使用卡尔曼滤波器预估引擎曲轴转角及转速数值的方法

摘要

本发明公开了一种使用卡尔曼滤波器预估引擎曲轴转角及转速数值的方法，将卡尔曼滤波器装置在引擎的一旋转动态预估系统内，并利用此系统中的外部电路、引擎扭力预估以及引擎扭力负载预估所提供的数值，由卡尔曼滤波器内设的预估方程式及观测矩阵，预估曲轴的转角及转速数值，再传送至引擎控制单元内，进行数字点火、燃油正时、引擎扭力预估及故障诊断等引擎性能的精确控制。

主权项

1、一种使用卡尔曼滤波器预估引擎曲轴转角及转速数值的方法，首先利用曲轴位置感知器检知飞轮上所传达的曲轴位置、引擎转数及加速度等讯号，然后传递至一引擎旋转动态预估系统内，预估引擎曲轴转角及转速，并传递至引擎控制单元内控制引擎性能；其中引擎旋转动态预估系统的执行方法包括有：(1)使用一外部电路讯号处理系统，以下列两个方程式作为基础： $\theta ={\theta }_0+\omega ·t+\frac{\alpha ·t^2}{2}$               ω＝ω₀+t·α式中，θ₀为初始曲轴位置，ω₀为初始转速，t为时间，θ为曲轴转角、ω为引擎转速，α为引擎角加速度，处理上述感知器检知的讯号，并取得曲轴转角θ、引擎转速ω及角加速度α的数值，传递至另一引擎扭力负载预估系统内；(2)使用一引擎扭力预估系统，以引擎转速及进气歧管压力建立二维速查表，再以查表方式得到引擎的扭力预估值并传递至另一引擎扭力负载预估系统内；(3)使用一引擎扭力负载预估系统，接收上述外部电路讯号处理系统得知上一时间点的引擎转速ω及角加速度α，并由引擎扭力预估系统所建立的二维速查表得知引擎的扭力预估值再以下列方程式推估出此一时间点的引擎负载扭力预估值的状态： ${\hat{T}}_{\mathrm{Ioad}}\left(k\right)={\hat{T}}_{\mathrm{br}}(k-1)-I_e·{\theta }^{\prime \prime }(k-1)-b·{\theta }^{\prime }\left(k\right)$式中，为车辆动态相对于引擎的负载扭力预估值，k表示第k个取样点，为引擎扭力预估值，I_e为引擎转动惯量，θ″为曲轴角度的二次微分，θ′为曲轴角度的一次微分，b为曲轴轴承的阻尼常数；(4)使用一卡尔曼滤波器，接收上述外部电路讯号处理系统所得知的曲轴转角θ、引擎扭力预估系统所得知的引擎扭力预估值以及引擎扭力负载预估系统所得知的负载扭力预估值再由卡尔曼滤波器内设的预估方程式及观测矩阵，预估曲轴的转角及转速数值，并传送至引擎控制单元。