[發明專利]基于非奇異終端滑模觀測器的發動機指示扭矩估計方法

有效

• 申請號: 201710100032.2
• 申請日: 2017-02-23
• 公開（公告）號: CN106647288B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 鄭太雄;周銅林;楊斌;楊新琴
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅;李金蓉

本發明公開了一種基于非奇異終端滑模觀測器的發動機指示扭矩估計方法，建立精確的非線性發動機曲軸動力學模型；對曲軸角度和發動機轉速實時測量作為觀測器輸入并進行微分運算；利用非奇異終端滑模觀測器，通過改變指示扭矩的估計值，使曲軸角速度的估計值不斷趨近于不斷變化的實際測量值。本發明利用非奇異終端滑模觀測器對發動機指示扭矩進行在線估計，其對建模誤差和參數擾動具有較好的魯棒性，且收斂時間快，估計精度高。本發明確保了指示扭矩的估計精度。

技術領域

本發明屬于汽車發動機指示扭矩估計方法，具體涉及一種基于非奇異終端滑模觀測器(NTSMO)的發動機指示扭矩估計方法。

背景技術

指示扭矩作為發動機動力性能的一項重要參數，實時可靠的獲取指示扭矩不僅可以正確地評價發動機工作性能，實時的監測故障發生，而且能夠對發動機和變速器實施相關策略進行優化控制。在轉速和負載變化的情況下，可以有效提高汽車的燃油經濟性、駕駛舒適性和汽車安全性。此外，由于發動機指示扭矩無法直接獲取，通過安裝氣缸壓力傳感器獲取氣缸壓力能夠計算得到指示扭矩，但是該方法在實際應用過程中受到限制。因此，如何間接估計獲得指示扭矩引起了學界的廣泛關注。

近年來，國內外學者針對指示扭矩的估計已進行了諸多相關研究，并取得了一定的成果。通過非線性觀測器對指示扭矩進行估計，準確性和魯棒性較好。然而，其中一些估計方法由于對模型非線性特性考慮不全面，導致觀測器估計精度不能夠達到要求。由于建模過程中的參數不確定性、模型擾動，觀測器本身存在系統抖振、收斂時間等問題，都需要在觀測器的設計和參數設定過程中進行調節。文獻[1]提出基于曲軸瞬時轉速分析和一個缸壓傳感器結合，用于分析各缸的燃燒狀態。利用參考缸來修正指示扭矩結果，由于不依賴復雜算法，精度較高。但是，因為使用了缸壓傳感器，實際應用卻受到限制；文獻[2]采用基于信度分配的小腦模型神經網絡對指示扭矩進行估計，對模型精度依賴度較高，且參數復雜時，系統的計算量比較大；文獻[3]對發動機扭矩估計分為了穩態和瞬態兩種工況，并各自給出了控制誤差范圍；文獻[4]利用發動機轉速作為輸入，在穩態下采用正交最小二乘法估計，瞬態則采用基于時域的識別方法，對制動扭矩進行了估計；文獻[5]對指示扭矩和負載扭矩都進行了估計，忽略了活塞偏移對曲軸集中有效慣性的影響，提高了估計的準確性；文獻[6]通過建立非線性模型，利用高增益觀測器，考慮曲軸的轉動效應，提高了估計的準確性；文獻[7]通過二階滑模理論的“超扭曲”算法結合滑模觀測器，消除了相位滯后和時間延遲對估計結果帶來的較大誤差，抑制了抖動現象，提高了指示扭矩估計精度；文獻[8]將卡爾曼濾波器與滑模觀測器相結合，利用基于物理時變的發動機動力學模型，提高了計算速度，增強了算法的穩定性，但計算量卻過大；文獻[9]通過曲軸傳感器獲得的曲軸角度實時變化數據，將非線性雙慣性模型和基于UKF的Ⅰ類的干擾觀測器相結合，解決了信息中包含的振動干擾信號其振動頻率在燃燒循環過程中對指示扭矩估計的影響；文獻[10]分析對比了高增益觀測器、滑模觀測器和二階滑模觀測器對指示扭矩在線估計的差異，考慮了平穩狀態和瞬時狀態不同工況下的估計結果，雖然傳統滑模觀測器準確度稍微優于高增益觀測器，但是抖振問題無法避免；文獻[11]利用滑模觀測器估計氣缸偏差力矩，即指示扭矩和平均指示扭矩的差值。將輸入估計問題轉化為了控制跟蹤問題；文獻[12]采用滑模觀測器對動態轉矩，即指示扭矩與負載轉矩之差進行了估計，可以避免了負載扭矩的獲取，使用滑模觀測器的估計魯棒性較好，但是收斂的時間有待提高。

發明內容

鑒于此，本發明針對現有發動機曲軸動力學模型及指示扭矩估計方法存在的不足，需要采用一種合理且易實現的方法對指示扭矩進行估計，以使估計值能夠很好的接近實際值。提供一種基于非奇異終端滑模觀測器(NTSMO)的發動機指示扭矩估計方法，利用曲軸角速度誤差的不斷減小來確保指示扭矩估計的精度。

為了實現上述目的本發明采用如下技術方案：基于非奇異終端滑模觀測器的發動機指示扭矩估計方法，包括以下步驟：