用于喘振控制的方法和系统与流程

本描述大体涉及用于控制车辆发动机以改善压缩机喘振的检测和减轻的方法和系统。

背景技术：

涡轮增压器可用于增加内燃发动机的功率输出。涡轮增压器通过对进气空气增压，从而在进气冲程期间增加被提供至发动机燃烧室中的每个的空气的质量来实现。增加的空气质量支持输送至每个燃烧室的相应更大量的燃料的燃烧，从而相对于相似排量的自然吸气式发动机提供增加的功率。在机动车辆中，涡轮增压发动机可通过维持比类似输出的自然吸气式发动机更高的功率重量比并且从排气回收内部能量来驱动涡轮增压器压缩机来提供增加的燃料经济性。此外，涡轮增压器的使用允许给定的功率输出利用更小的或缩小的发动机来实现。因而，发动机小型化、涡轮增压和经由直接喷射的燃料输送的结合在维持或超出常规自然吸气式发动机的功率输出的同时已经在用于以汽油为燃料的发动机的部分负荷燃料经济性方面产生可观的改善。

然而，涡轮增压器压缩机易受喘振的影响。当涡轮增压器压缩机中的压力比(即，出口压力与入口压力的比)相对于通过涡轮增压器压缩机的空气流太大时发生喘振。涡轮增压器压缩机喘振(TCS)是动态不稳定性模式，该模式能够生成空气流和在空气质量流中的大振幅的自激压力震荡。喘振能够引起不希望的噪音以及噪音、振动和不舒适性(NVH)问题。此外，喘振能够抑制发动机的扭矩能力并且甚至可影响压缩机硬件的耐久性。例如，喘振能够诱导在涡轮增压器和进气装置中的不希望的应力，包括在涡轮增压器轴上的过度的扭转负载。因此，持续的或过度的TCS可减少涡轮增压器和/或所述涡轮增压器所联接至的发动机的寿命。

已经做出各种尝试以实现尽早地检测到喘振，以便能够以及时的方式解决喘振。加快喘振检测的一个示例方法由Shu等在US 8516815中示出。在其中，通过在一定频率范围内处理(例如，低通滤波)由压力传感器估计的歧管压力和/或由歧管空气流传感器估计的质量空气流检测由瞬时扭矩状况(诸如松开加速器踏板等)触发的瞬时喘振。处理的输出与阈值相比较以能够实现喘振的更快且更准确的检测，从而改善喘振减轻。

然而，本文的发明人已经认识到此方法的潜在问题。作为一个示例，信号处理没有考虑压力波的热力学。因而，发动机的热力学和化学状况可影响传感器的压力和气流输出，从而使喘振检测结果失真。具体地，诸如绝对压力、温度、湿度的参数和充气(包括回收的排气或EGR的量)的组分的参数可影响导致不正确喘振检测(例如，未被检测到的喘振或错误的(false)主动喘振检测)的处理输出。在另一方面，校正每个发动机以补偿变化的热力学状况可以是困难的和计算密集的。结果，在压缩机映射图上的喘振线可以被更加适当地校正以满足一个车队车辆中的安全和稳健的操作。进一步地，基于工况，可以存在与喘振频率相互关联的发动机致动器。例如，诸如进气节气门或EGR阀的致动器可以与喘振的频率带相同的频率带激励压力响应，使得区分它们对发动机压力的影响与喘振对发动机压力的影响变得困难。又进一步地，由于非最小化相位(NMP)行为，响应压力估计的喘振检测可随驾驶员要求变化而变化。压力的NMP行为能够在选定的瞬时期间(诸如，在踩加速器踏板期间)被错误地标记(tag)为喘振。

技术实现要素：

在一个示例中，上述问题中的一些可以至少部分地通过一种用于检测升压发动机中的喘振的方法来解决，该方法包括：将歧管压力和歧管流中的一个或多个与节气门入口压力结合为总(aggregate)进气压力；并且响应压缩机喘振调节发动机操作参数，所述喘振基于总进气压力且进一步基于进气温度来确定。以该方式，压缩机喘振被更早地且更可靠地识别，从而改善喘振减轻。

作为一个示例，为了喘振检测的目的，可通过结合在进气节气门之前和在进气节气门之后的至少两个压力和/或流量测量来计算总进气压力。特别地，然后利用与喘振频率范围对应的带通频率过滤总压力。替代地，进气歧管压力(MAP)或进气歧管气流(MAF)的滤波(例如，带通滤波的或低通滤波的)值可以与节气门入口压力(TIP)结合为总进气压力。滤波器的截止频率(cut-off)(或通频带)基于发动机工况(诸如温度)来调节，以应对(account for)在可以预期喘振振荡的喘振频率带的变化。然后将进气歧管温度(在MAP测量的时间处)和/或升压温度(在TIP测量的时间处)考虑进来，根据总进气压力，使用经典波理论计算喘振强度。例如，确定峰值压力振荡的振幅。如果喘振强度高于喘振阈值，那么进一步确定是否存在可能在与喘振的频率带相同的频率带中已经影响TIP响应的任何致动器事件。如果有，那么致动器对TIP响应的影响与喘振对TIP响应的影响分离，并且强度相对于阈值被再次估计。然后，基于修正的致动器喘振强度高度喘振阈值，喘振减轻动作(诸如，压缩机再循环阀的暂时打开)被触发。

将进气歧管压力波的强度与一个或多个其他可获得的发动机参数相互关联的技术效果是能够实现喘振的更准确检测，并且更快的喘振减轻是可能的。特别地，通过将节气门入口压力传感器的滤波输出与基于发动机的热力学和化学状况来调节的基线进行比较，对节气门入口压力信号的NMP影响被降低，从而允许开始喘振被更加准确地检测。来自生成喘振频率带中的TIP响应的致动器的噪音成分(noise contribution)也能够被减少。进一步地，更积极的喘振线能够在压缩机映射图上被校正。

应当理解，上面的发明内容被提供用于以简化的形式介绍在具体实施方式中被进一步描述的概念的选择。这并不意味着标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，所要求保护的主题的保护范围随附的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题并不限于解决上面所提到的或在本公开的任何部分中的提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出示例升压发动机系统配置。

图2示出示例程序的高级流程图，该示例程序用于在减少来自致动器的噪音成分和对压力的NMP影响的同时检测喘振。

图3示出用于喘振检测的喘振强度算法的示例方框图。

图4示出在喘振事件期间的波强度的示例处理。

图5示出在TIP中的NMP行为的示例。

图6示出在踩加速器踏板和松加速器踏板期间，考虑在TIP中的NMP行为之后的调节的喘振强度的示例。

具体实施方式

以下的描述涉及用于解决在升压发动机系统(诸如图1的系统)中的喘振的系统和方法。控制器可以被构造成执行控制程序(诸如，图2的示例程序)以结合进气节气门上游和下游的多个压力以确定总压力，并且在针对NMP压力行为和发动机致动器的噪音成分进行修正后，基于总压力确定喘振强度。在图3处示出喘振强度确定和估计的方框图。参照图4至图6描述针对喘振检测的TIP和MAP的示例处理。以此方式，改善喘振检测，从而允许较早的减轻。

图1示意性地示出包括发动机10的示例发动机系统100的各方面。在所描绘的实施例中，发动机10是联接至涡轮增压器13的升压发动机，该涡轮增压器13包括由涡轮116驱动的压缩机114。具体地，新鲜空气经由空气滤清器112沿着进气通道42被引入到发动机10中并且流向压缩机114。压缩机可以是任意合适的进气空气压缩机，诸如马达驱动的或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。然而，在发动机系统100中，压缩机是经由轴19机械地联接至涡轮116的涡轮增压器压缩机，涡轮116通过使发动机排气膨胀而被驱动。在一个实施例中，涡轮增压器可以是双涡流设备。在另一个实施例中，涡轮增压器可以是可变几何形状涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何形状根据发动机工况而主动地变化。

如图1所示，压缩机114通过增压空气冷却器(CAC)18(本文也称为中间冷却器)被联接至节流阀20。节流阀20被联接至发动机进气歧管22。压缩空气充气从压缩机流过增压空气冷却器18和节流阀至进气歧管。例如，增压空气冷却器可以是空气与空气或水与空气的热交换器。在图1所示的实施例中，进气歧管内的空气充气的压力由歧管空气压力(MAP)传感器124感测。在一些实施例中，进气歧管可进一步包括用于估计进入到进气歧管中的空气充气的流量的歧管空气流量(MAF)传感器。

一个或多个传感器可以被联接至压缩机114的入口。例如，温度传感器55可以被联接至入口，用于估计压缩机入口温度。作为另一示例，压缩机入口压力传感器57可以被联接至入口，用于估计进入压缩机的空气充气的压力。其他另一些传感器可以包括(例如)空燃比传感器、湿度传感器、流量传感器等。在另一些示例中，压缩机入口状况(诸如湿度、压力、温度等)中的一者或多者可以基于发动机工况被推测。

其他另一些传感器可被联接至空气进气系统、压缩机的上游和下游以及进气节气门20的上游和下游。例如，节气门入口压力传感器58可以设置在压缩机114下游且在节气门20上游，用于提供被输送至发动机的升压压力的估计。

在选定的状况期间，诸如在松加速器踏板期间，当从带有升压的发动机操作进行到没有升压的发动机操作时，压缩机喘振能够发生。这是由于当节气门在松加速器踏板时关闭时通过压缩机的减少的流导致。通过压缩机的减少的前向流能够引起喘振且使涡轮增压器性能劣化。此外，喘振能够导致NVH问题，诸如来自发动机进气系统的不希望的噪音。为了降低压缩机喘振，由压缩机114压缩的至少一部分空气充气可以被再循环至压缩机入口。这允许过多的升压压力被基本立即地解除，且通过压缩机的流被增加。结果是压缩机两端的压力比的期望的下降。压缩机再循环系统可包括再循环通道60(本文也称为压缩机旁路)，用于使压缩空气从增压空气冷却器18下游的压缩机出口再循环到压缩机入口。在替代示例中，压缩机再循环系统可附加地或替代地包括再循环通道，用于使压缩空气从增压空气冷却器上游的压缩机出口再循环到压缩机入口。因而，从CAC 18下游输送到压缩机入口的压缩机再循环流可以是冷却器再循环流(例如，在更低的温度下)，而不是从CAC 18上游输送的再循环流。

再循环通道60可以包括压缩机再循环阀(CRV)62(本文也称作压缩机旁通阀)，用于调节从压缩机下游再循环到压缩机入口的再循环流的量。在一个示例中，再循环阀62可以是打开-关闭类型的单一可变阀。替代地，CRV 62可以是连续可变阀，其中阀的位置从完全关闭位置到完全打开位置以及这二者之间的任何位置连续可变化。在一些实施例中，CRV 62可以在升压发动机操作期间通常部分打开以提供一些喘振裕度。本文中，部分打开位置可以是默认的阀位置。然后，响应喘振的指示，阀的开度可以被增加。例如，阀可以通过致动器接收来自发动机控制器12的信号而从默认的部分打开位置朝向完全打开位置转换。在这些状况期间，阀的打开程度可以基于喘振的指示(例如，压缩机比例、压缩机流率、压缩机两端的压力差等)。在替代示例中，CRV62可以在升压发动机操作(例如，峰值性能状况)期间保持关闭，以改善升压响应和峰值性能。然后，阀可以响应喘振指示而被打开(例如，部分打开或完全打开)。

除了打开CRV 62之外，或者代替打开CRV 62，在松加速器踏板期间，喘振裕度可以经由废气门致动器92被改善。具体地，废气门致动器92可以基于来自发动机控制器12的信号而被致动打开，从而经由废气门90将来自涡轮上游的至少一些排气压力释放(dump)到涡轮下游的位置。通过降低涡轮上游的排气压力，涡轮转速能够被降低。

进气歧管22通过一系列进气门(未示出)被联接至一系列燃烧室30。燃烧室经由一系列排气门(未示出)被进一步联接至排气歧管36。在所描绘的实施例中，单个排气歧管36被示出。然而，在另一些实施例中，排气歧管可以包括多个排气歧管段/部分(section)。具有多个排气歧管段的配置可以使来自不同燃烧室的废气能够被引导至发动机系统中的不同位置。

在一个实施例中，排气门和进气门中的每个可以被电子致动或控制。在另一个实施例中，排气门和进气门中的每个可以被凸轮致动或控制。不管是电子致动还是凸轮驱动，排气门和进气门打开和关闭的正时可以针对期望燃烧和排放控制性能根据需要被调节。

燃烧室30可以被供应一种或多种燃料，诸如，汽油、醇类燃料混合物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。燃料可以经由直接喷射、进气道喷射、节流阀体喷射或其任意组合被供应至燃烧室。在燃烧室中，可以经由火花点火和/或压缩点火开始燃烧。

如图1所示，来自一个或多个排气歧管段的排气被引导至涡轮116以驱动涡轮。当期望减小的涡轮扭矩时，一些排气替代地可以被引导通过废气门90，绕过涡轮。来自涡轮和废气门的组合流然后流动通过排放控制设备170。总之，一个或多个排放控制设备170可以包括被构造成催化地处理排气流并且因此还原排气流中的一种或多种物质的量的一个或多个排气后处理催化剂。例如，一种排气后处理催化剂可以被构造成当排气流稀时从排气流捕集NOx以及当排气流富时还原捕集的NOx。在另一些示例中，排气后处理催化剂可以被构造成使NOx不成比例或借助于还原剂选择性地还原NOx。在又一些示例中，排气后处理催化剂可以被构造成氧化排气流中的残余碳氢化合物和/或一氧化碳。具有任意此类功能的不同的排气后处理催化剂可以单独或一起被布置在排气后处理级中的载体涂层或其他地方。在一些实施例中，排气后处理级可以包括被构造成捕集并氧化排气流中的碳烟微粒的可再生碳烟过滤器。

来自排放控制设备170的已处理排气的全部或一部分可以经由排气管道35被释放到大气中。然而，根据工况，一些排气可以转向至发动机进气歧管以提供排气再循环(EGR)。具体地，排气可以从排气歧管再循环至EGR通道50、通过EGR冷却器51和EGR阀52至压缩机114的入口。EGR阀可以基于接收自发动机控制器12的信号而被致动为打开，以准许受控的量的冷却的排气进入到压缩机入口用于期望的燃烧和排放控制性能。以该方式，发动机系统10通过将排气从涡轮116下游再循环至压缩机114上游的位置而适于提供外部的低压(LP)EGR。除了发动机系统10中相对长的LP-EGR流动路径以外，压缩机的旋转将改善的均匀化的排气提供到进气空气充气中。进一步地，EGR离开(take-off)和混合点的布置提供排气的有效冷却以用于增加的可用EGR质量和改善的性能。在进一步的实施例中，发动机系统还可以包括高压EGR流动路径，其中排气从涡轮116上游抽取且被再循环至压缩机114下游的发动机进气歧管中。

EGR冷却器51可以联接至EGR通道50用于冷却输送至压缩机的EGR。此外，一个或多个传感器可以联接至EGR通道50用于提供关于EGR的组分和状况的细节。例如，可以提供温度传感器用于确定EGR的温度，可以提供压力传感器用于确定EGR的压力，可以提供湿度传感器用于确定EGR的湿度或含水量，以及可以提供空气-燃料比传感器54用于估计EGR的空燃比。可以基于发动机工况和EGR状况调节EGR阀的开度以提供期望量的发动机稀释。

在所描绘的实施例中，EGR通道50被示出为不同于压缩机再循环通道60。然而，在替代示例中，EGR通道50和压缩机再循环通道60可以在压缩机入口上游的位置处汇合。

如本文在图3至图4处详述的，通过将来自在节气门之前和在节气门之后的压力测量值(即，分别是TIP和MAP)结合以生成总进气压力，喘振强度估计能够被改善。特别地，TIP的NMP行为能够被更好地识别，从而减少由于TIP的NMP行为所致的喘振的错误检测。此外，发动机致动器(诸如EGR阀)的噪音成分能够被更好地移除，其中发动机致动器产生处于与喘振相同的频率范围中的TIP响应。总之，更准确且可靠地作出喘振识别，从而允许早的喘振检测和减轻。

发动机系统100可以进一步包括控制系统14。控制系统14包括控制器12且被示出从多个传感器16(本文描述了传感器的各种示例)接收信息并向多个致动器81(本文描述了致动器的各种示例)发送控制信号。作为一种示例，传感器16可以包括位于排放控制设备上游的排气传感器126、MAP传感器124、排气温度传感器128、排气压力传感器129、压缩机入口温度传感器55、压缩机入口压力传感器57、TIP传感器58和EGR传感器54。诸如附加压力、温度、空燃比和成分传感器的其他传感器可以被联接至发动机系统100中的各种位置。致动器81可以包括例如节气门20、EGR阀52、压缩机再循环阀62、废气门致动器92和燃料喷射器66。控制系统14可以包括控制器12。控制器可以接收来自图1的各种传感器的输入数据、处理输入数据，并且利用图1的各种致动器以基于接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令调节发动机操作。本文关于图2至图3描述示例控制程序。例如，响应喘振的指示，控制器可以向CRV 62的致动器发送信号以致动阀到更加打开的位置。

现在转向图2，示出用于检测压缩机喘振的示例方法200。该方法依靠使用波强度的基于物理的度量来确定喘振振荡有多强，从而允许早减轻或校准阶段期间的离线喘振线校准。振荡振幅由压力或质量流测量值来确定。该方法改善喘振线校准和适应性，并且也允许较早的在线或离线喘振检测。包括在本文中用于实施方法200和方法的剩余部分的指令可以基于存储在控制器的存储器上的指令且结合接收自发动机系统的传感器(诸如，以上参照图1所述的传感器)的信号通过控制器来执行。控制器可以采用发动机系统的发动机致动器(诸如，以上参照图1所述的发动机致动器)来根据下述方法调节发动机操作。

在202处，方法包括估计和/或测量发动机工况，诸如，发动机转速、驾驶员扭矩要求、环境温度、湿度和压力、大气压力、发动机温度、EGR等。还可以诸如基于相应传感器的输出确定其他参数。这些可包括，例如，歧管压力(MAP)、歧管气流(MAF)、压缩机入口压力(CIP)、压缩机入口温度(CIT)、节气门入口压力(TIP)或升压压力、节气门充气温度(TCT)、增压空气温度(ACT)、进气空气温度(IAT)等。

在204处，可确定是否启用喘振检测。在当前示例中，喘振检测可在包括驾驶员踩加速器踏板事件和松加速器踏板事件期间的宽范围的工况期间被启用。换言之，可以基于在压下驾驶员加速器踏板之后的扭矩要求的增加和在释放驾驶员加速器踏板之后的扭矩要求的减少二者期间的压力(和/或气流)度量来评估喘振。

如果未启用喘振检测，诸如在稳定状态状况期间，那么在206处，方法包括维持一个或多个发动机致动器的位置，所述发动机致动器诸如联接在压缩机两端的旁路中的压缩机再循环阀(CRV)、排气废气门致动器和EGR阀。方法然后结束并退出。

如果启用喘振检测，那么在208处，方法包括将节气门入口压力(TIP)和歧管空气压力(MAP)结合为总进气压力。换言之，来自节气门之前和之后的两个压力测量值被结合用于喘振检测的目的。将节气门入口压力(TIP)和歧管空气压力(MAP)结合为总进气压力可包括将节气门入口压力(TIP)的加权值和歧管空气压力(MAP)的加权值结合为总进气压力。权重可基于结合的充气的相应温度。例如，MAP的权重可基于歧管空气充气温度，而TIP的权重可基于节气门充气温度(或升压温度)。在替代示例中，控制器可将MAP和TIP结合为总进气压力，且然后基于温度，特别是基于加权的空气充气温度和加权的升压温度中的每一个来调节总压力。应当理解，在替代示例中，估计的歧管气流(MAF)可与节气门入口压力(或流)结合来确定总进气压力或者总进气气流，然后喘振检测根据基于流的总进气压力或总进气气流。

本文发明者已经认识到仅依靠用于喘振检测的节气门入口压力(或仅依靠MAP)对一些发动机配置很好地起作用，但是对于其他发动机配置不起作用。例如，相对V型发动机，方法可以提供直列发动机中更准确的结果。该困难产生自TIP对驾驶员要求改变的非最小相位(NMP)响应。当两个竞争的过程在不同的时标对给定的测量值起作用时，通常会产生NMP行为，该NMP行为在复杂系统中是常见的。在发动机空气路径系统中，NMP行为产生是由于下列原因：在踩加速器踏板事件期间，节气门打开，这致使TIP开始下降且歧管压力(MAP)突然上升。MAP的增加致使发动机流增加且因此涡轮增压器功率增加，这导致TIP的增加。结果，如图5的映射图500所示，TIP(由实线表示)起初快速下降且然后慢慢上升，而MAP(由虚线表示)逐渐上升。TIP的初始的下降指示NMP行为。就该过程的物理性而言，是由歧管填充(快速动态特性)和涡轮增压器发动机加速(慢动态特性)的竞争动态特征而引起的。类似的情况发生在松加速器踏板事件期间。当驾驶员松加速器踏板时，TIP起初上升且然后下降，从而指示NMP行为。

发明者已经意识到TIP的NMP行为可包含取决于发动机(诸如在3.5L V6发动机的情况下)升压压力和进气体积的喘振频率(例如，大约8赫兹)中的能量。在这样的系统中，依靠TIP的信号处理的喘振检测方法可错误地将NMP行为标记为喘振。如本文参考图6所详述的，方法可正确地识别关于松加速器踏板的喘振。然而，关于踩加速器踏板的NMP行为可被错误地标记为喘振。

为了纠正这个问题，本方法通过将TIP和MAP(或MAF)结合为总进气压力来减少来自信号的NMP影响。具体地，总进气压力被确定为测量的TIP和MAP(或MAF)的加权和。

为了定义总进气压力，结合的升压的压力和进气体积被定义为：

m_T＝m_i+m_b

V_T＝V_i+V_b

其中，m表示质量，V表示体积且T表示温度。下标i表示进气，下标b表示升压且下标T表示总值。这些等式指示假设的总集气室体积为两个体积的和，新体积中的气体的质量是总的气体质量，且新温度由假定绝热混合的温度的加权平均值给定。

使用理想气体定律(PV＝mRT)，新的总进气压力能够P_T能够由下面的等式给出：

该总压力指示如果进气体积和升压体积二者被结合并且关于温度T_T引入气体则将获得的压力。通过运行关于总进气压力的本程序的喘振检测算法，非最小化相位行为在踩加速器踏板和松加速器踏板二者期间能够被显著地减少。更进一步地，将踩加速器踏板作为喘振的错误标记能够被减少。换言之，通过使用总进气压力P_T和温度T_T值而不是仅节气门上游的温度和压力来检测喘振，喘振检测能够被改善。

应当理解，在使用以上理想气体定律中，R被假设为是不变的。然而，实际上其是可变的且取决于，例如，湿度和EGR(诸如，EGR百分比、稀释或流)。因此，在替代示例中，用于确定总进气压力PT的等式可相应地考虑这些而进行修改。

参照图6的映射图600示出通过将NMP行为考虑在内的错误喘振标记的减少的示例。曲线图602描绘TIP，曲线图604描绘仅使用TIP计算的喘振强度，而曲线图606描绘将NMP行为考虑在内使用TIP以及MAP和进气温度所计算的调节的喘振强度。喘振强度与喘振阈值605比较。映射图描绘在t1处和t3处的两个松加速器踏板事件和在t2处的单个踩加速器踏板事件。

在曲线图604中，当未调节的喘振强度与喘振阈值相比较时，关于松加速器踏板事件的喘振被正确地识别。然而，在踩加速器踏板期间的TIP的NMP行为被错误地标记为喘振。相比之下，在曲线图606中，当调节的喘振强度与喘振阈值相比较时，关于松加速器踏板事件的喘振被正确地识别并且在踩加速器踏板期间的TIP的NMP行为不被错误地标记为喘振。换言之，喘振被更可靠地识别。

返回到图2，在210处，方法包括经由一个或多个滤波器处理总进气压力。所述一个或多个滤波器可以是，例如，低通滤波器和带通滤波器。进一步地，所述一个或多个滤波器的通过范围(或截止频率或通频带)可基于发动机工况来调节。即，滤波器可以被构造成使指示喘振的选定的频率(总进气压力的频率)通过，而减少在喘振范围之外的频率(总进气压力的频率)通过(或阻塞)。通过滤波器的选定的频率包括可变的且随着发动机工况(诸如温度)变化的频率范围。用于调节截止频率的温度可包括进气歧管空气充气温度和压缩机入口温度中一个或多个。进一步地，用于调节截止频率的温度可包括进气歧管空气充气温度和压缩机入口温度的加权平均值。

应当理解，在一些示例中，在踩加速器踏板事件期间，滤波器的输出可以被忽略(包括在指示喘振的频率下)以降低错误喘振标记的可能性。

在212处，方法包括计算喘振强度。计算的喘振强度然后用于喘振检测。计算喘振强度包括，在214处，使用滤波的总进气压力作为输入来应用递归估计。该方法基于系统识别，在该系统识别中，系统的模型适应性地在线识别且不需要关于系统的先验信息。所获得的压力信号的模型用于检测喘振并且也能够用于预测压力的未来值。

计算喘振强度可附加地或替代地包括，在216处，估计在通过(一个或多个)滤波器之后的总进气压力的峰值压力振荡的振幅和/或强度。该方法基于压力振荡的波强度且在下面详细描述。以该方法确定的喘振强度捕集通过压力波(势喘振波)传输的能量且因此直接测量喘振有多强。该方法考虑压力波的热力学，包括热动力学和化学状况。喘振检测基于喘振强度使该方法可应用至不同类型的发动机且简化校准。

因而，为了量化压缩机喘振，使用经典波理论而得出通过压力振荡传递的功率的表达式。例如，考虑一维压缩波，诸如在发动机的进气路径中。所述波引起空气分子的位移，表示为ξ(x，t)，其中x为坐标且t为时间。位置x和x+δx之间的质量单元因此通过ξ(x，t)来取代且通过δξ来拉伸。所得的体积变化为δV＝Aδξ，其中A为横截面积。单元的质量为δm＝ρAδx，其中ρ为密度。假设小位移(诸如，其中δξ/δx＜＜1)，理想气体和该过程是等熵的(其中PV^Υ是不变的)，压力变量δP变为：

其中，γ为气体的比热比且为平均压力。张力为F(x)＝-AδP且在质量单元上的净力为然后用于质量单元的牛顿第二定律产生波等式：

其中

为波速(声速)。通过波传递的功率最终根据等式(4)给出：

已经观察到的是，在压缩机喘振期间的压力振荡被容纳在窄频率带内。观察激发了研究一个谐波，其由等式(5)进行描述：

ξ(x，t)＝ξ₀sin(k(x-ct)) (5)

其中ξ₀为振幅，且k为波数。对于该谐波，压力变量(1)具有振幅：

P₀＝γξ₀kP＝ρξ₀c²k (6)

且通过等式(4)，平均功率为：

被限定为单位面积传递的功率的波的强度I则为：

基于质量流的替代强度表达式在这里通过注释质量流变量而得到，该质量流变量为：

对于谐波(5)，流振幅因此为：

W₀＝ρξ₀Ack (7)

并且，通过比较(6)和(7)，强度为：

总的来说，如果声速c和密度ρ是已知的，则谐波压缩波的强度能够基于用于压力或质量流的振荡振幅的数据根据等式(8)计算。

用于基于等式(8)的压缩机喘振的强度的算法计算(例如，在线或离线，车载或非车载)因此在下面用公式表示并且在图3处进行描述。如本文参照图3所详细描述的，通过使用MAP和TIP以及上述等式，喘振压缩波的喘振强度可以被确定并且用于可靠的喘振检测。因而，在图3处示出用于喘振强度算法的方框图300。与方框图300中的每个方框相关联的等式和参数以及以上讨论的(诸如，等式(1)至等式(8)和以上以及下面描述的参数，诸如，P、W、c、ρ、γ、R、T、I、A、f₁、f₂、和等)被指示在圆括号中。

喘振期间的压力因此被近似为一个(单个)谐波：

其中振幅P₀大约平均压力目标为计算在发生喘振的频率带中的振荡的强度。

振荡振幅P₀或W₀通过带通滤波和峰值检测逻辑来计算。滤波器的截止频率(f₁，f₂)被选择，使得f₁＜1/T₀＜f₂，其中1/T₀为在(例如，基于发动机汽缸的数量，发动机是直列式的还是V型的，等)使用的特定的发动机配置中所观察到的喘振频率。滤波器输出被供给至峰值检测逻辑，该峰值检测逻辑计算长度为T_W的移动窗口范围内最大振幅和最小振幅、取出在每个取样处的这些值中的最小值，且利用时间常量τ实施低通滤波用于平滑化。逻辑被设计用来检测峰值，同时使非对称信号衰减，诸如，在通频带(f₁，f₂)中的非振荡发动机动态特征。窗口长度被选择为使得T_w≥T₀。

根据等式(3)的声速c和根据理想气体定律的密度ρ，

根据测量或估计的热力学状况和性质计算。例如，对于空气，γ≈1.4且R≈287J/kgK。平均压力通过低通滤波而取得，其中截止频率f₀＜f₁。

根据等式(8)计算强度。如果使用质量流振幅，能够根据管直径计算面积A。对于喘振检测，使用阈值(L，U)，通过检测逻辑供给强度，伴随迟滞现象。

虽然图3的方框图300描绘了算法，该喘振算法的图示的数据在图4的映射图400中给出。算法的输入为测量的或估计的压力P、温度T、气体性质(γ，R)和可选地用于确定W₀的质量流W。参数(f₀、f₁、f₂、T_w、τ、L、U)和(如果使用质量流的话)A。

根据等式(8)，变得清晰的是，关于喘振检测的强度的阈值等于其中使用通过密度ρ和声速c所捕获的热力学状况来完成标定的压力或质量流的振幅的平方的标定阈值。考虑到例如，在正常操作期间，在汽车发动机中的压缩机下游的密度变化超过因数2，该标定能够是显著的。喘振强度的使用因此提供了有利地利用所涉及的物理的方式来简化用于改变工况和发动机配置的阈值选择和适应。

应当理解，在替代示例中，(诸如经由质量空气流传感器的)质量空气流估计可用于喘振检测。这可提供各种优势，因为MAF不包含出现在TIP响应中的NMP行为。因此，如先前参照图3所详细描述的，喘振检测程序的左分支可以压力P或流W开始。因而，依然需要压力估计来用于喘振检测程序的右分支，以便动态地标定喘振阈值。

返回到图2，在218处，方法包括基于发动机的热力学和化学状况更新发动机的喘振阈值。特别地，喘振阈值被调节以应对气体的绝对压力、温度和组分的变化。例如，喘振阈值基于EGR(诸如，EGR的量、EGR的流或EGR的百分比)被调节。喘振阈值可附加地基于环境湿度被调节。

在220处，方法包括将计算的喘振强度与更新的喘振阈值作比较。如果喘振强度不高于阈值，程序移动至226，在226处指示没有喘振。此外，响应没有喘振的指示，维持一个或多个发动机致动器的位置。例如，维持EGR阀、CRV和废气门的位置。

如果喘振强度高于阈值，则在222处，在确认喘振之前，方法包括施加校正以应对在喘振频率带中生成响应的致动器的操作。特别地，方法包括，响应在指示喘振的选定的频率中的发动机致动器的操作，基于由发动机致动器的操作所导致的节气门入口压力的变化来进一步处理滤波后的总进气压力。发动机致动器可以是进气节气门、排气再循环阀、压缩机再循环阀和驾驶员加速器踏板中的一个或多个。

当前公开的喘振检测方法集中在与喘振最一致的频率范围。然而，发明者已经认识到其他干扰可出现在该相同的频率带中。这些可损害(corrupt)喘振检测方法的结果且会需要附加的注意以启用稳健的喘振检测。例如，节气门和排气再循环(EGR)的闭环结合能够激励与喘振的频率带相同的频率带中的TIP响应。为了解决此问题，喘振检测方法被更新以将发动机控制参数考虑在内，以便它们对TIP响应的影响能够从喘振对TIP响应的影响中分离。能够与喘振频率相关联的示例致动器包括节气门、EGR阀、压缩机再循环阀(CRV)和驾驶员踏板运动。虽然废气门致动器也能够激励TIP响应，但是对于废气门响应的带宽比通常的喘振频率低很多。结果，废气门致动器可以不被认为是喘振检测的噪声因子。能够在选定的喘振频率范围中影响闭环系统的附加(非致动器)因子可包括差的发动机校准，其引起与非线性查找表和跳动相关的不稳定性和数字不稳定性。具体地，非线性查找表涉及诸如发动机转速、发动机负荷以及进气凸轮位置和排气凸轮位置等参数，并且该查找表能够在与喘振相同的频率带内从一个索引跳到另一索引，从而通过在发动机质量气流的波动影响TIP响应。

当基于TIP测量值的波强度计算表明喘振正在发生(在220处)时，在222处的修正首先消除能够激励在该相同频率范围中的TIP响应的任何致动器的影响。这样做，喘振检测的稳健性增加，从而能够从喘振事件中更快的恢复以及能够实现在压缩机映射图上的喘振线的更积极的校准。

为了消除能够与喘振频率相关联的致动器的影响，可以在喘振检测算法内使用虚拟压力值(或传感器)。例如，就节气门和EGR流而言，压力信号p由下面的等式给出：

其中m、V、T分别表示质量、体积和温度，R为通用气体常数。质量为压缩机m_c、节气门m_thr和EGR m_egr的组合。定义虚拟压力传感器或压力值为：

其能够根据在发动机控制器中可得到的所测量的和/或估计的值而计算，节气门和EGR影响能够被消除。具体地，由于m＝m_c+m_thr+m_egr，于是有

其仅涉及与压缩机相关的质量。与喘振频率相关联的其他致动器(CRV等)能够类似地被处理。

为了消除能够与喘振频率相关联的非致动器因子的影响，敏感的非线性发动机控制器查找表从一个索引跳到另一索引的频率被监测且与感兴趣的频率范围相比较以用于喘振检测。如果两个频率重叠，则喘振检测阈值水平能够被暂时地增加以减少喘振事件的错误检测。

参照图4的映射图400示出了针对喘振强度估计以及随后的喘振检测的压力信号的处理的示例描绘。顶部曲线图在曲线402(实线)处描绘了在松加速器踏板事件期间所测量的TIP(P)。在曲线403(虚线)的旁边示出基于所测量的TIP的标称压力(诸如低通滤波压力)第二曲线图在曲线404(实线)处描绘了压力的带通滤波值。在曲线405(虚线)旁边示出滤波压力(P₀)的振幅。底部曲线图在曲线406处描绘相关的压力波的强度(“喘振强度”)。

在224处，方法包括确认真实的喘振事件已经发生。特别地，在干涉的致动器(诸如EGR阀和节气门)的影响被消除之后，喘振强度再次与喘振阈值相比较。如果在消除干涉的致动器的影响之后，喘振强度不高于阈值，那么在226处则指示没有喘振。此外，响应没有喘振的指示，维持一个或多个发动机致动器的位置。例如，维持EGR阀、CRV和废气门的位置。

如果在消除干涉的致动器的影响之后，喘振强度高于阈值，那么在228处指示存在真实的喘振发生。此外，方法包括响应压缩机喘振的指示来调节发动机的操作者参数，本文基于总进气压力和进气温度来确定喘振。例如，调节一个或多个发动机致动器的位置来调节操作参数。例如，调节EGR阀、CRV和废气门的位置。作为示例，基于从控制器接收的信号，通过致动器增加CRV的开度。作为另一示例，基于从控制器接收的信号，通过致动器增加废气门的开度。作为又一示例，基于从控制器接收的信号，通过致动器增加EGR阀的开度。

应当理解，虽然本文的方法示出基于处理所测量的空气压力信号(诸如，MAP和TIP)的喘振检测，但是应当理解，在替代示例中，喘振检测可基于测量的气流信号，诸如MAF。

因为图2的喘振检测方法，所以当压力信号指示喘振振荡时，喘振强度能够被看作明显地上升，从而改善与喘振的相关性。此外，即使当没有可见的喘振，在踩加速器踏板事件期间，喘振强度可以大于零。检测依靠滤波器(例如，带通滤波器)将相关信号分出，如果在具体的通频带中有来自非喘振发动机动态特性的能量将会影响检测。但是，通过使用关于用于喘振检测的强度的阈值，非喘振事件可以被正确地分类且从喘振事件中区分出来。此外，喘振阈值可以被更积极地校正(即，阈值可以被降低)。低阈值允许控制器在松加速器踏板期间检测短暂的喘振振荡，同时避免在踩加速器踏板期间的错误检测。

以该方式，波强度被用于表征升压发动机中的压缩机喘振，喘振针对在线运行和离线运行二者可表征。通过使用捕获通过压力振荡所传输的功率的强度度量并且通过使用经典波理论来表征振荡，能够更快且更可靠地检测喘振。早的喘振检测允许早的喘振减轻，从而减少由于喘振所引起的发动机耐久性和驾驶性能问题。将压力波的强度与其他可用的发动机参数相关联的技术效果是能够在压缩机映射图上更积极地校正喘振线。此外，与依靠静态压缩机映射图的喘振检测方法(必须被保守地调谐至稳健)相比，基于在喘振范围中滤波的总压力的当前方法允许喘振检测阈值被自动地调节至工况。这能够使用更少的保守性减轻动作，用于解决喘振并且得到压缩机的更高利用率。

用于升压发动机的一种示例方法包括：将歧管压力和节气门入口压力结合为总进气压力；并且响应压缩机喘振调节操作参数，喘振基于总进气压力和进气温度被确定。在另一示例中，先前示例方法可以附加地或任选地还包括经由滤波器处理总进气压力。在先前示例中的任何一个或所有先前示例中，滤波器可附加地或任选地使指示喘振的选定的频率通过并且减少喘振之外的频率通过。在先前示例中的任何一个或所有先前示例中，通过滤波器的选定的频率可以附加地或任选地包括随着发动机工况(包括温度)变化的频率范围。在先前示例中的任何一个或所有先前示例中，温度可附加地或任选地包括进气歧管空气充气温度和压缩机入口温度中的一个或多个。在先前示例中的任何一个或所有先前示例中，温度可附加地或任选地包括进气歧管空气充气温度和压缩机入口温度的加权平均值。在先前示例中的任何一个或所有先前示例中，滤波器可附加地或任选地包括低通滤波器和带通滤波器中的一个或多个，并且滤波器的通过范围可以附加地或任选地基于发动机工况被调节。在先前示例中的任何一个或所有先前示例中，方法可以附加地或任选地还包括，在踩加速器踏板事件期间，忽略包括在指示喘振的频率下的滤波器的输出。在先前示例中的任何一个或所有先前示例中，方法可附加地或任选地还包括，响应在指示喘振的选定的频率中的发动机致动器的操作，基于由发动机致动器的操作所导致的节气门入口压力的变化来进一步处理滤波的总进气压力。在先前示例中的任何一个或所有先前示例中，发动机致动器可附加地或任选地包括进气节气门、排气再循环阀、压缩机再循环阀和驾驶员加速器踏板中的一个或多个。在先前示例中的任何一个或所有先前示例中，压缩机喘振附加地或任选地根据驾驶员加速器踏板的踩加速器踏板事件和松加速器踏板事件中的一个或多个被确定。在先前示例中的任何一个或所有先前示例中，调节操作参数附加地或任选地包括经由致动器调节，致动器包括排气废气门致动器和压缩机再循环阀中的一个或多个。

用于升压发动机的另一示例方法包括：将歧管压力和节气门入口压力结合为总压力；基于温度调节总压力；通过一个或多个滤波器处理调节的总压力；并且基于处理的输出指示压缩机喘振。在先前示例中，基于温度的调节可附加地或任选地包括基于加权的空气充气温度和加权的升压温度中的每一个来调节，方法附加地或任选地还包括，响应指示，增加压缩机再循环阀的开度以增加压缩空气从压缩机下游到压缩机上游的再循环。在先前示例中的任何一个或所有先前示例中，所述结合附加地或任选地包括在驾驶员踩加速器踏板事件和驾驶员松加速器踏板事件期间结合。在先前示例中的任何一个或所有先前示例中，所述处理附加地或任选地包括低通或带通滤波所调节的总压力且估计处理的输出的振幅和强度中的一个或多个，并且基于处理的输出指示压缩机喘振附加地或任选地包括基于处理的输出的振幅或强度大于喘振阈值指示压缩机喘振，所述阈值基于EGR和环境湿度中的一个或多个。在先前示例中的任何一个或所有先前示例中，方法附加地或任选地还包括，响应EGR阀、进气节气门、排气废气门和压缩机旁通阀中的一个或多个的致动，更新处理的输出，所述更新基于在指示喘振的频率范围中致动对节气门入口压力的影响。

另一示例发动机系统包括：包括进气节气门的发动机进气歧管；用于向进气歧管提供升压的空气充气的压缩机；包括压缩机再循环阀的压缩机旁路，其用于将压缩空气从压缩机下游转向到压缩机上游；联接在节气门下游用于估计歧管压力的第一压力传感器；联接在节气门下游用于估计歧管空气充气温度的第一温度传感器；联接在节气门上游用于估计节气门入口压力的第二压力传感器；联接在节气门上游用于估计升压温度的第二温度传感器；在EGR通道中用于将排气再循环至进气歧管的EGR阀；和控制器。所述控制器配置有存储在非暂时存储器上的计算机可读指令，用于：将歧管压力和节气门入口结合为总进气压力；对总进气压力滤波从而选定处于指示喘振的选定的频率范围中压力信号；将滤波的总进气压力的峰值强度与阈值相比较以指示压缩机喘振，所述阈值基于在选定的频率范围中EGR阀的致动被调节；并且响应压缩机喘振的指示，增加压缩机再循环阀的开度。在先前示例系统中，控制器附加地或任选地还包括用于基于歧管空气充气温度和升压温度的加权平均值来调节选定的频率范围的指令。在先前示例中的任何一个或所有先前示例中，发动机系统附加地或任选地还包括驾驶员踏板，并且其中在驾驶员踩加速器踏板事件和驾驶员松加速器踏板事件二者期间附加地或任选地执行所述结合、滤波和比较。

在进一步的表述中，用于升压发动机的示例方法包括：带通滤波节气门入口压力值；估计带通滤波的节气门入口压力的峰值压力的振幅或强度；并且响应估计的振幅/强度相对于阈值来指示压缩机喘振。先前示例方法可附加地或任选地还包括基于MAP修正估计的振幅或强度。先前示例中的任何一个或所有先前示例可附加地或任选地还包括基于与进气节气门和/或EGR阀的致动的相关性来修正估计的振幅或强度。在先前示例中的任何一个或所有先前示例中，阈值可附加地或任选地基于EGR和湿度中的一个或多个来调节。

在另一进一步的表述中，用于升压发动机的示例方法可包括：将歧管气流和节气门入口气流(或压力)结合为总进气气流；并且响应压缩机喘振来调节操作参数，喘振基于所述总进气气流并且进一步基于进气温度被确定。在另一示例中，先前示例方法可附加地或任选地还包括经由滤波器来处理所述总进气气流以使指示喘振的频率通过而使在预期的喘振范围之外的频率通过。

在又一进一步的表述中，用于升压发动机的示例方法可包括：将测量的歧管气流和测量的节气门入口气流结合为总气流估计；基于温度调节所述总气流估计；通过一个或多个滤波器处理所述调节的总气流估计；并且基于处理的输出指示压缩机喘振。

注意，本文所包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文所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存储器中，且可以通过包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和各种其他发动机硬件来实施。本文所描述的具体程序可表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。因而，所图示说明的各种动作、操作和/或功能可以以所图示说明的顺序进行、同时进行，或在一些情况下可以省略。同样地，处理的次序不是为了实现本文所描述的示例实施例的特征和优势所必须要求的，而是为了便于图示说明和描述。一个或多个所图示说明的动作、操作和/或功能根据所使用的特定策略可以重复地执行。进一步地，所描述的动作、操作和/或功能可以图示地表示编程在发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时存储器中的代码，其中通过执行包括与电子控制器结合的各种发动机硬件部件的系统中的指令来实施所描述的动作。

应当理解，本文所公开的配置和程序本质上是示例性的，并且因为很多变化是可能的，所以这些具体实施例不被认为有限制意义。例如，以上技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的全部新颖的和不明显的组合以及子组合。

随附权利要求特别地指出被认为新颖的和非显而易见的一些组合和子组合。这些权利要求可涉及“一种”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当理解成包括一个或多个这类元件的结合，既不要求也不排除两个或多个这类元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可以通过修改本权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求来要求保护。这类权利要求，比原权利要求在范围上无论更宽、更窄、相等或不同都被认为包含在公开的主题内。