Транспортное средство

Различные варианты осуществления, относящиеся к регулированию топливо-воздушного соотношения, раскрыты в материалах настоящей заявки. В одном варианте осуществления, способ включает в себя настройку впрыска топлива в двигатель в ответ на обратную связь датчика топливо-воздушного соотношения с первой структурой управления, а в ответ на асимметричное ухудшение характеристик датчика топливо-воздушного соотношения, настройку впрыска топлива в двигатель в ответ на обратную связь датчика топливо-воздушного соотношения со второй, другой структурой управления.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ

Настоящая полезная модель относится к транспортному средству, в частности к транспортному средству, содержащему датчик топливо-воздушного соотношения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ

Датчик топливо-воздушного соотношения типично может добавлять относительно небольшую дополнительную задержку/запаздывание в сигнал обратной связи вследствие защитного покрытия датчика и времени, требуемого на электрохимическую обработку. Подвергнутый ухудшению характеристик датчик, возможно, где его защитное покрытие загрязнено, может добавлять большую задержку/запаздывание. Например, сигнал подвергнутого ухудшению характеристик датчика может задерживаться (но, во всем остальном, быть таким же, как действующий сигнал), либо фильтроваться (расширяться во времени с уменьшенной амплитудой действующего сигнала). В таких случаях регулятор в обратной связи может не работать как требуется, вследствие более высоких, чем ожидаемые, задержки/запаздывания.

В одном из примеров для компенсации таких задержки/запаздывания, контроллер подачи топлива-воздуха может включать в себя структуру управления с предиктивной компенсацией задержки, такой как предиктор (предсказатель) Смита. Предсказатель Смита может предоставлять регулятору возможность регулировать непрерывную динамику системы посредством упреждающего механизма, который компенсирует задержку/запаздывание, когда измеренный сигнал отличается от оценки предсказателя Смита.

Однако, изобретатели распознали несколько потенциальных проблем у такого подхода. Например, точность структуры

управления с предиктивной компенсацией задержки может находиться под влиянием нелинейного ухудшения характеристик датчика топливо-воздушного соотношения. Например, структура управления с предиктивной компенсацией задержки создает смещение для асимметричных неисправностей, в которых задержка или запаздывание фильтра накладывается на одно направление перехода топливо-воздушного соотношения (например, с бедной смеси на богатую или с богатой смеси на бедную), но не на другое направление. В частности, смещение приводит к корректирующему перерегулированию и другим ошибкам регулирования с обратной связью, даже если предусмотрены компенсирующие сдвиги, когда идентифицированы асимметричные неисправности датчика топливо-воздушного соотношения. Такие ошибки регулирования с обратной связью приводят к повышению выбросов регламентированных газов NOx, CO и NMHC.

В уровне техники согласно патенту США US8145409 B2 (27.03.2012), озаглавленному «APPROACH FOR DETERMINING EXHAUST GAS SENSOR DEGRADATION» (Способы для определения ухудшения характеристик датчика отработавших газов), известно транспортное средство, содержащее двигатель внутреннего сгорания, датчик топливо-воздушного соотношения, расположенный в системе выпуска, и контроллер, выполненный с возможностью управления двигателем внутреннего сгорания для изменения топливо-воздушного соотношения газа. Однако в данном патенте не описана методика компенсации ухудшения работы датчика топливо-воздушного соотношения посредством настройки впрыска топлива в двигатель в ответ на обратную связь датчика топливо-воздушного соотношения со второй структурой управления, отличающейся от первой структуры управления, используемой для настройки впрыска топлива в двигатель при исправном датчике топливо-воздушного соотношения.

СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Изобретатели в материалах настоящей заявки идентифицировали подход к подавлению смещения, для того чтобы повышать точность регулирования с обратной связью, когда идентифицирована асимметричная неисправность датчика топливо-воздушного соотношения. В одном из вариантов осуществления способ включает в себя настройку структуры контроллера подачи топлива-воздуха для подавления задержек, вызванных асимметричной неисправностью, вместо настройки параметров компенсирующего сдвига или коэффициента усиления.

В настоящей заявке раскрыто транспортное средство, содержащее: двигатель, который выпускает газы в систему выпуска; датчик топливо-воздушного соотношения, расположенный в системе выпуска, для измерения топливо-воздушного соотношения газа, выпускаемого двигателем; и контроллер, включающий в себя процессор и электронный запоминающий носитель, содержащий команды, которые, когда выполняются процессором: настраивают впрыск топлива в двигатель в ответ на обратную связь датчика топливо-воздушного соотношения с первой структурой управления; и в ответ на обнаружение асимметричной неисправности датчика топливо-воздушного соотношения, настраивают впрыск топлива в двигатель в ответ на обратную связь датчика топливо-воздушного соотношения со второй, другой структурой управления.

В дополнительном аспекте первая структура управления включает в себя структуру управления подачей топлива с обратной связью и компенсацией задержки.

В другом дополнительном аспекте структура управления подачей топлива с обратной связью и компенсацией задержки включает в себя компенсатор задержки на предсказателе Смита.

В еще одном дополнительном аспекте вторая структура управления включает в себя внутреннюю модель поведения ухудшения характеристик датчика топливо-воздушного соотношения.

В еще одном дополнительном аспекте внутренняя модель настраивает впрыск топлива посредством сдвига среднего значения заданного командой топливо-воздушного соотношения или изменения относительной длительности включения заданной командой прямоугольной волны на основании направления и величины асимметричной неисправности датчика топливо-воздушного соотношения.

В еще одном дополнительном аспекте датчик топливо-воздушного соотношения является универсальным датчиком содержания кислорода в отработавших газах.

В одном из примеров, способ включает в себя настройку впрыска топлива в двигатель в ответ на обратную связь датчика топливо-воздушного соотношения с первой структурой управления. Способ дополнительно включает в себя, в ответ на асимметричное ухудшение характеристик датчика топливо-воздушного соотношения, настройку впрыска топлива в двигатель в ответ на обратную связь датчика топливо-воздушного соотношения с второй, другой структурой управления. В частности, первая структура управления включает в себя компенсатор задержки на предсказателе Смита, который является независимым от линейного динамического действия датчика топливо-воздушного соотношения в отношении пригодной точности регулирования. Кроме того, вторая структура управления включает в себя внутреннюю модель поведения ухудшения характеристик датчика топливо-воздушного соотношения. Внутренняя модель может включать в себя модель фактического асимметричного поведения подвергнутого ухудшению характеристик датчика топливо-воздушного соотношения. Соответственно, регулятор обеспечивает точную компенсацию задержки с помощью предсказателя Смита во время динамической линейной работы и сохраняет точность регулирования в ответ на идентификацию нелинейной асимметричной работы посредством переключения внутренней модели, которая компенсирует асимметричное поведение. Таким образом, могут устраняться как смещение, так и перерегулирование, которые вызывались бы предсказателем Смита вследствие асимметричной неисправности.

Будет понятно, что сущность полезной модели, приведенная выше, предоставлена для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании, которое следует. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного объекта патентования полезной модели, объем которого определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Кроме того, заявленный объект патентования полезной модели не ограничен реализациями, которые кладут конец каким-нибудь недостаткам, отмеченным выше или в любой части этого раскрытия.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 показывает примерный двигатель согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

Фиг. 2 показывает систему управления подачей топлива с обратной связью и компенсацией задержки согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

Фиг. 3 показывает систему управления подачей топлива с обратной связью и компенсацией задержки, имеющую внутреннюю модель ухудшения характеристик датчика, согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

Фиг. 4 показывает шесть отдельных типов поведений ухудшения характеристик датчика отработавших газов.

Фиг. 5 показывает примерное регулирование топливо-воздушного соотношения без подавления во время неисправности с асимметричной задержкой перехода с бедной смеси на богатую датчика топливо-воздушного соотношения.

Фиг. 6 показывает примерное регулирование топливо-воздушного соотношения с подавлением во время неисправности с асимметричной задержкой перехода с бедной смеси на богатую датчика топливо-воздушного соотношения.

Фиг. 7 показывает способ для управления впрыском топлива согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Последующее описание относится к системе управления подачей топлива-воздуха, которая реализует многочисленные разные структуры управления для настройки воздуха и/или топлива на основании обратной связи с датчика топливо-воздушного соотношения во время разных условий. Конкретнее, система управления подачей топлива-воздуха может использовать компенсатор задержки на предсказателе Смита для компенсации влияний задержки/запаздывания сгорания и распространения отработавших газов на основании линейного поведения датчика топливо-воздушного соотношения. Более того, в ответ на обнаружение нелинейного поведения датчика топливо-воздушного соотношения, такого как асимметричная неисправность, которое может снижать точность предсказателя Смита, система управления подачей топлива-воздуха может менять структуру управления на другую структуру управления, которая подавляет асимметричное поведение и добивается стехиометрической работы. В частности, компенсатор задержки на предсказателе Смита может быть расширен дополнительной моделью, которая включает в себя нелинейное асимметричное поведение неисправного сигнала топливо-воздушного соотношения, делая систему управления типом регулятора с нелинейной внутренней моделью. В частности, модель нелинейного асимметричного поведения может быть моделью неисправности датчика, которая расположена в цепи обратной связи предсказателя Смита, для подавления как смещения, так и перерегулирования, которые иначе вызывались бы коррекцией предсказателя Смита, обусловленной асимметричной неисправностью. Таким образом, система управления подачей топлива-воздуха может сохранять точность регулирования во время линейной и нелинейной работы датчика топливо-воздушного соотношения.

Фиг. 1 - принципиальная схема, показывающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, который может быть включен в силовую установку транспортного средства, в которой датчик 126 отработавших газов может использоваться для определения топливо-воздушного соотношения отработавших газов, вырабатываемых двигателем 10. Топливо-воздушное соотношение (наряду с другими рабочими параметрами) может использоваться для управления с обратной связью двигателем 10 в различных режимах работы в качестве части системы регулирования топливо-воздушного соотношения. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере, устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Камера 30 (то есть, цилиндр) сгорания двигателя 10 может включать в себя стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, расположенными в них. Поршень 36 может быть присоединен к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 40 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.

Камера 30 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать газообразные продукты сгорания отработавших газов через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответственные впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.

В этом примере, впускной клапан 52 и выпускные клапаны 54 могут управляться посредством приведения в действие кулачков через соответственные системы 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапана (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться датчиками 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления, впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением. Например, цилиндр 30, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством приведения в действие клапанного распределителя с электромагнитным управлением, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя системы CPS и/или VCT.

Топливная форсунка 66 показана скомпонованной во впускном канале 44 в конфигурации, которая предусматривает то, что известно как оконный впрыск топлива во впускное окно выше по потоку от камеры 30 сгорания. Топливная форсунка 66 может впрыскивать топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 68. Топливо может подаваться в топливную форсунку 66 топливной системой, включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания, в качестве альтернативы или дополнительно, может включать в себя топливную форсунку, присоединенную непосредственно к камере 30 сгорания, для впрыска топлива прямо в нее некоторым образом, известным как непосредственный впрыск.

Система 88 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Хотя показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут приводиться в действие в режиме воспламенения от сжатия, с или без свечи зажигания.

Датчик 126 топливо-воздушного соотношения отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 48 системы 50 выпуска выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания топливо-воздушного соотношения отработавших газов, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах). Другие варианты осуществления могут включать в себя другой датчик отработавших газов, такой как двухрежимный датчик кислорода или EGO, датчик HEGO (EGO с подогревом), NOx, HC или CO. В некоторых вариантах осуществления, датчик 126 отработавших газов может быть первым одним из множества датчиков отработавших газов, расположенных в системе выпуска. Например, дополнительные датчики отработавших газов могут быть расположены ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов.

Устройство 70 снижения токсичности выбросов показано скомпонованным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности отработавших газов или их комбинациями. В некоторых вариантах осуществления, устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть первым одним из множества устройств снижения токсичности отработавших газов, расположенных в системе выпуска. В некоторых вариантах осуществления, во время работы двигателя 10, устройство 70 снижения токсичности выбросов может периодически перенастраиваться посредством приведения в действие по меньшей мере одного цилиндра двигателя в пределах конкретного топливо/воздушного соотношения.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, дежурную память 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 120 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи показания разряжения или давления во впускном коллекторе. Отметим, что могут использоваться различные комбинации вышеприведенных датчиков, такие как датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. Во время стехиометрической работы, датчик MAP может давать показание крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с выявленным числом оборотов двигателя, может давать оценку заряда (включающего в себя воздух), введенного в цилиндр. В одном из примеров, датчик 118, который также используется в качестве датчика числа оборотов двигателя, может вырабатывать предопределенное количество равноразнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала.

Более того, по меньшей мере некоторые из описанных выше сигналов могут использоваться в системах и способах управления по датчику топливо-воздушного соотношения, подробнее описанных ниже. Например, контроллер 12 может быть выполнен с возможностью настраивать впрыск топлива в двигатель с первой структурой управления в ответ на обратную связь с датчика топливо-воздушного соотношения, а также других датчиков. Кроме того, контроллер 12 может быть выполнен с возможностью использовать обратную связь датчика для определения ухудшения характеристик датчика топлива-воздуха, такого как асимметричное ухудшение характеристик. Патент 8,145,409 США дает более подробное пояснение различных способов для определения ухудшения характеристик датчика топливо-воздушного соотношения. В ответ на определение асимметричного ухудшения характеристик датчика топливо-воздушного соотношения, контроллер 12 может быть выполнен с возможностью настраивать впрыск топлива в двигатель в ответ на обратную связь датчика топливо-воздушного соотношения с второй, другой структурой управления.

Отметим, что постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано машинно-читаемыми данными, представляющими собой команды, исполняемые процессором 102 для выполнения способов, описанных ниже, а также других вариантов.

Фиг. 2 показывает систему 200 управления подачей топлива с обратной связью и компенсацией задержки согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. Система 200 управления работает на основании обратной связи с линейного или универсального датчика содержания кислорода в отработавших газах (UEGO). Опорный источник 202 вырабатывает сигнал управления на входе системы 200 управления, который корректируется различными промежуточными блоками управления, чтобы выдавать требуемый сигнал 204 управления подачей топлива на выходе системы управления. Сигнал управления может формироваться опорным источником на основании требуемого топливо-воздушного соотношения, которое определяет еще одна часть системы управления, чтобы оптимизировать выбросы (прямоугольная волна топлива-воздуха помогает повышать эффективность каталитического нейтрализатора), экономию топлива и ездовые качества. На этих фигурах, предполагается, что опорный сигнал должен быть нормализованным топливо-воздушным соотношением, которое имеет значение 1, когда смесь топлива и воздуха, введенная в цилиндры сгорания, имеет количество топлива и кислорода, как раз достаточное для горения без каких бы то ни было неизрасходованных топлива или кислорода (называется стехиометрическая смесь). Система 200 управления включает в себя структуру управления подачей топлива с обратной связью и компенсацией задержки, конкретнее, структуру 206 управления с предсказателем Смита (SP), упреждающий компенсатор 208 переходного управления подачей топлива (TFC) и структуру 210 управления агрегатом.

Структура 206 управления с SP выполнена с возможностью компенсировать задержку реакции датчика UEGO. Структура управления с SP вмещает известную задержку/фильтрацию системы, с тем чтобы безошибочно компенсировать топливо-воздушные возмущения. Разность сигнала управления из опорного источника 202 и обратной связи по выходному сигналу системы управления выдается на пропорционально-интегральный (ПИ, PI) регулятор 212. Разность сигнала управления и обратной связи может модифицироваться ошибкой, вырабатываемой внутренним контуром 218 обратной связи структуры управления с SP.

В пределах внутреннего контура 218 обратной связи, фильтр SP или блок 214 предсказания присоединен последовательно с блоком 216 задержки, так что блок задержки SP принимает выходной сигнал блок фильтра SP. Сигнал управления, выведенный из ПИ-регулятора 212, подается обратно на вход блока 214 фильтра SP. Блок 214 фильтра SP использует постоянную времени, которая является функцией числа оборотов и нагрузки двигателя (нормализованного заряда воздуха цилиндра). Блок 216 задержки SP использует задержку, которая также является функцией числа оборотов и нагрузки двигателя. Структура управления с SP выдает два оценочных сигнала, в том числе, реакцию системы с чистой задержкой (выходной сигнал из 216) и без нее (выходной сигнал из 214). Структура управления с SP предоставляет ПИ-регулятору возможность работать по существу, как если бы реальная система не имела чистой задержки или была свободной от задержки, пока выходной сигнал блока 216 задержки и измеренный сигнал UEGO совпадают друг с другом.

Упреждающий компенсатор 208 TFC вводит модификаторы, которые являются независящими от температуры двигателя, с тем чтобы компенсировать эффекты смачивания стенок. Упреждающий компенсатор TFC введен для удаления или снижения влияний смачивания стенки, при котором часть впрыскиваемого топлива прилипает к стенкам окна впрыска топлива и формирует наплыв топлива, который позже испаряется. Скорость испарения является зависящей от температуры двигателя, поэтому, возмущения, вызванные испаряющимся топливом, могут оцениваться на основании температуры двигателя.

Упреждающий компенсатор 208 TFC принимает сигнал управления с компенсацией задержки с выхода ПИ-регулятора 212. Упреждающий компенсатор 208 TFC корректирует сигнал управления из ПИ-регулятора 212 на основании зависящей от температуры двигателя постоянной времени и температурно зависимого коэффициента усиления, чтобы вырабатывать температурно зависимый сигнал управления. Сигнал управления, который модифицирован зависящей от температуры двигателя постоянной времени и коэффициентом усиления на высоких частотах, подается на агрегат (двигатель), представленный структурой 210.

Структура 210 агрегата включает в себя различные блоки, которые представляют собой физические компоненты двигателя, которые моделируются для управления подачей топлива. Агрегат включает в себя блок 220 наплыва топлива, блок 222 сгорания и смешивания и блок 224 задержки. Блок 220 наплыва топлива принимает топливо из форсунки, приводимой в действие сигналом, выведенным из упреждающего компенсатора 208 TFC. Блок наплыва топлива моделирует оценочное количество топлива, которое налипает на стенки впускного окна и формирует наплыв топлива, который позже испаряется, чтобы оказывать влияние на топливо-воздушное соотношение, и может характеризоваться моделью X-тау, в качестве одного из примеров. Блок 220 наплыва топлива присоединен последовательно блоку 222 сгорания и смешивания и выдает входной сигнал в блок сгорания и смешивания. Эти блоки модели агрегата на 210 здесь представлены в качестве умозрительной помощи разъяснить, к каким аспектам реальной физической системы обращается управление подачей топлива-воздуха с обратной связью. Например, блок 220 адресуется блоком 208, а блоки 222 и 224 соответствуют блокам 214 и 216.

Блок 222 моделирует общее поведение фильтрации, которое порождается сгоранием и смешиванием газов в выпускном коллекторе, и в целом представлен в качестве фильтра первого порядка в блоке 214. Если имитационная модель построена на основании фиг. 2, маршрут в 210 является надлежащим местоположением для вставки ошибок (возмущений) топливоснабжения, которые существуют в реальном двигателе, таких как неточная подача топлива (изменчивость форсунок, давление топлива, и т. д.), топливо, которое не соответствует ожидаемому химическому составу (например, бензин-этаноловые смеси), топливо, которое поступает через клапан продувки бачка, топливо из наплыва, которое проявляется после большого изменения потока воздуха, которое TFC был не способен полностью учесть, и т. д. Возмущением может быть ошибка, которую конструкторы системы не могут точно предвидеть и, таким образом, которой должно противостоять управление с обратной связью. Блок 222 сгорания и смешивания присоединен последовательно с блоком 224 задержки и выдает входной сигнал в блок задержки.

Блок 224 задержки моделирует задержки, ассоциативно связанные с динамикой сгорания и потока отработавших газов двигателя транспортного средства. Получающийся в результате выходной сигнал блока 224 задержки обрабатывается датчиком UEGO на 204 и преобразуется в сигнал нормализованного топливо-воздушного соотношения (LAM). Этот «взвешенный» сигнал LAM из блока 224 (отметим: блок-схема на фиг. 2 упрощает фактический процесс фиксации и преобразования напряжения в LAM реальной системы) является сигналом обратной связи, который использует регулятор 206.

Одна из проблем у системы 200 управления по фиг. 2 состоит в том, что SP со структурой управления с обратной связью с ПИ-звеном вызывает смещение сигнала управления подачей топлива, когда датчик UEGO ухудшает характеристики и ведет себя нелинейно, к примеру, вследствие асимметричной неисправности. В частности, структура управления с ПИ-звеном побуждает сигнал управления проскакивать командный сигнал во время переходов топливо-воздушного соотношения, которые происходят в направлении асимметричной неисправности. Обратная связь с ПИ-звеном SP предоставляет возможность использоваться более высоким коэффициентам передачи ПИ-звена, что увеличивает перерегулирование. Величина смещения основана на типе обнаруженной неисправности, однако, фактическое смещение обусловлено величиной действующих переходов топливо-воздушного соотношения (насколько велики, насколько часты). В качестве части подхода к управлению, структура управления с SP должна делать предположение о линейном действии для типичных топливо-воздушных переходов. Если работа транспортного средства нарушает такие допущения (например, при нелинейном поведении топливо-воздушного соотношения), то точность структуры управления с SP может снижаться, и может создаваться смещение. Система 200 управления с SP может приспосабливаться к известному поведению задержки и фильтрации физической системы и, подобным образом, может быть модифицирована, чтобы также приспосабливаться к ухудшению характеристик датчика.

Фиг. 3 показывает систему300 управления подачей топлива с обратной связью и компенсацией задержки, имеющую модель ухудшения характеристик датчика во внутренней модели, согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. Внутренняя модель неисправности может быть выполнена с возможностью подавлять смещение и перерегулирование, которые иначе создавались бы структурой управления с SP во время нелинейной работы, такой как вследствие асимметричная неисправность датчика UEGO. В частности, структур 206 управления с SP системы 200 управления трансформируется в эквивалентный контроллер 302 внутренней модели в системе 300 управления. Структура управления с SP трансформируется посредством отделения цепи 304 прямой связи ПИ-регулятора (который имеет преобразование Лапласа (Kp+Ki/s)) от внутреннего контура обратной связи с блоком 214 фильтра (который содержит преобразование Лапласа 1/(TCs+1)) и блоком 216 задержки. В частности, копия блока фильтра добавляется в цепь 304 прямой связи ПИ-регулятора, и результат арифметически вычитается. В проиллюстрированном варианте осуществления, предполагается, что Kp=Ki*TC, что приводит к преобразованию Лапласа ((Kp/Ki)s+1)/(1/Ki)s+1 в цепи 304 прямой связи контроллера 302 внутренней модели.

Трансформированная цепь 218 замыкания с предсказателем Смита дополнена блоком 306 модели неисправности. Блок 306 модели неисправности выполнен с возможностью воспроизводить неисправный сигнал топливо-воздушного соотношения. В частности, блок 306 модели неисправности может воссоздавать любое одно или более из шести отдельных поведений ухудшения характеристик, указанных задержками в быстроте реакции показаний топливо-воздушного соотношения, вырабатываемых датчиком UEGO во время переходов с богатой смеси на бедную и/или переходов с бедной смеси на богатую.

Фиг. 4 показывает шесть отдельных типов поведений ухудшения характеристик датчика отработавших газов. Графики строят кривую нормализованного топливо-воздушного соотношения (LAM) в зависимости от времени (в секундах). На каждом графике, пунктирная линия указывает заданный командой сигнал LAM, который может отправляться на компоненты двигателя (например, топливные форсунки, клапаны цилиндра, дроссель, свечу зажигания, и т.д.), чтобы формировать топливо-воздушное соотношение, которое развивается по циклу, содержащему один или более переходов с бедной смеси на богатую и один или более переходов с богатой смеси на бедную. На каждом графике, пунктирная линия указывает ожидаемое время реакции LAM датчика отработавших газов. На каждом графике, сплошная линия указывает ухудшенный сигнал LAM, который вырабатывался подвергнутым ухудшению характеристик датчиком отработавших газов в ответ на заданный командой сигнал LAM. На каждом из графиков, линии с двойной стрелкой указывают, где данный тип поведения ухудшения характеристик отличается от ожидаемого сигнала LAM.

Этот первый тип поведения ухудшения характеристик является типом с симметричной характеристикой фильтра, который включает в себя медленную реакцию датчика отработавших газов на заданный командой сигнал LAM для модуляции как перехода с богатой смеси на бедную, так и с бедной смеси на богатую. Другими словами, ухудшенный сигнал LAM может начинать переходить с богатой смеси на бедную и с бедной смеси на богатую в ожидаемые моменты времени, но скорость реакции может быть более низкой, чем ожидаемая скорость реакции, что дает в результате уменьшенные промежутки времени пиков обеднения и обогащения.

Вторым типом поведения ухудшения характеристик является тип асимметричной характеристики фильтра перехода с богатой смеси на бедную, который включает в себя медленную реакцию датчика отработавших газов на заданный командой сигнал LAM для перехода с богатого на бедное топливо-воздушное соотношение. Этот тип поведения может начинать переход с богатой смеси на бедную в ожидаемый момент времени, но скорость реакции может быть более низкой, чем ожидаемая скорость реакции, что может давать в результате уменьшенный промежуток времени пика обеднения. Этот тип поведения может считаться асимметричным, так как реакция датчика отработавших газов является медленной (или более медленной, чем ожидается) во время перехода с богатой смеси на бедную наряду с тем, что нормальна во время перехода с бедной смеси на богатую.

Третий тип поведения является типом с асимметричной характеристикой фильтра перехода с бедной смеси на богатую, который включает в себя медленную реакцию датчика отработавших газов на заданный командой сигнал LAM для перехода с бедного топливо/воздушного соотношения на богатое. Этот тип поведения может начинать переход с бедной смеси на богатую в ожидаемый момент времени, но скорость реакции может быть более низкой, чем ожидаемая скорость реакции, что может давать в результате уменьшенный промежуток времени пика обогащения. Этот тип поведения может считаться асимметричным, так как реакция датчика отработавших газов является медленной (или более медленной, чем ожидается) во время перехода с бедной смеси на богатую, а не перехода с богатой смеси на бедную.

Этот четвертый тип поведения ухудшения характеристик является типом с симметричной задержкой, который включает в себя задержанную реакцию на заданный командой сигнал LAM для обеих модуляций, перехода с богатой смеси на бедную и с бедной смеси на богатую. Другими словами, ухудшенный сигнал LAM может начинать переходить с богатой смеси на бедную и с бедной смеси на богатую в моменты времени, которые задержаны от ожидаемых моментов времени, но соответственный переход может происходить с ожидаемой скоростью реакции, что дает в результате смещенные промежутки времени пиков обеднения и обогащения.

Пятый тип поведения ухудшения характеристик является типом с асимметричной задержкой перехода с богатой смеси на бедную, который включает в себя задержанную реакцию на заданный командой сигнал LAM у перехода с богатого на бедное топливо/воздушное соотношение. Другими словами, ухудшенный сигнал LAM может начинать переходить с богатой смеси на бедную в момент времени, который задержан от ожидаемого момента времени, но переход может происходить с ожидаемой скоростью реакции, что дает в результате сдвинутые и/или промежутки времени пика обеднения. Этот тип поведения может считаться асимметричным, так как реакция датчика отработавших газов является медленной (или более медленной, чем ожидается) во время перехода с бедной смеси на бедную, а не перехода с богатой смеси на бедную.

Шестой тип поведения является типом с асимметричной задержкой перехода с бедной смеси на богатую, который включает в себя задержанную реакцию на заданный командой сигнал LAM у перехода с бедного топливо/воздушного соотношение на богатое. Другими словами, ухудшенный сигнал LAM может начинать переходить с бедной смеси на богатую в момент времени, который задержан от ожидаемого момента времени, но переход может происходить с ожидаемой скоростью реакции, что дает в результате сдвинутые и/или промежутки времени пика обогащения. Этот тип поведения может считаться асимметричным, так как реакция датчика отработавших газов является медленной (или более медленной, чем ожидается) во время перехода с бедной смеси на богатую, а не перехода с богатой смеси на бедную.

Отметим, что асимметричное поведение ухудшения характеристик может повышать измеренную реакцию для обоих направлений (то есть, с богатой смеси на бедную и с бедной смеси на богатую). Этот эффект может становиться резко выраженным по мере того, как возрастает величина асимметричного ухудшения характеристик. Будет принято во внимание, что подвергнутый ухудшению характеристик датчик отработавших газов может проявлять комбинацию двух или более из вышеописанных поведений ухудшения характеристик.

Возвращаясь к фиг. 3, блок 306 модели неисправности, в частности, может быть выполнен с возможностью подавлять смещение, созданное предсказателем Смита вследствие нелинейной работы в результате ухудшения характеристик датчика UEGO. Блок 306 модели неисправности дополняет компенсатор задержки на предсказателе Смита моделью, которая включает в себя нелинейное асимметричное поведение сигнала неисправного UEGO во внутреннем контуре 218 обратной связи, делая систему управления типом контроллера нелинейной внутренней модели. В частности, блок 306 модели неисправности выполнен с возможностью вырабатывать ухудшенный сигнал, который имитирует выходной сигнал из 308. Блок 306 модели неисправности снабжается типом неисправности (например, одним из шести поведений ухудшения характеристик, описанных выше) и соответствующей величиной неисправности. Блок 306 модели неисправности использует информацию для воссоздания поведения неисправности в контроллере внутренней модели, с тем чтобы компенсировать неисправное поведение. Таким образом, смещение предсказателя Смита может компенсироваться во время нелинейной работы. Другими словами, модель неисправности удаляет отклонения топливо-воздушного соотношения обоих сигналах, неисправного и действующего UEGO.

Будет принято во внимание, что величина смещения, которая фактически возникает, является зависящей от переходов сигнала топливо-воздушного соотношения. В отсутствие какого бы то ни было изменения опорной команды или возмущений топливо-воздушного соотношения (например, изменений массового расхода, порождающих переходные ошибки подачи топлива, работы продувки бачка, и т. д.), топливо-воздушное соотношение будет оставаться ровным, и эффект асимметричной неисправности не будет создавать смещение.

В противоположность системе 300 управления, типичный упреждающий компенсатор без внутренней модели был бы должным делать дополнительные допущения о величине переходов топливо-воздушного соотношения, которые происходят во время работы, был бы должным калиброваться для данного цикла вождения, для того чтобы сохранять точность сигнала. В частности, система 200 управления не включает в себя модель поведения асимметричного ухудшения характеристик, потому, вызывает смещение в сигнале регулирования топливо-воздушного соотношения. Более того, любые неожиданные возмущения топливо-воздушного соотношения снижали бы эффективность и точность любой предпринятой упреждающей коррекции смещения. С другой стороны, система 300 управления самонастраивается на степень, или даже полное отсутствие переходов топливо-воздушного соотношения. Соответственно, система 300 управления снижает потенциальный объем работ калибровки и является более устойчивой к неизвестным возмущениям топливо-воздушного соотношения относительно типичного упреждающего компенсатора. Более того, система 300 управления устраняет отклонения топливо-воздушного соотношения, которые превышают опорный сигнал, тогда как упреждающая коррекция смещения посредством настройки опорного сигнала (например, прямоугольной волны) по-прежнему приводила бы к большим отклонениям, возможно, оказывающим влияние на ездовые качества.

Компоненты системы 300 управления, которые могут быть по существу такими же, как у системы 200 транспортного средства, идентифицированы идентичным образом и дальше не описаны. Однако, будет отмечено, что компоненты, идентифицированные идентичным образом в разных вариантах осуществления настоящего раскрытия, могут быть по меньшей мере частично разными.

Фиг. 5 показывает примерное регулирование топливо-воздушного соотношения без подавления во время неисправности с асимметричной задержкой перехода с богатой смеси на бедную датчика топливо-воздушного соотношения. Например, проиллюстрированный режим управления может демонстрироваться системой 200 управления, показанной на фиг. 2. Графики строят кривую нормализованного топливо-воздушного соотношения (LAM) в зависимости от времени (в секундах). На верхнем графике, сплошная траектория - заданное командой опорное LAM, штриховая линия - действующее LAM (как если бы измерялось исправным UEGO), и точечная линия - выходной сигнал неисправного датчика UEGO. На нижнем графике, сигналы действующего LAM (штриховой) и UEGO (точечный) подвергаются фильтрации нижних частот, чтобы показывать, что общее смещение сигналов, которое здесь важно продемонстрировать, так как действующее LAM будет проходить через каталитический нейтрализатор, который будет плохо реагировать на постоянное топливо-воздушное смещение. Вследствие наложенной неисправности задержки UEGO, как действующее LAM, так и неисправное UEGO проскакивают заданное командой значение обеднения, однако, действующее LAM проскакивает в большей степени. Регулятор на SP оценивает неисправный сигнал UEGO и ложно считает, что общее смещение имеет значение приблизительно 0 (LAM в 1,0 является смещением 0), наряду с тем, что среднее топливо-воздушное соотношение реальных отработавших газов, входящих в каталитический нейтрализатор, показанное штриховой линией, не является стехиометрическим (реальный сигнал является большим, чем стехиометрическое значение 1).

Отметим, что задержка с бедной смеси на богатую создавала бы эквивалентное, но противоположное смещение с обогащением. Кроме того, отметим также, что величина смещения зависит от величины входного возбуждения. Например, большая амплитуда действующего LAM приводила бы к большему смещению.

Фиг. 6 показывает примерное регулирование топливо-воздушного соотношения с подавлением во время неисправности с асимметричной задержкой перехода с богатой смеси на бедную датчика топливо-воздушного соотношения. Например, проиллюстрированный режим управления может демонстрироваться системой 300 управления, показанной на фиг. 3. Графики строят кривую нормализованного топливо-воздушного соотношения (LAM) в зависимости от времени (в секундах). Как на фиг. 5, сплошная траектория - опорное LAM, штриховая траектория - действующее LAM, а точечная траектория - неисправный UEGO. Верхний график показывает, что модифицированный регулятор 306 избегает перерегулирования как действующего LAM, так и сигнала неисправного UEGO. Нижний график показывает, что действующее LAM теперь поддерживается в среднем около значения 1,0 и, таким образом, не имеет постоянного смещения. Фильтрованный неисправный UEGO подвергается сдвигу вследствие подавления действий модифицированного контроллера, как и следовало ожидать. Точность регулирования топливо-воздушного соотношения поддерживается даже во время нелинейной работы в результате асимметричной неисправности датчика UEGO.

Конфигурации, проиллюстрированные выше, дают возможность различных способов для регулирования топливо-воздушного соотношения в двигателе транспортного средства. Соответственно, некоторые такие способы описаны далее, в качестве примера, с непрерывной ссылкой на вышеприведенные конфигурации. Однако, будет понятно, что эти способы, и другие, полностью находящиеся в пределах объема настоящего раскрытия, также могут быть задействованы посредством других конфигураций.

Фиг. 7 показывает способ 700 для управления впрыском топлива согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. Способ 700 может выполняться для подавления эффектов ухудшения характеристик датчика топливо-воздушного соотношения на регулирование топливо-воздушного соотношения. В частности, способ 700 может выполняться для устранения смещения из сигнала управления топливо-воздушным соотношением во время нелинейной работы вследствие асимметричной неисправности датчика топливо-воздушного соотношения. В одном из примеров, способ 700 может выполняться контроллером 12.

На 702, способ 700 может включать в себя определение условий эксплуатации транспортного средства. Например, определение условий эксплуатации может включать в себя прием сигналов датчика, которые являются указывающими рабочие параметры транспортного средства, и расчет или логический вывод различных рабочих параметров. Кроме того, определение условий эксплуатации может включать в себя определение состояния компонентов или исполнительных механизмов транспортного средства.

На 704, способ 700 может включать в себя настройку впрыска топлива в двигатель в ответ на обратную связь датчика топливо-воздушного соотношения с первой структурой управления. Например, первая структура управления может включать в себя структуру управления подачей топлива с обратной связью и компенсацией задержки. Конкретнее, структура управления подачей топлива с обратной связью и компенсацией задержки может включать в себя компенсатор задержки на предсказателе Смита. Компенсатор задержки на предсказателе Смита может компенсировать влияния естественной задержки/запаздывания сгорания и распространения отработавших газов во время нелинейной работы датчика топливо-воздушного соотношения. Структура управления подачей топлива с обратной связью и компенсацией задержки может не включать в себя модель асимметрического ухудшения характеристик датчика топливо-воздушного соотношения.

На 706, способ 700 может включать в себя определение, подвергся ли ухудшению характеристик датчик топливо-воздушного соотношения. Конкретнее, способ может включать в себя выявление, подвергся ли ухудшению характеристик датчик топливо-воздушного соотношения, так что датчик топливо-воздушного соотношения демонстрирует нелинейное поведение, которое преступает рабочий допуск компенсатора задержки на предсказателе Смита. В одном из примеров, способ определяет, произошла ли асимметричная неисправность, при которой задержка накладывается на одно направление перехода топливо-воздушного соотношения. Если определено, что датчик топливо-воздушного соотношения подвергся ухудшению характеристик, то способ 700 переходит на 708. Иначе, способ 700 возвращается на 706.

На 708, способ 700 может включать в себя настройку впрыска топлива в двигатель в ответ на обратную связь датчика топливо-воздушного соотношения с второй, другой структурой управления. Кроме того, вторая структура управления может включать в себя внутреннюю модель поведения ухудшения характеристик датчика топливо-воздушного соотношения в контуре внутренней обратной связи. Внутренняя модель может включать в себя модель поведения ухудшения характеристик датчика топливо-воздушного соотношения. В случае, когда ухудшение характеристик датчика включает в себя асимметричную неисправность, внутренняя модель может повторять поведение асимметричной неисправности с помощью передаточной функции неисправности, имеющей выявленное направление и величину асимметричной неисправности в качестве входных сигналов. Направление и величина асимметричной неисправности могут выявляться из обратной связи датчика топливо-воздушного соотношения по асимметричной неисправности. Внутренняя модель может настраивать впрыск топлива посредством сдвига среднего значения заданного командой топливо-воздушного соотношения или изменения относительной длительности включения заданной командой прямоугольной волны на основании направления и величины асимметричной неисправности.

Посредством включения внутренней модели ухудшения характеристик датчика в структуру управления подачей топлива, как смещение, так и перерегулирование, вызванные компенсатором задержки на предсказателе Смита вследствие асимметричной неисправности, устраняются из сигнала топливо-воздушного соотношения. Таким образом, точность регулирования топливо-воздушного соотношения может сохраняться даже во время условий ухудшения характеристик датчика.

Будет принято во внимание, что, во время не ухудшенной работы, где датчик топливо-воздушного соотношения ведет себя линейным образом, внутренняя модель не оказывает влияние на работу структуры управления с компенсацией задержки, поскольку никакой неисправности не присутствует.

Будет понятно, что примерные процедуры управления и оценки, раскрытые в материалах настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями системы. Эти процедуры могут представлять одну или более разных стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, раскрытые этапы (операции, функции и/или действия) обработки могут представлять собой управляющую программу, которая должна быть запрограммирована на машинно-читаемом запоминающем носителе в электронной системе управления. Будет понятно, что некоторые этапы обработки, описанные и/или проиллюстрированные в материалах настоящей заявки, в некоторых вариантах осуществления, могут быть опущены, не выходя из объема этого раскрытия. Подобным образом, указанная последовательность этапов последовательностей операций не всегда может требоваться для достижения намеченных результатов, но предоставлена для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, функций или операций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии.

В заключение, будет понятно, что изделия, системы и способы, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе, и что эти конкретные варианты осуществления или примеры не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как предполагаются многочисленные варианты. Соответственно, настоящее раскрытие включает в себя новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и способов, раскрытых в материалах настоящей заявки, а также любые и все их эквиваленты.

1. Транспортное средство, содержащее:

двигатель, который выпускает газы в систему выпуска;

датчик топливо-воздушного соотношения, расположенный в системе выпуска, для измерения топливо-воздушного соотношения газа, выпускаемого двигателем; и

контроллер, включающий в себя процессор и электронный запоминающий носитель, содержащий команды, которые, когда выполняются процессором:

настраивают впрыск топлива в двигатель в ответ на обратную связь датчика топливо-воздушного соотношения с первой структурой управления; и

в ответ на обнаружение асимметричной неисправности датчика топливо-воздушного соотношения, настраивают впрыск топлива в двигатель в ответ на обратную связь датчика топливо-воздушного соотношения со второй, другой структурой управления.

2. Транспортное средство по п. 1, в котором первая структура управления включает в себя структуру управления подачей топлива с обратной связью и компенсацией задержки.

3. Транспортное средство по п. 2, в котором структура управления подачей топлива с обратной связью и компенсацией задержки включает в себя компенсатор задержки на предикторе Смита.

4. Транспортное средство по п. 1, в котором вторая структура управления включает в себя внутреннюю модель поведения ухудшения характеристик датчика топливо-воздушного соотношения.

5. Транспортное средство по п. 4, в котором внутренняя модель настраивает впрыск топлива посредством сдвига среднего значения заданного командой топливо-воздушного соотношения или изменения относительной длительности включения заданной командой прямоугольной волны на основании направления и величины асимметричной неисправности датчика топливо-воздушного соотношения.

6. Транспортное средство по п. 1, в котором датчик топливо-воздушного соотношения является универсальным датчиком содержания кислорода в отработавших газах.

РИСУНКИ