[发明专利]用于内燃机的控制装置以及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的控制装置以及控制方法。

背景技术

通常，在对内燃机的控制量给出目标值的情况下，用于内燃机的控制装置被配置为通过反馈控制来确定用于内燃机的控制输入，使得控制量的输出值符合所述目标值。然而，在许多实际的内燃机控制的情况下，对内燃机的状态量存在各种硬件或控制约束。在不满足这些约束的情况下，可能发生硬件故障和控制性能的下降。除输出值符合目标值的能力之外，满足约束的能力也是内燃机控制所要求的重要性能之一。

基准调节器是满足该要求的有效装置。基准调节器设置有对包括受控对象和反馈控制器的闭环系统(反馈控制系统)建模的预测模型，并且通过使用该预测模型来预测施加有约束的状态量的未来值。然后，基于状态量的预测值和施加在状态量上的约束来修改对内燃机的控制量的目标值。

在公开号为2013-084091的日本专利申请和公开号为2004-084845的日本专利申请中已经描述了将基准调节器应用于内燃机控制的相关技术。与该相关技术相关的控制装置设置有反馈控制器和基准调节器。反馈控制器通过反馈控制来确定致动器(可变容量涡轮的可变喷嘴和节流阀)的操作量，使得内燃机的特定状态量(增压压力和填充效率)的实际值变得更接近目标值。基准调节器通过使用将与反馈控制相关的闭环系统的动态特性建模为“死区时间加二阶振动系统”的预测模型来预测特定状态量的未来轨迹，并且修改目标值使得满足该约束。

发明内容

在上述的基准调节器中，执行了使用预测模型的在线计算。这是因为内燃机安装在车辆上，并且随着特定状态量的目标值由于车辆的操作状态和操作条件而时刻变化，为了满足约束，目标值的修改必须基于在线计算而不是基于离线计算。然而，安装在车辆上的控制装置的计算容量没有使用预测模型的在线计算所要求的计算量那么大。相应地，在车载控制装置中实现使用预测模型的在线计算的情况下，控制装置上的计算负荷可能变大。

随着特定状态量的未来轨迹的预测的范围扩大，控制装置上的计算负荷增加。关于这一点，在上述控制装置中，使用预测模型对特定状态量的未来轨迹的预测的范围被设定为预测模型的死区时间与二阶振动系统的振动周期的一半的和。这是有利的，因为仅在必要时才执行用于预测特定状态量的未来轨迹的计算。然而，在设定的预测时间内的预测可能导致预测精度的下降和对目标值的保守修改。

本发明提供一种用于内燃机的控制装置和控制方法，利用该控制装置和控制方法，减少了加到使用预测模型执行在线计算的控制装置的计算负荷，并且可以精确地执行对目标值的修改。

本发明的第一方面涉及一种用于内燃机的控制装置，所述控制装置被配置成通过操作致动器来控制所述内燃机的特定状态量。所述控制装置包括：反馈控制器，其被配置为通过反馈控制来确定所述致动器的操作量，使得所述状态量的实际值变得更接近目标值；以及基准调节器，其被配置为修改所述状态量的所述目标值，使得满足施加在所述状态量上的约束。当所述状态量的每单位时间的变化量等于或小于上限值β时满足所述约束。所述基准调节器(34)被配置为：当衰减系数ζ和固有角频率ω_n分别表示在闭环系统的动态特性被建模为死区时间加二阶振动系统的情况下的模型公式的衰减系数和固有角频率并且T1和T2被表达为时，将修改后的目标值计算为通过将2ζβ/ω_n和中的一者与所述状态量的当前值相加而得到的值；并且所述基准调节器被配置为将所述修改后的目标值和原始目标值中较小的一者确定为所述状态量的最终目标值。

本发明的第二方面涉及一种用于内燃机的控制方法，其中通过操作致动器来控制所述内燃机的特定状态量。所述控制方法包括：通过反馈控制来确定所述致动器的操作量，使得所述状态量的实际值变得更接近目标值；以及修改所述状态量的所述目标值，使得满足施加在所述状态量上的约束。当所述状态量每单位时间的变化量等于或小于上限值β时满足所述约束。修改状态量的目标值包括：当衰减系数ζ和固有角频率ω_n分别表示在闭环系统的动态特性被建模为死区时间加二阶振动系统的情况下的模型公式的衰减系数和固有角频率并且T1和T2被表达为时，将修改后的目标值计算为通过将2ζβ/ω_n和中的一者与所述状态量的当前值相加而得到的值；以及将所述修改后的目标值和原始目标值中较小的一者确定为所述状态量的最终目标值。

所述状态量可以是设置在柴油发动机的排气通道中的柴油机颗粒过滤器的床层温度，并且所述致动器可以是将燃料添加到所述排气通道中的所述柴油机颗粒过滤器的上游的装置。