压力的期望变化率，基于
进气质量流量的期望流量值和进气增压压力的期望变化率，确定vgt阀的目标控制开度，基于vgt阀的目标控制开度，向vgt阀的执行机构输出相应的前馈控制信号，以通过vgt阀的执行机构，将vgt阀的开度控制至目标控制开度。本发明可以有效保证vgt阀的准确性，提高对vgt阀的控制准确度，提高对vgt阀的瞬时控制响应能力，从而提高系统瞬时控制精度。
[0086]
基于采用上述计算模型的vgt阀开度的前馈控制方法，本实施例提出第三种vgt阀开度的前馈控制方法。在该第三种vgt阀开度的前馈控制方法中，还可以包括：
[0087]
通过传感器获得排气歧管压力和进气歧管温度。
[0088]
具体的，本发明可以分别通过设置在相应位置处的压力传感器和温度传感器，测量获得排气歧管压力和进气歧管温度。
[0089]
可选的，在第三种vgt阀开度的前馈控制方法中，还可以包括：
[0090]
确定与当前的油门踏板开度和车速匹配的喷射燃油的质量流量。
[0091]
具体的，本发明在确定喷射燃油的质量流量的过程中，可以先行通过油门踏板和车速，确定相应的整车扭矩，之后根据整车扭矩确定相应的发动机扭矩和发动机转速，进而确定与发动机扭矩和发动机转速相匹配的喷射燃油的质量流量。
[0092]
可选的，在第三种vgt阀开度的前馈控制方法中，还可以包括：
[0093]
确定与进气歧管温度和燃烧评估温度增加值匹配的排气歧管温度。
[0094]
具体的，本发明在确定排气歧管温度的过程中，可以先行确定进气歧管温度，之后可以对进气在发动机气缸内参与的燃烧过程进行评估，确定进气在经历该燃烧过程后可能的温度升高值，从而确定排气歧管温度。
[0095]
需要说明的是，本发明可以采取测量方式和计算方式，相应确定在vgt阀开度计算模型中需要的排气歧管压力、进气歧管温度、喷射燃油的质量流量和排气歧管温度，保证对vgt阀开度计算模型的正常应用，从而保证对vgt阀目标控制开度的计算准确度。
[0096]
本实施例提出的第三种vgt阀开度的前馈控制方法，可以采取测量方式和计算方式，相应确定在vgt阀开度计算模型中需要的排气歧管压力、进气歧管温度、喷射燃油的质量流量和排气歧管温度，保证对vgt阀开度计算模型的正常应用，从而保证对vgt阀目标控制开度的计算准确度。
[0097]
基于图1所示步骤，如图3所示，本实施例提出第一种vgt阀开度的前馈控制装置，该装置可以包括：第一确定单元101、第二确定单元102、第三确定单元103和控制单元104，其中：
[0098]
第一确定单元101，被配置为执行：确定与车辆当前运行状态匹配的进气参数期望值，进气参数期望值包括进气质量流量的期望流量值和进气增压压力的期望压力值；
[0099]
需要说明的是，本发明可以应用于车辆控制器。
[0100]
其中，车辆可以为安装有vgt和egr的车辆。
[0101]
其中，车辆当前运行状态可以由车辆的发动机转速、喷油量和车速等车辆运行参数进行表征。
[0102]
需要说明的是，现有技术可以基于车辆的发动机转速和喷油量，分别在进气质量流量和进气增压压力的闭环控制系统中，确定相应的进气质量流量的设定值和进气增压压力的设定值。
[0103]
具体的，本实施例中的进气质量流量的期望流量值，即可以为上述进气质量流量
的设定值；本实施例中的进气增压压力的期望压力值，即可以为上述进气增压压力的设定值。
[0104]
需要说明的是，本发明可以基于进气质量流量的期望流量值和进气增压压力的期望压力值，计算出vgt阀的目标控制开度，并按照计算出的vgt阀的目标控制开度来控制vgt阀的开度。
[0105]
第二确定单元102，被配置为执行：根据进气增压压力的期望压力值，确定相应的进气增压压力的期望变化率；
[0106]
其中，进气增压压力的期望变化率，可以是进气增压压力的期望压力值在当前时刻的变化率。
[0107]
可选的，本发明可以记录进气增压压力的期望压力值随时间的变化曲线，将该变化曲线在当前时刻的导数，确定为进气增压压力的期望变化率。
[0108]
可选的，本发明可以在确定进气增压压力当前的期望压力值时，利用当前的期望压力值和前一时刻确定的期望压力值，计算进气增压压力的期望压力值在当前时刻的变化率，将计算出的该变化率确定为进气增压压力的期望变化率。
[0109]
第三确定单元103，被配置为执行：基于进气质量流量的期望流量值和进气增压压力的期望变化率，确定vgt阀的目标控制开度；
[0110]
需要说明的是，本发明可以构建进气质量流量、进气增压压力与vgt阀的开度之间的物理关系，以在确定进气质量流量和进气增压压力的情况下，可以利用该物理关系推导vgt阀的目标控制开度。
[0111]
可选的，本发明可以构建包含上述物理关系的物理模型，通过物理模型来实时确定vgt阀的目标控制开度。
[0112]
可选的，如图4所示，在本实施例提出的第二种vgt阀开度的前馈控制装置中，第三确定单元103可以包括：输入单元201和第四确定单元202，其中：
[0113]
输入单元201，被配置为执行：将进气质量流量的期望流量值和进气增压压力的期望变化率，输入至vgt阀开度计算模型中；
[0114]
可选的，vgt阀开度计算模型可以为：
[0115][0116]
其中，u
vgt
为vgt阀的目标控制开度，w
c
为进气质量流量的期望流量值，w
f
为喷射燃油的质量流量，p
′
in
为进气增压压力的期望变化率，v
in
为进气歧管中的进气体积，r为气体常数，t
in
为进气歧管温度，c
vgt
为vgt节流系数，p0为大气压力，p
out
为排气歧管压力，t
out
为排气歧管温度。
[0117]
其中，排气歧管压力可以为排气歧管中排气的气体压力。
[0118]
其中，排气歧管温度可以为排气歧管中排气的气体温度。
[0119]
其中，在vgt阀开度计算模型中，除进气质量流量的期望流量值和进气增压压力的期望变化率以外的参数均可以是已知的。需要说明的是，v
in
即可以为进气歧管的体积。
[0120]
第四确定单元202，被配置为执行：将vgt阀开度计算模型输出的vgt阀开度确定为
目标控制开度。
[0121]
具体的，vgt阀开度计算模型可以基于进气质量流量的期望流量值和进气增压压力的期望变化率，计算出相应的vgt阀的开度，本发明可以将vgt阀开度计算模型计算出的vgt阀的开度确定为vgt阀的目标控制开度。
[0122]
控制单元104，被配置为执行：基于vgt阀的目标控制开度，向vgt阀的执行机构输出相应的前馈控制信号，以通过vgt阀的执行机构，将vgt阀的开度控制至目标控制开度。
[0123]
具体的，本发明可以在确定vgt阀的目标控制开度后，向vgt阀的执行机构输出相应的前馈控制信号，在闭环反馈控制作用之前即可以快速控制vgt阀的执行机构进行动作，将vgt阀的开度控制至目标控制开度，可以保证vgt阀的控制准确度，并可以提高对vgt阀的瞬时控制响应能力，提高系统瞬时控制精度，也可以提高进气增压压力闭环控制的瞬态控制效果。
[0124]
还需要说明的是，本发明可以通过上述vgt阀开度计算模型来确定vgt阀开度，即可以通过计算公式来确定vgt阀开度，可以无需人工标定map，避免人工标定的主观偏差，并可以获得vgt阀开度的连续数据，有效保证vgt阀的准确性，从而可以有效提高对vgt阀的控制准确度。
[0125]
本实施例提出的vgt阀开度的前馈控制装置，可以有效保证vgt阀的准确性，提高对vgt阀的控制准确度，提高对vgt阀的瞬时控制响应能力，从而提高系统瞬时控制精度。
[0126]
基于采用上述计算模型的vgt阀开度的前馈控制装置，本实施例提出第三种vgt阀开度的前馈控制装置。在该第三种vgt阀开度的前馈控制装置中，还包括：获得单元，其中：
[0127]
获得单元，被配置为执行：
[0128]
通过传感器获得排气歧管压力和进气歧管温度。
[0129]
具体的，本发明可以分别通过设置在相应位置处的压力传感器和温度传感器，测量获得排气歧管压力和进气歧管温度。
[0130]
可选的，在第三种vgt阀开度的前馈控制装置中，还可以包括：第五确定单元；其中：
[0131]
第五确定单元，被配置为执行：确定与当前的油门踏板开度和车速匹配的喷射燃油的质量流量。
[0132]
具体的，本发明在确定喷射燃油的质量流量的过程中，可以先行通过油门踏板和车速，确定相应的整车扭矩，之后根据整车扭矩确定相应的发动机扭矩和发动机转速，进而确定与发动机扭矩和发动机转速相匹配的喷射燃油的质量流量。
[0133]
可选的，在第三种vgt阀开度的前馈控制装置中，还可以包括：第六确定单元；其中：
[0134]
第六确定单元，被配置为执行：确定与进气歧管温度和燃烧评估温度增加值匹配的排气歧管温度。
[0135]
具体的，本发明在确定排气歧管温度的过程中，可以先行确定进气歧管温度，之后可以对进气在发动机气缸内参与的燃烧过程进行评估，确定进气在经历该燃烧过程后可能的温度升高值，从而确定排气歧管温度。
[0136]
需要说明的是，本发明可以采取测量方式和计算方式，相应确定在vgt阀开度计算模型中需要的排气歧管压力、进气歧管温度、喷射燃油的质量流量和排气歧管温度，保证对
vgt阀开度计算模型的正常应用，从而保证对vgt阀目标控制开度的计算准确度。
[0137]
本实施例提出的第三种vgt阀开度的前馈控制装置，可以采取测量方式和计算方式，相应确定在vgt阀开度计算模型中需要的排气歧管压力、进气歧管温度、喷射燃油的质量流量和排气歧管温度，保证对vgt阀开度计算模型的正常应用，从而保证对vgt阀目标控制开度的计算准确度。
[0138]
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，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0139]
以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。