專利名稱：控制空燃比用的車輛控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)安置在內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)中的排氣傳感器的輸出控制空燃比的控制器。
背景技術(shù)：
車輛內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)中設(shè)有催化劑轉(zhuǎn)換器。在引入發(fā)動(dòng)機(jī)中的空氣-燃料混合物的貧空燃比(1ean)時(shí)，催化劑轉(zhuǎn)換器以排氣中所含的過(guò)量氧氣使HC和CO氧化。在富空燃比(rich)時(shí)，催化劑轉(zhuǎn)換器以HC和CO還原NOx。當(dāng)空燃比處于理論配比的空燃比范圍內(nèi)時(shí)，HC、CO和NOx同時(shí)被有效地凈化。
在催化劑轉(zhuǎn)換器的下游側(cè)設(shè)置排氣傳感器。該排氣傳感器檢測(cè)被排放到排氣系統(tǒng)中的氣體中所含氧的濃度。根據(jù)該排氣傳感器的輸出實(shí)行對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比的反饋控制。
作為對(duì)空燃比反饋控制的一個(gè)實(shí)例，日本專利申請(qǐng)未審公開(kāi)特開(kāi)平11-153051提出指定靈敏控制方案，其中定義一個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)。這種控制通過(guò)將所述轉(zhuǎn)換函數(shù)的值匯集到0，把排氣傳感器的輸出匯集到一個(gè)目標(biāo)值。計(jì)算一個(gè)受到控制的變量，以將排氣傳感器的輸出匯集成所述目標(biāo)值。利用排氣傳感器的輸出和空燃比傳感器(LAF)來(lái)計(jì)算所述受到控制的變量，所述空燃比傳感器設(shè)在催化劑轉(zhuǎn)換器的上游側(cè)，用以檢測(cè)空燃比。根據(jù)所計(jì)算的受到控制的變量，控制擬加給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量。
最近，已有提高排氣傳感器的靈敏度，以使確定催化劑劣化的準(zhǔn)確度穩(wěn)定，并減少NOx排放量的趨勢(shì)。在使排氣傳感器的靈敏度得到提高時(shí)，可能會(huì)將被稱為化學(xué)噪聲的高頻成分引入排氣傳感器的輸出中。這種化學(xué)噪聲可能引起目標(biāo)空燃比的變化，因?yàn)槭歉鶕?jù)排氣傳感器的輸出計(jì)算的目標(biāo)空燃比。目標(biāo)空燃比的這種變化可能造成實(shí)際空燃比的較大變化，這就降低了催化劑的凈化率。
有時(shí)使空燃比富，以保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)和催化劑。這種空燃比的濃集增加了CO的排放量。為了抑制CO的排放，最好按閉環(huán)形式實(shí)行空燃比的控制。另一方面，可能會(huì)實(shí)行用以使空燃比貧的空燃比控制，以便提高燃燒效率。在這種使空燃比較低情況下，最好按閉環(huán)形式實(shí)行空燃比的控制。為了穩(wěn)定地進(jìn)行閉環(huán)空燃比控制，趨向于擴(kuò)展空燃比(LAF)傳感器的檢測(cè)范圍。
A/D轉(zhuǎn)換器在其性能方面的限制將空燃比傳感器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。在使空燃比傳感器的檢測(cè)范圍被擴(kuò)展時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器在性能方面的這種限制會(huì)降低空燃比傳感器測(cè)得的空燃比的分辨率。這種分辨率的降低，在空燃比的控制過(guò)程中，會(huì)減小使實(shí)際空燃比追隨目標(biāo)空燃比的能力，這就降低了催化劑的凈化率。這種分辨率的降低還可能降低識(shí)別空燃比控制模式(model)參數(shù)的精度，因?yàn)槭歉鶕?jù)實(shí)際空燃比來(lái)識(shí)別所述模式參數(shù)的。識(shí)別模式參數(shù)精度的降低也會(huì)使催化劑的凈化率降低。
因而，在提高排氣傳感器靈敏度的時(shí)候，就需要一種從排氣傳感器的輸出中除去化學(xué)噪聲的設(shè)備和方法。還需要一種能夠補(bǔ)償空燃比傳感器分辨率之不足的設(shè)備和方法。
發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的第一種實(shí)施例，一種用于控制內(nèi)燃機(jī)空燃比的控制器，它包括第一排氣傳感器，用以檢測(cè)排氣中的氧濃度；與第一排氣傳感器相連的第一分樣(decimation)濾波器；以及與第一分樣濾波器相連的控制單元。所述控制單元確定控制(manipulating)空燃比的操作變量，使第一分樣濾波器的輸出值轉(zhuǎn)換成目標(biāo)值。所述第一分樣濾波器還包括第一過(guò)采樣器(oversampler)、第一低通濾波器和第一下采樣器(downsampler)。所述第一過(guò)采樣器以比確定操作變量所用周期更短的周期過(guò)采樣第一排氣傳感器的輸出。第一低通濾波器使過(guò)采樣的值平滑。第一下采樣器按確定操作變量所用的周期再采樣(re-sampled)已被平滑的值。于是，第一分樣濾波器輸出所述被再采樣的值。
如上所述，在使第一排氣傳感器的靈敏度提高時(shí)，在第一排氣傳感器的輸出中可能出現(xiàn)化學(xué)噪聲。所述第一分樣濾波器能夠消除這種化學(xué)噪聲。以第一分樣濾波器的輸出為基礎(chǔ)的空燃比控制防止催化劑的凈化率變差。
按照本發(fā)明的第二種實(shí)施例，一種控制內(nèi)燃機(jī)空燃比的控制器，它包括設(shè)于催化劑轉(zhuǎn)換器下游側(cè)的第一排氣傳感器，設(shè)于催化劑轉(zhuǎn)換器上游側(cè)的第二排氣傳感器，與第二排氣傳感器相連的第二分樣濾波器，以及與第二分樣濾波器相連的控制單元。第一排氣傳感器檢測(cè)排氣中的氧濃度。第二排氣傳感器檢測(cè)排氣中的空燃比。控制單元利用第二分樣濾波器的輸出值確定控制空燃比的操作變量，使第一排氣傳感器的輸出值轉(zhuǎn)換成目標(biāo)值。第二分樣濾波器還包括第二過(guò)采樣器、第二低通濾波器和第二下采樣器。所述第二過(guò)采樣器以比確定操作變量所用周期更短的周期過(guò)采樣第二排氣傳感器的輸出。第二低通濾波器使過(guò)采樣的值平滑。第二下采樣器按確定操作變量所用的周期再采樣已被平滑的值。于是，第二分樣濾波器輸出所述被再采樣的值。
如上所述，在使第二排氣傳感器的檢測(cè)范圍擴(kuò)展時(shí)，可以降低由第二排氣傳感器測(cè)得的空燃比分辨率。所述第二分樣濾波器能夠補(bǔ)償?shù)诙艢鈧鞲衅鞣直媛实牟蛔?。具體地說(shuō)，第二分樣濾波器估計(jì)檢測(cè)值低于第二排氣傳感器的分辨率界限。以第二分樣濾波器的輸出為基礎(chǔ)的空燃比控制防止催化劑的凈化率劣化。
按照本發(fā)明的一種實(shí)施例，通過(guò)指定靈敏控制確定所述操作變量。指定靈敏控制能夠穩(wěn)定并快速地使第一排氣傳感器的輸出轉(zhuǎn)換成目標(biāo)值。
按照本發(fā)明的另一種實(shí)施例，通過(guò)實(shí)行采用Δ∑(得爾他-希格瑪)調(diào)制算法、Δ(得爾他)調(diào)制算法和∑Δ(希格瑪-得爾他)調(diào)制算法之一的控制，確定所述操作變量。采用這樣的算法的控制，即使在要通過(guò)空燃比控制而受到控制的目標(biāo)靈敏度的延遲較大時(shí)，也能夠穩(wěn)定地使第一排氣傳感器的輸出轉(zhuǎn)換成目標(biāo)值。
按照本發(fā)明的一種實(shí)施例，要被控制的目標(biāo)是排氣系統(tǒng)。這種排氣系統(tǒng)從第二排氣傳感器通過(guò)催化劑轉(zhuǎn)換器延伸到第一排氣傳感器。在上述第一種實(shí)施例中，根據(jù)第一分樣濾波器的輸出值，確定排氣系統(tǒng)中的空載時(shí)間。計(jì)算第一排氣傳感器輸出的估算值，使排氣系統(tǒng)中的空載時(shí)間得到補(bǔ)償。將所述估算值用于確定所述控制空燃比的操作變量。由于在考慮排氣系統(tǒng)空載時(shí)間的同時(shí)確定第一排氣傳感器輸出的估算值，因此，所述操作變量能夠使第一排氣傳感器的輸出值穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換成目標(biāo)值。在上述第二實(shí)施例中，根據(jù)第二分樣濾波器的輸出值，確定排氣系統(tǒng)中的空載時(shí)間。
按照本發(fā)明的又一種實(shí)施例，所述空燃比控制的目標(biāo)還包括空燃比操縱系統(tǒng)。這種空燃比操縱系統(tǒng)從確定操作變量的控制單元通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)延伸到第二排氣傳感器。在上述第一實(shí)施例中，根據(jù)第一分樣濾波器的輸出值，確定空燃比操縱系統(tǒng)中的空載時(shí)間。計(jì)算第一排氣傳感器輸出的估算值，使排氣系統(tǒng)中的空載時(shí)間和空燃比操縱系統(tǒng)中的空載時(shí)間得到補(bǔ)償。將所述估算值用于確定所述控制空燃比的操作變量。由于在考慮排氣系統(tǒng)和空燃比操縱系統(tǒng)二者的空載時(shí)間的同時(shí)確定第一排氣傳感器輸出的估算值，因此，所述操作變量能夠使第一排氣傳感器的輸出值穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換成目標(biāo)值。在上述第二實(shí)施例中，根據(jù)第二分樣濾波器的輸出值，確定空燃比操縱系統(tǒng)中的空載時(shí)間。
按照本發(fā)明的再一種實(shí)施例，所述控制單元計(jì)算為確定操作變量所用的參數(shù)。這種參數(shù)的作用適于對(duì)排氣系統(tǒng)狀態(tài)變化的空燃比控制。在上述第一實(shí)施例中，根據(jù)第一分樣濾波器的輸出值計(jì)算所述參數(shù)。由于第一分樣濾波器的輸出不包含化學(xué)噪聲，所以能以較好的精度計(jì)算所述參數(shù)。在上述第二實(shí)施例中，根據(jù)第二分樣濾波器的輸出值計(jì)算所述參數(shù)。由于第二分樣濾波器提供在低于第二排氣傳感器的分辨率界限的檢測(cè)值，所以能以較好的精度計(jì)算所述參數(shù)。
按照本發(fā)明的再一種實(shí)施例，將所述第一和第二分樣濾波器的第一和第二低通濾波器的截止頻率被設(shè)定成比檢測(cè)催化劑失效所用的頻率為更高的頻率。于是，可以實(shí)行所述空燃比控制，而不會(huì)降低檢測(cè)催化劑失效的精度。
圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例內(nèi)燃機(jī)及其控制器的示意圖；
圖2是本發(fā)明一種實(shí)施例催化劑轉(zhuǎn)換器和排氣傳感器布置的示意圖；圖3表示本發(fā)明一種實(shí)施例空燃比控制概圖；圖4是本發(fā)明第一種具體實(shí)施方式
空燃比控制的方框圖；圖5是本發(fā)明一種實(shí)施例控制器的詳細(xì)功能方框圖；圖6以示意的方式表示本發(fā)明一種實(shí)施例用于指定靈敏控制的變換線；圖7表示本發(fā)明一種實(shí)施例的指定靈敏控制的響應(yīng)特性；圖8是本發(fā)明一種實(shí)施例的第一分樣濾波器的詳細(xì)功能方框圖；圖9表示根據(jù)催化劑劣化的程度排氣傳感器輸出變化的頻率響應(yīng)；圖10表示根據(jù)催化劑劣化的程度排氣傳感器濾波輸出變化的頻率響應(yīng)；圖11表示本發(fā)明一種實(shí)施例的第一分樣濾波器的低通濾波特性；圖12(a)-(c)表示本發(fā)明一種實(shí)施例排氣傳感器的濾波輸出，其中(a)為采用第一分樣濾波器時(shí)，(b)、(c)為采用另一濾波器時(shí)；圖13表示在圖12(b)情況下所用濾波器的低通濾波特性；圖14表示在圖12(c)情況下所用濾波器的低通濾波特性；圖15表示按照常規(guī)空燃比控制，排氣傳感器輸出中的化學(xué)噪聲表現(xiàn)，以及目標(biāo)空燃比誤差kcmd的變化；圖16表示按照本發(fā)明一種實(shí)施例，第一分樣濾波器的輸出Vo2_df和目標(biāo)空燃比誤差kcmd；圖17是本發(fā)明第二種具體實(shí)施方式
空燃比控制的方框圖；圖18是本發(fā)明一種實(shí)施例的第二分樣濾波器的詳細(xì)功能方框圖；圖19表示本發(fā)明一種實(shí)施例的第二分樣濾波器的低通濾波特性；圖20表示按照常規(guī)空燃比控制，空燃比(LAF)傳感器分辨率的不足、目標(biāo)空燃比誤差kcmd，以及一個(gè)識(shí)別參數(shù)“b1”；圖21表示按照本發(fā)明一種實(shí)施例，第二分樣濾波器的輸出KACT_df和目標(biāo)空燃比誤差kcmd；圖22是本發(fā)明第三種具體實(shí)施方式
空燃比控制的方框圖；圖23表示本發(fā)明一種實(shí)施例控制器的詳細(xì)功能方框圖；
圖24表示本發(fā)明一種實(shí)施例DMS控制器的詳細(xì)功能方框圖；圖25是按照本發(fā)明一種實(shí)施例，用于自適應(yīng)空燃比控制的主程序流程圖。
具體實(shí)施例方式
內(nèi)燃機(jī)和控制裝置的結(jié)構(gòu)以下將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖1是表示本發(fā)明一種實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)(下稱發(fā)動(dòng)機(jī))控制器的方框圖。
電動(dòng)控制單元(下稱ECU)5包括輸入接口5a，用以接收發(fā)動(dòng)機(jī)1各部分送來(lái)的數(shù)據(jù)；CPU5b，用以實(shí)現(xiàn)控制發(fā)動(dòng)機(jī)1各部分的操作；存儲(chǔ)單元5c，它包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)；以及輸出接口5d，用以將控制信號(hào)送到發(fā)動(dòng)機(jī)1的各個(gè)部分。用于控制車輛各部分的各種程序和數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在ROM中。本發(fā)明控制空燃比的程序、為所述程序運(yùn)行所用的數(shù)據(jù)和表格都被存儲(chǔ)在ROM中。所述ROM可以是可重寫的ROM，如EEPROM。RAM設(shè)有CPU5b操作的工作區(qū)域，其中同時(shí)存儲(chǔ)有由發(fā)動(dòng)機(jī)1各個(gè)部分送來(lái)的數(shù)據(jù)，以及要發(fā)送給發(fā)動(dòng)機(jī)1各部分的控制信號(hào)。
發(fā)動(dòng)機(jī)1比如是裝備有四個(gè)缸的發(fā)動(dòng)機(jī)。使進(jìn)氣管2與發(fā)動(dòng)機(jī)1相連。節(jié)流閥3設(shè)置在進(jìn)氣管2的上游側(cè)。與節(jié)流閥3相連的節(jié)流閥開(kāi)啟(θTH)傳感器4，它輸出與節(jié)流閥3的開(kāi)啟角度相應(yīng)的電信號(hào)，并將該信號(hào)送到ECU5。
進(jìn)氣管2中設(shè)置旁路通道21，用以旁路節(jié)流閥3。旁路通道21中設(shè)置旁路閥門22，用以控制要供給發(fā)動(dòng)機(jī)1的空氣量。旁路閥門22按照ECU5的控制信號(hào)受到驅(qū)動(dòng)。
在發(fā)動(dòng)機(jī)1與節(jié)流閥3之間進(jìn)氣管2的中間點(diǎn)處對(duì)每個(gè)氣缸設(shè)置一個(gè)燃料噴射閥門6。燃料噴射閥門6連到燃料泵(未示出)，以接受所燃料槽(未示出)供給的燃料。按照ECU5的控制信號(hào)，使燃料噴射閥門6受到驅(qū)動(dòng)。
進(jìn)氣管壓力(Pb)傳感器8和外部空氣溫度(Ta)傳感器9安裝在節(jié)流閥3下游側(cè)的進(jìn)氣管2中。把所測(cè)得的進(jìn)氣管壓力Pb和外部空氣溫度Ta送給ECU5。
發(fā)電機(jī)水溫(TW)傳感器10被裝到發(fā)動(dòng)機(jī)1氣缸體的氣缸周壁上，該周壁被充滿冷卻水。將發(fā)電機(jī)水溫傳感器測(cè)得的發(fā)電機(jī)冷卻水溫度送到ECU5。
轉(zhuǎn)速(Ne)檢測(cè)器13被裝在發(fā)動(dòng)機(jī)1的凸輪軸或者曲軸(未示出)外圍，并按預(yù)定的曲軸角周期(如30°角周期)輸出CRK信號(hào)脈沖，這個(gè)周期要短于按與活塞的TDC位置相關(guān)的曲軸角周期所造成的TDC信號(hào)脈沖的周期。由ECU5計(jì)數(shù)CRK脈沖，以確定發(fā)動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速Ne。
排氣管14與發(fā)動(dòng)機(jī)1相連。發(fā)動(dòng)機(jī)1通過(guò)排氣管14排放排氣。催化劑轉(zhuǎn)換器15除去流過(guò)排氣管14的排氣中所包含的諸如HC、CO和NOx等有害物質(zhì)。催化劑轉(zhuǎn)換器15包含兩種催化劑，即上游催化劑和下游催化劑。
在催化劑轉(zhuǎn)換器15的上游設(shè)有全范圍空燃比(LAF)傳感器16。所述LAF傳感器16在整個(gè)寬度的空燃比區(qū)域線性地檢測(cè)排氣中所含氧的濃度，從高于理論配比空燃比的空燃比較富區(qū)域到極貧的區(qū)域。把所測(cè)得的氧濃度送到ECU5。
在所述上游催化劑與下游催化劑之間設(shè)置O2(氧氣)傳感器17。所述O2傳感器17是二進(jìn)制型的排氣濃度傳感器。當(dāng)空燃比富于所述理論配比空燃比時(shí)，該O2傳感器輸出高電平信號(hào)，而當(dāng)空燃比貧于所述理論配比空燃比時(shí)，輸出低電平信號(hào)。所述電信號(hào)被送給ECU5。
可將O2傳感器17稱作第一排氣傳感器?？蓪AN傳感器16稱作第二排氣傳感器。
送給ECU5的信號(hào)被傳送到輸入電路5a。輸入接口5a把模擬信號(hào)值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)值。CPU5b處理所得的數(shù)字信號(hào)，按照ROM中所存程序進(jìn)行操作，并得到控制信號(hào)。輸出接口5d把這些控制信號(hào)送給旁路閥門22、燃料噴射閥門6和其它機(jī)械組件的致動(dòng)器。
圖2表示催化劑轉(zhuǎn)換器15的結(jié)構(gòu)。被引入排氣管14的排氣通過(guò)上游催化劑25，然后再通過(guò)下游催化劑26。公知的是，與由設(shè)在下游催化劑之下游側(cè)的O2傳感器的輸出為基礎(chǔ)的空燃比控制相比，則通過(guò)設(shè)在所述上游催化劑與下游催化劑之間的O2傳感器的輸出為基礎(chǔ)的空燃比控制，容易使NOx的凈化率保持在最佳水平。因此，在下面將要敘述的本發(fā)明實(shí)施例中，把O2傳感器17設(shè)在上游催化劑與下游催化劑之間。該O2傳感器17檢測(cè)通過(guò)上游催化劑25之后的排氣中所含氧的濃度。
作為另外的選擇，可將O2傳感器配置于下游催化劑26的下游側(cè)。如果催化劑轉(zhuǎn)換器15由單獨(dú)一種催化劑組成，就把O2傳感器配置于這種催化劑轉(zhuǎn)換器15的下游側(cè)。
圖3表示上游催化劑和下游催化劑的凈化行為。窗口27指示一個(gè)空燃比的區(qū)域，其中HC、CO和NOx等都被最佳地凈化。由于通過(guò)在上游催化劑25內(nèi)的凈化，排氣中所含的氧已被消耗，所以提供給下游催化劑26的排氣表現(xiàn)出空氣減少(即富態(tài))，如窗口28所示的那樣。在這種空氣減少的情況下，使NOx進(jìn)一步受到凈化。于是排放的是清潔的排氣。
為了很好地保持催化劑轉(zhuǎn)換器15的凈化性能，本發(fā)明的空燃比自適應(yīng)控制，使O2傳感器17的輸出聚集成目標(biāo)值，以便把空燃比寫入到窗口27中。
參考標(biāo)號(hào)29表示可允許的范圍，這個(gè)范圍規(guī)定由自適應(yīng)空燃比控制所控制的變量限制，這將在后面有詳細(xì)的描述。按第一種具體實(shí)施方式
的自適應(yīng)空燃比控制圖4表示本發(fā)明第一種具體實(shí)施方式
的自適應(yīng)空燃比控制的方框圖。LAF傳感器16檢測(cè)提供給上游催化劑25的排氣的空燃比KACT。所述O2傳感器17輸出電壓Vo2/OUT，它表示經(jīng)上游催化劑25凈化之后，排氣中的氧濃度。
將O2傳感器17輸出電壓Vo2/OUT交給第一分樣濾波器36。第一分樣濾波器36過(guò)采樣O2傳感器17的輸出電壓Vo2/OUT，并對(duì)過(guò)采樣的值實(shí)行低通濾波過(guò)程，然后再下采樣經(jīng)濾波處理的值。第一分樣濾波器36的輸出被表示為采樣值Vo2_df。將采樣值Vo2_df與目標(biāo)值Vo2/TARGET比較。把采樣值Vo2_df與目標(biāo)值Vo2/TARGET之間的誤差值Vo2送到控制器31。
擬由所述自適應(yīng)空燃比控制所控制的目標(biāo)(也就是設(shè)備)是從LAF傳感器16通過(guò)上游催化劑25延伸到O2傳感器17的排氣系統(tǒng)19?？刂破?1根據(jù)所述誤差Vo2確定目標(biāo)空燃比誤差“kcmd”。把這個(gè)目標(biāo)空燃比誤差kcmd與基準(zhǔn)值FLAF/BASE相加，確定目標(biāo)空燃比KCMD。根據(jù)目標(biāo)空燃比KCMD修正燃料噴射量，并供給發(fā)動(dòng)機(jī)1。噴射燃料之后，再次檢測(cè)O2傳感器17的輸出Vo2/OUT。
于是，控制器31實(shí)行反饋控制，以確定目標(biāo)空燃比KCMD，以使誤差Vo2聚集為0。可如公式(1)所示那樣設(shè)計(jì)排氣系統(tǒng)19，也就是被控制的目標(biāo)，其中的Vo2/OUT被定義為控制輸出，而LAF傳感器的輸出KACT被定義為控制輸入。排氣系統(tǒng)19被設(shè)計(jì)成離散時(shí)間系統(tǒng)。這種設(shè)計(jì)可使空燃比控制運(yùn)算簡(jiǎn)單，并適于計(jì)算機(jī)處理。
Vo2′(k+1)＝a1·Vo2′(k)+a2·Vo2′(k-1)+b1·kact(k-d3)其中 Vo2′(k)＝Vo2/OUT(k)-Vo2/TARGETkact(k)＝KACT(k)-FLAF/BASE (1)“k”是用以表示控制周期的標(biāo)志符。傳感器輸出誤差Vo2′表示O2傳感器輸出Vo2/OUT與目標(biāo)值Vo2/TARGET之間的誤差。實(shí)際空燃比誤差“kact”表示LAF傳感器的輸出KACT與基準(zhǔn)值FLAF/BASE之間的誤差。所述基準(zhǔn)值FLAF/BASE被設(shè)定成是目標(biāo)空燃比KCMD的中心值。例如，把基準(zhǔn)值設(shè)定成表示理論配比的值(即FLAF/BASE＝1)。基準(zhǔn)值FLAF/BASE可以是一個(gè)恒定的值，或者可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)確立它。
“d3”表示排氣系統(tǒng)19的空載時(shí)間。空載時(shí)間d3是由LAF傳感器16測(cè)得的空燃比要反映在O2傳感器17的輸出中所需的時(shí)間?！癮1”、“a2”和“b1”是由標(biāo)志符產(chǎn)生的模式參數(shù)。后面將敘述所述標(biāo)志符。
公式(2)表示O2傳感器的輸出Vo2/OUT與第一分樣濾波器的輸出Vo2_df之間的關(guān)系Vo2/OUT(k)＝Vo2_df(k+d5) (2)“d5”表示第一分樣濾波器36的空載時(shí)間?？蛰d時(shí)間d5表示O2傳感器的輸出Vo2/OUT要被過(guò)采樣、用低通濾波器濾波然后再被下采樣所需的時(shí)間。空載時(shí)間d5比如是一個(gè)控制周期(即d5＝1)。
根據(jù)公式(1)和(2)確定包括排氣系統(tǒng)19和第一分樣濾波器36的系統(tǒng)，有如公式(3)所示者
Vo2(k+1)＝a1·Vo2(k)+a2·Vo2(k-1)+b1·kact(k-d3-d5)＝a1·Vo2(k)+a2·Vo2(k-1)+b1·kact(k-d1)其中 Vo2(k)＝Vo2_df(k)-Vo2/TARGETkact(k)＝KACT(k)-FLAF/BASEd1＝d3+d5 (3)于是，第一分樣濾波器36的結(jié)合增加了排氣系統(tǒng)的空載時(shí)間。
另一方面，可如公式(4)所表示的那樣設(shè)計(jì)空燃比操縱系統(tǒng)18，它從ECU5通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)1延伸到LAF傳感器16。
kact(k)＝kcmd(k-d2)其中 kact(k)＝KACT(k)-FLAF/BASEkcmd(k)＝KCMD(k)-FLAF/BASE (4)目標(biāo)空燃比誤差“kcmd”表示目標(biāo)空燃比KCMD與基準(zhǔn)值FLAF/BASE之間的誤差?！癲2”表示空燃比操縱系統(tǒng)18中的空載時(shí)間?？蛰d時(shí)間d2是所計(jì)算的目標(biāo)空燃比KCMD要反映在LAF傳感器16的輸出KACT中所需的時(shí)間。
可使空燃比操縱系統(tǒng)18被包含于要通過(guò)自適應(yīng)空燃比控制所控制的目標(biāo)中。在這種情況下，根據(jù)公式(3)和(4)表示模式公式，有如公式(5)所示那樣?？蛰d時(shí)間“d”是由空燃比操縱系統(tǒng)18、排氣系統(tǒng)19以及第一分樣濾波器36組成之系統(tǒng)中的總空載時(shí)間。第一分樣濾波器36的結(jié)合增加了排氣系統(tǒng)的空載時(shí)間。
Vo2(k+1)＝a1·Vo2(k)+a2·Vo2(k-1)+b1·kcmd(k-d1-d2)＝a1·Vo2(k)+a2·Vo2(k-1)+b1·kcmd(k-d)其中 d＝d1+d2＝d3+d5+d2(5)圖5表示圖4所示控制器31的更為詳細(xì)的方框圖。控制器31包括識(shí)別器(identifer)32、計(jì)算器(estimator)33、滑動(dòng)模式控制器34和限幅器35。
識(shí)別器32識(shí)別公式(3)中的模式參數(shù)a1、a2和b1，以消除模式誤差。以下將描述識(shí)別器32所執(zhí)行分識(shí)別方法。
識(shí)別器32使用模式參數(shù)1(K-1)、2(K-1)和1(K-1)，這些參數(shù)已按以前的控制周期計(jì)算過(guò)，為的是按照公式(6)確定傳感器輸出對(duì)當(dāng)前周期的誤差V2(K)。
V2(k)＝1(k-1)·Vo2(k-1)+2(k-1)·Vo2(K-2)+1(k-1)·kact(k-d1-1) (6)公式(7)表示按照公式(6)計(jì)算的傳感器輸出誤差V2(k)與在當(dāng)前控制周期下實(shí)際測(cè)得的傳感器輸出誤差Vo2(k)之間的誤差id/e(k)id/e(k)＝Vo2(k)-V2(k) (7)識(shí)別器32對(duì)當(dāng)前周期計(jì)算1(k)、2(k)和1(k)，以使誤差id/e(K)最小化。這里的矢量θ被定義為如公式(8)所示ΘT(k)＝[1(k)2(k)b1(k)] (8)識(shí)別器32按照公式(9)確定1(k)、2(k)和1(k)。如公式(9)所示，通過(guò)對(duì)按以前的控制周期計(jì)算的1(k)、2(k)和1(k)改變一個(gè)與誤差id/e(K)成正比的量，計(jì)算對(duì)當(dāng)前控制周期的1(k)、2(k)和1(k)。
Θ(k)＝Θ(K-1)+Kθ(K)·id/e(K)其中Kθ(k)=P(k-1)ξ(k)1+ξT(k)P(k-1)ξ(k)]]>ξT(k)＝[Vo2(k-1) Vo2(k-2) kact(k-d1-1)]P(k)=1λ1(k)[I-λ2(k)P(k-1)ξ(k)ξT(k)λ1(k)+λ2(k)ξT(k)P(k-1)ξ(k)]P(k-1)]]>0＜λ1≤10＜λ2≤2I單位矩陣(9)為了補(bǔ)償排氣系統(tǒng)19的空載時(shí)間“d1”和空燃比操縱系統(tǒng)的空載時(shí)間“d2”，計(jì)算器33根據(jù)公式(5)估算空載時(shí)間d(＝d1+d2)之后的傳感器輸出誤差Vo2。具體地說(shuō)，確定空載時(shí)間d之后對(duì)于傳感器輸出誤差Vo2(K+d)的計(jì)算值Vo2(k+d)，有如公式(10)所示者。利用識(shí)別器32所確定的模式參數(shù)計(jì)算系數(shù)α1、α2和β?？杖急日`差的過(guò)去時(shí)間序列數(shù)據(jù)kcmd(k-j)(其中j＝1，2，...d)包括在空載時(shí)間“d”期間所得的空燃比誤差。Vo2‾(k+d)=α1·Vo2(k)+α2·Vo2(k-1)+Σj=1dβj·kcmd(k-j)]]>其中 α1＝Ad的第1行第1列元素
α2＝Ad的第1行第2列元素βj＝Aj-1·B的第1行各元素A=a1a210]]>B=b10---(10)]]>利用公式(2)，可由實(shí)際空燃比誤差kact(k)、kact(k-1)、...kact(k-d+d2)代替空載時(shí)間d2之前目標(biāo)空燃比誤差“kcmd”的過(guò)去值kcmd(k-d2)、kcmd(k-d2-1)、...kcmd(k-d)。于是，得到公式(11)Vo2‾(k+d)=α1·Vo2(k)+α2·Vo2(k-1)]]>+Σj=1d2-1βj·kcmd(k-j)+Σi=0d-d2βi+d2·kact(k-i)]]>=α1·Vo2(k)+α2·Vo2(k-1)]]>+Σj=1d2-1βj·kcmd(k-j)+Σi=0d1βi+d2·kact(k-i)---(11)]]>滑動(dòng)模式控制器34設(shè)定轉(zhuǎn)換函數(shù)σ，如公式(12)所示，以便實(shí)行滑動(dòng)模式控制。
σ(k)＝s·Vo2(k-1)+Vo2(k) (12)如上所述，Vo2(k-1)代表前面周期測(cè)得的傳感器輸出誤差。Vo2(k)代表當(dāng)前周期測(cè)得的傳感器輸出誤差?！皊”是轉(zhuǎn)換函數(shù)σ的設(shè)定參數(shù)，并被設(shè)定成滿足-1＜s＜1。
在σ(k)＝0情況下的這個(gè)公式被稱為等效輸出系統(tǒng)，它確定傳感器輸出誤差Vo2的聚集特性，或者被稱為操作變量。假設(shè)σ(k)＝0，則公式(12)轉(zhuǎn)變?yōu)楣?13)Vo2(k)＝-s·Vo2(k-1) (13)以下參照?qǐng)D6和公式(13)描述轉(zhuǎn)換函數(shù)σ的特征。在圖6中，把公式(13)表示為以Vo2(k-1)為橫軸而以Vo2(k)為縱軸的相位平面上的線41。線41被稱為轉(zhuǎn)換直線。假設(shè)由點(diǎn)42表示作為Vo2(k-1)與Vo2(k)組合的狀態(tài)變量(Vo2(k-1)，Vo2(k))的初始值?；瑒?dòng)模式控制操縱把點(diǎn)42所表示的狀態(tài)變量置于直線41上，然后再將它約束在直線41上。按照這種滑動(dòng)模式控制，由于把狀態(tài)變量保持在轉(zhuǎn)換直線41上，所以可將狀態(tài)變量高度穩(wěn)定地聚集在相位平面的原點(diǎn)0，而不會(huì)受各種干擾等的影響。換句話說(shuō)，通過(guò)像公式(13)所示的那樣，關(guān)于這種沒(méi)有輸入的穩(wěn)定系統(tǒng)限制狀態(tài)變量(Vo2(k-1)，Vo2(k))，可使傳感器輸出誤差Vo2聚集成0，而堅(jiān)定地抵抗各種干擾和模擬的誤差。
轉(zhuǎn)換函數(shù)設(shè)定參數(shù)“s”是能夠被可變地選擇的參數(shù)。借助這個(gè)設(shè)定的參數(shù)“s”，能夠限定傳感器輸出誤差Vo2的衰減(聚集)特性。
圖7表示滑動(dòng)模式控制的指定靈敏度特性的一個(gè)實(shí)例。線43表示設(shè)定參數(shù)的值為“1”的情況。曲線44表示設(shè)定參數(shù)的值為“0.8”的情況。曲線45表示設(shè)定參數(shù)的值為“0.5”的情況。有如圖中所見(jiàn)者，傳感器輸出誤差Vo2的聚集率隨設(shè)定參數(shù)的值“s”而變化?？吹诫S著“s”的絕對(duì)值變得越小，聚集率變得越快。
確定三種控制的輸入，使轉(zhuǎn)換函數(shù)σ聚集到0。也就是，用以將狀態(tài)變量限制在轉(zhuǎn)換線上的控制輸入U(xiǎn)eq、用以將狀態(tài)變量置于轉(zhuǎn)換線上的控制輸入U(xiǎn)rch，以及用以將狀態(tài)變量置于轉(zhuǎn)換線上同時(shí)抑制模式誤差和控制的控制輸入U(xiǎn)adp。對(duì)三種控制輸入U(xiǎn)eq、Urch和Uadp求和，以確定所需誤差Usl。利用該所需誤差Usl計(jì)算空燃比誤差kcmd。
等效的控制輸入U(xiǎn)eq必須滿足公式(14)，因?yàn)樗菍顟B(tài)變量抑制在轉(zhuǎn)換線上的輸入σ(K+1)＝σ(K) (14)有如公式(15)所示者，由公式(4)、(5)和(12)確定滿足σ(k+1)＝σ(k)的等效控制輸出Ueq。Ueq(k)=-1b1[((a1-1)+s)·Vo2(k+d)+(a2-s)·Vo2(k+d-1)]---(15)]]>有效法定輸入(reaching law input)Urch的值與轉(zhuǎn)換函數(shù)σ的值有關(guān)。按照公式(16)確定所述有效法定輸入U(xiǎn)rch。在本實(shí)施例中，有效法定輸入U(xiǎn)rch的值與轉(zhuǎn)換函數(shù)σ的值成正比。Krch代表所述有效法定輸入的反饋增益，采用模擬預(yù)先確定它，按照所述模擬，比如考慮得到轉(zhuǎn)換函數(shù)的值聚集到0(σ＝0)的穩(wěn)定性和快速響應(yīng)。Urch(K)=-1b1·Krch·σ(K+d)---(16)]]>自適應(yīng)法定輸入(adaptive law input)Uadp的值與轉(zhuǎn)換函數(shù)σ的積分值有關(guān)。按照公式(17)確定所述自適應(yīng)法定輸入U(xiǎn)adp。在本實(shí)施例中，自適應(yīng)法定輸入U(xiǎn)adp與轉(zhuǎn)換函數(shù)σ的積分值成正比。Kadp代表所述自適應(yīng)法定輸入的反饋增益，采用模擬預(yù)先確定，按照所述模擬，比如考慮得到轉(zhuǎn)換函數(shù)的值聚集到0(σ＝0)的穩(wěn)定性和快速響應(yīng)。AT代表控制周期的時(shí)間。Uadp(k)=-1b1·Kadp·Σi=0k+d(σ(i)·ΔT)---(17)]]>由于傳感器輸出誤差Vo2(k+d)和Vo2(k+d-1)以及轉(zhuǎn)換函數(shù)的值σ(k+d)都包含空載時(shí)間“d”，所以不能直接得到這些值。因此，利用由計(jì)算器33所產(chǎn)生的估算誤差Vo2(k+d)和Vo2(k+d-1)確定所述等效控制輸出Ucq。Ucq(k)=-1b1[((a1-1)+s)·Vo2‾(k+d)+(a2-s)·Vo2‾(k+d-1)]---(18)]]>如公式(19)所示，利用由計(jì)算器33所產(chǎn)生的估算誤差確定轉(zhuǎn)換函數(shù)σ。σ‾=s·Vo2‾(k-1)+Vo2‾(k)---(19)]]>轉(zhuǎn)換函數(shù)σ被用于確定有效法定輸入U(xiǎn)rch和自適應(yīng)法定輸入U(xiǎn)adp。Urch(k)=-1b1·Krch·σ‾(k+d)---(20)]]>Uadp(k)=-1b1·Kadp·Σi=0k+d(σ‾(i)·ΔT)---(21)]]>有如公式(22)所示者，使等效控制輸入U(xiǎn)cq、有效法定輸入U(xiǎn)rch和自適應(yīng)法定輸入U(xiǎn)adp彼此相加，以確定所需誤差Usl。
Usl(k)＝Ucq(k)+Urch(k)+Uadp(k) (22)限幅器35對(duì)所需誤差Usl實(shí)行限幅處理，以確定空燃比誤差kcmd。具體地說(shuō)，如果所需誤差Usl在可允許的范圍內(nèi)，則限幅器35將空燃比誤差kcmd設(shè)定在所需誤差Usl的值。如果所需誤差Usl偏離可允許的范圍，則限幅器35將空燃比誤差kcmd設(shè)定在可允許范圍的上限值或下限值。
如圖3中的參考標(biāo)號(hào)29所示，所示限幅器35所用的可允許范圍被設(shè)定成它的中心幾乎就位于窗口27內(nèi)，而它的寬度比窗口27的寬度寬。實(shí)際是按照所需誤差Usl、發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)等設(shè)定所述可允許范圍的。即使在催化劑轉(zhuǎn)換器的凈化能力偏離窗口27所示的最佳狀態(tài)，所述可允許范圍也有足夠的寬度，使催化劑轉(zhuǎn)換器能夠快速地返回最佳狀態(tài)，同時(shí)抑制可能是由于空燃比變化所引起的燃燒條件變化。因此，可使催化劑轉(zhuǎn)換器的凈化率保持在較高的水平，以減少排氣中的有害物質(zhì)。
具體地說(shuō)，所述可允許范圍根據(jù)確定的所需誤差Usl以變化的方式受到修正。例如，根據(jù)所述所需誤差Usl的逸出量，所述可允許范圍被展寬。另一方面，當(dāng)所述所需誤差Usl在所述可允許范圍內(nèi)時(shí)，該可允許范圍就減小。于是，設(shè)定能與所述所需誤差Usl相適應(yīng)的可允許范圍，這設(shè)定了為使O2傳感器17的輸出轉(zhuǎn)換成目標(biāo)值所需的空燃比。
此外，將所述可允許范圍設(shè)定成隨著O2傳感器17輸出的不穩(wěn)定程度變得較高而更窄?？梢园凑瞻òl(fā)動(dòng)機(jī)起始，即怠速狀態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和取消切斷燃油來(lái)設(shè)定所述可允許的范圍。
將所確定的空燃比誤差kcmd與基準(zhǔn)值FLAF/BASE相加，確定目標(biāo)空燃比KCMD。把目標(biāo)空燃比KCMD給到排氣系統(tǒng)(即要控制的目標(biāo))，從而使得傳感器的輸出誤差Vo2轉(zhuǎn)換成0。
作為另一種選擇，在完成限幅處理之后，可由限幅器35按照滑動(dòng)模式控制器34確定的自適應(yīng)法定輸入U(xiǎn)adp修正所述空燃比的基準(zhǔn)值FLAF/BASE。具體地說(shuō)，將基準(zhǔn)值FLAF/BASE初始化成理論配比空燃比。如果所述自適應(yīng)法定輸入U(xiǎn)adp超過(guò)預(yù)先確定的上限值，就使所述基準(zhǔn)值FLAF/BASE增加預(yù)定的量。如果所述自適應(yīng)法定輸入U(xiǎn)adp低于預(yù)先確定的下限值，就使所述基準(zhǔn)值FLAF/BASE減少預(yù)定的量。如果所述自適應(yīng)法定輸入U(xiǎn)adp在所述上限值與下限值之間，則不修正所述基準(zhǔn)值FLAF/BASE。如此被修正的基準(zhǔn)值FLAF/BASE被用于下一個(gè)控制周期。于是，所述基準(zhǔn)值FLAF/BASE被調(diào)節(jié)成是目標(biāo)空燃比KCMD的中心值。
通過(guò)結(jié)合限幅處理實(shí)行上述基準(zhǔn)值FLAF/BASE的修正處理，使所需誤差Usl的可允許范圍被平衡于正負(fù)值之間。最好在確定所述/O2傳感器17輸出Vo2/OUT基本上轉(zhuǎn)換成目標(biāo)值Vo2/TRAGET，并且所述滑動(dòng)模式控制處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，實(shí)行對(duì)所述基準(zhǔn)值FLAF/BASE的修正處理。第一分樣濾波器圖8是第一分樣濾波器36的方框圖。第一過(guò)采樣器51按比控制周期“k”短的周期“n”過(guò)采樣O2傳感器的輸出Vo2/OUT，其中所述控制周期“k”被用于計(jì)算用來(lái)控制空燃比的操作變量Usl(即“k”是上述各公式中的控制周期)。所述過(guò)采樣過(guò)程的周期“n”比如是控制周期“k”的1/5。將過(guò)采樣值Vo2_ov提供給第一低通濾波器52。
第一低通濾波器52按照公式(23)關(guān)于過(guò)采樣值Vo2_ov實(shí)行濾波處理，輸出Vo2_ovf。公式(23)中的a1ovf、a2ovf、a3ovf、b0ovf、b1ovf、b2ovf和b3ovf是采樣模擬等預(yù)先確定的濾波系數(shù)。
Vo2_ovf(n)＝a1ovf·Vo2_ovf(n-1)+a2ovf·Vo2_ovf(n-2)+a3ovf·Vo2_ovf(n-3)+b0ovf·Vo2_ovf(n)+b1ovf·Vo2_ovf(n-1)+b2ovf·Vo2_ovf(n-2)+b3ovf·Vo2_ovf(n-3) (23)第一下采樣器53以控制周期“k”再采樣濾波值Vo2_ovf，輸出采樣值Vo2_df。
已經(jīng)提出一種根據(jù)在一定的頻率區(qū)間內(nèi)O2傳感器的輸出檢測(cè)催化劑劣化的方法。最好將第一低通濾波器設(shè)計(jì)成不會(huì)使這種催化劑劣化的檢測(cè)無(wú)效。
參照?qǐng)D8和10，將描述用以檢測(cè)催化劑劣化所需的頻率區(qū)間。圖9表示O2傳感器的輸出Vo2/OUT的功率譜，其中(a)是催化劑為新的情況，(b)是催化劑的凈化率充分的情況，(c)是催化劑的凈化率不足的情況。有如圖9(a)到9(c)所看到的那樣，傳感器輸出Vo2/OUT的功率譜的值在3到7Hz的頻率區(qū)間內(nèi)變化，這由參考標(biāo)號(hào)61表示。
圖10(a)到10(c)分別表示用帶通濾波器對(duì)圖9(a)到9(c)所示傳感器的輸出Vo2/OUT濾波的結(jié)果。由濾波器使傳感器輸出Vo2/OUT的功率譜在3到7Hz的頻率區(qū)間內(nèi)得到加強(qiáng)。如參考標(biāo)號(hào)62所示，隨著催化劑變差，傳感器輸出Vo2/OUT的功率譜在3到7Hz的頻率區(qū)間內(nèi)被增大。于是，通過(guò)評(píng)估在3到7Hz的頻率區(qū)間內(nèi)傳感器的輸出Vo2/OUT，可以確定是否處于使催化劑變差的狀態(tài)。為了檢測(cè)催化劑的變差，最好不將第一低通濾波器52設(shè)計(jì)成穿過(guò)3到7Hz的頻率區(qū)間。
圖11表示第一低通濾波器52的濾波特性。用于檢測(cè)催化劑劣化所需的頻率組分存在于低于參考標(biāo)號(hào)64所表示的線的頻率區(qū)間。截止頻率被設(shè)定于明顯高于為檢測(cè)催化劑劣化所需頻率的頻率下。于是，第一低通濾波器52不會(huì)降低檢測(cè)催化劑理解的精度。使用第一分樣濾波器的效果圖12(a)表示按照本發(fā)明第一種具體實(shí)施方式
，按控制周期“k”采樣的O2傳感器輸出65的一個(gè)示例。本示例中，使用靈敏度得到提高的O2傳感器。圖12(a)還表示具有圖11所示濾波特性之第一分樣濾波器的輸出Vo2_df 66。如區(qū)域67所示，在O2傳感器輸出65中出現(xiàn)因化學(xué)噪聲所致的較大變化。這種因化學(xué)噪聲所致的較大變化從第一分樣濾波器的輸出Vo2_df中被消除。
圖12(b)所示O2傳感器的輸出65與圖12(a)所示的相同。曲線68表示通過(guò)采用具有圖13所示濾波特性之低通濾波器濾波O2傳感器的輸出所得的Vo2_f。如圖13所示，該低通濾波器的截止頻率比用于檢測(cè)催化劑變差所需的頻率高。因此，不會(huì)使檢測(cè)催化劑變差的精度降低。應(yīng)予說(shuō)明的是，所述低通濾波器被應(yīng)用于O2傳感器的輸出，該輸出不會(huì)被過(guò)采樣。
如區(qū)域69所示，與因化學(xué)噪聲所引起的O2傳感器輸出65方面的較大變化一致，在被濾波的值Vo2_f中也出現(xiàn)較大的變化(雖然圖中可能難于看出，但與O2傳感器輸出65方面的較大變化一致地，被濾波的值Vo2_f中產(chǎn)生凸形的變化)。于是，在圖12(b)的示例中，不能使O2傳感器輸出中所包含的化學(xué)噪聲被消除。
圖12(c)所示O2傳感器的輸出65與圖12(a)所示的相同。曲線70表示通過(guò)采用具有圖14所示濾波特性之低通濾波器濾波O2傳感器的輸出所得的Vo2_f。如圖14所示，該低通濾波器的截止頻率比用于檢測(cè)催化劑變差所需的頻率低。因此，這種低通濾波器能夠降低檢測(cè)催化劑劣化的精度。這種低通濾波器被應(yīng)用于O2傳感器的輸出，該輸出不會(huì)被過(guò)采樣。
如區(qū)域71所示，雖然在O2傳感器輸出65方面存在因化學(xué)噪聲所致的較大變化，但在被濾波的值Vo2_f′中有很小的變化。被濾波的值Vo2_f′相對(duì)于所述O2傳感器輸出有較大的相位延遲，有如在區(qū)域71中所能清楚地看到的那樣。在圖12(c)的示例中，不僅檢測(cè)催化劑劣化的精度變差，而且還使提高O2傳感器靈敏度的效果也無(wú)效。
于是，第一分樣濾波器能夠消除傳感器輸出Vo2/OUT中出現(xiàn)的化學(xué)噪聲，而不引起相位延遲。
圖15表示按常規(guī)空燃比控制，排氣傳感器輸出Vo2/OUT和目標(biāo)空燃比誤差“kcmd”的一個(gè)示例。本示例中使用靈敏度被增大的O2傳感器。如參考標(biāo)號(hào)75所示，在所述傳感器輸出中出現(xiàn)高頻化學(xué)噪聲，這是由O2傳感器靈敏度的提高所引起的。如參考標(biāo)號(hào)76所示，這種化學(xué)噪聲引起目標(biāo)空燃比誤差kcmd的較大變化。目標(biāo)空燃比誤差kcmd的較大變化可能降低催化劑的凈化率，因?yàn)榱魅氪呋瘎┲艢獾膶?shí)際空燃比隨目標(biāo)空燃比誤差kcmd變化。
按照本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，圖16中的參考標(biāo)號(hào)81表示排氣傳感器的輸出Vo2/OUT，參考標(biāo)號(hào)82表示第一分樣濾波器的輸出Vo2_df，以及參考標(biāo)號(hào)83表示空燃比誤差kcmd。本示例中使用靈敏度被增大的O2傳感器。在所述傳感器輸出Vo2/OUT中出現(xiàn)高頻化學(xué)噪聲。像第一分樣濾波器輸出Vo2_df中所表示的那樣，這種化學(xué)噪聲被消除。利用第一分樣濾波器的輸出Vo2_df，能夠使目標(biāo)空燃比誤差kcmd穩(wěn)定。按第二具體實(shí)施方式
的自適應(yīng)空燃比控制圖17表示本發(fā)明第二種具體實(shí)施方式
的自適應(yīng)空燃比控制的方框圖。第二種具體實(shí)施方式
與第一種具體實(shí)施方式
不同，去掉第一種方式中的第一分樣濾波器36，而按第二種方式設(shè)置第二分樣濾波器37。
將O2傳感器17的輸出Vo2/OUT與目標(biāo)值Vo2/TARGET比較。把傳感器輸出Vo2/OUT與目標(biāo)值Vo2/TARGET之間的差提供給控制器31。
LAF傳感器16的輸出KACT交給第二分樣濾波器37。第二分樣濾波器37過(guò)采樣實(shí)際空燃比KACT，通過(guò)低通濾波過(guò)程對(duì)過(guò)采樣的值濾波，然后再下采樣經(jīng)濾波處理的值，以輸出采樣值KACT_df。將采樣值KACT_df與目標(biāo)值FLAF/BASE比較。把采樣值KACT_df與目標(biāo)值FLAF/BASE之間的誤差值“kact”送到控制器31。
可如公式(24)所示那樣成為作為擬被控制目標(biāo)的排氣系統(tǒng)19的模型，其中把Vo2/OUT定義為控制輸出，把LAF傳感器的輸出KACT定義為控制輸入。
Vo2(k+1)＝a1·Vo2(k)+a2·Vo2(k-1)+b1·kact′(k-d3)其中 Vo2(k)＝Vo2/OUT(k)-Vo2/TARGETkact′(k)＝KACT(k)-FLAF/BASE (24)傳感器輸出誤差Vo2代表O2傳感器輸出Vo2/OUT與目標(biāo)值Vo2/TARGET之間的誤差。實(shí)際空燃比誤差kact′代表LAF傳感器輸出KACT與基準(zhǔn)值FLAF/BASE之間的誤差。
“d3”代表排氣系統(tǒng)19中的空載時(shí)間，a1、a2和b1是上述識(shí)別器產(chǎn)生的模式參數(shù)。
LAF傳感器輸出KACT與第二分樣濾波器輸出KACT_df之間的關(guān)系被表示為有如公式(25)所示那樣。
KACT(k)＝KACT_df(k+d6) (25)“d6”代表第二分樣濾波器37中的空載時(shí)間。這個(gè)空載時(shí)間d6表示擬被過(guò)采樣，再通過(guò)低通濾波過(guò)程，然后再被下采樣的LAF傳感器輸出KACT所需的時(shí)間。例如，所述空載時(shí)間d6是一個(gè)控制周期(即d6＝1)。
由公式(24)和(25)可以得到包含排氣系統(tǒng)19和第二分樣濾波器37的系統(tǒng)，如公式(26)所示Vo2(k+1)＝a1·Vo2(k)+a2·Vo2(k-1)+b1·kact(k-d3+d6)＝a1·Vo2(k)+a2·Vo2(k-1)+b1·kact(k-d1)其中 Vo2(k)＝Vo2/OUT(k)-Vo2/TARGETkact(k)＝KACT_df(k)-FLAF/BASEd1＝d3-d6 (26)因此，第二分樣濾波器37的加入減少了排氣系統(tǒng)的空載時(shí)間。
另一方面，可以如公式(27)所示那樣，設(shè)定從ECU5通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)1延伸到LAF傳感器16的空燃比操縱系統(tǒng)18。
kact′(k)＝kcmd(k-d4)其中 kact′(k)＝KACT(k)-FLAF/BASEkcmd(k)＝KCMD(k)-FLAF/BASE (27)
目標(biāo)空燃比誤差“kcmd”代表目標(biāo)空燃比KCMD與基準(zhǔn)值FLAF/BASE之間的誤差?！癲4”代表空燃比操縱系統(tǒng)18中的空載時(shí)間。
由公式(25)和(27)可以得到包含空燃比操縱系統(tǒng)18和第二分樣濾波器37的系統(tǒng)，如公式(28)所示kact(k)＝kcmd(k-d4-d6)＝kcmd(k-d2)其中 kact(k)＝KACT_df(k)-FLAF/BASEkcmd＝KCMD-FLAF/BASEd2＝d4+d6(28)因此，第二分樣濾波器37的加入增大了空燃比操縱系統(tǒng)的空載時(shí)間。
可使空燃比操縱系統(tǒng)18被包括在擬通過(guò)自適應(yīng)空燃比控制的目標(biāo)中。在這種情況下，有如公式(29)所示那樣，根據(jù)公式(26)和(28)表示受到控制的目標(biāo)所用的模式公式。空載時(shí)間“d”是包含空燃比操縱系統(tǒng)18、排氣系統(tǒng)19和第二分樣濾波器37的系統(tǒng)中的總控制時(shí)間。
Vo2(k+1)＝a1·Vo2(k)+a2·Vo2(k-1)+b1·kcmd(k-d1-d2)＝a1·Vo2(k)+a2·Vo2(k-1)+b1·kcmd(k-d)其中 d1＝d1+d2＝d3-d6+d4+d6＝d3+d4(29)因此，包含空燃比操縱系統(tǒng)18、排氣系統(tǒng)19和第二分樣濾波器37的系統(tǒng)中的空載時(shí)間等于排氣系統(tǒng)19的空載時(shí)間d3與空燃比操縱系統(tǒng)18的空載時(shí)間d4之和。第二分樣濾波器的空載時(shí)間d6對(duì)所述系統(tǒng)沒(méi)有影響。
第二具體實(shí)施方式
中控制器31的結(jié)構(gòu)與第一具體實(shí)施方式
中的相同。上述有關(guān)所述控制器31的識(shí)別器32、計(jì)算器33以及滑動(dòng)模式控制器34的空載時(shí)間d1、d2和d分別是(d3-d6)、(d4+d6)和(d3+d4)。第二分樣濾波器圖18是第二分樣濾波器37的方框圖。第二過(guò)采樣器55按比控制周期k短的周期“n”過(guò)采樣LAF傳感器的輸出KACT，所述控制周期k用于計(jì)算空燃比控制的操作變量Usl(也即“k”是上述各式中所用的控制周期)。過(guò)采樣過(guò)程所用的周期“n”比如是控制周期“k”的1/5。將過(guò)采樣的值KACT_ov提供給第二低通濾波器56。
第二低通濾波器56按照公式(30)濾波過(guò)采樣值KACT_ov，以輸出KACT_ovf。公式(30)中的a1ovf′、a2ovf′、a3ovf′、b0ovf′、b1ovf′、b2ovf′和b3ovf′是通過(guò)模擬等確定的濾波系數(shù)。第二低通濾波器56的濾波特性如圖19所示。
KACT_ovf(n)＝a1ovf′·KACT_ovf(n-1)+a2ovf′·KACT_ovf(n-2)+a3ovf′·KACT_ovf(n-3)+b0ovf′·KACT_ovf(n)+b1ovf′·KACT_ovf(n-1)+ba2ovf′·KACT_ovf(n-2)+b3ovf′·KACT_ovf(n-3) (30)第二下采樣器57以控制周期“k”再采樣濾波的值KACT_ovf，輸出采樣值KACT_df。使用第二分樣濾波器的效果圖20中的參考標(biāo)號(hào)91表示由LAF傳感器測(cè)得的實(shí)際空燃比kact，而參考標(biāo)號(hào)92表示根據(jù)按常規(guī)空燃比控制的誤差kact計(jì)算的目標(biāo)空燃比誤差kcmd。本例中使用其檢測(cè)區(qū)間被擴(kuò)展的LAF傳感器。參考標(biāo)號(hào)93表示由識(shí)別器32計(jì)算的模式參數(shù)b1。如上所述，模式參數(shù)b1的作用在于，確定作為被模式化的控制系統(tǒng)之輸入的空燃比誤差katc與作為被模式化的控制系統(tǒng)之輸出的傳感器輸出誤差Vo2之間的相互關(guān)系。
比如，有如從區(qū)域94可以看到的，即使所述實(shí)際空燃比誤差kact在-P2到+P2之間的區(qū)間內(nèi)連續(xù)變化，由于LAF傳感器分辨率低，實(shí)際空燃比誤差kact取-P2、-P1、0、+P1和+P2中的一個(gè)值。比如，不能測(cè)得實(shí)際空燃比誤差的0和+P1之間的中間值。實(shí)際空燃比誤差kact通常被測(cè)得連續(xù)為0，如區(qū)域94中所示的平直部分所表示的那樣。
如果連續(xù)測(cè)得這樣的平直部分，所述識(shí)別器確定所述空燃比誤差kact與傳感器輸出誤差Vo2之間無(wú)相互關(guān)系。如果確定無(wú)相互關(guān)系，則識(shí)別器減小模式參數(shù)b1，如參考標(biāo)號(hào)93所示那樣。于是，使模式參數(shù)b1的識(shí)別精度降低。當(dāng)模式參數(shù)b1的變得很小時(shí)，所述滑動(dòng)模式控制達(dá)到過(guò)度修正狀態(tài)。這種狀態(tài)加大了目標(biāo)空燃比誤差kcmd的變化，如曲線92的區(qū)間95所指示的那樣，從而使催化劑的凈化率降低。
圖21中的參考標(biāo)號(hào)97表示按本發(fā)明第二具體實(shí)施方式
由LAF傳感器測(cè)得的實(shí)際空燃比誤差kact，而參考標(biāo)號(hào)98表示第二分樣濾波器37的輸出KACT_df。使用其檢測(cè)區(qū)間擴(kuò)展的LAF傳感器。可以看到，通過(guò)應(yīng)用第二分樣濾波器，把不能被LAF傳感器測(cè)得的值(也即LAF傳感器分辨率界限以下的值)估算成實(shí)際空燃比誤差KACT。KACT_df中不存在連續(xù)的平直部分。因而，識(shí)別器確定存在實(shí)際空燃比誤差kact與傳感器輸出誤差Vo2之間的相互關(guān)系。識(shí)別參數(shù)b1的值變得穩(wěn)定，如曲線99所示。
因此，第二分樣濾波器補(bǔ)償了LAF傳感器分辨率的不足。第二分樣濾波器37中過(guò)采樣過(guò)程所用的周期“n”可與第一分樣濾波器36中過(guò)采樣過(guò)程所用的周期相同。另外，第二分樣濾波器37中所用的周期“n”也可與第一分樣濾波器36中所用的周期不同。按第三具體實(shí)施方式
的自適應(yīng)空燃比控制圖22表示按本發(fā)明第三具體實(shí)施方式
的自適應(yīng)空燃比控制的方框圖。按照這種第三具體實(shí)施方式
，既設(shè)有第一分樣濾波器36又有第二分樣濾波器37。
把O2傳感器輸出Vo2/OUT交給第一分樣濾波器36。將第一分樣濾波器36的輸出Vo2_df與目標(biāo)值Vo2/TARGET相比較。把采樣值Vo2_df與目標(biāo)值Vo2/TARGET之間的誤差Vo2提供給控制器31。
把LAF傳感器16輸出KACT傳送給第二分樣濾波器37。將第二分樣濾波器37的輸出KACT_df與目標(biāo)值FLAF/BASE相比較。把采樣值KACT_df與目標(biāo)值FLAF/BASE之間的誤差kact提供給控制器31。
可如公式(31)所示那樣模制作為所要被控制對(duì)象的排氣系統(tǒng)19，其中將Vo2/OUT定義為控制輸出，而將LAF傳感器輸出KACT定義為控制輸入。
Vo2′(k+1)＝a1·Vo2′(k)+a2·Vo2′(k-1)+b1·kact′(k-d3)其中 Vo2′(k)＝Vo2/OUT(k)-Vo2/TARGETkact′(k)＝KACT(k)-FLAF/BASE(31)
傳感器輸出誤差Vo2′代表O2傳感器輸出Vo2/OUT與目標(biāo)值FLAF/TARGET之間的誤差。實(shí)際空燃比誤差kact′代表LAF傳感器輸出KACT與基準(zhǔn)值FLAF/BASE之間的誤差。
“d3”表示排氣系統(tǒng)19的空載時(shí)間，a1、a2和b1是上述識(shí)別器產(chǎn)生的模式參數(shù)。
由上述公式(2)表示所述O2傳感器輸出Vo2/OUT與第一分樣濾波器的輸出Vo2_df之間的關(guān)系。由上述公式(25)表示LAF傳感器的輸出KACT與第二分樣濾波器的輸出KACT_df之間的關(guān)系。
有如公式(32)所示那樣，根據(jù)公式(2)、(25)和(31)，可以得到包含排氣系統(tǒng)19和第一、第二分樣濾波器36、37的系統(tǒng)。
Vo2(k+1)＝a1·Vo2(k)+a2·Vo2(k-1)+b1·kact(k-d3-d5+d6)＝a1·Vo2(k)+a2·Vo2(k-1)+b1·kact(k-d1)其中 Vo2(k)＝Vo2_df(k)-Vo2/TARGETkact(k)＝KACT_df(k)-FLAF/BASEd1＝d3+d5-d6 (32)如果第二分樣濾波器37的空載時(shí)間d6等于第一分樣濾波器36的空載時(shí)間d5，則排氣系統(tǒng)的空載時(shí)間為d3，所述排氣系統(tǒng)設(shè)有所述第一和第二分樣濾波器36和37。也就是說(shuō)，第一和第二分樣濾波器36和37的并入未對(duì)排氣系統(tǒng)造成影響。
另一方面，有如上述公式(27)所示那樣模制從ECU5通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)1擴(kuò)展到LAF傳感器16的空燃比操縱系統(tǒng)18。由如上述公式(28)表示包含空燃比操縱系統(tǒng)18、第一和第二分樣濾波器36和37的系統(tǒng)。第一分樣濾波器的空載時(shí)間未對(duì)空燃比操縱系統(tǒng)18造成影響。
可將空燃比操縱系統(tǒng)18包括在要通過(guò)自適應(yīng)空燃比控制的控制目標(biāo)內(nèi)。在這種情況下，有如公式(33)所示那樣，根據(jù)公式(32)和(28)表示要被控制之目標(biāo)的模式公式，空載時(shí)間d是包含空燃比操縱系統(tǒng)18、排氣系統(tǒng)19和第一及第二分樣濾波器36、37之系統(tǒng)的總空載時(shí)間。
Vo2(k+1)＝a1·Vo2(k)+a2·Vo2(k-1)+b1·kcmb(k-d1-d2)＝a1·Vo2(k)+a2·Vo2(k-1)+b1·kact(k-d)其中 d＝d1+d2＝d3+d5-d6+d4+d6＝d3+d4+d5 (33)
因此，包含空燃比操縱系統(tǒng)18、排氣系統(tǒng)19和第一及第二分樣濾波器36、37之系統(tǒng)的空載時(shí)間等于排氣系統(tǒng)19的空載時(shí)間d3、空燃比操縱系統(tǒng)18的空載時(shí)間d4和第一分樣濾波器36空載時(shí)間d5之和。第二分樣濾波器的空載時(shí)間d6不對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。
第三具體實(shí)施方式
的控制器31的結(jié)構(gòu)與第一具體實(shí)施方式
的相同。上述各式中所示有關(guān)控制器31的識(shí)別器32、計(jì)算器33和滑動(dòng)模式控制器34的空載時(shí)間d1、d2和d分別是(d3+d5-d6)、(d4+d6)和(d3+d4+d5)。
按照第三具體實(shí)施方式
，使O2傳感器輸出的化學(xué)噪聲得以被消除?？墒筁AF傳感器分辨率的不足得到補(bǔ)償。控制器的其它實(shí)施方式上述各具體實(shí)施方式
中，控制器31(圖4、17和22)可以代替滑動(dòng)模式控制實(shí)行其它的響應(yīng)的規(guī)定控制。
圖23表示控制器的另一種具體實(shí)施方式
。與圖4不同的是，控制器31包括DSM控制器38，用以實(shí)行代替滑動(dòng)模式控制的ΔΣ(得爾他-希格瑪)調(diào)制算法。
圖24表示DSM控制器38的方框圖。由于是按照慣例使用ΔΣ調(diào)制算法，所以省去詳細(xì)敘述。放大器101以增益“-G”放大傳感器輸出誤差Vo2，由計(jì)算機(jī)33估算，以輸出一個(gè)參考信號(hào)“r”。減法器102計(jì)算參考信號(hào)r與前面周期所算出的ΔΣ調(diào)制信號(hào)u″(k-1)之間的差，輸出差分信號(hào)δ(k)。
積分器103把當(dāng)前周期算出的差分信號(hào)δ(k)加到前面周期所算出的積分信號(hào)σ′(k-1)上，輸出當(dāng)前周期的積分信號(hào)σ′(k)。符號(hào)函數(shù)104確定積分信號(hào)σ′(k)的+/-，輸出信號(hào)u″(k)。放大器105以增益“F”放大信號(hào)u″(k)，輸出ΔΣ調(diào)制信號(hào)u(k)。所述ΔΣ調(diào)制信號(hào)u(k)是代表整個(gè)空燃比誤差kcmd的信號(hào)。通過(guò)把基準(zhǔn)值FLAF/BASE加到ΔΣ調(diào)制信號(hào)u(k)上，計(jì)算整個(gè)空燃比誤差KCMD。
作為選擇的方式，可以將DSM控制器38構(gòu)造成執(zhí)行Δ(得爾他)調(diào)制算法，這時(shí)不包含所述積分器。還可以將DSM控制器38構(gòu)造成執(zhí)行∑Δ(希格瑪-得爾他)調(diào)制算法，其中所述積分器接有減法器。
按照再一種具體實(shí)施方式
，控制器31既包含滑動(dòng)模式控制器34，又包含DSM控制器38。按照發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，這種控制器31在滑動(dòng)模式控制(或其它指定靈敏控制)與ΔΣ調(diào)制控制(或ΣΔ調(diào)制控制、Δ調(diào)制控制)之間切換。例如，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載低時(shí)，由ΔΣ調(diào)制控制器控制空燃比，而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載高時(shí)，由滑動(dòng)模式控制器控制空燃比?？刂屏鞒虉D25表示按照上述本發(fā)明第三具體實(shí)施方式
自適應(yīng)空燃比控制的流程圖。第一分樣濾波器中過(guò)采樣過(guò)程的周期“n”與第二分樣濾波器中過(guò)采樣過(guò)程的周期相同。按周期“n”實(shí)行這種過(guò)程。
在步驟S111，對(duì)O2傳感器輸出Vo2/OUT采樣，然后再由低通濾波器濾波，以確定Vo2_ovf。在步驟112，對(duì)LAF傳感器輸出KACT采樣，然后再由低通濾波器濾波，以確定KACT_ovf。如上所述，由于周期“n”比計(jì)算為空燃比控制的操作變量Usl所用的周期“k”短，所以對(duì)O2傳感器輸出Vo2/OUT和LAF傳感器輸出KACT都采樣。可以并行地實(shí)行步驟S111和S112。
在步驟S113，確定計(jì)數(shù)器CPRISM是否為0。計(jì)數(shù)器CPRISM的初始值是“k/n-1”。比如，當(dāng)“n”是10毫秒，而“k”是50毫秒時(shí)，計(jì)數(shù)器CPRISM的初始值是“4”。當(dāng)計(jì)數(shù)器CPRISM的值不是0時(shí)，在步驟S114中，只使計(jì)數(shù)器減少1，同時(shí)退出程序。如果在重新進(jìn)入程序時(shí)計(jì)數(shù)器CPRISM的值是0，則過(guò)程繼續(xù)進(jìn)到步驟S115，這時(shí)重置所述計(jì)數(shù)器。于是，按周期“n”實(shí)現(xiàn)步驟S111和S112，而按周期“k”實(shí)現(xiàn)步驟S115和S122。
在步驟S116，確定允許標(biāo)志(permission flag)是否為1。所述標(biāo)志是在允許進(jìn)行空燃比控制時(shí)要被設(shè)定為1的標(biāo)志。譬如，在發(fā)動(dòng)機(jī)中正在實(shí)行稀空燃比操作，或者正在實(shí)行延遲點(diǎn)火正時(shí)操作時(shí)，就不允許進(jìn)行空燃比控制。當(dāng)所述標(biāo)志為0時(shí)，在步驟S123將目標(biāo)空燃比誤差kcmd設(shè)定成預(yù)定值，然后過(guò)程繼續(xù)進(jìn)到步驟S124。
當(dāng)所述允許標(biāo)志為1時(shí)，按周期“k”采樣在步驟S111被濾波的Vo2_ovf，以確定Vo2_df。按周期“k”采樣在步驟S112被濾波的KACT_ovf，以確定KACT_df。
在步驟S118，有如上述那樣，由所述識(shí)別器實(shí)行計(jì)算過(guò)程，以確定模式參數(shù)a1、a2和b1。在步驟S119，有如上述那樣，由所述計(jì)算機(jī)實(shí)行計(jì)算過(guò)程，以確定估算值Vo2。在步驟S120，有如上述那樣，計(jì)算操作變量Usl。
在步驟S121，確定滑動(dòng)模式控制的穩(wěn)定性。譬如，當(dāng)穩(wěn)定性確定基準(zhǔn)參數(shù)Pstb(＝σ(k+d)·Δσ)小于等于0時(shí)，確定滑動(dòng)模式控制是穩(wěn)定的。Pstb等價(jià)于有關(guān)轉(zhuǎn)換函數(shù)σ的萊阿波諾夫(Lyapunove)函數(shù)σ2/2的時(shí)間微分。函數(shù)值Pstb小于等于0的狀態(tài)表示轉(zhuǎn)換函數(shù)σ的值匯集為0或者正在匯集成0的狀態(tài)。函數(shù)值Pstb大于0的狀態(tài)表示轉(zhuǎn)換函數(shù)σ的值偏離0的狀態(tài)。
在步驟S122，由限幅器實(shí)行限幅處理，以確定目標(biāo)空燃比誤差kcmd。在步驟S124，把基準(zhǔn)值FLAF/BASE與目標(biāo)空燃比誤差kcmd相加，以確定目標(biāo)空燃比KCMD。如果有如上述那樣設(shè)定基準(zhǔn)值FLAF/BASE，則可在步驟S124之后，實(shí)行設(shè)定基準(zhǔn)值的步驟。
可將本發(fā)明用于要在船用推進(jìn)機(jī)器，如外裝馬達(dá)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中沿垂直方向安裝曲軸。
權(quán)利要求
1.一種用于控制內(nèi)燃機(jī)空燃比的控制器，它包括第一排氣傳感器，用以檢測(cè)排氣中的氧濃度；與第一排氣傳感器相連的第一分樣濾波器；以及與第一分樣濾波器相連的控制單元，所述控制單元被配置用以確定控制空燃比的操作變量，使第一分樣濾波器的輸出值轉(zhuǎn)換成目標(biāo)值；其中，所述第一分樣濾波器還包括第一過(guò)采樣器，它以比確定操作變量所用周期更短的周期過(guò)采樣第一排氣傳感器的輸出；第一低通濾波器，用以使過(guò)采樣的值平滑和第一下采樣器；第一下采樣器，按確定操作變量所用的周期再采樣已被平滑的值，以輸出所述被再采樣的值。
2.如權(quán)利要求1所述的控制器，其中，所述控制單元還被配置成用來(lái)執(zhí)行指定靈敏控制，以確定所述操作變量。
3.如權(quán)利要求1所述的控制器，其中，所述控制單元還被配置成用來(lái)實(shí)行采用得爾他-希格瑪(Δ∑)調(diào)制算法、得爾他(Δ)調(diào)制算法和希格瑪-得爾他(∑Δ)調(diào)制算法之一的控制，以確定所述操作變量。
4.如權(quán)利要求1所述的控制器，其中，要通過(guò)空燃比控制而被控制的目標(biāo)是排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)包括催化劑轉(zhuǎn)換器和第一排氣傳感器，所述第一排氣傳感器安置在所述催化劑轉(zhuǎn)換器的下游側(cè)；其中，所述控制單元還被配置成用來(lái)根據(jù)第一分樣濾波器的輸出值確定排氣系統(tǒng)中的空載時(shí)間；計(jì)算第一排氣傳感器輸出的估算值，使所述空載時(shí)間得到補(bǔ)償；根據(jù)所述估算值確定用以控制空燃比的所述操作變量。
5.如權(quán)利要求4所述的控制器，其中，以通過(guò)空燃比控制而被控制的目標(biāo)還包括空燃比操縱系統(tǒng)，所述空燃比操縱系統(tǒng)從所述控制單元通過(guò)內(nèi)燃機(jī)延伸到第二排氣傳感器；所述第二排氣傳感器安置在所述催化劑轉(zhuǎn)換器的上游側(cè)；其中，所述控制單元還被配置成用來(lái)確定空燃比操縱系統(tǒng)中的空載時(shí)間；計(jì)算第一排氣傳感器輸出的估算值，使所述排氣系統(tǒng)的空載時(shí)間和空燃比操縱系統(tǒng)中的空載時(shí)間得到補(bǔ)償。
6.如權(quán)利要求4所述的控制器，其中，所述控制單元還被配置成用來(lái)根據(jù)第一分樣濾波器的輸出值確定參數(shù)；用所述參數(shù)確定所述操作變量；其中所述參數(shù)用于使空燃比的操縱與排氣系統(tǒng)的狀態(tài)變化相適應(yīng)。
7.如權(quán)利要求1所述的控制器，其中，所述第一低通濾波器的截止頻率被設(shè)定成比檢測(cè)催化劑轉(zhuǎn)換器的變劣所用頻率更高的頻率。
8.一種用于控制內(nèi)燃機(jī)空燃比的控制器，它包括設(shè)于催化劑轉(zhuǎn)換器下游側(cè)的第一排氣傳感器，第一排氣傳感器檢測(cè)排氣中的氧濃度；設(shè)于催化劑轉(zhuǎn)換器上游側(cè)的第二排氣傳感器，第二排氣傳感器檢測(cè)排氣中的空燃比；與第二排氣傳感器相連的第二分樣濾波器，以及與第二分樣濾波器相連的控制單元，所述控制單元根據(jù)第二分樣濾波器的輸出值確定控制空燃比的操作變量，使第一排氣傳感器的輸出值轉(zhuǎn)換成目標(biāo)值；其中，第二分樣濾波器還包括第二過(guò)采樣器，用以按比確定所述操作變量所用周期更短的周期過(guò)采樣第二排氣傳感器的輸出；第二低通濾波器，用以使過(guò)采樣的值平滑；第二下采樣器，用以按確定所述操作變量所用的周期再采樣已被平滑的值，以輸出所述被再采樣的值。
9.如權(quán)利要求8所述的控制器，其中，所述控制單元還被配置成用來(lái)執(zhí)行指定靈敏控制，以確定所述操作變量。
10.如權(quán)利要求8所述的控制器，其中，所述控制單元還被配置成用來(lái)實(shí)行采用得爾他-希格瑪(Δ∑)調(diào)制算法、得爾他(Δ)調(diào)制算法和希格瑪-得爾他(∑Δ)調(diào)制算法之一的控制，以確定所述操作變量。
11.如權(quán)利要求8所述的控制器，其中，要通過(guò)空燃比控制而被控制的目標(biāo)是排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)從所述第二排氣傳感器通過(guò)所述催化劑轉(zhuǎn)換器延伸到第一排氣傳感器；其中，所述控制單元還被配置成用來(lái)根據(jù)第二分樣濾波器的輸出值確定排氣系統(tǒng)中的空載時(shí)間；計(jì)算第一排氣傳感器輸出的估算值，使所述空載時(shí)間得到補(bǔ)償；根據(jù)所述估算值確定用以操縱空燃比的所述操作變量。
12.如權(quán)利要求11所述的控制器，其中，要通過(guò)空燃比控制而被控制的目標(biāo)還包括空燃比操縱系統(tǒng)，所述空燃比操縱系統(tǒng)從所述控制單元通過(guò)內(nèi)燃機(jī)延伸到第二排氣傳感器；其中，所述控制單元還被配置用來(lái)確定空燃比操縱系統(tǒng)中的空載時(shí)間；計(jì)算第一排氣傳感器輸出的估算值，使所述排氣系統(tǒng)的空載時(shí)間和空燃比操縱系統(tǒng)中的空載時(shí)間得到補(bǔ)償。
13.如權(quán)利要求11所述的控制器，其中，所述控制單元還被配置成用來(lái)根據(jù)第二分樣濾波器的輸出值確定參數(shù)；用所述參數(shù)確定所述操作變量；其中所述參數(shù)用于使空燃比的操縱與排氣系統(tǒng)的狀態(tài)變化相適應(yīng)。
14.如權(quán)利要求8所述的控制器，其中，所述第二低通濾波器的截止頻率被設(shè)定成比檢測(cè)催化劑轉(zhuǎn)換器的變劣所用頻率更高的頻率。
15.一種控制內(nèi)燃機(jī)空燃比的方法，它包括如下步驟(a)過(guò)采樣排氣傳感器的輸出，所述排氣傳感器設(shè)于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管內(nèi)；(b)低通濾波所述被過(guò)采樣的值；(c)再采樣所述低通濾波的值；(d)根據(jù)所述被再采樣的值確定用來(lái)操縱空燃比的操作變量；其中所述過(guò)采樣步驟所用的采樣周期比所述確定步驟所用的周期短；而且其中再采樣步驟所用的采樣周期與所述確定步驟所用的周期相同。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述排氣傳感器是檢測(cè)流過(guò)排氣歧管的排氣中氧濃度的第一排氣傳感器，該第一排氣傳感器設(shè)在催化劑轉(zhuǎn)換器下游側(cè)。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述排氣傳感器是檢測(cè)流過(guò)排氣歧管的排氣之空燃比的第二排氣傳感器，該第二排氣傳感器設(shè)在催化劑轉(zhuǎn)換器上游側(cè)。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述步驟(d)還包括實(shí)行指定靈敏控制以確定所述操作變量的步驟。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述步驟(d)還包括實(shí)行得爾他-希格瑪(Δ∑)調(diào)制算法、得爾他(Δ)調(diào)制算法和希格瑪-得爾他(∑Δ)調(diào)制算法之一的控制，以確定所述操作變量的步驟。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，還包括如下步驟根據(jù)所述再采樣的值確定空載時(shí)間，所述空載時(shí)間是用于在第一排氣傳感器輸出中要考慮的空燃比操縱所需的時(shí)間；計(jì)算第一排氣傳感器輸出的估算值，使所述空載時(shí)間得到補(bǔ)償；確定用以操縱空燃比的所述操作變量，以使所述估算值聚集成目標(biāo)值。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，還包括如下步驟根據(jù)所述再采樣的值確定空載時(shí)間，所述空載時(shí)間是用于在第一排氣傳感器輸出中要考慮的空燃比操縱所需的時(shí)間，所述第一排氣傳感器設(shè)在催化劑轉(zhuǎn)換器的下游側(cè)；計(jì)算第一排氣傳感器輸出的估算值，使所述空載時(shí)間得到補(bǔ)償；確定用以操縱空燃比的所述操作變量，以使所述估算值聚集成目標(biāo)值。
22.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，還包括如下步驟根據(jù)所述再采樣的值確定參數(shù)；將所述參數(shù)用于確定所述操作變量，所述參數(shù)用于使空燃比的操縱與發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)的狀態(tài)變化相適應(yīng)。
23.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述低通濾波步驟(b)所用的截止頻率被設(shè)定成比檢測(cè)催化劑轉(zhuǎn)換器的變劣所用頻率更高的頻率。
全文摘要
一種用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比的車輛控制器，包括設(shè)在催化劑下游側(cè)的第一排氣傳感器，用以檢測(cè)排氣中的氧濃度；與第一排氣傳感器相連的第一分樣濾波器；以及與第一分樣濾波器相連的控制單元。所述控制單元確定操縱空燃比的操作變量。第一分樣濾波器過(guò)采樣、低通濾波、然后再下采樣第一排氣傳感器的輸出。第一分樣濾波器可以除去排氣傳感器輸出的化學(xué)噪聲。按照另一種具體方式，第二分樣濾波器與設(shè)在催化劑上游側(cè)的第一排氣傳感器相連，用以檢測(cè)排氣的空燃比。第二分樣濾波器過(guò)采樣、低通濾波、然后再下采樣第二排氣傳感器的輸出。第二分樣濾波器可以補(bǔ)償空燃比傳感器分辨率的不足。
文檔編號(hào)F02D41/14GK1480634SQ0315267
公開(kāi)日2004年3月10日 申請(qǐng)日期2003年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月9日
發(fā)明者安井裕司, 巖城喜久, 新莊章廣, 久, 廣 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社