專利名稱：氧傳感器信號(hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明氧傳感器信號(hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的控制方法，屬于提髙機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣空 燃比的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧傳感器安裝在排氣管上，利用廢氣及大氣中氧濃度之間的差值來(lái)判定空燃比；氧 傳感器通過檢測(cè)排氣中的氧含量輸出不同的電壓值輸入E C U與理論空燃比所對(duì)應(yīng)的
標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，排出的混合氣含氧量高，則說(shuō)明進(jìn)氣量足，進(jìn)氣混合氣稀，則氧傳 感器輸出電壓低，反之亦然。
發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，由于臺(tái)架優(yōu)化的控制脈譜對(duì) 執(zhí)行器件和相關(guān)傳感器的特性差異和特性漸變無(wú)能為力，加之信號(hào)測(cè)量傳遞及執(zhí)行動(dòng)作 的時(shí)滯性，使利用氧傳感器信號(hào)反饋控制的噴油脈寬閉環(huán)控制系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)空燃比 的目標(biāo)調(diào)整中時(shí)刻處于被動(dòng)地位和力不從心。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種依據(jù)控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的目標(biāo)空燃比值，以發(fā)動(dòng) 機(jī)氧傳感器信號(hào)為基本條件，對(duì)不同工況下自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣量，使混合比更逼 近于最佳目標(biāo)空燃比值的自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的控制方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該氧傳感器信號(hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的 控制方法，其特征在于依據(jù)控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的目標(biāo)空燃比值，控制器釆集氧傳感器信號(hào) 數(shù)據(jù)，參考相關(guān)傳感器信號(hào)進(jìn)行修正補(bǔ)償，通過微處理器模糊控制策略及軟測(cè)量計(jì)算分 析，對(duì)不同工況目標(biāo)空燃比和同工況不同條件目標(biāo)空燃比進(jìn)行主動(dòng)預(yù)測(cè)提前控制，從而 對(duì)不同工況發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣空燃比的需氣量自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。
控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的目標(biāo)空燃比值是通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理并 存儲(chǔ)于控制器內(nèi)的脈譜數(shù)據(jù)。
控制器包括微處理器、氧傳感器信號(hào)、信號(hào)調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)控制電路及執(zhí)行器，氧 傳感器信號(hào)通過信號(hào)調(diào)理電路與微處理器相連，微處理器通過驅(qū)動(dòng)控制電路與執(zhí)行器相 連?？刂破鲗?duì)氧傳感器的信號(hào)按模糊到精確的處理方法進(jìn)行了軟測(cè)量處理。 執(zhí)行器是由調(diào)速電機(jī)、扇葉組成的風(fēng)機(jī)和進(jìn)氣管總成。 控制器對(duì)各傳感器信號(hào)和執(zhí)行器的時(shí)滯問題采取提前預(yù)測(cè)控制。 控制器采集氧傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)經(jīng)軟測(cè)量處理后輸入給發(fā)動(dòng)機(jī)電噴控制器。 控制器對(duì)氧傳感器信號(hào)軟測(cè)量模糊化分度集，量化為超濃、濃、偏濃、合理、偏稀、 稀、超稀七個(gè)等級(jí)，進(jìn)行由模糊到精確的判別控制。 工作原理
本發(fā)明控制器采取給定工況目標(biāo)空燃比和同工況不同條件目標(biāo)空燃比的主動(dòng)預(yù)測(cè) 提前控制方法。這種方法將空燃比的目標(biāo)按經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、兼顧型單目標(biāo)優(yōu)化，根據(jù) 轉(zhuǎn)速、負(fù)荷條件判定當(dāng)前優(yōu)化目標(biāo)，在當(dāng)前優(yōu)化目標(biāo)框架內(nèi)確定目標(biāo)進(jìn)行主動(dòng)控制，根 據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)傳感器反映的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)變化趨勢(shì)，提前預(yù)測(cè)給定目標(biāo)空燃比進(jìn)行主動(dòng)預(yù) 測(cè)控制。因此控制器對(duì)氧傳感器電壓的變化區(qū)域進(jìn)行了量化處理，由于電壓輸出與排氣 中氧含量呈單調(diào)變化關(guān)系，其設(shè)定最大值量化為100%，最小值量化為0%，則對(duì)應(yīng)區(qū) 域
，無(wú)量綱。 同時(shí)經(jīng)過微處理器對(duì)氧傳感器信號(hào)的變化率條件判別，即信號(hào)樣本變化率SvX)為加 濃趨勢(shì)，Sv〈0為轉(zhuǎn)稀趨勢(shì)，從而確定軟測(cè)量模糊化分度集，量化為超濃、濃、偏濃、 合理、偏稀、稀、超稀七個(gè)等級(jí)，則對(duì)應(yīng)的論域?yàn)閧3， 2， 1， 0， -1， -2， -3}，對(duì)應(yīng)的 入值控制量化等級(jí)為[1.24， 1.17，[1.17， 1.10，[1.10， 1.03]， [1.03， 0.96，
， [0.89， 0.82，[0.82， 0.75，進(jìn)行由模糊到精確的判別控制。實(shí)施控制過程中為 提高響應(yīng)度控制器對(duì)氧傳感器信號(hào)按模糊到精確的處理方法進(jìn)行了軟測(cè)量處理，即利用 可測(cè)的氧傳感器電壓信號(hào)推算出不可測(cè)的空燃比隸屬度集，在每個(gè)按隸屬度分級(jí)的等級(jí) 中按中值平均法推算出控制系數(shù)，控制的同時(shí)形成分隸屬度控制脈譜，只要確定查表?xiàng)l 件所處的等級(jí)，就可得到控制系數(shù)對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整；控制器為了解決各傳感器信 號(hào)和執(zhí)行器的時(shí)滯問題，利用氧傳感器信號(hào)電壓變化率判定狀態(tài)趨勢(shì)對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行提前 預(yù)測(cè)控制。
由于此模糊推理計(jì)算過程可在離線狀態(tài)下進(jìn)行，而且其生成的脈譜表可直接進(jìn)入査 表使用，再利用氧傳感器電壓信號(hào)的變化率對(duì)是否預(yù)測(cè)控制的判定，將達(dá)到精確實(shí)時(shí)控 制的要求。
本發(fā)明所具有的有益效果是本發(fā)明控制器采取給定工況目標(biāo)空燃比和同工況不同 條件目標(biāo)空燃比的主動(dòng)預(yù)測(cè)提前控制方法。這種方法將空燃比的目標(biāo)按經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、兼顧型單目標(biāo)優(yōu)化；同時(shí)控制過程中為提高響應(yīng)度控制器對(duì)氧傳感器信號(hào)按模糊到精確
的處理方法進(jìn)行了軟測(cè)量處理的實(shí)時(shí)調(diào)整；為了解決各傳感器信號(hào)和執(zhí)行器的時(shí)滯問 題，利用氧傳感器信號(hào)電壓變化率判定狀態(tài)趨勢(shì)對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行提前預(yù)測(cè)控制；故此氧傳 感器信號(hào)經(jīng)本控制器處理后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)電噴控制器使得該控制器修正的噴油脈寬更趨 于精確，從而達(dá)到給定目標(biāo)空燃比主動(dòng)預(yù)測(cè)控制的目的，也克服了時(shí)滯帶來(lái)的一系列滯 后響應(yīng)，使對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比控制更精確，更合理。


圖1:發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣總成結(jié)構(gòu)示意圖2:控制器電路原理框圖3:控制器電路原理圖。
圖1-3是本發(fā)明的最佳實(shí)施例。其中1進(jìn)氣通道口 2空氣濾清器 3控制器 4氣流腔5風(fēng)機(jī)6風(fēng)機(jī)支架 7調(diào)速電機(jī)8扇葉 9氣流通道口 IO殼體；
圖3中Ul為微處理器、U2為存儲(chǔ)器、U3反相器、U4門電路、U5鎖相環(huán)、U6 運(yùn)算放大器、U7對(duì)數(shù)放大器、U8運(yùn)算放大器、Ql-Q2穩(wěn)壓三極管MG調(diào)速電機(jī) 0P1-0P2光電耦合器R1- R17電阻C1-C7電容 D1、D2穩(wěn)壓二極管。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖1-3對(duì)本發(fā)明的自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的控制方法做進(jìn)一步說(shuō)明 如圖l所示圖中進(jìn)氣總成由進(jìn)氣通道口 1、空氣濾清器2、控制器3、氣流腔4、 風(fēng)機(jī)5、氣流通道口9及殼體10組成；其中，風(fēng)機(jī)5由風(fēng)機(jī)支架6、調(diào)速電機(jī)7、扇葉 8組成；外界氣體經(jīng)進(jìn)氣通道口 l進(jìn)入空氣濾清器2，經(jīng)空氣濾清器2對(duì)所進(jìn)氣體進(jìn)行 凈化過濾后經(jīng)氣流腔4，通過氣流通道口 9進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)；控制器3與風(fēng)機(jī)4的調(diào)速電機(jī) 7相連接。
如圖3所示由微處理器U1及其外圍電路組成控制器，微處理器為單片機(jī)，內(nèi)嵌
比例控制及計(jì)算方法；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況，通過微處理器模糊控制策略及軟測(cè)量計(jì)算
分析后，氧傳感器信號(hào)經(jīng)本控制器進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)電噴控制器使得該控制器修正的噴油脈寬
更趨于精確，通過對(duì)風(fēng)機(jī)5的轉(zhuǎn)速比例控制對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。
微處理器Ul的XI、 X2腳與晶體管Yl相連，并分別通過電容Cl、 C2接地；微 處理器Ul的P62腳通過電阻R3與穩(wěn)壓三極管Ql的1腳連接，穩(wěn)壓三極管Ql的3腳 接地，2腳與穩(wěn)壓三極管Q2的1腳連接；穩(wěn)壓三極管Q2的3腳接地，并通過穩(wěn)壓二極 管D1、 D2接高電平VCC， 2腳與電機(jī)MG的負(fù)極相連，MG的正極接高電平VCC。由存儲(chǔ)器U2及其外圍電路組成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。 存儲(chǔ)器U2的1"、 2、 3、 4、 7腳接地，8腳接高電平VCC;存儲(chǔ)器U2的5、 6腳與微 處理器U1的P40、 P41相連，并分別通過電阻R1、 R2接髙電平VCC。
由反相器U3和門電路U4及其外圍電路組成噴油信號(hào)脈沖鑒寬電路，輸入到微處理 日an器Ul的INTP3腳，參與控制參量計(jì)算。
反相器U3的1腳通過電阻R5連接VCC高電平，通過電容C4連接噴油信號(hào)，電容 C3和電阻R5串聯(lián)接在電容C4的一端和地之間；反相器U3的2腳連接門電路U4的1 腳。門電路U4的2腳通過電阻R4接地，3腳連接光電耦合器0P1的第1腳；光電耦合 器0P1的2、 4腳接地，光電耦合器0P1的第3腳依次連接微處理器U1的INTP3腳。
由鎖相環(huán)U5及其外圍電路組成電源檢測(cè)電路，輸入到微處理器U1的P12腳，參與 控制參量計(jì)算。
鎖相環(huán)U5的4腳連接光電耦合器0P2的第4腳；鎖相環(huán)U5的6腳和7腳之間連接 有電容C5;鎖相環(huán)U5的9腳通過電阻R6連接電瓶電壓，9腳還通過電阻R7接地；鎖 相環(huán)U5的11腳通過電阻R8接地。光電耦合器0P2的1、 3腳接地，光電耦合器0P2 的第2腳連接微處理器Ul的P12腳。
由運(yùn)算放大器U6、對(duì)數(shù)放大器U7、運(yùn)算放大器U8、及其外圍電路組成氧傳感器信 號(hào)采集調(diào)理電路，氧傳感器信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器U6對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行10倍放大后輸入對(duì)數(shù) 放大器U7，經(jīng)對(duì)數(shù)放大器U7的10腳輸出后，經(jīng)運(yùn)算放大器U8進(jìn)行I-V變換為5-0V 電壓信號(hào)輸入到微處理器Ul的P27腳，參與控制參量計(jì)算。
運(yùn)算放大器U6的2腳連接氧傳感器信號(hào)，通過電阻R9與6腳相連；運(yùn)算放大器 U6的3腳與對(duì)數(shù)放大器U7的2腳相連，通過電阻R10與運(yùn)算放大器U6的6腳相連， 并通過電阻Rll連接VCC高電平。對(duì)數(shù)放大器U7的2腳通過電容C7與對(duì)數(shù)放大器U7 的7腳相連；對(duì)數(shù)放大器U7的6腳通過電阻R12、電容C6接地；對(duì)數(shù)放大器U7的15 腳通過電阻R13、可調(diào)電阻VR2接地；對(duì)數(shù)放大器U7的16腳通過電阻R14、可調(diào)電阻 VR1接VCC高電平；對(duì)數(shù)放大器U7的11腳接VCC高電平。對(duì)數(shù)放大器U7的10腳通過 電阻R15與運(yùn)算放大器U8的2腳相連，且通過電阻R16接地；運(yùn)算放大器U8的2腳通 過電阻R17與6腳相連；運(yùn)算放大器U8的6腳連接微處理器Ul的P27腳；運(yùn)算放大器 U8的3腳接地。
工作過程
發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，依據(jù)控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的目標(biāo)空燃比值，控制器采集氧傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)，通過微處理器模糊控制策略及軟測(cè)量計(jì)算分析后，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)電噴控制器；同時(shí)控制過 程中為提高響應(yīng)度控制器對(duì)氧傳感器信號(hào)按模糊到精確的處理方法進(jìn)行了軟測(cè)量處理 的實(shí)時(shí)調(diào)整；為了解決各傳感器信號(hào)和執(zhí)行器的時(shí)滯問題，利用氧傳感器信號(hào)電壓變化 率判定狀態(tài)趨勢(shì)對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行提前預(yù)測(cè)控制；從而使得該控制器修正的噴油脈寬更趨于 精確，從而達(dá)到給定目標(biāo)空燃比主動(dòng)預(yù)測(cè)控制的目的，也克服了時(shí)滯性帶來(lái)的一系列滯 后響應(yīng)，使對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比控制更精確，更合理。
權(quán)利要求
1、氧傳感器信號(hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的控制方法，其特征在于依據(jù)控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的目標(biāo)空燃比值，控制器采集氧傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)，參考相關(guān)傳感器信號(hào)進(jìn)行修正補(bǔ)償，通過微處理器模糊控制策略及軟測(cè)量計(jì)算分析，對(duì)不同工況目標(biāo)空燃比和同工況不同條件目標(biāo)空燃比進(jìn)行主動(dòng)預(yù)測(cè)提前控制，從而對(duì)不同工況發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣空燃比的需氣量自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器信號(hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的控制方法，其特征在于 控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的目標(biāo)空燃比值是通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理并存儲(chǔ) 于控制器內(nèi)的脈譜數(shù)據(jù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器信號(hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的控制方法，其特征在于 控制器包括微處理器、氧感器信號(hào)、信號(hào)調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)控制電路及執(zhí)行器，氧傳感器 信號(hào)通過信號(hào)調(diào)理電路與微處理器相連，微處理器通過驅(qū)動(dòng)控制電路與執(zhí)行器相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氧傳感器信號(hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的控制方法，其特征在于 控制器對(duì)氧傳感器的信號(hào)按模糊到精確的處理方法進(jìn)行了軟測(cè)量處理。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氧傳感器信號(hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的控制方法，其特征在于 執(zhí)行器是由調(diào)速電機(jī)(7)、扇葉(8)組成的風(fēng)機(jī)(5)和進(jìn)氣管總成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的氧傳感器信號(hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的控制方法，其特征在于控制器對(duì)各傳感器信號(hào)和執(zhí)行器的時(shí)滯問題釆取提前預(yù)測(cè)控制。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧傳感器信號(hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的控制方法，其特征在于控制器采集氧傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)經(jīng)軟測(cè)量處理后輸入給發(fā)動(dòng)機(jī)電噴控制器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧傳感器信號(hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的控制方法，其特征在于:軟測(cè)量模糊化分度集，量化為超濃、濃、偏濃、合理、偏稀、稀、超稀七個(gè)等級(jí)，進(jìn)行 由模糊到精確的判別控制。
全文摘要
氧傳感器信號(hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的控制方法，屬于提高機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣空燃比的技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于依據(jù)控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的目標(biāo)空燃比值，控制器采集氧傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)，通過微處理器模糊控制策略及變化區(qū)域量化計(jì)算分析，對(duì)不同工況目標(biāo)空燃比和同工況不同條件目標(biāo)空燃比進(jìn)行主動(dòng)預(yù)測(cè)提前控制，從而對(duì)不同工況發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣空燃比的需氣量自動(dòng)調(diào)節(jié)控制?？刂破鞑杉鮽鞲衅餍盘?hào)數(shù)據(jù)經(jīng)軟測(cè)量處理后輸入給發(fā)動(dòng)機(jī)電噴控制器，使得該控制器修正的噴油脈寬更趨于精確，從而達(dá)到給定目標(biāo)空燃比主動(dòng)預(yù)測(cè)控制的目的，也克服了時(shí)滯帶來(lái)的一系列滯后響應(yīng)，使對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比控制更精確，更合理。
文檔編號(hào)F02D41/26GK101418730SQ20071011318
公開日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2007年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月22日
發(fā)明者宮春勇, 華 趙, 高小群 申請(qǐng)人:山東申普汽車控制技術(shù)有限公司