本说明书大体涉及用废气门反馈控制器控制废气门的方法和系统，其中废气门反馈控制器的参数可以在发动机运转期间通过引入升压的振荡来更新。
背景技术：
内燃机可以被缩小尺寸以提升燃料经济效益。为了实现高发动机峰值功率，涡轮增压器可以用于增大升压(boostpressure)。在一个示例中，涡轮增压器可以包括由驱动轴连接的压缩机和涡轮，其中涡轮耦接至发动机的排气歧管侧，并且压缩机耦接至发动机的进气歧管侧。节气门可以安置在压缩机和进气歧管之间，用于控制气流进入发动机进气歧管。升压可以通过(例如用废气门)调节到达涡轮的排气量来控制。发动机控制系统可以响应于扭矩需求，计算期望节气门入口压力并将其发送到废气门反馈控制器。通过废气门反馈控制器，可以产生废气门命令以致动废气门。在示例中，废气门反馈控制器可以是具有前馈作用的比例积分微分(pid)控制器。pid控制器的比例项、微分项和微分项的增益需要针对发动机系统进行调谐。然而，确定pid控制器的增益可能是艰巨的任务，因为控制器增益依赖于工况，诸如通过发动机的气流、涡轮转速和大气压。
用以确定pid控制器增益的其他尝试包括通过继电反馈调谐控制器。一个示例性方法由boiko等人在u.s.8255066n2中示出。其中，产生对应于所选的增益或相位裕度的振荡，并且基于振荡的振幅和频率计算pid控制器调谐参数。进一步地，现有技术的方法是“非参数的”，因为现有技术没有尝试估计任何设备(plant)(过程)模型参数。
然而，本文的发明者已经认识到这样的系统的以上问题和其他潜在问题。作为一个示例，确定pid调谐参数的过程是复杂的并且可能是耗时的，并且没有提供权衡响应速度和稳健性(robustness)的直截了当的方法。进一步地，控制器参数可能需要在广泛的车辆校准过程期间被更新，以应对在原厂内校准后随时间发生系统劣化而导致的延迟硬件变化或零件与零件变异性。
技术实现要素：
在一个示例中，上述问题可以由一种用于发动机的方法解决，其包括：在稳定的发动机运转期间，通过致动废气门引入升压振荡，并且用对应节气门振荡补偿歧管空气压力；以及基于升压振荡更新废气门反馈控制器的增益。例如该增益可以在发动机运转期间基于描述测量升压振荡的参数(诸如振幅、频率等等)而被更新。以这种方式，当发动机正在运行时，废气门反馈控制器的增益可以在线更新。
作为一个示例，废气门可以由pid控制器形式的废气门反馈控制器控制。在稳定的发动机运转期间，小振幅的升压振荡可以通过振荡废气门位置引入。升压可以是节气门输入压力或压缩机出口压力。对于柴油机发动机，升压可以是进气歧管压力。作为非限制性示例，升压在此被称为节气门输入压力(tip)。响应于tip振荡，节气门可以被振荡以维持恒定的歧管空气压力。在另一实施例中，在混合动力应用中，电动马达或发电机可能用于抑制歧管入口压力振荡对扭矩输出的影响。pid控制器增益可以作为升压振荡的频率、振幅和相位的数学函数来更新。通过随着时间的推移更新废气门反馈控制器增益，升压可以通过车辆部件劣化的公差稳健地控制。通过确定稳定发动机运转期间废气门反馈控制器的增益，废气门反馈控制器增益可以在对发动机运转的干扰减小的情况系被更新。
应理解的是，提供上述发明内容来以简化形式介绍在具体实施方式中将进一步描述的所选概念。这不意味着识别要求保护的主题的关键特征或基本特征，要求保护的主题的范围通过随附的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决上文或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出包含废气门的示例性涡轮增压发动机的方框图。
图2示出示例性废气门反馈控制器的方框图。
图3示出用于更新废气门反馈控制器的参数的示例性方法。
图4示出示例性内部模型控制结构。
图5示出用于校准废气门反馈控制器的示例性方法。
图6示出在实施示例性方法时图示说明各种发动机参数的时间线。
具体实施方式
以下描述涉及用于控制涡轮增压发动机(诸如图1中示出的涡轮增压发动机)的废气门的系统和方法。废气门位置可以经由废气门反馈控制器控制。图2示出示例性废气门反馈控制器的方框图。废气门反馈控制器可以包括pid控制器，其中控制器增益通过继电反馈调谐。因为期望的控制器增益可以由于零件与零件差异而在车辆之间不同，而且可以由于系统劣化而随着时间漂移，所以控制器增益在最初厂内校准后可能需要更新。图3显示了通过继电反馈更新控制器增益的示例方法。具体地，在发动机运转期间，升压的振荡可以通过用方波废气门命令致动废气门来引入。废气门反馈控制器增益可以基于内部模型控制(imc)从升压振荡的测量频率、振幅和/或相位中提取。图4示出示例性imc结构。图5展示废气门反馈控制器增益的厂内校准的示例性方法。图6图示说明在发动机运转期间更新废气门反馈控制器增益时发动机参数的变化。
图1是示出示例性发动机10的示意图，发动机10可以包含在汽车的推进系统中。发动机10被示出为具有4个汽缸30。然而，可以依据本公开使用其他数量汽缸。发动机10可以由包含发动机控制器12的控制系统以及通过经由输入装置130的来自车辆驾驶员132的输入至少部分地控制。在这个示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生比例踏板位置信号pp的踏板位置传感器134。发动机10的每个燃烧室(例如，汽缸)30可以包括燃烧室壁，活塞(未示出)安置在燃烧室壁内。活塞可以耦接至曲轴40，以便活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统(未示出)耦接至车辆的至少一个驱动轮。进一步地，起动机马达可以经由飞轮耦接至曲柄40，以能够进行发动机10的起动操作。
燃烧室30可以经由进气道42从进气歧管44接收进气并且可以经由排气道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气歧管46可以经由相应的进气门和排气门(未示出)与燃烧室30选择性连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多进气门和/或两个或更多排气门。
燃料喷射器50被示出为直接耦接至燃烧室30，以便与从发动机控制器12接收的信号fpw的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射到燃烧室。以这种方式，燃料喷射器50提供被称作燃料的直接喷射到燃烧室30。例如，燃料喷射器可以安装在燃烧室的侧面或燃烧室的顶部。燃料可以通过包含燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)递送到燃料喷射器50。在一些实施例中，燃烧室30可以额外地或可替代地包含以某种构造安置在进气歧管44中的燃料喷射器，所述构造提供被称为燃料的进气道喷射到每个燃烧室30上游的进气道。
进气道42可以相应地包括具有节流板24的节气门23。在这个特定示例中，节流板24的位置可以由发动机控制器12通过提供给节气门23所包含的致动器的信号改变。在一个示例中，致动器可以是电动致动器(例如电动马达)，其通常被称为电子节气门控制器(etc)的构造。以这种方式，节气门23可以被操作以改变提供给燃烧室30以及其他发动机汽缸的进气。节流板24的位置可以通过节气门位置信号tp提供给发动机控制器12。进气道42可以进一步包括质量空气流量传感器120、歧管空气压力传感器122和节气门进口压力传感器123以便于提供相应的信号maf(质量空气流量)、map(歧管空气压力)给发动机控制器12。
排气道48可以从汽缸30接收排气。排气传感器128被示出为耦接至涡轮62下游且排放控制装置78上游的排气道48。传感器128可以从用于提供排气空燃比的指示的各种合适的传感器中选择，诸如例如线性氧气传感器或uego(通用或宽域排气氧气传感器)、双态氧气传感器或者ego、nox、hc或者co传感器。排放控制装置78可以是三元催化剂(twc)、nox捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。
排气温度可以由安置在排气道48中的一个或多个温度传感器(未示出)测量。此外，排气温度可以基于诸如转速、负荷、空燃比(afr)、火花延迟等等的发动机工况来推断。
发动机控制器12在图1中被示出为微型计算机，其包括微型处理器单元102、输入/输出接口104、在这个特定示例中被示出为只读存储器芯片106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器108、不失效存储器110和数据总线。除上述那些信号之外，发动机控制器12还可以从耦接至发动机10的传感器接收各种信号，包括来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量(maf)的测量值；来自温度传感器112(其在发动机10内的一个位置被示意性示出)的发动机冷却剂温度(ect)；来自传感器123的节气门输入压力(tip)；来自耦接至曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的表面点火感测信号(pip)；来自如所论述的节气门位置传感器的节气门位置(tp)；以及来自如所论述的传感器122的绝对歧管压力信号(map)。发动机转速信号(rpm)可以由发动机控制器12根据信号pip产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号map可以用于提供在进气歧管44中的真空或压力的指示。请注意，可以使用上述传感器的各种组合，诸如有maf传感器而没有map传感器，反之亦然。在化学计量操作期间，map传感器可以给出发动机扭矩的指示。进一步地，该传感器连同检测的发动机转速可以提供引入到汽缸的充气(包括空气)的估计。在一个示例中，传感器118(也用作发动机转速传感器)可以在曲轴40的每个旋转产生预先确定数量的等间隔脉冲。在一些示例中，存储介质只读存储器106可以被编程有表示可由处理器102执行的指令的计算机可读数据，所述指令用于执行下述方法和预见但没有具体列出的其他变体。
发动机10可以进一步包括压缩装置(诸如涡轮增压器)，所述压缩装置至少包括沿进气歧管44安置的压缩机60。压缩机60可以由涡轮62通过例如轴驱动或由其他耦联机构驱动。涡轮62可以沿排气道48安置，并且可以与流经涡轮62的排气连通。传感器123可以设置在进气歧管44中，用于测量节气门输入压力并向发动机控制器12提供tip信号。
排气道48可以包括耦接至涡轮62以便使排气转向远离涡轮62的废气门26。在一些实施例中，废气门26可以是多级废气门，诸如具有配置为控制升压的第一级和配置为增大到排放控制装置78的热通量的第二级的两级废气门。废气门26可以用致动器150操作，例如，致动器150可以是诸如电动马达的电动致动器，但是也可以使用气动致动器。进气道42可以包括配置为使进气转向绕过压缩机60的压缩机旁通阀27。例如，废气门26和/或压缩机旁通阀27可以由发动机控制器12经由致动器(例如，致动器150)控制，以在期望较低升压时被打开。
进气道42可以进一步包括用以减小涡轮增压或机械增压的进气气体的温度的增压空气冷却器(cac)80(例如，中间冷却器)。在一些实施例中，增压空气冷却器80可以是空气-空气热交换器。在其他实施例中，增压空气冷却器80可以是空气-液体热交换器。
进一步地，在公开的实施例中，排气再循环(egr)系统可以经由egr通道140将期望的一部分排气传送到节气门23和cac80之间的位置。提供给进气道42的egr量可以由发动机控制器12经由egr阀142改变。进一步地，egr传感器(未示出)可以布置在egr通道内，并且可以提供排气的压力、温度和浓度的一个或多个的指示。图1示出高压egr系统，其中egr从涡轮增压器的涡轮的上游被传送到涡轮增压器的压缩机的下游。在其他实施例中，发动机可以额外地或可替代地包括低压egr系统，其中egr从涡轮增压器的涡轮的下游被传送到涡轮增压器的压缩机的上游。
发动机控制器12从图1的各种传感器接收信号，并基于接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令利用图1的各种致动器调节发动机运转。作为示例，调节歧管空气压力可以包括调节节气门的致动器，以调节节气门开度。作为另一示例，调节节气门输入压力可以包括调节废气门的致动器以调节废气门位置。
转到图2，展示废气门反馈控制器200的示例性方框图。废气门反馈控制器200可以是发动机控制器12的一部分。换句话说，废气门反馈控制机制可以通过发动机控制器12实施。废气门反馈控制器将期望的tip和测量的tip作为输入，并且将废气门命令作为输出。tip可以经由耦接在压缩机和节气门之间的传感器(诸如图1中的压力传感器123)测量。废气门反馈控制器可以包括pid控制器210。pid控制器210可以将tip误差(即，期望的tip与测量的tip之间的差)作为输入，并且将废气门命令发送给设备220。其中设备220表示具有废气门命令的输入和节气门输入压力的输出的发动机过程。在设备220内，废气门命令可以发送给废气门致动器(例如图1中的废气门致动器150)，以调节废气门位置。废气门位置变化引起tip振荡。tip可以被测量并且反馈将与期望的tip作比较的输入。
pid控制器210包括三项：比例211、微分212和积分213。三项的每项都具有对应的增益。增益取决于操作参数，诸如发动机空气流量、涡轮增压器转速和环境压力。为了确定(即，调谐)控制器增益，设备220可以替换地连接至继电函数201。继电函数201可以获取tip误差作为输入，并且输出开关矩形波形式的废气门命令。这样的废气门命令可以引起废气门位置的振荡。因此，在设备220的输出处的tip可以振荡。tip振荡可以用于描述设备220的动态特性。在图3和图5中详细展示确定控制器210的控制增益的示例性方法。
由于随着时间推移的系统劣化，期望的控制器增益可以漂移。图3示出在发动机运转期间更新控制器增益的示例性方法300。例如在稳定的发动机运转期间，废气门致动器可以从继电函数(例如图2中的继电函数201)接收信号，而不是从pid控制器(例如图2中的pid控制器210)接收信号。方法300随后可以通过分析取样的tip信号来确定更新的pid控制器增益。
执行方法300和本文包含的其余方法的指令可以由发动机控制器基于存储在发动机控制器的存储器中的指令，并且结合从发动机系统的传感器(诸如参考图1的上述传感器)接收的信号执行。根据下述方法，发动机控制器可以使用发动机系统的发动机致动器以调节发动机运转。
在步骤301处，通过发动机控制器(诸如图2中的发动机控制器12)确定车辆工况。发动机控制器从发动机系统中的各种传感器获得测量结果，并且估计包括发动机负荷、发动机转速、tip、map、车辆扭矩需求、涡轮增压器转速、废气门位置和节气门位置的工况。
在步骤302处，方法300加载用于确定废气门反馈控制器(诸如图1中的控制器210)的控制器增益的查找表。作为示例，查找表可以是预先确定的并且储存在发动机控制器(诸如图1的发动机控制器12)的非暂时性存储器中。作为另一示例，查找表可以针对每辆车辆在工厂中校准。图5呈现查找表的厂内校准的示例性方法。在另一实施例中，查找表储存涡轮增压器转速和对应的废气门反馈控制器增益。作为示例，基于步骤301处估计的涡轮增压器转速，方法300确定pid控制器的每项的增益。作为另一示例，pid控制器的比例增益、微分增益和积分增益可以随着涡轮增压器转速的增大而减小。作为又一示例，废气门反馈控制器增益可以通过对储存在查找表中的涡轮增压器转速插值来获取。
在步骤303处，方法300确定发动机是否处于稳定的发动机运转。作为示例，如果在预先确定的时间期间内扭矩需求的变化在阈值内，那么发动机可以处于稳定的发动机运转。在常规动力传动系统中，如果驾驶员需求相对恒定(诸如在坡度变化小的稳定巡航期间)，那么扭矩变化将会是小的。在轻度混合动力、串联式混合动力或并联式混合动力中，不论驾驶员需求，发动机通常被以稳定的扭矩需求运转(通常与高运转效率有联系)达沿长的时间段。稳定状态运转的另一示例是，估计的或测量的发动机空气流量的改变率在预先确定的带(band)内，预先确定的带可以通过将高通滤波器应用到发动机空气流量信号并且将滤波后的输出和阈值比较来完成。如果车辆不处于稳定发动机运转，那么方法可以移至步骤304，在步骤304废气门由废气门反馈控制器控制，其中控制器增益基于在步骤302中加载的查找表确定。否则，如果发动机处于稳定的发动机运转期间，那么方法300移至步骤305。
在步骤305处，方法300可以比较距离最近的废气门反馈控制器增益更新的持续时间与预先确定的持续时间th1。持续时间th1可与发动机系统状态有关。例如，当废气门劣化可能发生时，th1可以是预测(predicated)的持续时间。如果查找表没有被更新比th1更长的时间，那么方法300移至步骤306。否则，方法300移至步骤304，并且使用储存在加载的查找表中的控制器增益进行废气门控制。在一个实施例中，可以有一个定时器和一个预先确定的持续时间th1。在另一实施例中，查找表的子集没有被更新的时间可以是时间的矢量，每个矢量对应发动机工况的子集。这样，控制器可以不更新查找表的第一子集，因为其计时器没有超过预先确定的持续时间th1，但是当这些条件被匹配时更新查找表的第二子集，因为第二子集的定时器由于没有像第一子集的计时器一样最近被更新而超出th1。通过超过预先确定的持续时间更新查找表，期望的废气门反馈控制器增益的漂移可以被补偿以改善升压控制。
在步骤306处，方法300经由通过继电函数(诸如图2中的继电函数201)致动废气门而引起废气门位置的振荡。继电函数可以具有的形式为开关矩形波。因此，废气门位置可以振荡，其导致tip的振荡。在示例中，当废气门通过继电函数致动时，egr流可以通过关闭egr阀(诸如图2中的egr阀142)而停止。进一步地，压缩机旁通阀(诸如图2中的crv阀27)可以被关闭。以这种方式，tip振荡仅通过废气门位置的振荡而被引起。
在步骤307处，方法300致动节气门(诸如图1中的节气门24)以在节气门位置引起振荡。节气门可以被振荡以补偿map的变化(其另外地由tip振荡引起)，以便可以达到相对恒定的map。以这种方式，车辆的操纵性可以在控制增益调谐的过程期间较少地受影响。在一个示例中，节气门开度可以响应于在废气门开度中的增大而增大。在一个实施例中，节气门的振荡可以基于废气门命令而被确定。作为示例，节气门可以用与废气门命令相同的频率和相位致动。作为另一示例，节气门可以响应于测量的废气门位置而致动。在另一实施例中，节气门的振荡可以响应于tip确定。例如，发动机控制器12可以经由传感器感测tip并计算为保持恒定的map而需要的对应的节气门位置。在又一实施例中，节气门的振荡可以响应于map确定。例如发动机控制器12可以经由传感器感测map并确定对应的节气门位置，以抵消map的波动。在另一实施例中，在混合动力传动系统应用中，车辆系统可以使用电动马达或发电机，以补偿tip振荡对发动机扭矩输出的影响。例如，由电动马达或发电机产生的扭矩可以被振荡以维持恒定的车辆扭矩输出。
在步骤308处，方法300确定是否通过经过步骤310和311的快速增益调谐过程调谐增益，或通过经过步骤309和312的更耗费时间和耗费资源的调谐过程调谐增益。作为示例，如果预测发动机工况可能在短时间内结束，那么方法300可以选择快速增益调谐。作为另一示例，如果距离废气门反馈控制器增益的最近的更新的持续时间比阈值th2短，那么方法300可以选择快速增益调谐，其中th2比步骤305的阈值th1长。
在步骤310处，tip振荡以第一频率采样。例如，tip由耦接至节气门上游的传感器(诸如图1中的传感器123)采样。随后，在步骤311处，废气门反馈控制器增益可以基于采样的tip振荡的频率和振幅更新。在实施例中，tip振荡的频率可以基于tip振荡的零点交叉确定，并且tip振荡的振幅可以基于发送的tip信号的峰值确定。在另一实施例中，如图6所示，tip振荡的峰值633和634(即局部最大值和最小值)可以确定。零点位置631可以基于峰值确定。例如，零点位置可以通过获取峰值的移动平均来确定。tip振荡的频率和相位可以通过追踪tip信号随着时间推移的零点交叉而被确定。tip振荡的振幅可以通过峰值和在零点位置的tip之间的差而被确定(诸如在图6中632和631之间的振幅)。
使用从tip振荡获得的信息，系统传递函数在振荡频率下的增益和相位可以使用下面的等式计算，所述等式源自控制理论的标准描述函数分析：
其中g是从废气门命令到tip的系统传递函数(即图2中设备220的传递函数)，ω是振荡的频率，a是输出振荡振幅，d是输入(继电)振幅(图6中示出)，以及ε是迟滞(hysteresis)大小，|·|指代系统增益，∠指代系统相位，j指代复变数，以及asin是反正弦函数。
作为一个示例，废气门反馈控制器可以包括如图2所示的pid控制器。废气门反馈控制器可以基于内部模型控制(imc)设计。imc控制器随后可以被映射至pid控制器以产生pid控制器增益。在图4中示出imc结构的示例性方框图，其中r(t)是输入，y(t)是输出，g(s)是设备(诸如图2中的设备220)的传递函数，
在imc设计程序中，方框q可以被选为过程模型的逆，即
在确定废气门反馈控制器增益的过程期间，废气门命令的形式为方波。换句话说，到imc的输入r(t)是方波。在这种条件下，处于振荡频率的设备表现与积分器类似。此外，继电反馈自振荡的频率接近期望的闭环带宽(1-2hz)。因此，该设备可以用接近继电反馈振荡的频率的增益-积分器-延迟(gid)建模。设备的传递函数可以是以下形式：
其中k是建模的设备增益，并且td是建模的设备延迟。请注意，该设备的实际动态固有地为低通并且不能在所有频率下被gid模型描述。其中，由于gid模型被识别为接近闭环带宽的频率，因此该设备可以近似于gid模型。在频率ω下设备的传递函数的增益和相位可以被表示为：
通过将等式1-2与从继电反馈实验中获得的等式4-5等同，可以计算k和td：
由于gid模型包含积分器，因此，如果并且只有当f(s)是至少二阶滤波器并且满足：
其中α是带宽参数(imc调谐钮)，并且β被选为β＝2α+td以满足上述条件。此外，由于gid模型包含时间延迟并且延迟不可逆，因此q(s)被选为没有时间延迟的过程模型的近似逆：
使用gid过程模型和以上q(s)，并且采用用于设备模型的时间延迟的padé逼近
产生以下最终imc控制器：
其包含如期望的积分器。通过将以上cimc(s)中s的功率系数匹配至标准ipd控制器，pid增益可以被导出：
其中ki、kp和kd是pid控制器的积分项、比例项和微分项的增益。
在以上校准中，pid控制器增益可以根据等式13-15由模型设备增益k和模型设备延迟td计算，模型设备增益k和模型设备延迟td可以根据基于等式6-7的继电反馈特性由tip振荡的频率和振幅确定。参数α是权衡pid控制器的响应速度与稳健性的调谐钮。具有较小的α时系统响应可以更积极。换句话说，α减小时，系统响应可以是快速的并且可以呈现超调和振荡；并且α增大时系统响应可以是较慢的。作为示例，α可以是2或3。
从等式6-7，模型设备增益是tip振荡的振幅和频率的函数，但不是tip振荡的相位的函数。在另一方面，模型设备延迟是tip振荡的振幅、频率和相位的函数。由于零件与零件的差异性以及随着时间推移的系统劣化，模型设备的增益和延迟需要随着时间推移而更新。通过实验发现，模型设备增益是涡轮增压器转速的强函数。模型设备延迟相对恒定。出于这个原因，pid控制器增益查找表被构建为涡轮增压器转速的函数。进一步地，相比于模型设备延迟，模型设备增益可以随时间更频繁地更新。作为示例，查找表可以通过将1/k拟合为涡轮增压器转速的函数并且随后基于等式13-15计算剩余pid增益来构建。积分项、比例项和微分项的增益的增大的比例可以相同。
转回到图3，在步骤311处，基于tip振荡的频率和振幅仅更新模型设备增益k。随后，pid控制器的增益可以基于tip振荡的频率和振幅更新。例如，积分项、比例项和微分项的增益可以随着tip振荡的频率减小而增大，并且随着tip振荡的振幅的减小而增大。积分项、比例项和微分项的增益的增大的比例可以相同。作为另一示例，pid控制器增益可以根据等式6和等式13-15，基于tip振荡的频率和振幅计算。
如果在步骤308处确定传导废气门反馈控制器增益的广延(extensive)调谐，那么方法移动至步骤309处，其中tip以第二频率采样。第二频率可以高于在步骤310处的第一频率。通过以较高的频率采样，tip振荡的相位可以被更准确地识别。tip振荡的频率、振幅和相位可以用于基于等式6-7更新模型设备增益k和模型设备延迟td两者。随后，根据等式13-15更新每个pid控制器增益。以这种方式，方法300可以较少地(只有当模型设备延迟需要更新时)以高频对tip信号采样，以便控制器资源可以被保留以执行其他过程。在步骤312处，模型设备延迟td基于tip振荡的频率、振幅和相位被更新并且相应地更新pid控制器增益。
在步骤313处，基于更新的查找表致动废气门。
图5示出用于查找表的厂内校准的示例性方法500。查找表将每个涡轮增压器转速处校准的废气门反馈控制器增益存储在涡轮增压器转速的预先确定的列表内。类似于图3的步骤311，在每个涡轮增压器转速处的控制器增益可以通过继电反馈确定。
在步骤501处，涡轮增压器被设置为以预先确定的涡轮增压器转速运行。随后，在步骤502处引起废气门位置的振荡。tip可以相对于废气门位置振荡而振荡。
在步骤503处，tip被采样。作为示例，tip可以以高于或等于图3的步骤309中的第二频率的频率采样。废气门反馈控制器增益可以随后在步骤504处基于采样的tip振荡的频率、振幅和相位而被计算。作为示例，增益可以如同在图3的步骤312中所展示那样进行计算。在步骤505处，涡轮增压器转速和对应的控制器增益可以被保存为在发动机控制器(诸如图1中的发动机控制器12)的非暂时性存储器中的查找表。
图6图示说明在发动机运转期间更新废气门反馈控制器增益时发动机参数的变化。x轴表示时间并且从左到由增大。
从t0到t1，扭矩需求601保持在阈值610和阈值611之间。由于扭矩需求的变化在从t0到t1的持续时间处于阈值th内，发动机控制器(诸如图1中的发动机控制器12)可以确定发动机在稳定的发动机运转期间。废气门命令602可以是pid控制器(诸如图2中的pid控制器210)的输出。作为示例，增大的废气门命令对应于增大的废气门开度。在另一示例中，增大的废气门命令对应于减小的废气门开度。调节节气门开度604以实现对应于请求扭矩的map。
在t1处，如果控制器确定废气门反馈控制器增益需要更新，那么由继电函数(诸如图2中的继电函数201)产生的废气门命令被发送以致动废气门。例如，废气门命令可以是开关方波。因此，tip关于零点位置631振荡。为了维持恒定的map605，发动机控制器通过致动其致动器调节节气门位置，导致节气门位置振荡。作为示例，节气门位置可以以与废气门命令相同的相位和频率振荡。由于节气门位置振荡，map在tip从t0到t1振荡时维持相对恒定。
在t2处，响应于发动机扭矩需求601增大至高于阈值610，发动机控制器停止废气门位置和节气门位置的振荡。作为另一示例，发动机控制器可以响应于扭矩需求的变化大于阈值，停止废气门位置的振荡。作为又一示例，发动机控制器可以响应于扭矩需求的时间微分大于阈值而停止废气门位置的振荡。在另一示例中，发动机控制器可以响应于发动机空气流量估计或测量的高通过滤值大于正阈值或小于负阈值而停止废气门位置的振荡。废气门命令是pid控制器的输出，并且节气门被致动以满足所需的map。
以这种方式，废气门反馈控制器参数可以在发动机运转期间被调谐，以补偿发动机系统的零件与零件差异性以及随着时间推移的系统劣化。每个pid控制器项的增益可以基于tip振荡的频率、振幅和相位直接计算，而不用复杂的调谐过程。
将发动机系统建模为gid模型的技术影响是，pid控制器增益可以基于tip振荡被直接映射。如果距上次查找表更新的持续时间比阈值短，那么用低频对tip信号采样的技术影响为控制器资源可以被保留并且分配给其他操作。如果距上次查找表更新的持续时间比阈值短，那么用tip振荡的频率和振幅而不用相位更新查找表的技术影响是，更新的查找表可以被快速确定。如果距上次查找表更新的持续时间比阈值长，那么用高频对tip信号采样的技术影响是，tip的相位可以被准确确定，以计算模型系统延迟项。在稳定的发动机运转期间更新废气门反馈控制器参数的技术效果是，废气门反馈控制器可以在对车辆驾驶性的影响最小的情况下调谐。响应于废气门命令调节节气门位置的技术效果是，降低歧管空气压力的波动。比模型设备延迟更频繁地更新模型设备增益的技术影响是，pid控制器增益可以被快速确定。
作为一个实施例，一种用于发动机的方法，其包括：在稳定的发动机运转期间，通过致动废气门引起升压振荡，并且用对应的节气门振荡补偿歧管空气压力；以及基于升压振荡更新废气门反馈控制器的增益。在该方法的第一示例中，进一步包括基于升压振荡的振幅和频率更新废气门反馈控制器的增益，其中升压振荡的振幅和频率基于升压振荡的峰值和零点交叉而确定。该方法的第二示例可选地包括第一示例并且进一步包括当升压的振幅降低时增大废气门反馈控制器的增益。该方法的第三示例可选地包括第一示例和第二示例的一个或多个，并且进一步包括通过将发动机过程建模为增益-积分器-延迟模型来计算废气门反馈控制器的增益。该方法的第四示例可选地包括从第一示例到第三示例的一个或多个，并且进一步包括，其中废气门反馈控制器包含pid控制器。该方法的第五示例可选地包括从第一示例到第四示例的一个或多个，并且进一步包括用调谐钮更新pid控制器的比例增益和微分增益，以权衡pid控制器的响应速度与稳健性。该方法的第六示例可选地包括第一示例到第五示例的一个或多个，并且进一步包括，其中稳定的发动机运转包括扭矩需求的变化在预先确定的持续时间内小于阈值。该方法的第七示例可选地包括从第一示例到第六示例的一个或多个，并且进一步包括响应于扭矩需求的变化大于阈值，停止升压振荡和节气门振荡。该方法的第八示例可选地包括第一示例到第七示例的一个或多个，并且进一步包括基于废气门位置确定节气门振荡。
作为另一实施例，一种用于发动机的方法，其包括：经由查找表基于涡轮增压器转速确定废气门反馈控制器的增益；在稳定的发动机运转期间，致动废气门以引起废气门位置的振荡；以及基于升压的振荡更新查找表。在该方法的第一示例中，进一步包括随着涡轮增压器转速增大而降低增益。该方法的第二示例可选地包括第一示例并且进一步包括基于升压振荡的振幅和频率确定增益该方法的第三示例可选地包括第一示例和第二示例的一个或多个，并且进一步包括，其中查找表在第一时间段之后更新。该方法的第四示例可选地包括第一示例到第三示例的一个或多个，并且进一步包括，其中废气门反馈控制器的增益随着升压振荡的频率减小而增大，并且随着升压振荡的振幅减小而增大。该方法的第五示例可选地包括从第一示例到第四示例的一个或多个，并且进一步包括基于在第二时间段内升压振荡的相位更新查找表，并且第二时间段比第一时间段长。
作为又一实施例，一种发动机系统，其包括：涡轮增压器；耦接至涡轮增压器的涡轮的废气门；控制到发动机进气歧管的空气进气的节气门；用于感测升压的在节气门上游的传感器；耦接至发动机进气歧管用于感测歧管空气压力的传感器；以及配置有存储在非暂性存储器上的计算机可读指令的发动机控制器，所述计算机可读指令用于：通过废气门反馈控制器致动废气门；在稳定的发动机运转期间，致动废气门以引起升压振荡，并且响应于升压振荡致动节气门；以及基于升压振荡更新废气门反馈控制器的增益。在该系统的第一示例中，其中发动机控制器进一步被配置为基于感测的升压的峰值和零点交叉更新废气门反馈控制器的增益。该系统的第二示例可选地包括第一示例并且进一步包括，其中节气门被致动以维持稳定的歧管空气压力。该方法的第三示例可选地包括第一示例和第二示例的一个或多个，进一步包括电动马达，并且发动机控制器进一步被配置为使用电动马达补偿升压振荡对发动机扭矩输出的影响。该方法的第四示例可选地包括第一示例到第三示例的一个或多个，并且进一步包括，其中发动机控制器进一步被配置为振荡由发电机产生的扭矩，以维持恒定的车辆扭矩输出。
请注意，本文包含的示例性控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统构造一起使用。本文公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以通过包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件执行。本文描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程以及诸如此类。这样，图示说明的各种动作、操作或功能可以图示说明的顺序、并行地执行，或者在一些情况下省略。同样，实现在本文所描述的示例性实施例的特征和优点不一定需要该处理顺序，但是为了便于图释和说明而提供了该处理顺序。取决于使用的特定策略，图示说明的动作、操作或功能的一个或多个可以被重复执行。此外，所描述的动作、操作或功能可以图形地表示被编入发动机控制系统中计算机可读存储介质的非暂时性存储器的代码，其中所描述的动作通过结合电子控制器执行包括各种发动机硬件组件的系统中的指令而执行。
应认识到，在本文中所公开的构造和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于v-6、i-4、i-6、v-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括在本文中公开的各种系统和构造和其它的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
以下权利要求指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求而要求保护。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题内。