废气再循环系统EGR工作区域的控制方法和控制系统与流程

本申请涉及车辆控制技术领域，特别涉及一种废气再循环系统egr工作区域的控制方法和控制系统。

背景技术：

随着汽车尾气的排放、油耗法规的日趋严苛，如何有效减少汽油机油耗以达成油耗法规的目标成为难点。其中，废气再循环技术将高温废气经过冷却后引入气缸，降低泵气损失并能削弱爆震，提高缸内燃烧质量，因此，是改善发动机性能和排放的一项重要技术。

一般地，废气再循环系统egr通过压差驱动，需要满足egr阀前压力大于egr阀后压力，否则废气再循环装置无法正常工作。而对于带涡轮增压器vgt的汽油机，涡轮前压力作为egr阀前压力，节气门后压力作为egr阀后压力，随着负载的增加，节气门开度逐渐增加，因此，egr阀的前后压差逐渐减小，当节气门全开时，涡轮增压器vgt进入工作，但是此时，egr阀前压力是小于egr阀后压力的，而egr阀前后压差不足以驱动egr，显然，这限制了废气再循环系统egr工作区域。

相关技术中，传统的涡轮增压器vgt的控制方法是以保证进气压力为控制目的，这一控制方式虽然减小了泵气损失降低耗油，但是在节气门全开的情况下开启vgt，却忽略了egr对于油耗的影响。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种废气再循环系统egr工作区域的控制方法和控制系统，在通过vgt阀、节气门的开度保证进气量的前提下，以egr阀的前后压比作为控制目标控制vgt阀、节气门的开度，进而控制egr阀的开度，vgt阀、节气门、egr阀三者协同作用，在有效扩大egr工作区域的同时，进一步降低油耗。

一方面，本申请实施例提供了一种废气再循环系统egr工作区域的控制方法，所述控制方法包括：

预设发动机各个工况下的参数脉谱；

根据运行工况下的参数脉谱，构建扭矩模型和气量模型，并求解运行工况下的需求进气量；

获取发动机在运行工况下的实际转速，根据所述实际转速和所述需求进气量，确定egr阀的需求前后压比，并采用开环控制驱动vgt阀和节气门响应；

获取egr阀在所述运行工况下的实际前后压比，并根据所述需求前后压比控制所述vgt阀的开度；

根据运行工况下的参数脉谱和所述vgt阀的实际开度，控制所述节气门的开度；

根据所述vgt阀的开度、所述节气门的开度，获取废气再循环系统egr的实际egr率，并根据实际egr率和运行工况下的预设的参数脉谱控制所述egr阀的开度，以使egr阀的实际前后压比趋近于所述需求前后压比。

在本实施例中，优选地，所述获取egr阀在所述运行工况下的实际前后压比，并根据所述需求前后压比控制所述vgt阀的开度的具体步骤包括：

当egr工作区域处于增压区域时，根据egr阀的实际前后压比与需求前后压比，求解得到vgt阀的开度量，并根据该vgt阀的开度量控制所述vgt阀的开度；

当egr工作区域处于非增压区域时，根据egr阀的实际前后压比与需求前后压比，求解得到vgt阀的开度量，并控制所述vgt阀的开度为零。

优选地，所述参数脉谱中的参数包括：

需求扭矩、摩擦损失、泵气损失、点火效率、空燃比效率、燃烧效率、efg阀的需求前后压比、充气效率、vgt阀开度开环控制量、节气门压降开环控制量、节气门面积和节气门的开度之间的对应关系、需求egr率。

优选地，所述根据运行工况下的参数脉谱，构建扭矩模型和气量模型，并求解运行工况下的需求进气量的具体步骤为：

根据预设的运行工况下的需求扭矩、摩擦损失、泵气损失、点火效率、空燃比效率，计算得到需求总扭矩；

根据所述需求总扭矩除以燃烧效率和实际油品的燃油热值，得到需求燃油量；

根据所述需求燃油量与实际油品的空燃比的乘积，确定需求进气量。

优选地，所述根据所述实际转速和所述需求进气量，确定egr阀的需求前后压比，并采用开环控制驱动vgt阀和节气门响应的具体步骤为：

根据实际转速和需求进气量，查询运行工况下预设的参数脉谱，确定运行工况下预设的egr阀的需求前后压比、vgt阀开度开环控制量、节气门压降开环控制量；

根据所述vgt阀开度开环控制量、节气门压降开环控制量，采用前馈方式驱动vgt阀和节气门响应。

优选地，所述当egr工作区域处于增压区域时，根据egr阀的实际前后压比与需求前后压比，求解得到vgt阀的开度量，并根据该vgt阀的开度量控制所述vgt阀的开度的具体步骤为：

根据所述需求前后压比和所述实际前后压比的差值，求解vgt阀的开度增量；

根据所述vgt阀的开度增量和预设的所述vgt阀开度开环控制量之和，得到所述vgt阀的开度量；

根据所述vgt阀的开度量控制vgt阀的开度。

优选地，所述根据所述需求前后压比和所述实际前后压比的差值，求解vgt阀的开度增量的具体步骤为：

求解所述需求前后压比和所述实际前后压比的差值关于时间的比例项、积分项、微分项，并分别乘以各自对应的预设的比例项系数、积分项系数、微分项系数，求和得到该vgt阀的开度增量。

优选地，所述根据运行工况下的参数脉谱和所述vgt阀的实际开度，控制所述节气门的开度的具体步骤为：

根据vgt阀的实际开度，获取节气门前增压压力；

根据发动机运行工况下的需求进气量和预设的充气效率，确定节气门后需求压力；

根据节气门前增压压力和节气门后需求压力的压降，计算节气门的需求面积；

根据节气门的需求面积在预设的节气门面积和节气门的开度之间的对应关系中查询对应的节气门开度量，根据查询到的节气门开度量控制所述节气门的开度。

优选地，所述根据所述vgt阀的开度、所述节气门的开度，获取废气再循环系统egr的实际egr率，并根据实际egr率和运行工况下的预设的参数脉谱控制所述egr阀的开度的具体步骤包括：

根据所述vgt阀的开度、所述节气门的开度，获取废气再循环系统egr的实际egr率；

根据所述实际egr率和该运行工况下预设的需求egr率的差值，求解该差值关于时间的比例项、积分项、微分项，并分别乘以各自对应的预设的比例项系数、积分项系数、微分项系数，求和得到所述egr阀的开度量；

根据所述egr阀的开度量控制所述egr阀的开度。

另一方面，本申请实施例还提供了一种废气再循环系统egr工作区域的控制系统，所述控制系统包括：

存储器，其用于存储可执行指令；

处理器，其与所述存储器连接，用于运行所述可执行指令以执行如上述的废气再循环系统egr工作区域的控制方法。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种废气再循环系统egr工作区域的控制方法和控制系统，在通过vgt阀、节气门的开度保证进气量的前提下，以egr阀的前后压比作为控制目标控制vgt阀、节气门的开度，进而控制egr阀的开度，vgt阀、节气门、egr阀三者协同作用，以控制egr工作区域。可见，本申请在保证进气量的提前下，通过vgt阀和节气门共同协同实现对egr阀的控制，并根据egr阀的前后压比控制vgt、节气门的开度，以实现废气再循环系统egr的正常工作，扩大废气再循环系统egr工作区域。同时，废气再循环系统egr为外部egr，也即冷egr，可以降低泵气损失和削弱发动机爆震，因此，当egr对油耗带来的正面效果大于泵气损失带来的负面效果时，能够进一步降低油耗。同时，本申请实施例无需新增额外的控制设备，就可实现扩大egr工作区域将低油耗的目的，更为经济适用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种废气再循环系统egr工作区域的控制方法的主要流程框图；

图2为步骤s2的具体流程框图；

图3为步骤s3的具体流程框图；

图4为步骤s4的具体流程框图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1所示，本申请实施例提供了一种废气再循环系统egr工作区域的控制方法，主要包括以下步骤：

步骤s1：预设发动机各个工况下的参数脉谱；

步骤s2：根据运行工况下的参数脉谱，构建扭矩模型和气量模型，并求解运行工况下的需求进气量；

步骤s3：获取发动机在运行工况下的实际转速，根据所述实际转速和所述需求进气量，确定egr阀的需求前后压比，并采用开环控制驱动vgt阀和节气门响应；

步骤s4：获取egr阀在所述运行工况下的实际前后压比，并根据所述需求前后压比控制所述vgt阀的开度；

步骤s5：根据运行工况下的参数脉谱和所述vgt阀的实际开度，控制所述节气门的开度；

步骤s6：根据所述vgt阀的开度、所述节气门的开度，获取废气再循环系统egr的实际egr率，并根据实际egr率和运行工况下的预设的参数脉谱控制所述egr阀的开度，以使egr阀的实际前后压比趋近于所述需求前后压比。

本申请实施例提供了一种废气再循环系统egr工作区域的控制方法，在通过vgt阀、节气门的开度保证进气量的前提下，以egr阀的前后压比作为控制目标控制vgt阀、节气门的开度，进而控制egr阀的开度，vgt阀、节气门、egr阀三者协同作用，使得egr阀的实际前后压比趋近于所述需求前后压比，进而控制egr工作区域。

可见，本申请在保证进气量的提前下，通过vgt阀和节气门共同协同实现对egr阀的控制，并根据egr阀的前后压比控制vgt、节气门的开度，避免废气再循环系统egr的工作区域受限，扩大废气再循环系统egr工作区域。

同时，废气再循环系统egr为外部egr，也即冷egr，可以降低泵气损失和削弱发动机爆震，因此，当egr对油耗带来的正面效果大于节气门的压降带来的负面效果时，能够进一步降低油耗。同时，本申请实施例无需新增额外的控制设备，就可实现扩大egr工作区域将低油耗的目的，更为经济适用。

具体地，所述参数脉谱中的参数包括需求扭矩、摩擦损失、泵气损失、点火效率、空燃比效率、燃烧效率、efg阀的需求前后压比、充气效率、vgt阀开度开环控制量、节气门压降开环控制量、节气门面积和节气门的开度之间的对应关系、需求egr率。

如图2所示，优选地，所述步骤s2的具体步骤为：

步骤s201：根据预设的运行工况下的需求扭矩、摩擦损失、泵气损失、点火效率、空燃比效率，计算得到需求总扭矩；其中，总扭矩等于需求扭矩、摩擦损失、泵气损失三者之和除以点火效率和空燃比空燃比效率；

步骤s202：根据所述需求总扭矩除以燃烧效率和实际油品的燃油热值，得到需求燃油量；

步骤s203：根据所述需求燃油量与实际油品的空燃比的乘积，确定需求进气量。

如图3所示，优选地，所述步骤s3的具体步骤为：

步骤s301：获取发动机在运行工况下的实际转速；

步骤s302：根据实际转速和需求进气量，查询运行工况下预设的参数脉谱，确定运行工况下预设的egr阀的需求前后压比、vgt阀开度开环控制量、节气门压降开环控制量；

步骤s303：根据所述vgt阀开度开环控制量、节气门压降开环控制量，采用前馈方式驱动vgt阀和节气门响应。

在本实施例种，优选地，所述步骤s4的具体步骤包括：

当egr工作区域处于增压区域时，根据egr阀的实际前后压比与需求前后压比，求解得到vgt阀的开度量，并根据该vgt阀的开度量控制所述vgt阀的开度；以及

当egr工作区域处于非增压区域时，根据egr阀的实际前后压比与需求前后压比，求解得到vgt阀的开度量，并控制所述vgt阀的开度为零。

当egr工作区域处于增压区域时，即在中大负荷区域，发动机需要通过控制涡轮增压器vgt中的vgt阀的开度增大进气压力以满足进气量，此时，根据egr阀的前后压比求解得到的vgt阀的开度量，该vgt发的开度量控制所述vgt阀的开度，即vgt阀的实际开度为该开度量。

当egr工作区域处于非增压区域时，即在小负荷区域，发动机通过自吸即可满足进气量，因此，并不将求解得到的vgt阀的结果直接作为vgt阀的开度量，而是以零作为vgt阀的开度量，即vgt阀的实际开度为零。

如图4所示，进一步地，所述当egr工作区域处于增压区域时，根据egr阀的实际前后压比与需求前后压比，求解得到vgt阀的开度量，并根据该vgt阀的开度量控制所述vgt阀的开度的具体步骤为：

步骤s401：根据所述需求前后压比和所述实际前后压比的差值，求解vgt阀的开度增量；

步骤s402：根据所述vgt阀的开度增量和预设的所述vgt阀开度开环控制量之和，得到所述vgt阀的开度量；

步骤s403：根据所述vgt阀的开度量控制vgt阀的开度。

更进一步地，所述步骤s401的具体步骤为：

求解所述需求前后压比和所述实际前后压比的差值关于时间的比例项、积分项、微分项，并分别乘以各自对应的预设的比例项系数、积分项系数、微分项系数，求和得到该vgt阀的开度增量。

在本申请实施例中，将所述需求前后压比和所述实际前后压比的差值作为输入量，采用第一闭环pid算法求解得到所述vgt阀的开度增量，再对先前的所述vgt阀的开度进行调整，得到当前实际的vgt阀的开度，即vgt阀的开度量等于vgt阀的开度增量加上先前的vgt阀的开度量。其中，所述vgt阀的开度量即所述vgt阀开度所对应的参数值。

并且，所述第一闭环pid算法的比例项系数、积分项系数、微分项系数均为根据发动机工况确定的预设值。

优选地，所述步骤s5的具体步骤为：

步骤s501：根据vgt阀的实际开度，获取节气门前增压压力；

步骤s502：根据发动机运行工况下的需求进气量和预设的充气效率，确定节气门后需求压力；

步骤s503：根据节气门前增压压力和节气门后需求压力的压降，计算节气门的需求面积；

步骤s505：根据节气门的需求面积在预设的节气门面积和节气门的开度之间的对应关系中查询对应的节气门开度量，根据查询到的节气门开度量控制所述节气门的开度。

优选地，所述步骤s6的具体步骤包括：

步骤s601：根据所述vgt阀的开度、所述节气门的开度，获取废气再循环系统egr的实际egr率；

步骤s602：根据所述实际egr率和该运行工况下预设的需求egr率的差值，求解该差值关于时间的比例项、积分项、微分项，并分别乘以各自对应的预设的比例项系数、积分项系数、微分项系数，求和得到所述egr阀的开度量；

步骤s603：根据所述egr阀的开度量控制所述egr阀的开度。

在本实施例中，采用第二闭环pid算法控制所述egr阀的阀门的开度到达预期时，测量此时的egr阀的实际前后压比，并将该实际前后压比与需求前后压比的差值作为输入量采用第一闭环pid算法继续控制vgt阀的开度，可见，egr阀工作区域是通过vgt发、节气门、egf阀三者协同配合，共同控制的，有效扩大egr工作区域。

并且，所述第二闭环pid算法的比例项系数、积分项系数、微分项系数均为根据发动机工况确定的预设值。

优选地，所述步骤s1的具体步骤为：

根据发动机的各个工况下的动力性、稳定性、油耗及排放条件，标定发动机在各个工况下的参数脉谱。

在本实施例中，所述参数脉谱map根据发动机的各个工况下的动力性、稳定性、油耗及排放条件，确定各个工况下的参数，即需求扭矩、摩擦损失、泵气损失、点火效率、空燃比效率、燃烧效率、efg阀的需求前后压比、充气效率、vgt阀开度开环控制量、节气门压降开环控制量、节气门面积和节气门的开度之间的对应关系、需求egr率等，并将这些参数填入对应的标定表中形成参数脉谱。

本申请实施例还提供一种废气再循环系统egr工作区域的控制系统，所述控制系统包括：

存储器，其用于存储可执行指令；

处理器，其与所述存储器连接，用于运行所述可执行指令以执行如上述的废气再循环系统egr工作区域的控制方法。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。