CN1853038A - 瞬态发动机性能适应方法和*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种瞬态发动机性能适应方法及***，通过该方法和***能够缩短发动机的瞬态测试的时间，缩短制作发动机的控制软件的工时，其中在发动机的转速、扭矩随时间序列改变的瞬态状态下，利用实际的发动机来进行测试，利用作为该测试结果的输出数据和该输出数据与提供给发动机的受控因子的控制值之间的关系，来生成描述发动机的输出相对于输入的关系的瞬态发动机模型。使用所建立的瞬态发动机模型，通过执行模拟来了解可通过改变任何受控因子的控制值而被满足的目标性能，以提供满足目标性能的控制数据。利用该控制数据来准备发动机控制电路的控制逻辑。

Description

瞬态发动机性能适应方法和***
技术领域
本发明用于发动机(内燃机)的瞬态测试。具体地，本发明涉及用于使柴油发动机的瞬态特征和性能适应于所要求的性能目标的瞬态测试方法及***。本发明的设计目的是为了迅速构建满足发动机的瞬态性能目标的发动机控制***。
背景技术
“发动机的瞬态特征”不是指转速和扭矩都保持恒定的稳态，而是指在这些参数随时间而变化的情况下所获得的特征。例如，它是指发动机在转速等在诸如加速或减速的过程中发生变化的状态下的特征。
以往对发动机在瞬态状态下的例如扭矩输出、排气等输出特性的测量是采用如下方法来执行的，即，使实际的发动机进入稳定状态，测量发动机的输出状态，然后通过将其替换为通过对该稳定状态的输出数据进行加权而得到的瞬态状态特性来评估发动机的输出。
但是，对稳定状态的发动机特性的测量是一个耗时的过程，在该过程中，必须在改变了某个受控因子(例如燃料喷射量、燃料喷射时刻等)的控制值后，在成为稳定状态之前等待预定的时间(例如3分钟)，然后测量该状态下的输出，再在该状态下改变一个受控因子的控制值，在达到稳定状态所经过的预定时间后实施测量，然后再次改变受控因子的控制值并实施测量。
在实际的车辆行驶当中，发动机在加速或者减速的状态下花费的时间较多，而在允许以恒定转速行驶的状态下所花费时间的较少。因此，在瞬态状态下测量发动机的特性是非常重要的。另外，近年来，与排气量相关的规定并非象以前那样是基于发动机的稳态排气量值来进行规定的，而是基于与发动机的瞬态排气量相关的规定值来进行规定的。因而，测量定义了在对特定受控因子进行了某种改变时将得到怎样的瞬态排气量的瞬态特性变得重要。
在实施上述的为了测量在稳定状态下改变发动机的受控因子将会得到何种输出的稳定状态特性测量的过程中，具有大量的受控因子，尤其通过基于ECU的电子控制方法执行发动机控制的时候将会产生大量的受控因子，其结果是导致测量的时间增加。例如，增加了用于诸如EGR(Exhaust Gas Recirculation(排气再循环))值控制或者VGT(Variable Geometry Turbo(可变几何涡轮))控制等涉及发动机控制的各种电子控制类型的参数。在瞬态特性测量期间，在发动机转速(旋转速度)和扭矩按时间序列而改变的状态下，输出数据自然也同样地以按时间序列形式变化的数据形式出现，其结果是导致受控因子的数量增加，而且如果试图在稳定状态下通过改变每一个受控因子的控制值来进行测量，则测量时间的长度将呈指数性增加。
于是，提出了使用模拟虚拟地再现发动机和车辆特性来评估发动机控制等的技术(参考专利文献1(特开平11-326135号公报))。
在该技术中，预先在模拟器内为每个车种都创建包含发动机的虚拟车辆模型，向该车辆模型输入各种控制输入，例如槽孔(slotaperture)或是曲柄角度等受控因子的控制值，并根据该输入的控制值，尝试评估作为该虚拟车辆模型的输出的发动机转速、车速、排气量温度传感器值。
发明内容
近年来，由于发动机的受控因子的数目增加，当试图在实际的发动机中测量稳定状态和瞬态状态的特性时，如上所述，需要花费较长时间来得到测试数据，这就成为了发动机开发中的瓶颈问题。
另外，在模拟器中配置包含虚拟发动机模型在内的车辆模型，并使用该模型来观察发动机的举动的方法在能够缩短发动机的开发时间这一点上是有用的。但是，在上述公知文献中，是以构建对车辆模型的模拟为目的，而不是为了创建对发动机中瞬态状态现象的模拟、以及据此来评估在发动机瞬态状态下所要求的性能。另外，在根据瞬态状态来改变发动机的各个受控因子的控制值并评估其结果的情况下，具有操作性差的问题。
本发明是在瞬态状态下，在实际的发动机中进行测试，所述瞬态状态是指发动机转速、扭矩等按时间序列而变动。通过获取作为该测试结果的输出数据并建立该输出数据与提供给发动机的受控因子的控制值之间的对应关系，来生成描述了发动机输出相对于输入的关系的瞬态发动机模型(模拟器)。在瞬态测试过程中，通过改变发动机的1个受控因子、或2个受控因子的组合、或更多受控因子的组合的控制值，来使发动机在瞬态模式下运转，以获取必要的数据。
使用所创建的瞬态发动机模型来进行模拟，以确定应该对某个受控因子的控制值进行哪些改变来满足性能目标、并获得满足了该性能目标的控制值。然后使用该取得的控制值，利用实际的发动机来进行瞬态测试，以确认是否能够满足性能目标。如果得到了满足目标的输出数据，则根据在瞬态发动机模型的模拟中所使用的控制值来创建用于发动机控制电路(ECU)的控制逻辑。
即，根据本发明的第一方面，提供一种瞬态发动机性能适应方法，包括如下步骤：进行瞬态测试，在该瞬态测试过程中，通过改变提供给发动机的受控因子的控制值而使发动机于瞬态状态下运转并获取其输出；获取通过所述瞬态测试而产生的发动机输出数据，并根据该输出数据与和所提供的受控因子有关的数据之间的关系来创建被测试发动机的瞬态模型；利用该已创建的瞬态模型来得到受控因子的控制值，其中所述受控因子的控制值满足该发动机所要求的瞬态性能目标；通过将从所述瞬态模型得到的控制值提供给实际的发动机，确认是否通过瞬态测试满足了所要求的瞬态性能目标；以及在所述确认步骤中确认满足了所要求的瞬态性能目标的情况下，创建用于控制发动机的控制电路的控制软件。
根据本发明的第二方面，提供了一种瞬态发动机性能适应***，包括：实际发动机瞬态测试执行装置，该装置用于通过改变发动机的受控因子的控制值来执行瞬态测试；瞬态模型创建装置，该装置用于获取通过所述瞬态测试而得到的发动机输出数据，并根据该输出数据和所述实际发动机瞬态测试执行装置所提供的控制值来创建瞬态模型，其中所述瞬态模型描述了所述发动机的控制输入和该输出数据之间的关系；瞬态模型模拟装置，该装置利用由所述瞬态模型创建装置创建的所述瞬态模型来得到受控因子的控制值，其中在所述控制值下，所述瞬态模型在瞬态测试过程中满足所述发动机所要求的性能目标；以及向所述实际发动机瞬态测试执行装置提供通过利用所述模拟装置而执行的模拟所得到的、满足所述性能目标的发动机控制值。
在本发明中，可不进行稳定状态下的测试数据的置换，即可在瞬态状态下进行瞬态测试，并可在短时间内取得满足性能目标的发动机控制值。另外，可使为满足性能目标的发动机创建控制软件所需的工时减少，并能容易地为发动机控制电路创建控制软件。根据本发明，可缩短发动机开发时间，缩短产品开发时间。
附图说明
图1是表示本实施例的***结构的图。
图2是表示本实施例的动作的流程图。
图3是表示通过本实施例的实际发动机瞬态测试而得到的实测值的图。
图4是表示本实施例的虚拟测试值和目标值的图。
图5是表示本实施例的当前控制值和目标控制值的图。
具体实施方式
图1是表示本发明实施例的***结构。图2是说明在瞬态发动机性能适应过程中所涉及的全部步骤的图。图1中的10是实际发动机瞬态测试装置，11是ECU(实际发动机)，12是由ECU11控制的发动机(实际发动机)，13是检测发动机12的机轴转速的旋转检测器，14是用于测量从旋转检测器13输出的转速以及发动机12的排气量、排烟量及其他参数(燃料消耗等)的计测单元。另外，1是作为本发明的特征的虚拟发动机测试装置，2是模型创建单元，3是虚拟ECU，4是控制值修正单元，5是瞬态发动机模型。另外，6是实施该瞬态测试的操作员所使用的操作员终端。
具体地，本发明的实施例如图1所示，是一种瞬态发动机性能适应***，该***装配了实际发动机瞬态测试装置10和虚拟发动机控制装置1；其中的实际发动机瞬态测试装置10用于通过改变发动机受控因子的控制值来执行瞬态测试；而虚拟发动机控制装置1具有模型创建单元2，该模型创建单元2用于获取通过上述瞬态测试而产生的发动机输出数据，并根据该输出数据和由实际发动机瞬态测试装置10提供的控制值来创建描述了上述发动机的控制输入和输出数据之间关系的瞬态模型；充当瞬态模型模拟单元(用虚线围起来的部分)的虚拟ECU3、瞬态发动机模型5、控制值修正单元4以及操作员终端6，该瞬态模型模拟单元利用由模型创建单元2创建的瞬态模型来得到受控因子的控制值，在所述控制值下，该瞬态模型满足在上述发动机瞬态测试过程中所要求的性能目标；其中上述控制值修正单元4具有用于将通过执行使用了该虚拟ECU3的模拟所得到的、满足性能目标的发动机控制值提供给实际发动机瞬态测试装置10的装置。
控制值修正单元4包括用于将提供给上述瞬态模型的控制值作为时间序列数据显示在操作员终端6上、修正按所显示的时间序列的控制值、并将其提供给瞬态模型的装置。
另外，如图2所示，本发明实施例是一种瞬态发动机性能适应方法，包括如下步骤：进行瞬态测试，在该瞬态测试过程中，通过改变提供给发动机的受控因子的控制值而使发动机于瞬态状态下运转并获取其输出(S1)；获取通过所述瞬态测试而产生的发动机输出数据，并根据该输出数据与和所提供的受控因子有关的数据之间的关系来创建被测试发动机的瞬态模型(S2、S4)；利用该已创建的瞬态模型来得到受控因子的控制值，其中所述受控因子的控制值满足该发动机所要求的瞬态性能目标(S5、S6、S7)；通过将从所述瞬态模型得到的控制值提供给实际的发动机，确认是否通过瞬态测试满足了所要求的瞬态性能目标(S3)；在所述确认步骤中确认满足了所要求的瞬态性能目标的情况下，创建用于控制发动机的控制电路的控制软件(S8)。
然后，参考图3到图5说明本实施例的动作。在图1所示的实际发动机瞬态测试装置10中，使用实际发动机进行瞬态特性测量。图3中示出了实际发动机中的瞬态特性测量结果。在本实施例中，将每小时NOx的克数(g/h)以及每秒钟烟的克数(g/s)分别取为纵轴，将横轴取为时间。此外，将在该状态下的EGR控制值以及VGT控制值分别取为纵轴，横轴取为时间。这些测量是在图1所示的结构中由实际发动机瞬态测试装置10的计测单元14执行的。另外，在图2所示流程图中，这些相当于实际发动机瞬态测试(步骤S1)以及数据处理(步骤S2)。
然后，进行模型创建。在图1所示的结构中，由虚拟发动机测试装置1的模型创建单元2执行。另外，在图2所示的流程图中相当于模型创建(步骤S4)。在模型建立初期阶段，因为将实际发动机的实测结果原样地置换给该模型，所以该模型是根据图3所示的瞬态特性测量结果而创建的。该模型作为瞬态发动机模型5以及虚拟ECU3而被创建。
然后，创建针对该模型的控制值。在图1所示的结构中，这是由虚拟发动机测试装置1的控制值修正单元4来执行的。另外，在图2所示的流程图中相当于通过模拟而得到虚拟ECU控制值(步骤S5)、将其提供给虚拟ECU(步骤S6)、以及实施评估(步骤S7)。图4中分别示出了针对NOx以及烟的虚拟实测值(实线)的目标值(虚线)。在图4中，因为虚拟实测值和目标值之差不在允许范围内，因此评估(步骤S7)的结果变为NG。
然后，为了使虚拟实测值接近目标值而进行控制值的修正。在图1所示的结构中，此功能是由虚拟发动机测试装置1的控制值修正单元4执行的。另外，在图2所示的流程图中，相当于通过模拟得到虚拟ECU控制值(步骤S5)。图5中示出了修正前(实线)和修正后(虚线)的控制值。该修正由操作员执行。
在本实施例中，使用2种方法来修正控制值。第一种方法是利用操作员终端6来改变控制值本身。第二种方法是将提供给瞬态模型的控制值如图5所示作为时间序列数据显示在操作员终端6上，在修正了按所显示的时间序列的控制值后，将其提供给瞬态模型。换言之，操作员发出指令，以通过使用鼠标等修改显示在操组员终端6的显示装置上的、如图5中实线所示的图形，来直接增加或减小控制值。由此，操作员能够在视觉识别图形形状的变化(例如图5的虚线)的同时改变控制值。
经过如此修改的控制值再次被提供给虚拟ECU3(S6)，进行评估(S7)。其结果，在虚拟实测值与目标值之差处于可接受的范围内时，向实际发动机瞬态测试装置10的ECU11输入修正后的控制值。由此，利用修正后的控制值来控制实际发动机。
接下来，再次执行图2所示的流程图中的步骤S1、S2、S3。其结果，在实测值和目标值之差落入可接受的范围内之前一直反复执行步骤S1～S7。当通过步骤S3中的评估，发现实测值和目标值之差处于可接受的范围内时，创建实际发动机ECU控制软件。在图1所示的结构中，这是由虚拟发动机测试装置1的控制值修正单元4执行的。另外，在图2所示的流程图中，相当于创建实际发动机ECU控制软件(步骤S8)。
由此，能够在短时间内生成实测值和目标值之差在可接受范围内的控制值。
(工业上的可应用性)
在本发明中，能够不进行稳定状态的测试数据的置换，即可在瞬态状态下进行瞬态测试，并可在短时间内取得满足性能目标的发动机控制值。另外，还能够减少为满足了性能目标的发动机创建控制软件所需的工时，并能够容易地为发动机控制电路创建控制软件。通过本发明可缩短发动机开发的时间，从而缩短产品开发的时间。

Claims (2)

1、一种瞬态发动机性能适应方法，包括如下步骤：
进行瞬态测试，在该瞬态测试过程中，通过改变提供给发动机的受控因子的控制值而使发动机于瞬态状态下运转并获取其输出；
获取通过所述瞬态测试而产生的发动机输出数据，并根据该输出数据与和所提供的受控因子有关的数据之间的关系来创建被测试发动机的瞬态模型；
利用该已创建的瞬态模型来得到受控因子的控制值，其中所述受控因子的控制值满足该发动机所要求的瞬态性能目标；
通过将从所述瞬态模型得到的控制值提供给实际的发动机，确认是否通过瞬态测试满足了所要求的瞬态性能目标；以及
在所述确认步骤中确认满足了所要求的瞬态性能目标的情况下，创建用于控制发动机的控制电路的控制软件。
2、一种瞬态发动机性能适应***，包括：
实际发动机瞬态测试执行装置，该装置用于通过改变发动机的受控因子的控制值来执行瞬态测试；
瞬态模型创建装置，该装置用于获取通过所述瞬态测试而得到的发动机输出数据，并根据该输出数据和所述实际发动机瞬态测试执行装置所提供的控制值来创建瞬态模型，其中所述瞬态模型描述了所述发动机的控制输入和该输出数据之间的关系；
瞬态模型模拟装置，该装置利用由所述瞬态模型创建装置创建的所述瞬态模型来得到受控因子的控制值，其中在所述控制值下，所述瞬态模型在瞬态测试过程中满足所述发动机所要求的性能目标；以及
向所述实际发动机瞬态测试执行装置提供通过利用所述模拟装置而执行的模拟所得到的、满足所述性能目标的发动机控制值。
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