本发明属于汽车发动机控制技术领域，具体涉及一种废气涡轮增压发动机电子节气门的控制方法系统及方法。
技术背景
涡轮增压是目前车用发动机上应用最广的增压方式。涡轮增压发动机已经成为了各大汽车企业提升节能减排的主要途径。废气涡轮增压是发动机排出的具有一定能量的废气进入涡轮并膨胀做功，废气涡轮的功率用于驱动与涡轮同轴旋转的压气机工作叶轮，在压气机中将新鲜空气压缩后再送入气缸。
发动机的进气量控制需要通过调节电子节气门、增压器的配合控制，同时需要vvt(variablevalvetiming，可变气门正时)、egr(exhaustgasre-circulation，废气再循环系统)、碳罐等零部件的控制补偿，来实现发动机扭矩的请求。由于各个零部件的差异和复杂性，要保证高效稳定快速响应扭矩请求，同时保护零部件寿命，对控制系统的要求带来挑战和困难。
现有技术中节气门的控制直接根据目标进气压力计算目标节气门开度，为响应不同工况下目标进气压力的需求和精度，由于节气门和增压器本身的工作特性，造成节气门和增压控制的配合控制出现困难。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种废气涡轮增压发动机电子节气门的控制方法系统及方法，本发明确保了进气系统中目标进气压力的稳定性，从而保证车辆动力性稳定。
为实现此目的，本发明所设计的一种废气涡轮增压发动机电子节气门的控制系统，其特征在于：它包括节气门控制器，所述节气门控制器具有节气门正常控制模式、节气门全开控制模式和节气门防超调控制模式，其中，在节气门正常控制模式下，节气门的有效面积为目标节气门有效面积aeff；
在节气门全开控制模式下，节气门的有效面积为目标节气门全开有效面积aeffmax，并且使目标节气门有效面积变化率为节气门全开时节气门允许的最大变化率；
在节气门防超调控制模式下，节气门的有效面积为调整后的目标节气门有效面积min(aeff1,aeff2)，即aeff1与aeff2中取最小值，且调整后的目标节气门有效面积不小于aeff，其中aeff1由aeff乘以预设补偿系数得到，aeff2由aeff加上预设补偿量得到；
在节气门正常控制模式时，限制目标节气门有效面积的变化率，使节气门正常控制模式下进气压力具有跟随性且不超调
在节气门防超调控制模式下，限制所述预设补偿系数和目标节气门有效面积的变化率，使节气门在当前时刻的进气压力具有跟随性，且下一时刻节气门的进气压力不超调。
所述节气门控制器设置有节气门全开退出标志位、节气门全开准备退出标志位和瞬态允许节气门全开标志位；
节气门全开退出标志位在节气门进气压力与节气门目标进气压力差大于标定值a1时置1，小于标定值a2时置0(a1大于a2，迟滞处理，提高控制系统的稳定性)；根据增压控制闭环激活与否，所述标定值会不同；如果全开时，在节气门前的压力比目标进气压力大，说明节气门可以退出全开同样能够满足进气压力的需求，且如果不退出全开，进气压力控制会出现超调的现象，而节气门在未全开模式下控制进气压力更准确，因此提出了退出全开的标志位，而在增压激活后，通过试验发现，在保证进气压力控制稳定的前提下，差值标定量不一样；
节气门全开准备退出标志位在预估节气门进气压力与预估节气门目标进气压力的差值大于标定值b1时置1，小于标定值b2时置0(b1大于b2，迟滞处理，提高控制系统的稳定性)；根据增压控制闭环激活与否，所述标定值会不同；如果全开时，预估的(将来时刻发生的)节气门前的压力比预估的(将来时刻发生的)目标进气压力大，说明节气门要准备退出全开，且如果不准备退出全开，进气压力控制将来会出现超调的现象，而节气门在未全开模式下控制进气压力更准确，因此提出了准备退出全开的标志位。而在增压激活后，通过试验发现，在保证进气压力控制稳定的前提下，差值标定量不一样，但是该种模式下节气门有效面积的变化率变化要比第一种要小，防止进气压力响应性不足；
瞬态允许节气门全开标志位在节气门进气压力与节气门出气压力差小于标定值c1时置1，大于标定值c2时置0(c1小于c2，迟滞处理，提高控制系统的稳定性)。在节气门前后压差过大时，根据文丘里效应，如果过快打开节气门并全开，会造成气体猛烈冲击，此时需要禁止节气门全开。
节气门最小开度0％，为了保护节气门在动作的过程中较大电流撞击到阀体，烧坏节气门电机，将节气门自学习中学习到的最小机械下止点位置的传感器电压加上一定安全余量，作为电子下止点，并设置为节气门最小开度；
节气门最大开度100％，同样为了保护节气门电机，将节气门允许的最大上止点传感器电压设置为节气门最大开度。
由于节气门有效面积与节气门位置传感器电压存在确定对应关系，因此可确定出节气门最小开度0％和最大开度100％分别对应的节气门有效面积a100和a0。因此可得节气门目标开度pctthr为：
其中a'eff为经过节气门不同控制模式处理后的最终节气门有效面积。
最后，根据节气门目标开度pctthr，并通过pid调节控制节气门动作，使其节气门实际开度跟随目标开度。
本发明能使节气门快速响应目标进气压力的请求，且控制实际进气压力稳定，不超调不延迟，确保进气系统中目标进气压力的稳定，从而保证动力性的稳定。
本发明根据节气门和增压器工作特点，对于节气门的动态变化过程实时读取节气门前进气压力和节气门后出气压力，以及对其压力进行预估，并结合增压器工作状态，从动力性响应(精度、速率和超调)和节气门本体保护的控制目标着手，提出了节气门目标开度和开度变化率的算法，改善了节气门本体使用寿命和系统动态响应的速率、精度和防止超调。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中废气涡轮增压进气系统示意图；
图3为本发明的逻辑框图；
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明所基于的废气涡轮增压发动机进气系统的主要零部件有：大气压力传感器、增压器、电子泄压阀、中冷器、节气门前温度压力传感器、节气门、节气门后进气温度压力传感器，碳罐电磁阀，egr，vvt系统等，如图2所示；
其中，大气压力传感器用于读取大气压力，安装在控制器ecu(electroniccontrolunit，电子控制单元)的pcb(printedcircuitboard，印制电路板)板里；增压器包含增压器本体和废气旁通阀，通过调节废气旁通阀的开度，控制增压压力；电子泄压阀用于在发动机有降扭请求时，避免气流在增压器压缩机内来回震荡而打开泄压阀，改善增压器喘振，进而提高发动机寿命和改善nvh(noise、vibration、harshness，振动与声振粗糙度)；节气门前温度压力传感器用于读取节气门进气增压气体温度压力；中冷器，为机械件，不受控制，位于增压器压缩机和节气门中间，冷却增压后的气体；节气门后进气温度压力传感器用于读取节气门输出增压气体温度压力；碳罐电磁阀用于将燃油蒸气引入燃烧并防止挥发到大气中；egr，即废气再循环用于将发动机排出的部分废气回送到进气歧管，并与新鲜混合气一起再次进入气缸；vvt用于调整进气(排气)量、气门开合时间、角度，调节进入气缸的空气量。
如图1所示的一种废气涡轮增压发动机电子节气门的控制系统，其特征在于：它包括节气门控制器，所述节气门控制器具有节气门正常控制模式、节气门全开控制模式和节气门防超调控制模式，其中，在节气门正常控制模式e_throttle下，节气门的有效面积为目标节气门有效面积aeff；
在节气门全开控制模式e_wideopenthrottle下，节气门的有效面积为目标节气门全开有效面积aeffmax(根据选定的节气门后，由厂家决定，是节气门本身的特性，本实施例中选择1520.53mm2)，并且使目标节气门有效面积变化率为节气门全开时节气门允许的最大变化率(由供应商提供)，防止损坏电机；
在节气门防超调控制模式下，节气门的有效面积为调整后的目标节气门有效面积min(aeff1,aeff2)，即aeff1与aeff2中取最小值，且调整后的目标节气门有效面积不小于aeff，其中aeff1由aeff乘以预设补偿系数得到，aeff2由aeff加上预设补偿量得到，对目标节气门面积的修正可用加法和乘法两种，最后取其中的最小值，目的也是在该模式下通过两种方式下标定出最好的跟随性效果，两种方法对控制进一步保护，提高在瞬态工况下的防超调效果。
在节气门正常控制模式时，限制目标节气门有效面积的变化率，使节气门正常控制模式下进气压力具有跟随性且不超调，超调是跟随性的一个控制指标，本系统是控制实际进气压力跟随目标进气压力，控制过程中考虑的是跟随性，超调量(超调量是指输出量的最大值减去稳态值，即误差小)；
在节气门防超调控制模式下，限制所述预设补偿系数和目标节气门有效面积的变化率，使节气门在当前时刻的进气压力具有跟随性，即实际进气压力跟随目标进气压力，且下一时刻节气门的进气压力不超调。
为了最快响应目标进气压力的请求，且控制实际进气压力稳定，不超调不延迟，节气门作为最直接的进气压力控制机构成为难题。对于节气门而言，节气门有全开时的进气压力控制，有未全开时的进气压力控制，还有在未全开与全开之间过渡的进气压力控制，基于此考虑，设定了以上三种节气门控制模式。
在不同目标节气门控制模式下，节气门目标有效面积不一样，变化情况也不一样。在第一种模式下节气门有效面积变化率最大，第三种模式下节气门有效面积变化率最小。
节气门最小开度0％，为了保护节气门在动作的过程中较大电流撞击到阀体，烧坏节气门电机，将节气门自学习中学习到的最小机械下止点位置的传感器电压加上一定安全余量，作为电子下止点，并设置为节气门最小开度；
节气门最大开度100％，同样为了保护节气门电机，将节气门允许的最大上止点传感器电压设置为节气门最大开度。
由于节气门有效面积与节气门位置传感器电压存在确定对应关系，因此可确定出节气门最小开度0％和最大开度100％分别对应的节气门有效面积a100＝1502.53mm2和a0＝0.16mm2。因此可得节气门目标开度pctthr为：
其中a'eff为经过节气门不同控制模式处理后的最终节气门有效面积。
最后，根据节气门目标开度pctthr，并通过pid调节控制节气门动作，使其节气门实际开度跟随目标开度。
本发明中所述节气门控制器设置有节气门全开退出标志位b_wot_exit、节气门全开准备退出标志位b_wot_prepareforexit和瞬态允许节气门全开标志位b_wot_transallwd；不同标志位下节气门开度的变化率不同，全开和接近全开时的节气门变化率需缓慢；
节气门全开退出标志位在节气门进气压力与节气门目标进气压力差大于标定值a时置1(表明节气门无需全开)，小于标定值a时置0；根据增压控制闭环激活与否，所述标定值会不同，本实施例中，在增压控制闭环激活时，在节气门前增压压力与目标进气压力差超过15kpa时，标志位b_wot_exit置1，小于13kpa时标志位b_wot_exit置0，其他情况，标志位b_wot_exit维持上一时刻状态；在增压控制闭环未激活时，在节气门前增压压力与目标进气压力差超过5kpa时，标志位b_wot_exit置1，小于-1kpa时标志位b_wot_exit置0，其他情况，标志位b_wot_exit维持上一时刻状态。
节气门全开准备退出标志位在预估节气门进气压力与预估节气门目标进气压力的差值大于标定值b时置1，小于标定值b时置0；根据增压控制闭环激活与否，所述标定值会不同；本实施例中，在增压控制闭环激活时，在节气门前增压压力与目标进气压力差超过15kpa时，标志位b_wot_prepareforexit置1，小于7.5kpa时标志位b_wot_prepareforexit置0，其他情况，标志位b_wot_prepareforexit维持上一时刻状态；在增压控制闭环未激活时，在节气门前增压压力与目标进气压力差超过13kpa时，标志位b_wot_prepareforexit置1，小于6.5kpa时标志位b_wot_prepareforexit置0，其他情况，标志位b_wot_prepareforexit维持上一时刻状态；
瞬态允许节气门全开标志位在节气门进气压力与节气门出气压力差小于标定值c时置1，大于标定值c时置0，本实施例中，在节气门前后压力小于3kpa时标志位b_wot_transallwd置1；大于一定6kpa时，标志位b_wot_transallwd置0；其他情况，标志位b_wot_transallwd维持上一时刻状态。
上述技术方案中，所述节气门控制器执行如下控制逻辑：
控制逻辑1：当节气门全开退出标志位时置1时，节气门控制模式为节气门正常控制模式，当前请求节气门不全开，则节气门处于不全开的正常控制模式，实现准确快速响应控制；
控制逻辑2：当节气门全开退出标志位时置0，上一时刻(上一个采样周期)节气门控制模式为节气门正常控制模式，且瞬态允许节气门全开标志位置0时，节气门进入节气门正常控制模式，通过节气门控制动力性请求，实现准确快速响应控制；
控制逻辑3：当节气门全开退出标志位时置0，且瞬态允许节气门全开标志位置为1，且节气门全开准备退出标志位为1时，节气门进入节气门防超调控制模式；
控制逻辑4：当节气门全开退出标志位时置0，且上一时刻(上一个采样周期)节气门控制模式不为节气门正常控制模式，且节气门全开准备退出标志位为1时，节气门进入节气门防超调控制模式；
控制逻辑5：其他情况下，节气门进入节气门全开控制模式。上述技术方案中，在节气门正常控制模式时，限制目标节气门有效面积的变化率绝对值为40mm2/ms；
在节气门防超调控制模式下，限制所述预设补偿系数和目标节气门有效面积的变化率绝对值为25mm2/ms。
上述技术方案中，所述目标节气门有效面积aeff根据目标进气流量
式中，pdes为目标进气压力，pb为节气门前的预估压力；
其中，
一种废气涡轮增压发动机电子节气门的控制方法，如图3所示，它包括如下步骤：
步骤1：在节气门控制器中设置节气门全开退出标志位、节气门全开准备退出标志位和瞬态允许节气门全开标志位；
节气门全开退出标志位在节气门进气压力与节气门目标进气压力差大于标定值a1时置1，小于标定值a2时置0(a1大于a2，迟滞处理，提高控制系统的稳定性)；
节气门全开准备退出标志位在预估节气门进气压力与预估节气门目标进气压力的差值大于标定值b1时置1，小于标定值b2时置0(b1大于b2，迟滞处理，提高控制系统的稳定性)；
瞬态允许节气门全开标志位在节气门进气压力与节气门出气压力差小于标定值c1时置1，大于标定值c2时置0(c1小于c2，迟滞处理，提高控制系统的稳定性)；
步骤2：当节气门全开退出标志位时置1时，节气门控制模式为节气门正常控制模式，在节气门正常控制模式下，节气门的有效面积为目标节气门有效面积aeff；
步骤3：当节气门全开退出标志位时置0，上一时刻节气门控制模式为节气门正常控制模式，且瞬态允许节气门全开标志位置0时，节气门进入节气门正常控制模式；
步骤4：当节气门全开退出标志位时置0，且瞬态允许节气门全开标志位置为1，同时节气门全开准备退出标志位为1时，节气门进入节气门防超调控制模式，在节气门防超调控制模式下，节气门的有效面积为调整后的目标节气门有效面积min(aeff1,aeff2)，即aeff1与aeff2中取最小值，且调整后的目标节气门有效面积不小于aeff，其中aeff1由aeff乘以预设补偿系数得到，aeff2由aeff加上预设补偿量得到，预设补偿系数和预设补偿量，基于对进气压力的超调允许范围求确定，补偿系数为1.12，补偿量为250mm2；
步骤5：当节气门全开退出标志位时置0，且瞬态允许节气门全开标志位置为1，同时节气门全开准备退出标志位为0时，节气门进入节气门全开控制模式，在节气门全开控制模式下，节气门的有效面积为目标节气门全开有效面积aeffmax，并且使目标节气门有效面积变化率为节气门全开时节气门允许的最大变化率。根据节气门和增压器工作特点，对于节气门的动态变化过程实时读取节气门前进气压力和节气门后出气压力，以及对其压力进行预估，并结合增压器工作状态，从动力性响应(精度、速率和超调)和节气门本体保护的控制目标着手，提出了节气门目标开度和开度变化率的算法，改善了节气门本体使用寿命和系统动态响应的速率、精度和防止超调。
最终目标节气门控制模式e_airctrlthrmode如图3示，其中1/z表示为上一时刻标志位b_throttled的值，即节气门控制模式处于e_throttle，其初始值为0。在“if”置1时，“if-then-else”模块输出“then”的值；在“if”置0时，“if-then-else”模块输出“else”的值，“＝＝”是指两个输入值是一致时，输出值为1，否则是0。
具体为输出3的信号是e_airctrlthrmode，即节气门控制模式，节气门的控制模式值根据图示的算法得到，确定是三种模式的哪一种。
特别地，如果e_airctrlthrmode等于标定量e_wideopenthrottle时，即节气门进入全开模式，即输出2的b_wot等于1，其他情况b_wot(即e_wideopenthrottle)等于0。
特别地，如果e_airctrlthrmode等于标定量e_throttled时,即节气门进入正常控制模式，即输出1的b_throttle等于1，其他情况b_wot等于0。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
1.一种废气涡轮增压发动机电子节气门的控制系统，其特征在于：它包括节气门控制器，所述节气门控制器具有节气门正常控制模式、节气门全开控制模式和节气门防超调控制模式，其中，在节气门正常控制模式下，节气门的有效面积为目标节气门有效面积aeff；
在节气门全开控制模式下，节气门的有效面积为目标节气门全开有效面积aeffmax，并且使目标节气门有效面积变化率为节气门全开时节气门允许的最大变化率；
在节气门防超调控制模式下，节气门的有效面积为调整后的目标节气门有效面积min(aeff1,aeff2)，且调整后的目标节气门有效面积不小于aeff，其中aeff1由aeff乘以预设补偿系数得到，aeff2由aeff加上预设补偿量得到。
2.根据权利要求1所述的废气涡轮增压发动机电子节气门的控制系统，其特征在于：在节气门正常控制模式时，限制目标节气门有效面积的变化率，使节气门正常控制模式下进气压力具有跟随性且不超调。
3.根据权利要求2所述的废气涡轮增压发动机电子节气门的控制系统，其特征在于：在节气门防超调控制模式下，限制所述预设补偿系数和目标节气门有效面积的变化率，使节气门在当前时刻的进气压力具有跟随性，即实际进气压力跟随目标进气压力，且下一时刻节气门的进气压力不超调。
4.根据权利要求1所述的废气涡轮增压发动机电子节气门的控制系统，其特征在于：所述节气门控制器设置有节气门全开退出标志位、节气门全开准备退出标志位和瞬态允许节气门全开标志位；
节气门全开退出标志位在节气门进气压力与节气门目标进气压力差大于标定值a1时置1，小于标定值a2时置0，a1大于a2；
节气门全开准备退出标志位在预估节气门进气压力与预估节气门目标进气压力的差值大于标定值b1时置1，小于标定值b2时置0，b1大于b2；
瞬态允许节气门全开标志位在节气门进气压力与节气门出气压力差小于标定值c1时置1，大于标定值c2时置0，c1小于c2。
5.根据权利要求1所述的废气涡轮增压发动机电子节气门的控制系统，其特征在于：所述目标节气门有效面积aeff根据目标进气流量
6.根据权利要求4所述的废气涡轮增压发动机电子节气门的控制系统，其特征在于：所述节气门控制器执行如下控制逻辑：
控制逻辑1：当节气门全开退出标志位时置1时，节气门控制模式为节气门正常控制模式；
控制逻辑2：当节气门全开退出标志位时置0，上一时刻节气门控制模式为节气门正常控制模式，且瞬态允许节气门全开标志位置0时，节气门进入节气门正常控制模式；
控制逻辑3：当节气门全开退出标志位时置0，且瞬态允许节气门全开标志位置为1，且节气门全开准备退出标志位为1时，节气门进入节气门防超调控制模式；
控制逻辑4：当节气门全开退出标志位时置0，且上一时刻节气门控制模式不为节气门正常控制模式，且节气门全开准备退出标志位为1时，节气门进入节气门防超调控制模式；
控制逻辑5：其他情况下，节气门进入节气门全开控制模式。
7.根据权利要求3所述的废气涡轮增压发动机电子节气门的控制系统，其特征在于：在节气门正常控制模式时，限制目标节气门有效面积的变化率绝对值为40mm2/ms；
在节气门防超调控制模式下，限制所述预设补偿系数和目标节气门有效面积的变化率绝对值为25mm2/ms。
8.根据权利要求5所述的废气涡轮增压发动机电子节气门的控制系统，其特征在于：所述目标节气门有效面积aeff的计算公式为：
式中，pdes为目标进气压力，pb为节气门前的预估压力；
9.根据权利要求8所述的废气涡轮增压发动机电子节气门的控制系统，其特征在于：
其中，
10.一种废气涡轮增压发动机电子节气门的控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：在节气门控制器中设置节气门全开退出标志位、节气门全开准备退出标志位和瞬态允许节气门全开标志位；
节气门全开退出标志位在节气门进气压力与节气门目标进气压力差大于标定值a1时置1，小于标定值a2时置0，a1大于a2；
节气门全开准备退出标志位在预估节气门进气压力与预估节气门目标进气压力的差值大于标定值b1时置1，小于标定值b2时置0，b1大于b2；
瞬态允许节气门全开标志位在节气门进气压力与节气门出气压力差小于标定值c1时置1，大于标定值c2时置0，c1小于c2；
步骤2：当节气门全开退出标志位时置1时，节气门控制模式为节气门正常控制模式，在节气门正常控制模式下，节气门的有效面积为目标节气门有效面积aeff；
步骤3：当节气门全开退出标志位时置0，上一时刻节气门控制模式为节气门正常控制模式，且瞬态允许节气门全开标志位置0时，节气门进入节气门正常控制模式；
步骤4：当节气门全开退出标志位时置0，且瞬态允许节气门全开标志位置为1，同时节气门全开准备退出标志位为1时，节气门进入节气门防超调控制模式，在节气门防超调控制模式下，节气门的有效面积为调整后的目标节气门有效面积min(aeff1,aeff2)，且调整后的目标节气门有效面积不小于aeff，其中aeff1由aeff乘以预设补偿系数得到，aeff2由aeff加上预设补偿量得到；
步骤5：当节气门全开退出标志位时置0，且瞬态允许节气门全开标志位置为1，同时节气门全开准备退出标志位为0时，节气门进入节气门全开控制模式，在节气门全开控制模式下，节气门的有效面积为目标节气门全开有效面积aeffmax，并且使目标节气门有效面积变化率为节气门全开时节气门允许的最大变化率。
技术总结