專利名稱：發(fā)動機egr率的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)動機EGR率的控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)動機EGR率的控制系統(tǒng)，屬于汽車汽油發(fā)動機控制領(lǐng)域。
技術(shù)背景發(fā)動機的控制主要分為點火控制和噴油器控制。在控制過程中，控制單元根據(jù)基本控制條件査控制脈譜，并且根據(jù)各傳感器反映的 發(fā)動機狀態(tài)條件對控制脈譜進行修正輸出，控制各執(zhí)行器對目標進行控制。控制分為開 環(huán)控制和閉環(huán)控制。排放控制的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)EGR率控制是開環(huán)控制，參與控制的量是發(fā)動機水溫、 進氣溫度、轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度。上述控制方法在發(fā)動機上得到很好的應(yīng)用，但現(xiàn)有的脈譜控制策略對下列問題無能 為力(1) 各傳感器及執(zhí)行器件的制造偏差及使用一段時間的磨損及老化引起的工作特 性改變，更換配件引起的匹配偏差等，從而使控制精度變差；(2) 環(huán)境、季節(jié)的改變，各種工作介質(zhì)的的變化(如機械油的粘度改變等)、各種 電器及輔助動力的接入改裝、對發(fā)動機的操控等引起的負荷變化；(3) 在臺架對控制單元優(yōu)化時測量儀器及處理手段引起的的測量偏差以及未曾考 慮在內(nèi)的其它未知因素等；(4) 各傳感器的信號傳遞時滯、控制單元的運算過程時滯、執(zhí)行器件的運動時滯 等帶來的控制實時性偏差等；(5) 無閉環(huán)控制。以上這些因素的影響只應(yīng)用樣機臺架優(yōu)化的基本點火脈譜與基本噴油脈譜以及其 它控制脈譜顯然偏離控制目標；以各傳感器反饋的各種狀態(tài)信號由于各種時滯效應(yīng)只能 對控制數(shù)據(jù)修正局部的偏差，而不能完全控制目標偏差，使發(fā)動機未能達到合理的使用。 實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是針對目前發(fā)動機的控制方式所存在的問題，提 供一種使發(fā)動機可以根據(jù)使用環(huán)境、使用條件、操作條件等得以實時控制的發(fā)動機EGR率的控制系統(tǒng)。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該發(fā)動機EGR率的控制系統(tǒng)， 其特征在于包括微處理器和小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC還包括相關(guān)傳感器信號、鐵電存儲 器、功率驅(qū)動電路，相關(guān)傳感器信號通過信號調(diào)理電路連接微處理器，鐵電存儲器與小 腦關(guān)節(jié)控制器CMAC互聯(lián)，小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC與微處理器互聯(lián)，微處理器通過 功率驅(qū)動電路與EGR電磁閥相連。相關(guān)傳感器信號主要包括進氣壓力信號、冷卻水溫度信號、節(jié)氣門位置信號、曲 軸位置信號、轉(zhuǎn)速信號。微處理器Ul和小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC是系統(tǒng)的競爭性雙核處理核心，在控制過程中 既有分工不同，又有在開環(huán)和閉環(huán)控制時的主從易位。小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC在控制系統(tǒng)工作過程中通過自適應(yīng)學(xué)習(xí)生成一系列按不同工 況類聚的、對應(yīng)于不同控制目標的動態(tài)脈譜參數(shù)。小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC對控制過程進行自適應(yīng)學(xué)習(xí)，并將學(xué)習(xí)參數(shù)分工況、分條件 進行聚類暫存；微處理器在控制中不斷按控制策略對同工況、同條件下的基本EGR率脈 譜參數(shù)和暫存的自適應(yīng)學(xué)習(xí)參數(shù)按尋優(yōu)條件進行比判，暫存的數(shù)據(jù)符合規(guī)定的條件時， 形成該工況該條件下的動態(tài)EGR率脈譜參數(shù)進行存儲，并且在以后的控制中不斷學(xué)習(xí)， 反復(fù)進行以上過程并不斷刷新。小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC對控制EGR率比例電磁閥的EGR率修正脈譜進行自適應(yīng)跟蹤 并學(xué)習(xí)，這里特別指出的是小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC利用節(jié)氣門位置偏差和曲軸轉(zhuǎn)角加速 度的變化對EGR率的控制修正進行了軟測量方式推定，使EGR率在5%-25%的范圍內(nèi) 進行了自適應(yīng)最佳配比。小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC通過自適應(yīng)學(xué)習(xí)，利用自適應(yīng)控制策略 和動態(tài)脈譜生成策略生成動態(tài)EGR率脈譜，該脈譜經(jīng)判比適合于對目標控制時將按照組 合脈譜控制策略全部和部分取代基本EGR率脈譜進行控制?？刂七^程中，控制系統(tǒng)根據(jù)節(jié)氣門位置信號和由曲軸位傳感器測出的轉(zhuǎn)速信號，按 EGR率控制策略，査出基本EGR率脈譜，常規(guī)控制器根據(jù)節(jié)氣門位置信號、轉(zhuǎn)速信號、 進氣壓力信號、冷卻水溫度信號確定當前所在工況，對符合EGR控制要求的工況，按該 工況下相關(guān)傳感器的信號對EGR率控制脈譜進行調(diào)整修正后輸出EGR率修正脈譜， 該脈譜控制EGR率比例電磁閥工作。工作原理對于EGR率的控制，控制系統(tǒng)在當前學(xué)習(xí)與控制階段，控制系統(tǒng)中小腦關(guān)節(jié)控制器CMC根據(jù)前一循環(huán)的節(jié)氣門位置以及與之相關(guān)的傳感器信號變化率確定下一循環(huán)的預(yù) 測輸出。因而首先以前一循環(huán)的控制脈譜參數(shù)為數(shù)據(jù)節(jié)點，根據(jù)與之相關(guān)傳感器信號變 化范圍(如轉(zhuǎn)速)及信號的變化率范圍確定工況條件輸入空間Ug二 [a， b ] X [c， d ], 根據(jù)預(yù)測目標和實際目標偏差范圍及偏差變化率范圍確定脈譜跟蹤修正空間Um = [e, f ] X [g， h ]，如節(jié)氣門開度在20到60，其變化率在0到5，則標準乘積空間為Ug =[20， 60 ] X;并選取合適的量化級數(shù)，給出初始權(quán)系數(shù)矩陣，以當前與之 相關(guān)傳感器信號變化及信號的變化率和當前執(zhí)行器位置信號及信號變化率為節(jié)點，選取 合適的參數(shù)和空間超幾何體半徑，根據(jù)給定的樣本找出包含該點的空間超幾何體，確定 選擇矩陣S，此時小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC的輸出定義在以激活節(jié)點為中心的超幾何體上的基函數(shù)線性組合，即少,《S(x,)g ， 其中^^^g[^WA0O'…A")X^^ '&f是權(quán)系數(shù)向量，s^[^L為權(quán)系數(shù)選擇向量，這樣對于每個樣本，只需局部調(diào)整權(quán)系數(shù)即可。這樣經(jīng)不斷學(xué)習(xí)與控制，不 斷重復(fù)以上過程，學(xué)習(xí)與控制交替進行，生成符合要求的動態(tài)脈譜參數(shù)，對下一循環(huán)中 EGR率比例電磁閥進行預(yù)測控制，經(jīng)過一段時間(多個循環(huán)過程)的學(xué)習(xí)聚類，通過多次 逼近達到了實際目標值，最大能力的消除了時滯帶來的控制偏差，從而使EGR率達到精 確控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型發(fā)動機EGR率的控制系統(tǒng)，所具有的有益效果是由 于采用了以自適應(yīng)學(xué)習(xí)方法合成的組合脈譜控制方式，使得被控系統(tǒng)發(fā)生改變和未知變 化對發(fā)動機的影響得到了修正，從而提高了開環(huán)控制時的控制精度和速度。也利用動態(tài) EGR率脈譜參數(shù)的規(guī)劃和生成，對閉環(huán)控制目標進行了修正和選定，改善了發(fā)動機自身 條件變化時反饋信號確定單一造成的發(fā)動機控制系統(tǒng)無法響應(yīng)，通過自適應(yīng)學(xué)習(xí)控制產(chǎn) 生動態(tài)脈譜的策略提前預(yù)測控制，最大可能的修正了各種時滯效應(yīng)帶來的控制滯后，提 高了控制的實時性。使發(fā)動機可以根據(jù)使用環(huán)境、使用條件、操作條件等得以實時控制。

圖l本實用新型實施例的控制系統(tǒng)電路原理框圖； 圖2控制系統(tǒng)的電路原理圖。圖1-2是本實用新型的最佳實施例，圖2中U1微處理器、U2緩存器、U3鎖相環(huán)、 U4比較器、U5運算放大器、U6磁變換器、U7時基電路、U8微處理器、U9鎖存器、U10 動態(tài)儲存器、Ull存儲器、U12擴展口、 U13開關(guān)量驅(qū)動器、0P1"0P4光電耦合器、BT1功率驅(qū)動管、R1—R22電阻、C1~C23電容、Dl—D2 二極管、Ql三極管、Yl-Y2晶振、Sl開關(guān)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖1-2對本實用新型發(fā)動機EGR率的控制系統(tǒng)做進一步的詳細說明 如圖1所示控制系統(tǒng)包括微處理器、小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC、鐵電存儲器、傳感 器信號、信號調(diào)理電路、功率驅(qū)動電路、EGR系統(tǒng)驅(qū)動，鐵電存儲器與小腦關(guān)節(jié)控制器 CMAC互聯(lián)，小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC與微處理器互聯(lián)，傳感器信號通過信號調(diào)理電路與微 處理器相連，微處理器與功率驅(qū)動電路相連，功率驅(qū)動電路與EGR系統(tǒng)驅(qū)動相連。 相關(guān)傳感器信號通過信號調(diào)理電路將信號輸入到微處理器。相關(guān)傳感器信號主要包括進氣壓力信號、節(jié)氣門位置信號、冷卻水溫度信號、系 統(tǒng)電壓變化信號、轉(zhuǎn)速信號等。微處理器由32位的CPU內(nèi)核，內(nèi)置常規(guī)控制器控制策略和算法、各類脈譜及其它相關(guān)控制目標數(shù)據(jù)及通信總線處理器等。小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC由另一片32位微處理器為內(nèi)核，與外部電路構(gòu)成；其內(nèi)置自 適應(yīng)學(xué)習(xí)算法及控制策略，與主微處理器共同組成控制系統(tǒng)核心，接受外部信號變化， 根據(jù)策略及時作出決策，進行自適應(yīng)學(xué)習(xí)聚類刷新動態(tài)EGR率脈譜參數(shù)，發(fā)出指令控制 外部執(zhí)行機構(gòu)動作和運行。在分工況開環(huán)控制時微處理器與小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC置換主次控制，閉環(huán)控制時 以微處理器為主；開環(huán)控制時以小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC為主。鐵電存儲器對系統(tǒng)基本EGR率脈譜參數(shù)進行備份，經(jīng)自適應(yīng)學(xué)習(xí)參與工況控制，并 使系統(tǒng)穩(wěn)定工作的那部分動態(tài)脈譜參數(shù)也作為經(jīng)驗數(shù)據(jù)存入其中。微處理器判定系統(tǒng)失 控時會自動將基本EGR率脈譜參數(shù)從鐵電存儲器寫入微處理器中。功率驅(qū)動控制電路采用專用控制驅(qū)動芯片和外圍電路，驅(qū)動EGR系統(tǒng)等。如圖2所示微處理器U1的31、 32腳分別與存儲器U16的29、 24腳相連，40腳 通過電阻R1接VCC高電平，通過電容C1接地，通過開關(guān)S1接地；微處理器U1的 73、 74腳之間接有晶振Y1，并且通過電容C2、 C3接地；進氣壓力傳感器的信號經(jīng)過緩存器U2進入鎖相環(huán)U3進行V/F轉(zhuǎn)換處理后，通過光 電耦合器0P1輸入到微處理器U1的A/D 口P50、 P51腳，供微處理器U1進行分析計算 處理。鎖相環(huán)U3的4腳連接光電耦合器0P1的第1腳；鎖相環(huán)U3的5腳接地，6腳和7腳之間連接有電容C5;鎖相環(huán)U3的9腳通過緩存器U2和電阻R2連接進氣壓力傳感器， 9腳還通過電容C4接地；11腳通過電阻R3接地。光電耦合器0P1的2、 4腳接地；光 電耦合器0P1的第3腳連接微處理器Ul的A/D 口 P50腳，并且通過電阻R4連接VDD高電平。將冷卻水溫度信號通過串接分壓電阻轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號供比較器U4比判，比較 器U4依次輸出數(shù)字信號輸入到微處理器Ul的A/D 口 P54腳，供微處理器Ul來分析判 斷發(fā)動機工況。比較器U4的2腳依次連接冷卻水溫度信號，2腳還通過電阻R5連接VDD高電平； 比較器U4的1腳依次連接微處理器Ul的P54腳；比較器U4的3腳通過電阻R7接地， 通過電阻R6連接VDD高電平；8腳連接VDD高電平且通過電容C6接地節(jié)氣門位置信號經(jīng)降壓后輸入到運算放大器U5放大處理后，輸入到微處理器U1的 A/D 口P46腳，供微處理器U1進行分析計算處理。節(jié)氣門位置信號通過電阻R8、 9輸入到運算放大器U5的2腳，電阻R8、 9的串聯(lián)節(jié)點 處通過電容C7接地，運算放大器U5的2腳通過二極管D1接高電平VCC，通過二極管D2接地， 3腳接地；運算放大器U5的1腳連接微處理器U1的P46腳。曲軸位置傳感器信號輸入到磁變換器U6進行轉(zhuǎn)換處理后，輸入到微處理器Ul的A/D 口P57腳，供微處理器U1進行分析計算處理。曲軸位置信號輸入到磁變換器U6的2腳；磁變換器U6的3腳通過電阻R10接VCC 高電平，通過電阻Rll接地；磁變換器U6的1、 4腳接地，8腳接VCC高電平；VCC 高電平輸入經(jīng)電容C8接地；磁變換器U6的7腳通過電阻R12上拉輸出一電壓信號， 輸入到微處理器Ul的A/D 口 P57腳。轉(zhuǎn)速信號經(jīng)過時基電路U7調(diào)理后，通過光電耦合器OP2輸入到微處理器Ul的P20 腳，供微處理器U1進行分析計算處理。時基電路U7的1腳接地，2腳連接轉(zhuǎn)速信號，3腳通過電阻R14連接光電耦合器 0P2的第1腳；時基電路U7的4腳、8腳連接VDD高電平，5腳通過電容C9接地；時 基電路U7的6腳7腳通過電阻R13連接VDD高電平，并通過電容C10接地。光電耦合 器0P2的第3腳連接微處理器U1的P20腳，并且通過電阻R15連接VDD高電平；光電 耦合器0P2的2、 4腳接地。微處理器U8、鎖存器U9、動態(tài)儲存器U10構(gòu)成小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC，在微處理器 Ul的控制下，依據(jù)內(nèi)置控制策略自適應(yīng)學(xué)習(xí)，并對受空燃比目標值進行調(diào)節(jié)逼近；動態(tài)儲存器U11是閃存存儲器，其對類聚凋節(jié)參數(shù)進行刷新存儲，在微處理器U8的控制 下參與新工況下的控制器控制。微處理器U8的1腳、2腳分別連接動態(tài)儲存器U10的22腳、29腳；微處理器U8 的3腳、4腳分別連接動態(tài)儲存器U10的30腳、2腳；微處理器U8的5腳連接微處理 器U1的P15腳；微處理器U8的8腳連接微處理器U1的P17腳；微處理器U8的38腳 連接三極管Q1的2腳，并通過電容C16接地；三極管Q1的3腳接VCC并通過電容C17 接地，三極管Ql的1腳通過電阻R16與微處理器Ul的P03腳相連；微處理器U8的37 腳連接存儲器Ull的24腳；微處理器U8的36腳連接存儲器Ull的29腳；微處理器 U8的34腳連接微處理器Ul的TXDO 口 P14腳；微處理器U8的33腳連接微處理器Ul 的RXDO 口 P13腳；微處理器U8的9腳和10腳之間連接晶振Y2，且9腳、10腳分別通 過電容Cll、電容C12接地。微處理器U8的11腳接地，13腳連接VCC高電平且通過電 容C13接地；微處理器U8的14腳-18腳分別連接動態(tài)儲存器U10的27腳、26腳、23 腳、25腳、31腳；微處理器U8的19腳-26腳分別連接鎖存器U9的9腳-2腳；微處理 器U7的28腳、29腳、48腳、49腳分別連接動態(tài)儲存器U10的28腳、4腳、1腳、24 腳；微處理器U8的52腳連接鎖存器U8的11腳，動態(tài)儲存器U10的5腳-12腳，分別 連接鎖存器U9的12腳-19腳。鎖存器U9的2腳-9腳分別連接動態(tài)儲存器U10的13 腳-15腳、17腳-20腳，鎖存器U9的20腳接VCC且通過電容C14接地；動態(tài)儲存器U10 的32腳接VCC且通過電容C15接地；微處理器U8的13腳接VCC且通過電容C13接地。由擴展口 U12和存儲器U11構(gòu)成預(yù)備擴展閃存器，存儲系統(tǒng)脈譜MAP數(shù)據(jù)。擴展口 U12的2-9腳與微處理器Ul的P40-P47順序?qū)?yīng)連接，并且還與存儲器Ull 的13-21腳順序?qū)?yīng)連接；擴展口 U12的12-19腳與的5-12腳順序?qū)?yīng)連接；擴展口 U12的20腳接VCC高電平，且通過電容C18接地。存儲器U11的3、 28、 4、 25、 23、 26、 27腳與微處理器Ul的P90-P96順序?qū)?yīng)連接；存儲器Ull的1、 30、 2、 31腳與 微處理器Ul的P60-P63順序?qū)?yīng)連接。存儲器Ull的24腳與微處理器Ul的P26腳、動態(tài)儲存器U10的P10腳相連；存儲 器Ull的29腳與微處理器Ul的P27腳、動態(tài)儲存器U10的Pll腳相連；存儲器Ull 的32腳接VCC高電平，且通過電容C19接地；存儲器Ull的16腳接地。微處理器Ul利用其I/O端口 P120、 P121輸出控制信號經(jīng)過光電耦合器0P3-0P4 組成的抗干擾電路隔離后，通過開關(guān)量驅(qū)動器U13對信號進行采集與反饋分析判比處理 后，通過功率驅(qū)動管BT1組成的驅(qū)動電路，驅(qū)動EGR電磁閥開關(guān)量控制。開關(guān)量驅(qū)動器U13的2、 4、 6、 8腳接地；10、 12、 14、 16腳接VCC高電平，并通 過電容C22接地；7、 15腳分別接入光電耦合器0P3的4腳和0P4的l腳，光電耦合器 0P3、 0P4的第2腳接地；第3腳接VCC高電平，并分別通過電容C20、 C21接地；開關(guān) 量驅(qū)動器U13的9腳通過電阻R20連接功率驅(qū)動管BT1的4腳；并通過電阻R21接地。光電耦合器0P3的第1腳和光電耦合器0P4的第4腳分別通過電阻R18、 R19接入 微處理器U1的P120、 P121腳。功率驅(qū)動管BT1的1腳接地；3腳接VCC 5腳驅(qū)動控制EGR電磁閾。
權(quán)利要求1、發(fā)動機EGR率的控制系統(tǒng)，其特征在于包括微處理器和小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC還包括相關(guān)傳感器信號、鐵電存儲器、功率驅(qū)動電路，相關(guān)傳感器信號通過信號調(diào)理電路連接微處理器，鐵電存儲器與小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC互聯(lián)，小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC與微處理器互聯(lián)，微處理器通過功率驅(qū)動電路與EGR電磁閥相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機EGR率的控制系統(tǒng)，其特征在于相關(guān)傳感器信 號主要包括進氣壓力信號、冷卻水溫度信號、節(jié)氣門位置信號、曲軸位置信號、轉(zhuǎn)速 信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機EGR率的控制系統(tǒng)，其特征在于小腦關(guān)節(jié)控制 器CMAC包括微處理器U7、鎖存器U8、動態(tài)儲存器U9，微處理器U7的1腳、2腳分別 連接動態(tài)儲存器U9的22腳、29腳；微處理器U7的3腳、4腳分別連接動態(tài)儲存器U9 的30腳、2腳；微處理器U7的5腳連接微處理器Ul的P15腳；微處理器U7的8腳連 接微處理器U1的P17腳；微處理器U7的38腳連接三極管Q1的2腳，并通過電容C15 接地；三極管Ql的3腳接VCC并通過電容C16接地，三極管Ql的1腳通過電阻R13 與微處理器Ul的P03腳相連；微處理器U7的37腳連接存儲器U10的24腳；微處理器 U7的36腳連接存儲器U10的29腳；微處理器U7的34腳連接微處理器Ul的TXD0 口 P14腳；微處理器U7的33腳連接微處理器Ul的RXD0 口 P13腳；微處理器U7的9腳 和10腳之間連接晶振Y2，且9腳、IO腳分別通過電容CIO、電容C11接地。微處理器 U7的ll腳接地，13腳連接VCC高電平且通過電容C12接地；微處理器U7的14腳-18 腳分別連接動態(tài)儲存器U9的27腳、26腳、23腳、25腳、31腳；微處理器U7的19 腳-26腳分別連接鎖存器U8的9腳-2腳；微處理器U7的28腳、29腳、48腳、49腳 分別連接動態(tài)儲存器U9的28腳、4腳、l腳、24腳；微處理器U7的52腳連接鎖存器 U8的11腳，動態(tài)儲存器U9的5腳-12腳，分別連接鎖存器U8的12腳-19腳。鎖存器 U8的2腳-9腳分別連接動態(tài)儲存器U9的13腳-15腳、17腳-20腳，鎖存器U8的20 腳接VCC且通過電容C13接地；動態(tài)儲存器U9的32腳接VCC且通過電容C14接地；微 處理器U7的13腳接VCC且通過電容C13接地。
專利摘要發(fā)動機EGR率的控制系統(tǒng)，屬于汽車汽油發(fā)動機控制領(lǐng)域。包括微處理器和小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC還包括相關(guān)傳感器信號、鐵電存儲器、功率驅(qū)動電路，相關(guān)傳感器信號通過信號調(diào)理電路連接微處理器，鐵電存儲器與小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC互聯(lián)，小腦關(guān)節(jié)控制器CMAC與微處理器互聯(lián)，微處理器通過功率驅(qū)動電路與EGR電磁閥相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有可以根據(jù)使用環(huán)境、使用條件、操作條件等改變時按控制策略產(chǎn)生一系列自適應(yīng)參數(shù)參與發(fā)動機控制，從而使發(fā)動機的控制精度得以提高，實時性更加合理、更加靈活等優(yōu)點。
文檔編號F02M25/07GK201125788SQ20072031105
公開日2008年10月1日 申請日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月9日
發(fā)明者宮春勇, 華 趙, 高小群 申請人:山東申普汽車控制技術(shù)有限公司