專利名稱：瞬態(tài)發(fā)動機性能適應方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明用于發(fā)動機(內燃機)的瞬態(tài)測試。具體地，本發(fā)明涉及用于使柴油發(fā)動機的瞬態(tài)特征和性能適應于所要求的性能目標的瞬態(tài)測試方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的設計目的是為了迅速構建滿足發(fā)動機的瞬態(tài)性能目標的發(fā)動機控制系統(tǒng)。
背景技術：
“發(fā)動機的瞬態(tài)特征”不是指轉速和扭矩都保持恒定的穩(wěn)態(tài)，而是指在這些參數隨時間而變化的情況下所獲得的特征。例如，它是指發(fā)動機在轉速等在諸如加速或減速的過程中發(fā)生變化的狀態(tài)下的特征。
以往對發(fā)動機在瞬態(tài)狀態(tài)下的例如扭矩輸出、排氣等輸出特性的測量是采用如下方法來執(zhí)行的，即，使實際的發(fā)動機進入穩(wěn)定狀態(tài)，測量發(fā)動機的輸出狀態(tài)，然后通過將其替換為通過對該穩(wěn)定狀態(tài)的輸出數據進行加權而得到的瞬態(tài)狀態(tài)特性來評估發(fā)動機的輸出。
但是，對穩(wěn)定狀態(tài)的發(fā)動機特性的測量是一個耗時的過程，在該過程中，必須在改變了某個受控因子(例如燃料噴射量、燃料噴射時刻等)的控制值后，在成為穩(wěn)定狀態(tài)之前等待預定的時間(例如3分鐘)，然后測量該狀態(tài)下的輸出，再在該狀態(tài)下改變一個受控因子的控制值，在達到穩(wěn)定狀態(tài)所經過的預定時間后實施測量，然后再次改變受控因子的控制值并實施測量。
在實際的車輛行駛當中，發(fā)動機在加速或者減速的狀態(tài)下花費的時間較多，而在允許以恒定轉速行駛的狀態(tài)下所花費時間的較少。因此，在瞬態(tài)狀態(tài)下測量發(fā)動機的特性是非常重要的。另外，近年來，與排氣量相關的規(guī)定并非象以前那樣是基于發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)排氣量值來進行規(guī)定的，而是基于與發(fā)動機的瞬態(tài)排氣量相關的規(guī)定值來進行規(guī)定的。因而，測量定義了在對特定受控因子進行了某種改變時將得到怎樣的瞬態(tài)排氣量的瞬態(tài)特性變得重要。
在實施上述的為了測量在穩(wěn)定狀態(tài)下改變發(fā)動機的受控因子將會得到何種輸出的穩(wěn)定狀態(tài)特性測量的過程中，具有大量的受控因子，尤其通過基于ECU的電子控制方法執(zhí)行發(fā)動機控制的時候將會產生大量的受控因子，其結果是導致測量的時間增加。例如，增加了用于諸如EGR(Exhaust Gas Recirculation(排氣再循環(huán)))值控制或者VGT(Variable Geometry Turbo(可變幾何渦輪))控制等涉及發(fā)動機控制的各種電子控制類型的參數。在瞬態(tài)特性測量期間，在發(fā)動機轉速(旋轉速度)和扭矩按時間序列而改變的狀態(tài)下，輸出數據自然也同樣地以按時間序列形式變化的數據形式出現(xiàn)，其結果是導致受控因子的數量增加，而且如果試圖在穩(wěn)定狀態(tài)下通過改變每一個受控因子的控制值來進行測量，則測量時間的長度將呈指數性增加。
于是，提出了使用模擬虛擬地再現(xiàn)發(fā)動機和車輛特性來評估發(fā)動機控制等的技術(參考專利文獻1(特開平11-326135號公報))。
在該技術中，預先在模擬器內為每個車種都創(chuàng)建包含發(fā)動機的虛擬車輛模型，向該車輛模型輸入各種控制輸入，例如槽孔(slotaperture)或是曲柄角度等受控因子的控制值，并根據該輸入的控制值，嘗試評估作為該虛擬車輛模型的輸出的發(fā)動機轉速、車速、排氣量溫度傳感器值。

發(fā)明內容
近年來，由于發(fā)動機的受控因子的數目增加，當試圖在實際的發(fā)動機中測量穩(wěn)定狀態(tài)和瞬態(tài)狀態(tài)的特性時，如上所述，需要花費較長時間來得到測試數據，這就成為了發(fā)動機開發(fā)中的瓶頸問題。
另外，在模擬器中配置包含虛擬發(fā)動機模型在內的車輛模型，并使用該模型來觀察發(fā)動機的舉動的方法在能夠縮短發(fā)動機的開發(fā)時間這一點上是有用的。但是，在上述公知文獻中，是以構建對車輛模型的模擬為目的，而不是為了創(chuàng)建對發(fā)動機中瞬態(tài)狀態(tài)現(xiàn)象的模擬、以及據此來評估在發(fā)動機瞬態(tài)狀態(tài)下所要求的性能。另外，在根據瞬態(tài)狀態(tài)來改變發(fā)動機的各個受控因子的控制值并評估其結果的情況下，具有操作性差的問題。
本發(fā)明是在瞬態(tài)狀態(tài)下，在實際的發(fā)動機中進行測試，所述瞬態(tài)狀態(tài)是指發(fā)動機轉速、扭矩等按時間序列而變動。通過獲取作為該測試結果的輸出數據并建立該輸出數據與提供給發(fā)動機的受控因子的控制值之間的對應關系，來生成描述了發(fā)動機輸出相對于輸入的關系的瞬態(tài)發(fā)動機模型(模擬器)。在瞬態(tài)測試過程中，通過改變發(fā)動機的1個受控因子、或2個受控因子的組合、或更多受控因子的組合的控制值，來使發(fā)動機在瞬態(tài)模式下運轉，以獲取必要的數據。
使用所創(chuàng)建的瞬態(tài)發(fā)動機模型來進行模擬，以確定應該對某個受控因子的控制值進行哪些改變來滿足性能目標、并獲得滿足了該性能目標的控制值。然后使用該取得的控制值，利用實際的發(fā)動機來進行瞬態(tài)測試，以確認是否能夠滿足性能目標。如果得到了滿足目標的輸出數據，則根據在瞬態(tài)發(fā)動機模型的模擬中所使用的控制值來創(chuàng)建用于發(fā)動機控制電路(ECU)的控制邏輯。
即，根據本發(fā)明的第一方面，提供一種瞬態(tài)發(fā)動機性能適應方法，包括如下步驟進行瞬態(tài)測試，在該瞬態(tài)測試過程中，通過改變提供給發(fā)動機的受控因子的控制值而使發(fā)動機于瞬態(tài)狀態(tài)下運轉并獲取其輸出；獲取通過所述瞬態(tài)測試而產生的發(fā)動機輸出數據，并根據該輸出數據與和所提供的受控因子有關的數據之間的關系來創(chuàng)建被測試發(fā)動機的瞬態(tài)模型；利用該已創(chuàng)建的瞬態(tài)模型來得到受控因子的控制值，其中所述受控因子的控制值滿足該發(fā)動機所要求的瞬態(tài)性能目標；通過將從所述瞬態(tài)模型得到的控制值提供給實際的發(fā)動機，確認是否通過瞬態(tài)測試滿足了所要求的瞬態(tài)性能目標；以及在所述確認步驟中確認滿足了所要求的瞬態(tài)性能目標的情況下，創(chuàng)建用于控制發(fā)動機的控制電路的控制軟件。
根據本發(fā)明的第二方面，提供了一種瞬態(tài)發(fā)動機性能適應系統(tǒng)，包括實際發(fā)動機瞬態(tài)測試執(zhí)行裝置，該裝置用于通過改變發(fā)動機的受控因子的控制值來執(zhí)行瞬態(tài)測試；瞬態(tài)模型創(chuàng)建裝置，該裝置用于獲取通過所述瞬態(tài)測試而得到的發(fā)動機輸出數據，并根據該輸出數據和所述實際發(fā)動機瞬態(tài)測試執(zhí)行裝置所提供的控制值來創(chuàng)建瞬態(tài)模型，其中所述瞬態(tài)模型描述了所述發(fā)動機的控制輸入和該輸出數據之間的關系；瞬態(tài)模型模擬裝置，該裝置利用由所述瞬態(tài)模型創(chuàng)建裝置創(chuàng)建的所述瞬態(tài)模型來得到受控因子的控制值，其中在所述控制值下，所述瞬態(tài)模型在瞬態(tài)測試過程中滿足所述發(fā)動機所要求的性能目標；以及向所述實際發(fā)動機瞬態(tài)測試執(zhí)行裝置提供通過利用所述模擬裝置而執(zhí)行的模擬所得到的、滿足所述性能目標的發(fā)動機控制值。
在本發(fā)明中，可不進行穩(wěn)定狀態(tài)下的測試數據的置換，即可在瞬態(tài)狀態(tài)下進行瞬態(tài)測試，并可在短時間內取得滿足性能目標的發(fā)動機控制值。另外，可使為滿足性能目標的發(fā)動機創(chuàng)建控制軟件所需的工時減少，并能容易地為發(fā)動機控制電路創(chuàng)建控制軟件。根據本發(fā)明，可縮短發(fā)動機開發(fā)時間，縮短產品開發(fā)時間。


圖1是表示本實施例的系統(tǒng)結構的圖。
圖2是表示本實施例的動作的流程圖。
圖3是表示通過本實施例的實際發(fā)動機瞬態(tài)測試而得到的實測值的圖。
圖4是表示本實施例的虛擬測試值和目標值的圖。
圖5是表示本實施例的當前控制值和目標控制值的圖。
具體實施例方式
圖1是表示本發(fā)明實施例的系統(tǒng)結構。圖2是說明在瞬態(tài)發(fā)動機性能適應過程中所涉及的全部步驟的圖。圖1中的10是實際發(fā)動機瞬態(tài)測試裝置，11是ECU(實際發(fā)動機)，12是由ECU11控制的發(fā)動機(實際發(fā)動機)，13是檢測發(fā)動機12的機軸轉速的旋轉檢測器，14是用于測量從旋轉檢測器13輸出的轉速以及發(fā)動機12的排氣量、排煙量及其他參數(燃料消耗等)的計測單元。另外，1是作為本發(fā)明的特征的虛擬發(fā)動機測試裝置，2是模型創(chuàng)建單元，3是虛擬ECU，4是控制值修正單元，5是瞬態(tài)發(fā)動機模型。另外，6是實施該瞬態(tài)測試的操作員所使用的操作員終端。
具體地，本發(fā)明的實施例如圖1所示，是一種瞬態(tài)發(fā)動機性能適應系統(tǒng)，該系統(tǒng)裝配了實際發(fā)動機瞬態(tài)測試裝置10和虛擬發(fā)動機控制裝置1；其中的實際發(fā)動機瞬態(tài)測試裝置10用于通過改變發(fā)動機受控因子的控制值來執(zhí)行瞬態(tài)測試；而虛擬發(fā)動機控制裝置1具有模型創(chuàng)建單元2，該模型創(chuàng)建單元2用于獲取通過上述瞬態(tài)測試而產生的發(fā)動機輸出數據，并根據該輸出數據和由實際發(fā)動機瞬態(tài)測試裝置10提供的控制值來創(chuàng)建描述了上述發(fā)動機的控制輸入和輸出數據之間關系的瞬態(tài)模型；充當瞬態(tài)模型模擬單元(用虛線圍起來的部分)的虛擬ECU3、瞬態(tài)發(fā)動機模型5、控制值修正單元4以及操作員終端6，該瞬態(tài)模型模擬單元利用由模型創(chuàng)建單元2創(chuàng)建的瞬態(tài)模型來得到受控因子的控制值，在所述控制值下，該瞬態(tài)模型滿足在上述發(fā)動機瞬態(tài)測試過程中所要求的性能目標；其中上述控制值修正單元4具有用于將通過執(zhí)行使用了該虛擬ECU3的模擬所得到的、滿足性能目標的發(fā)動機控制值提供給實際發(fā)動機瞬態(tài)測試裝置10的裝置。
控制值修正單元4包括用于將提供給上述瞬態(tài)模型的控制值作為時間序列數據顯示在操作員終端6上、修正按所顯示的時間序列的控制值、并將其提供給瞬態(tài)模型的裝置。
另外，如圖2所示，本發(fā)明實施例是一種瞬態(tài)發(fā)動機性能適應方法，包括如下步驟進行瞬態(tài)測試，在該瞬態(tài)測試過程中，通過改變提供給發(fā)動機的受控因子的控制值而使發(fā)動機于瞬態(tài)狀態(tài)下運轉并獲取其輸出(S1)；獲取通過所述瞬態(tài)測試而產生的發(fā)動機輸出數據，并根據該輸出數據與和所提供的受控因子有關的數據之間的關系來創(chuàng)建被測試發(fā)動機的瞬態(tài)模型(S2、S4)；利用該已創(chuàng)建的瞬態(tài)模型來得到受控因子的控制值，其中所述受控因子的控制值滿足該發(fā)動機所要求的瞬態(tài)性能目標(S5、S6、S7)；通過將從所述瞬態(tài)模型得到的控制值提供給實際的發(fā)動機，確認是否通過瞬態(tài)測試滿足了所要求的瞬態(tài)性能目標(S3)；在所述確認步驟中確認滿足了所要求的瞬態(tài)性能目標的情況下，創(chuàng)建用于控制發(fā)動機的控制電路的控制軟件(S8)。
然后，參考圖3到圖5說明本實施例的動作。在圖1所示的實際發(fā)動機瞬態(tài)測試裝置10中，使用實際發(fā)動機進行瞬態(tài)特性測量。圖3中示出了實際發(fā)動機中的瞬態(tài)特性測量結果。在本實施例中，將每小時NOx的克數(g/h)以及每秒鐘煙的克數(g/s)分別取為縱軸，將橫軸取為時間。此外，將在該狀態(tài)下的EGR控制值以及VGT控制值分別取為縱軸，橫軸取為時間。這些測量是在圖1所示的結構中由實際發(fā)動機瞬態(tài)測試裝置10的計測單元14執(zhí)行的。另外，在圖2所示流程圖中，這些相當于實際發(fā)動機瞬態(tài)測試(步驟S1)以及數據處理(步驟S2)。
然后，進行模型創(chuàng)建。在圖1所示的結構中，由虛擬發(fā)動機測試裝置1的模型創(chuàng)建單元2執(zhí)行。另外，在圖2所示的流程圖中相當于模型創(chuàng)建(步驟S4)。在模型建立初期階段，因為將實際發(fā)動機的實測結果原樣地置換給該模型，所以該模型是根據圖3所示的瞬態(tài)特性測量結果而創(chuàng)建的。該模型作為瞬態(tài)發(fā)動機模型5以及虛擬ECU3而被創(chuàng)建。
然后，創(chuàng)建針對該模型的控制值。在圖1所示的結構中，這是由虛擬發(fā)動機測試裝置1的控制值修正單元4來執(zhí)行的。另外，在圖2所示的流程圖中相當于通過模擬而得到虛擬ECU控制值(步驟S5)、將其提供給虛擬ECU(步驟S6)、以及實施評估(步驟S7)。圖4中分別示出了針對NOx以及煙的虛擬實測值(實線)的目標值(虛線)。在圖4中，因為虛擬實測值和目標值之差不在允許范圍內，因此評估(步驟S7)的結果變?yōu)镹G。
然后，為了使虛擬實測值接近目標值而進行控制值的修正。在圖1所示的結構中，此功能是由虛擬發(fā)動機測試裝置1的控制值修正單元4執(zhí)行的。另外，在圖2所示的流程圖中，相當于通過模擬得到虛擬ECU控制值(步驟S5)。圖5中示出了修正前(實線)和修正后(虛線)的控制值。該修正由操作員執(zhí)行。
在本實施例中，使用2種方法來修正控制值。第一種方法是利用操作員終端6來改變控制值本身。第二種方法是將提供給瞬態(tài)模型的控制值如圖5所示作為時間序列數據顯示在操作員終端6上，在修正了按所顯示的時間序列的控制值后，將其提供給瞬態(tài)模型。換言之，操作員發(fā)出指令，以通過使用鼠標等修改顯示在操組員終端6的顯示裝置上的、如圖5中實線所示的圖形，來直接增加或減小控制值。由此，操作員能夠在視覺識別圖形形狀的變化(例如圖5的虛線)的同時改變控制值。
經過如此修改的控制值再次被提供給虛擬ECU3(S6)，進行評估(S7)。其結果，在虛擬實測值與目標值之差處于可接受的范圍內時，向實際發(fā)動機瞬態(tài)測試裝置10的ECU11輸入修正后的控制值。由此，利用修正后的控制值來控制實際發(fā)動機。
接下來，再次執(zhí)行圖2所示的流程圖中的步驟S1、S2、S3。其結果，在實測值和目標值之差落入可接受的范圍內之前一直反復執(zhí)行步驟S1～S7。當通過步驟S3中的評估，發(fā)現(xiàn)實測值和目標值之差處于可接受的范圍內時，創(chuàng)建實際發(fā)動機ECU控制軟件。在圖1所示的結構中，這是由虛擬發(fā)動機測試裝置1的控制值修正單元4執(zhí)行的。另外，在圖2所示的流程圖中，相當于創(chuàng)建實際發(fā)動機ECU控制軟件(步驟S8)。
由此，能夠在短時間內生成實測值和目標值之差在可接受范圍內的控制值。
(工業(yè)上的可應用性)在本發(fā)明中，能夠不進行穩(wěn)定狀態(tài)的測試數據的置換，即可在瞬態(tài)狀態(tài)下進行瞬態(tài)測試，并可在短時間內取得滿足性能目標的發(fā)動機控制值。另外，還能夠減少為滿足了性能目標的發(fā)動機創(chuàng)建控制軟件所需的工時，并能夠容易地為發(fā)動機控制電路創(chuàng)建控制軟件。通過本發(fā)明可縮短發(fā)動機開發(fā)的時間，從而縮短產品開發(fā)的時間。
權利要求
1.一種瞬態(tài)發(fā)動機性能適應方法，包括如下步驟進行瞬態(tài)測試，在該瞬態(tài)測試過程中，通過改變提供給發(fā)動機的受控因子的控制值而使發(fā)動機于瞬態(tài)狀態(tài)下運轉并獲取其輸出；獲取通過所述瞬態(tài)測試而產生的發(fā)動機輸出數據，并根據該輸出數據與和所提供的受控因子有關的數據之間的關系來創(chuàng)建被測試發(fā)動機的瞬態(tài)模型；利用該已創(chuàng)建的瞬態(tài)模型來得到受控因子的控制值，其中所述受控因子的控制值滿足該發(fā)動機所要求的瞬態(tài)性能目標；通過將從所述瞬態(tài)模型得到的控制值提供給實際的發(fā)動機，確認是否通過瞬態(tài)測試滿足了所要求的瞬態(tài)性能目標；以及在所述確認步驟中確認滿足了所要求的瞬態(tài)性能目標的情況下，創(chuàng)建用于控制發(fā)動機的控制電路的控制軟件。
2.一種瞬態(tài)發(fā)動機性能適應系統(tǒng)，包括實際發(fā)動機瞬態(tài)測試執(zhí)行裝置，該裝置用于通過改變發(fā)動機的受控因子的控制值來執(zhí)行瞬態(tài)測試；瞬態(tài)模型創(chuàng)建裝置，該裝置用于獲取通過所述瞬態(tài)測試而得到的發(fā)動機輸出數據，并根據該輸出數據和所述實際發(fā)動機瞬態(tài)測試執(zhí)行裝置所提供的控制值來創(chuàng)建瞬態(tài)模型，其中所述瞬態(tài)模型描述了所述發(fā)動機的控制輸入和該輸出數據之間的關系；瞬態(tài)模型模擬裝置，該裝置利用由所述瞬態(tài)模型創(chuàng)建裝置創(chuàng)建的所述瞬態(tài)模型來得到受控因子的控制值，其中在所述控制值下，所述瞬態(tài)模型在瞬態(tài)測試過程中滿足所述發(fā)動機所要求的性能目標；以及向所述實際發(fā)動機瞬態(tài)測試執(zhí)行裝置提供通過利用所述模擬裝置而執(zhí)行的模擬所得到的、滿足所述性能目標的發(fā)動機控制值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種瞬態(tài)發(fā)動機性能適應方法及系統(tǒng)，通過該方法和系統(tǒng)能夠縮短發(fā)動機的瞬態(tài)測試的時間，縮短制作發(fā)動機的控制軟件的工時，其中在發(fā)動機的轉速、扭矩隨時間序列改變的瞬態(tài)狀態(tài)下，利用實際的發(fā)動機來進行測試，利用作為該測試結果的輸出數據和該輸出數據與提供給發(fā)動機的受控因子的控制值之間的關系，來生成描述發(fā)動機的輸出相對于輸入的關系的瞬態(tài)發(fā)動機模型。使用所建立的瞬態(tài)發(fā)動機模型，通過執(zhí)行模擬來了解可通過改變任何受控因子的控制值而被滿足的目標性能，以提供滿足目標性能的控制數據。利用該控制數據來準備發(fā)動機控制電路的控制邏輯。
文檔編號G01M15/10GK1853038SQ20048002672
公開日2006年10月25日 申請日期2004年9月16日 優(yōu)先權日2003年9月17日
發(fā)明者浦野保則, 高田齋 申請人:日野自動車株式會社