СПОСОБ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВОМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДОЙ НА ОСНОВЕ ИЗУЧЕНИЯ ДАТЧИКА ПОЛОЖЕНИЯ
CONTROL METHOD AND SYSTEM OF FLUID MEDIUM CONTROL DEVICE BASED ON STUDY OF POSITION SENSOR

Настоящее изобретение относится к управлению рабочим положением устройства управления текучей средой, в частности, турбонагнетателем с изменяемой геометрией в двигателе внутреннего сгорания моторного транспортного средства и, в частности, управлению рабочим положением устройства управления текучей средой с рабочими характеристиками, отличающимися от номинальных.
Более конкретно, изобретение относится к способу изучения датчика положения устройства управления текучей средой, выполненного с возможностью занимать множество рабочих положений, причем датчик включает в себя средство преобразователя, выполненное с возможностью преобразования значения физического объекта, обозначающее положение устройства, в значение электрического параметра, и средство детектирования упомянутого электрического параметра, выполненное с возможностью вывода электрического сигнала, представляющего упомянутое положение, в котором датчик имеет номинальную характеристическую кривую, представляющую заданную взаимосвязь между допустимым диапазоном значений упомянутого физического объекта и соответствующим диапазоном возвращаемых значений упомянутого электрического сигнала.
Когда датчик стареет в ходе эксплуатации устройства, с которым он связан, его точность, может ухудшиться, и возвращаемое значение может включать в себя смещение при сравнении с номинальной характеристической кривой. В конкретном случае датчика положения, который типично используют в турбонагнетателях с изменяемой геометрией (VGT, ТИГ) двигателя внутреннего сгорания (в частности, дизельного двигателя) моторного транспортного средства, номинальная характеристическая кривая представляет собой прямую линию. Изменение характеристической кривой, связанное со старением датчика или из-за допуска при производстве, могут привести к неизменяемому смещению во всем рабочем диапазоне (то есть в диапазоне измеряемых значений), что, таким образом, просто приводит к перемещению характеристической кривой до фактической кривой, параллельной номинальной кривой, или к переменному смещению в рабочем диапазоне, который, таким образом, определяет фактическую характеристическую кривую, имеющую другой наклон, отличающийся от номинального наклона.
В системе управления для устройства управления текучей средой, стратегия которого основана на управлении с обратной связью совместно с опережающим управлением, и оба они работают в соответствии со значениями, получаемыми от датчика, характеристическая кривая датчика, которая отличается от номинальной кривой, из-за смещения датчика, приводит к ухудшению времени отклика в системе.
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы свести к минимуму воздействие смещения положения датчика из-за старения или допусков при производстве на систему управления для устройства управления текучей средой в двигателе внутреннего сгорания, таким образом, чтобы не была ухудшена рабочая характеристика управления.
В соответсвии с настоящим изобретением указанная выше цель достигается с помощью способа управления устройством управления текучей средой, в частности, для двигателя внутреннего сгорания, выполненным с возможностью занимать множество рабочих положений, и оборудованным датчиком положения, включающим в себя средство преобразователя, выполненное с возможностью преобразовывать значение физического объекта, обозначающее положение устройства управления, в значение электрического параметра, и средство детектирования упомянутого электрического параметра, выполненное с возможностью вывода электрического сигнала, представляющего упомянутое положение, причем датчик (12) имеет номинальную характеристическую кривую (А), представляющую заданную взаимозависимость между допустимым диапазоном значений упомянутого физического объекта и соответствующим диапазоном возвращаемых значений упомянутого электрического сигнала, при этом способ содержит этапы, на которых:
сохраняют упомянутую номинальную характеристическую кривую (А);
получают, по меньшей мере, первый возвращаемый электрический сигнал, который относится к, по меньшей мере, одному определенному положению устройства управления;
open
close
определяют смещение (offset; offset) между упомянутым возвращаемым сигналом и ожидаемым сигналом, который относится к упомянутому определенному положению устройства, в соответствии с номинальной характеристической кривой (А);
open
close
оценивают обновленную характеристическую кривую (В) датчика путем приложения упомянутого смещения (offset; offset) к номинальной характеристической кривой (А); и
применяют заданную стратегию управления устройства управления текучей средой в соответствии с обновленной характеристической кривой (В).
Способ включает в себя этап, на котором получают, но меньшей мере, два возвращаемых электрических сигнала, относящихся к соответствующему количеству различных определенных положений устройства управления и выполняют оценку обновленной характеристической кривой (В) датчика, путем построения кривой по значениям возвращаемых сигналов.
Способ включает в себя этапы, на которых получают два возвращаемых электрических сигнала, относящихся к паре различных определенных положений устройства управления, и выполняют оценку обновленной линейной характеристической кривой (В) датчика путем интерполяции значений возвращаемых сигналов.
Способ включает в себя этап, на котором получают два возвращаемых электрических сигнала, относящихся к паре различных определенных положений устройства управления, и выполняют оценку обновленной линейной характеристической кривой (В) датчика путем интерполяции значений возвращаемых сигналов, в котором упомянутую обновленную характеристическую кривую (В) описывают с помощью коэффициента усиления и смещения.
Способ включает в себя этап, на котором периодически оценивают обновленную характеристическую кривую (В), в соответствии с заданными частотой и условиями изучения.
Способ включает в себя этапы, на которых выполняют оценку обновленной
open
close
open
close
характеристической кривой (В) путем применения среднего значения смещения (offset; offset) к номинальной характеристической кривой (А), причем среднее значение смещения (offsct; offset), рассчитывают путем фильтрации множества значений смещения, относящихся к одному и тому же определенному положению устройства управления.
Система управления выполнена с возможностью осуществления способа управления для устройства управления текучей средой, в частности, для двигателя внутреннего сгорания, выполненного с возможностью занимать множество рабочих положений и оборудованного датчиком положения, включающим в себя средство преобразователя, выполненное с возможностью преобразовывать значение физического объекта, обозначающее положение устройства управления, в значение электрического параметра, и средство детектирования упомянутого электрического параметра, выполненное с возможностью возвращать электрический сигнал, представляющий упомянутое положение, причем датчик имеет номинальную характеристическую кривую (А), представляющую заданную зависимость между диапазоном значений упомянутого физического объекта и соответствующим диапазоном возвращаемых значений упомянутого электрического сигнала, причем она включает в себя средство электронной обработки, выполненное с возможностью выполнения способа управления в соответствии с любым из пп.1-6.
Турбонагнетатель с изменяемой геометрией для двигателя внутреннего сгорания. оборудованного системой управления по п.7.
Турбонагнетатель с изменяемой геометрией, в котором упомянутое, по меньшей мере, одно определенное положение представляет собой одно из полностью закрытого положения и полностью открытого положения.
Турбонагнетатель с изменяемой геометрией, в котором упомянутое средство электронной обработки выполнено с возможностью изучения закрытого положения в состоянии холостого хода двигателя и изучения открытого положения в двигателе в состоянии после пробега.
Турбонагнетатель с изменяемой геометрией, в котором упомянутое средство электронной обработки выполнено с возможностью детектирования состояния холостого хода, когда скорость двигателя остается в пределах заданного диапазона в течение длительного времени.
Турбонагнетатель с изменяемой геометрией, в котором упомянутое средство электронной обработки выполнено с возможностью идентификации состояния после пробега, в соответствии с тем, что ключ выключен, и двигатель не работает, и коленчатый вал двигателя не вращается.
Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут понятны из следующего описания, которое представлено только в качестве неограничительного примера со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
на фиг.1 показана блок-схема системы управления турбонагнетателя с изменяемой геометрией двигателя внутреннего сгорания, в частности, дизельного двигателя; и
на фиг.2а-2с показаны графики, представляющие примеры модификаций номинальной характеристической кривой датчика положения турбонагнетателя с изменяемой геометрией по фиг.1.
Со ссылкой на фиг.1 будет кратко описана, система управления для устройства управления текучей средой, в частности, для двигателя внутреннего сгорания.
В примерном варианте воплощения устройства управления текучей средой здесь рассматривают турбонагнетатель 10 с изменяемой геометрией (VGT, ТИП). Турбонагнетатель с изменяемой геометрией имеет регулируемые направляющие лопатки, выполненные с возможностью занимать множество рабочих положений для постоянно изменяющегося зазора, через который протекают выхлопные газы, для того, чтобы достигнуть турбину турбонагнетателя, и чтобы управлять скоростью потока газа через турбину.
Система управления включает в себя датчик 12 положения, например датчик положения угла лопатки, выполненный с возможностью непрерывного детектирования рабочего положения изменяемой геометрии турбины турбонагнетателя 10. Датчик 12 включает в себя часть преобразователя, выполненную с возможностью преобразования значения физического объекта, представляющего угол направляющих лопаток, в значение электрического параметра, и часть детектирования, детектирующую значения упомянутого электрического параметра и возврата электрического сигнала, представляющего угол направляющих лопаток.
Датчик имеет номинальную характеристическую кривую, представляющую заданную взаимозависимость между диапазоном значений упомянутого физического объекта и соответствующим значением возвращаемых значений упомянутого электрического сигнала. В показанном примере датчик имеет характеристическую кривую в виде прямой линии, относящуюся к углу направляющих лопаток относительно сигнала выходного напряжения.
Электронный блок 14 управления, включающий в себя модуль 16 памяти (например, адаптивную энергонезависимую память), предназначенную для сохранения номинальной характеристической кривой датчика 12, выполнен с возможностью считывания сигнала напряжения, выводимого датчиком, и приложения сигнала управления на основе измеренного положения для подачи в исполнительный механизм 18 (например, пневматический исполнительный механизм или электродвигатель) и регулировки угла направляющих лопаток, и, таким образом, давления турбонагнетателя, до оптимальной установки в ответ на диапазон входной переменной, например, как функции текущей скорости двигателя.
Сигнал, подаваемый в исполнительный механизм турбонагнетателя 10 с изменяемой геометрией, типично определяют в соответствии с ПИД-регулятором (ПИД, пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, PID) положения с обратной связью, значение которого добавляют к упреждающему значению, в результате чего получают несжатый сигнал управления для исполнительного механизма VGT.
Способ изучения датчика положения системы управления, в соответствии с изобретением, представлен на фиг. 2a, 2b и 2c.
На фиг. 2a и 2b показаны первый и второй примеры, соответственно, номинальной характеристической кривой A датчика 12 и фактической характеристической кривой B, полученной в результате старения датчика или допуска при изготовлении. По вертикальной оси представлены значения положения устройства, как функция сигнала выходного напряжения, заданного на горизонтальной оси, и подаваемого датчиком положения, который связан с устройством. В примерном варианте воплощения турбонагнетателя с изменяемой геометрией (VGT; ТИП) диапазон положений устанавливают между хорошо определенным, полностью закрытым и полностью открытым положениями VGT, в то время как сигналы выходного напряжения Vmin и Vmax представляют собой сигналы, возвращаемые датчиком, которые соответствуют упомянутым выше определенным положениям VGT в соответствии с его номинальной характеристической кривой.
Характеристическую кривую датчика обычно рассматривают как прямую линию, и предполагается, что отклонение, связанное со старением датчика или допусками при изготовлении, не модифицирует линейность взаимозависимости.
На фиг.2a представлено предположение простого перемещения номинальной кривой из-за старения или допуска при изготовлении, в то время как на фиг.2b показана кривая с измененными смещением и наклоном.
На фиг.2c показаны фактические значения положения как функция измеренных значений положения, в отношении номинальной характеристической кривой датчика (кривая A) или модифицированной характеристической кривой (кривая B).
close
open
В соответствии с изобретением, зная, что датчик должен возвращать 0 в полностью открытом положении и 1 в полностью закрытом положении, смещение, по меньшей мере, в одной из этих точек, и, предпочтительно, в обеих этих точках, рассчитывают путем вычитания из измеренного положения 1 в полностью закрытом положении (offset) и только с учетом измеренного значения в полностью открытом положении (offset).
Когда измеряют только одно определенное положение, будет известно смещение только в одной точке номинальной характеристической кривой, и при этом можно вычертить линию, параллельную номинальной кривой, которая представляет оценку смещения для всех других положений.
Когда измеряют два определенных положения, например, но без ограничений, в предельных положениях рабочего диапазона, получают смещения в двух точках номинальной характеристической кривой, и линия интерполяции, которая представляет оценку смещения для всех промежуточных положений, может быть применена так, чтобы она пересекала обе эти точки. Прямая линия может быть описана с помощью коэффициента (k) усиления и величины смещения (m), прикладываемого к измеряемому положению, в результате чего получают следующее уравнение:
actual
meas
meas
position=position+offset(position)
meas
meas
meas
=position+k*position+m=(1+k)*position+m
В более общем случае, по меньшей мере, два возвращаемых электрических сигнала, которые относятся к соответствующему количеству разных определенных положений VGT, могут быть рассмотрены, и можно получить оценку обновленной характеристической кривой датчика путем сопоставления кривой значений возвращаемых сигналов.
Как уже было отмечено выше, обычно определенные положения не обязательно должны быть предельными положениями перемещения устройства управления текучей средой. Фактически, настоящее изобретение можно применять также к управлению устройствами управления текучей средой в двигателе внутреннего сгорания для моторного транспортного средства, кроме VGT, такого как клапан EGR (РВГ, рециркуляции выхлопного газа) или дроссельный клапан. Хотя применение для управления положением угла лопатки в VGT как в положениях конечного перемещения (то есть полностью открытом и полностью закрытом положениях) является надежным, при применении для управления клапаном EGR фактическое конечное перемещение клапана на стороне никогда не достигается, чтобы не повредить клапан, и в качестве альтернативы выбирают определенное промежуточное положение.
Изучение положения должно быть выполнено, только без влияния на комфорт или выпускные газы. Поэтому закрытое положение, предпочтительно, определяют в состоянии холостого хода двигателя, и открытое положение, предпочтительно, определяют в состоянии двигателя, после пробега. Состояние холостого хода детектируют, когда скорость двигателя остается в пределах определенного диапазона в течение заданного времени. Состояние после пробега идентифицируют, когда ключ выключен, и двигатель при этом не работает, и коленчатый вал двигателя не вращается.
Кроме того, учитывая, что состояние холостого хода или состояние после пробега было идентифицировано, среднее значение для датчика положения рассчитывают путем запуска таймера для стабилизации закрытого или, соответственно, открытого положения. После измерения таймером заданного времени стабилизации начинается фаза изучения. Также определено время, в течение которого должны быть выполнены измерения положения VGT. Среднее смещение оценивают путем фильтрации множества измеренных данных положения, которые относятся к одному и тому же определенному положению устройства, и путем расчета среднего значения этих данных. Затем выполняют оценку обновленной характеристической кривой путем применения среднего смещения к номинальной характеристической кривой.
Обычно обновленную характеристическую кривую для положения датчика применяют с помощью системы управления устройством в условиях движения в то время, когда водитель не может заметить это, например, когда он отпускает педаль акселератора, или при новом запуске двигателя.
Предпочтительно, в результате применения способа в соответствии с изобретением система управления устройства управления текучей средой, такого как исполнительный механизм VGT, позволяет учитывать значение смещения датчика в алгоритме управления, например, смещения, возникающие из-за старения или допуска во время производства датчика, для выполнения более быстрого и более эффективного управления без потери рабочих характеристик отклика всей системы.
Хотя, принципы изобретения остаются теми же, варианты воплощения и их детали можно в значительной степени изменять, по сравнению с тем, что было описано и представлено исключительно в качестве неограничительного примера, без выхода за пределы объема защиты настоящего изобретения, который определен приложенной формулой изобретения.