一种基于NOx传感器对尿素喷射自适应修正的控制系统的制作方法

本发明属于发动机技术领域，尤其涉及一种基于nox传感器对尿素喷射自适应修正的控制系统。

背景技术：

选择性催化还原(scr)是目前柴油机排放的主流技术，而对于使用scr后处理技术来满足国iv、国v排放的柴油机，控制策略的制定都是基于map图，即基于经验值来实现的。在重型柴油机上，scr开环控制策略可以满足国iv排放标准，但是如果想要达到国v及国v以上的排放标准，必须选择scr闭环控制策略。目前常用的闭环控制策略是：基于nox传感器和基于nh3传感器的闭环控制策略。

闭环控制效果受制于反馈量的线性化程度、准确性与实时性。但是目前市场上用于测量气体中的氮氧化物浓度的传感器对混合成分中的nh3有很严重的交叉敏感性，在scr系统的应用中，氮氧化物传感器的这一特性造成了许多问题。scr利用nh3做还原剂，并且在排气的出口处也常伴随着氨的逃逸，所以在整个scr系统的催化器前后都有nh3的存在，也使得位于催化器下游的nox传感器在nh3逃逸时的读数偏高，导致系统喷入更多的尿素，进而导致更多的nh3逃逸和更高的nox传感器读数。由于nh3传感器的成本和可靠性原因，短时间内较难实现对nh3泄漏水平的单独监测，因此不能实现尿素过喷时的有效反馈，只能根据标定的map或模型进行前馈控制。

scr催化器中nox的转化效率和nh3的泄漏受控制策略的影响较大。其中尿素溶液的准确计量是scr系统控制策略的核心，其目的是根据发动机的运行工况，确定发动机排气中的nox量，因此，决定向排气管中喷射的尿素剂量。如果喷射过多的尿素量，过多的氨气会挥发到环境中，对环境造成二次污染。如果尿素喷射量过少，则催化器内nox的催化转化效率过低，不能使废气中氮氧化物排放量有效降低。因此，需要对scr系统提供适当的尿素控制策略、适当的尿素喷射量。本发明就是为了尽量喷出最合适的尿素量，从而提高尿素喷射精度。

因此，要减小nox传感器的交叉敏感性对scr系统控制策略的影响，并在此基础上建立一种基于nox传感器对尿素喷射自适应修正的控制系统、实现scr闭环反馈控制策略，从而增加系统的鲁棒性，显得尤为关键。

技术实现要素：

本发明根据现有技术中不足，提出了一种基于nox传感器对尿素喷射自适应修正的控制系统，目的在于减小nox传感器对nh3交叉敏感性对scr系统控制策略的影响，并根据催化器中nox流量精确控制尿素喷射量及减少氨泄漏，提供一种基于nox传感器对尿素喷射能够自适应修正的控制系统及方法，并计算修正范围，能够增强scr闭环系统的鲁棒性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于nox传感器对尿素喷射自适应修正的控制系统，包括输入信号模块，所述输入信号模块分别连接nox/nh3合理性校验计算模块、修正系数调整模块和尿素喷射量计算模块，所述nox/nh3合理性校验计算模块分别连接修正系数调整模块、尿素喷射量计算模块和输出信号模块，所述修正系数调整模块分别连接尿素喷射量计算模块和输出信号模块，所述尿素喷射量计算模块连接输出信号模块；

进一步，所述nox/nh3合理性校验计算模块包括功能状态机模块和nox流量滤波模块，所述功能状态机模块对输入信号模块所输入的部分信号先进行检验，将满足状态条件的信号输入到运行工况检查模块，所述运行工况检查模块对功能状态机模块合理性检验各阶段花费的时间、模型效率检查是否在规定范围，在规定范围内则输出ok信号并将该信号传入到校验计算模块；

获得模型效率：校验计算模块根据nox滤波流量积分计算出滤波后的scr上游nox质量，计算出模型效率＝(scr上游nox质量-scr模型计算值)/scr上游nox质量；

所述nox流量滤波模块对输入信号模块所输入的部分信号进行滤波处理获得nox滤波流量，并将nox滤波流量输入到校验计算模块和自适应修正系数计算模块；；

所述校验计算模块接收ok信号和nox滤波流量，对nox滤波流量进行积分运算获得nox原始质量，以求得模型效率，将模型效率输出给运行工况检查模块进行校验，同时校验各阶段传感器测量值与模型计算值的差值与阀值进行比较，将校验计算模块校验结果分别输出到校验等待模块和修正系数调整模块；

所述校验等待模块根据校验计算模块输出的校验结果换算出各状态下nox质量，将各状态下nox质量与nox原始质量进行比较，如果小于等于nox原始质量，则表明修正方向正确，合理性校验可以进入下一状态，合理性检验完成，同时将合理性检验结果传入尿素喷射量计算模块；

所述获得nox原始质量的方法为：校验等待模块首先对scr上游nox流量进行积分获得nox原始质量；

进一步，所述修正系数调整模块包括计算状态触发模块、系统条件检查模块和自适应修正系数计算模块，所述计算状态触发模块接收校验计算模块输出的校验结果，对校验结果中的尿素喷射状态进行检测，并将尿素喷射状态检测结果直接输入到自适应修正系数计算模块的修正系数计算模块；

所述系统条件检查模块对输入信号模块的部分信号加以检测，判断这些信号是否满足设定的条件，满足后输出自适应修正系数计算条件满足状态信号，并传入自适应修正系数计算模块的修正系数计算模块，所述系统条件检查模块所接收的输入信号模块的信号具体为：scr下游nox传感器状态、scr催化器平均温度、喷射策略状态机的状态和scr模型计算值等；

所述修正系数计算模块根据修正系数计算公式以及输入的信号值计算出初步的自适应修正系数，并传到自适应修正模块，自适应修正模块结合尿素喷射状态检测结果对修正系数进一步修正，最终得到长期自适应系数并传入到尿素喷射量计算模块；长期自适应系数的计算公式如下：

η＝(m1-m3)/(m1-m2)×δ；

m1为scr上游nox传感器测量值经积分计算后的值，m2为滤波后下游nox传感器测量值经积分计算后的值，m3为滤波后scr模型计算的scr下游nox流量经积分计算后的值,δ为基于scr模型计算的初步的自适应修正系数；

进一步，所述尿素喷射量计算模块4接收合理性检验结果、长期自适应系数和输入信号模块1的部分信号，以合理性检验结果中的尿素喷射量为基础值、自适应系数换算成修正值后相加，即可得到最终的尿素喷射量，通过输出到输出信号模块5输出。

本发明的有益效果：

基于nox传感器对nox流量值的测量，通过合理性校验全面考虑scr系统各控制量状态，运用修正系数计算公式不断对尿素喷射量的修正系数进行自适应修正，从而精确控制尿素喷射量，减小nox传感器对nh3交叉敏感性，减少氨泄漏，实现scr控制系统的有效闭合反馈，增强系统鲁棒性，提高尿素喷射精度，减少有害尾气的排放，实用价值较高。

附图说明

图1是本发明的控制系统及方法的结构原理图；

图2是本发明所述的nox/nh3合理性校验计算模块的结构示意图；

图3是本发明所述的修正系数调整模块的结构示意图；

图4是本发明自适应修正过程的流程图；

图中，1、输入信号模块，2、nox/nh3合理性校验计算模块，201、功能状态机模块，202、nox流量滤波模块，203、运行工况检查模块，204校验计算模块，205、校验等待模块，3、修正系数调整模块，301、计算状态触发模块，302、系统条件检查模块，303、自适应修正系数计算模块，3031、修正系数计算模块，3032、自适应修正模块，4、尿素喷射量计算模块，5、输出信号模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于nox传感器对尿素喷射自适应修正的控制系统，包括输入信号模块1，输入信号模块1分别连接nox/nh3合理性校验计算模块2、修正系数调整模块3和尿素喷射量计算模块4，nox/nh3合理性校验计算模块2分别连接修正系数调整模块3、尿素喷射量计算模块4和输出信号模块5，修正系数调整模块3分别连接尿素喷射量计算模块4和输出信号模块5，尿素喷射量计算模块4连接输出信号模块5。

输入信号模块1连接温度传感器、nox流量传感器的输出端，采集包括overrun状态下的氨泄漏信号、喷射策略请求信号、scr模型计算值、scr催化剂老化因子、前馈控制量、dpf再生模式信号、前一次合理性检验结果、nox传感器测量值、scr上游nox流量等。

如图2所示，nox/nh3合理性校验计算模块2包括包括功能状态机模块201和nox流量滤波模块202，功能状态机模块201对输入信号模块1所输入的部分信号先进行检验，将满足状态条件的信号输入到运行工况检查模块203，运行工况检查模块203对功能状态机模块201合理性检验各阶段花费的时间、模型效率检查是否在规定范围，在规定范围内则输出ok信号并将该信号传入到校验计算模块204。

模型效率的计算过程为scr上游nox质量减去scr模型计算值得到的差值再除scr上游nox质量；

nox流量滤波模块202对输入信号模块1所输入的部分信号进行滤波处理获得nox滤波流量，并将nox滤波流量输入到校验计算模块204和自适应修正系数计算模块303；。

校验计算模块204接收ok信号和nox滤波流量，对nox滤波流量进行积分运算以求得模型效率，并输出给运行工况检查模块203，同时校验各阶段传感器测量值与scr模型计算值的差值与阀值进行比较，将校验结果输出到校验等待模块205和修正系数调整模块3。

校验等待模块205根据校验计算模块204输出的校验结果换算出各状态下nox质量，将各状态下nox质量与nox原始质量进行比较，如果小于等于nox原始质量，则表明修正方向正确，合理性校验可以进入下一状态，合理性检验完成，同时将合理性检验结果传入尿素喷射量计算模块4；获得nox原始质量的方法为：校验等待模块205首先对scr上游nox流量进行积分获得nox原始质量。

如图3所示，修正系数调整模块3包括计算状态触发模块301、系统条件检查模块302和自适应修正系数计算模块303，计算状态触发模块301接收校验计算模块204输出的校验结果，对校验结果中的尿素喷射状态进行检测，并将尿素喷射状态检测结果直接输入到自适应修正系数计算模块303的修正系数计算模块3031。

系统条件检查模块302对输入信号模块1的部分信号加以检测，判断这些信号是否满足设定的条件，满足后输出自适应修正系数计算条件满足状态信号，并传入自适应修正系数计算模块303的修正系数计算模块3031，系统条件检查模块302所接收的输入信号模块1的信号具体为：scr下游nox传感器状态、scr催化器平均温度、喷射策略状态机的状态和scr模型计算值等。

修正系数计算模块3031根据修正系数计算公式以及输入的信号值计算出初步的自适应修正系数，并传到自适应修正模块3032，自适应修正模块3032结合尿素喷射状态检测结果对修正系数进一步修正，最终得到长期自适应系数并传入到尿素喷射量计算模块4。

长期自适应系数的计算公式如下：

η＝(m1-m3)/(m1-m2)×δ

m1为scr上游nox传感器测量值经积分计算后的值，m2为滤波后下游nox传感器测量值经积分计算后的值，m3为滤波后scr模型计算的scr下游nox流量经积分计算后的值,δ为基于scr模型计算的初步的自适应修正系数，scr上游nox传感器测量值为输入模块中的信号，滤波后下游nox传感器测量值及滤波后scr模型计算的scr下游nox流量为滤波模块的部分输出值。

尿素喷射量计算模块4接收合理性检验结果、长期自适应系数和输入信号模块1的部分信号，以合理性检验中的尿素喷射量为基础值、自适应系数换算成修正值后相加，即可得到最终的尿素喷射量，通过输出到输出信号模块5输出。

输出信号模块5主要包括scr催化反应器中的氨覆盖率、尿素喷射量及喷射反馈、自适应修正系数等，上述输出信号会作为输入信号到scr系统的其他执行模块中去，完成scr系统的闭环反馈控制。

为了更清楚的解释本发明的技术方案，以下结合本发明的工作过程作进一步解释：

一种基于nox传感器对尿素喷射自适应修正的控制系统的工作过程包括以下步骤：

步骤1，nox/nh3合理性校验计算模块2对输入信号模块1中的部分信号进行合理性检验，并将校验结果输入到修正系数调整模块3，将合理性检验结果中的尿素喷射量为基础值输入到尿素喷射量计算模块4；具体过程如下：

步骤1.1，功能状态机模块201对输入的信号先进行检验，满足条件即进入合理性校验，否则合理性校验终止，同时功能状态机模块201还计算nox质量阀值；功能状态机模块201的将满足条件的部分输出信号输入到运行工况检查模块203，运行工况检查模块203检查合理性检验各阶段花费的校验时间、模型效率是否在规定范围，在规定范围内则输出ok信号到校验计算模块204；否则合理性校验终止

步骤1.2，nox流量滤波模块202对输入信号模块1输入的scr上游nox流量、scr下游nox流量和scr模型计算的scr下游nox流量进行滤波计算，计算后的结果传入校验计算模块204；

步骤1.3，校验计算模块204，首先识别步骤1.1中的ok信号，然后对步骤1.2中的部分计算结果进行积分运算以求得模型效率，并输出给运行工况检查模块203，同时校验各阶段传感器测量值与scr模型计算值的差值与nox质量阀值进行比较，将校验结果分别输出到校验等待模块205和修正系数调整模块3；

步骤1.4，校验等待模块205首先对scr上游nox流量进行积分获得nox原始质量，然后根据步骤1.1中的合理性检验结果换算出各状态下nox质量，与nox原始质量进行比较，如果小于等于nox原始质量，则表明修正方向正确，合理性校验可以进入下一状态，合理性检验完成，同时将结果传入尿素喷射量计算模块4，否则合理性校验终止。

步骤2，修正系数调整模块3对校验结果中的尿素喷射状态、输入信号模块1的部分信号加以检测，结合检测结果经过对修正系数进一步修正，最终得到长期自适应系数并传入到尿素喷射量计算模块；具体过程如下：

步骤2.1，系统条件检查模块302调用输入信号模块1的部分信号加以检测，主要包括scr下游nox传感器状态、scr催化器平均温度、喷射策略状态机的状态和scr模型计算值这些信号，判断这些信号是否满足设定的条件，满足后输出自适应修正系数计算条件满足状态信号，并传入自适应修正系数计算模块303；

步骤2.2，自适应修正系数计算模块303中的修正系数计算模块3031，根据修正系数计算公式以及输入的信号值计算出初步的自适应修正系数，并传到自适应修正模块3032，自适应修正模块3032结合步骤五中的检测结果对修正系数进一步修正，最终得到长期自适应系数并传入到尿素喷射量计算模块4。

步骤3，尿素喷射量计算模块4接收合理性检验结果、长期自适应系数和输入信号模块1的部分信号，以合理性检验中的尿素喷射量为基础值、自适应系数换算成修正值后相加，获得到最终的尿素喷射量，输出到尿素喷射控制系统。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。