组合脉谱对发动机点火闭合角控制的方法

专利名称：组合脉谱对发动机点火闭合角控制的方法
技术领域：
组合脉谱对发动机点火闭合角控制的方法，属于汽车汽油发动机控制领域。
背景技术：
车用汽油发动机的控制主要分为点火控制和喷油器控制；其中，点火控制分为点火 提前角控制与点火闭合角控制。点火提前角与点火闭合角控制由电子点火装置实施；电 子点火装置由信号发生器(由控制单元ECU给出)、点火线圈、电子控制模块及火花塞构 成。目前使用的电子点火装置大多具有可变闭合控制， 一般是保证点火闭合角的相对闭 合率与转速正比，以保证点火闭合时间相对恒定，从而保证点火功率开关对不同的转速 恒流输出。
在控制过程中，控制单元以发动机转速为基本控制条件査点火闭合角控制脉谱参数， 并且根据各相关传感器反映的发动机状态条件对控制脉谱参数进行修正输出，控制执行 器对目标进行控制。控制分为开环控制和闭环控制。开环控制采用开环控制闭合角法， 即在高速时，通过控制电路使闭合角增大，相应初级线圈的通电时间与低速时的通电时 间大体保持一致。闭环控制是在点火线圈初级回路加反馈电阻控制闭合率法，当发现某 一周期初级断开电流变化量超过阈值时，接着在下一个或几个周期内调整相对闭合率， 使初级断开电流总趋于某一设定值附近，从而实现恒流输出。
目前常用的余量闭合角法是利用恒流反馈作用控制相对闭合率大小，如在某一转速 初级电流达到预定的恒流阈值，该阚值反馈于闭合角控制发生器，电路则延迟15%相对 闭合率，若达不到恒流阈值，则控制最大相对闭合率为75%。
点火闭合角的控制脉谱参数是发动机的转速和电瓶电压的函数。
上述控制方法在汽油发动机上得到很好的应用，但现有的脉谱控制策略对下列问题 无能为力
(1) 各传感器及执行器件的制造偏差及使用一段时间的磨损及老化引起的工作特性 改变，更换配件引起的匹配偏差等，从而使控制精度变差；
(2) 环境、季节的改变，各种工作介质的的变化(如机械油的粘度改变等)造成自身 负荷改变、各种电器及辅助动力的接入改装、对发动机的操控等引起的负荷变化；以及 负荷变化造成的电压突变等；(3) 在台架对控制单元优化时测量仪器及处理手段引起的的测量偏差以及未曾考虑 在内的其它未知因素等；
(4) 各传感器的信号传递时滞、控制单元的运算过程时滞、执行器件的运动时滞等 带来的控制实时性偏差等；
(5) 爆燃安全距离和定步长调整法造成功率损失与油耗增加。
以上这些因素的影响仅靠台架样机优化的基本点火闭合角脉谱参数显然偏离控制目 标；以各传感器反馈的各种状态信号由于各种时滞效应，虽对控制脉谱参数进行修正， 但不能完全控制目标偏差，影响点火能量，使发动机未能达到合理的使用。

发明内容
本发明要解决的技术问题是针对目前汽油发动机的控制方式所存在的问题，提供 一种能在工作过程中根据发动机相关特性改变和发动机使用条件改变而自适应生成动态 脉谱的策略，进而提供一种动态脉谱参数与原有样机台架确定的基本脉谱参数组合控制 的组合脉谱参数对发动机点火闭合角控制的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该组合脉谱对发动机点火闭合角控制 的方法，其特征在于包括基本点火闭合角脉谱参数和动态点火闭合角脉谱参数，基本
点火闭合角脉谱参数是经过台架标定或经过台架及道路参数优化标定的脉谱参数，动态 点火闭合角脉谱参数为自适应生成的发动机在线自标定和自优化控制脉谱参数，基本点 火闭合角脉谱参数和动态点火闭合角脉谱参数构成组合脉谱参数，该组合脉谱参数通过 控制系统按控制策略对汽油发动机进行点火闭合角进行自适应控制。
脉谱参数的组成是不同工况分区的若干个子脉谱参数区域之和，每个区域都按该区 域的控制目标值分为闭环控制目标和开环控制区域。
控制系统包括微处理器、小脑关节控制器CMAC、铁电存储器、传感器信号、信号调 理电路、电源检测、功率驱动电路、点火模块，传感器信号通过信号调理电路与微处理 器相连，铁电存储器与小脑关节控制器CMAC控制器互联，小脑关节控制器CMAC与微处 理器互联，微处理器与功率驱动电路相连，功率驱动电路与点火模块相连。
动态点火闭合角脉谱参数的生成方法是，根据转速、电瓶电压工况条件和使用条件 的变化以及发动机自身因素变化学习生成的一系列自适应参数，该自适应参数在工作过 程中按工况依据条件变化自适应学习，不断经验聚类，反复应用和实时修正而不断刷新; 如利用曲轴位置加速度等信号值的经验聚类，自适应学习生成不同工况及条件下的动态 脉谱参数，这些自适应生成的点火闭合角动态脉谱参数是一系列自标定的闭合率值。
动态点火闭合角脉谱参数的生成方法由以下几个步骤产生-a、 点火闭合角脉谱生成区域的确定以某一工况条件下的控制点火闭合角的基本修
正脉谱，以及表征此刻工况条件的相关各特征信号值为数据节点，以该节点的基本修正
脉谱参数y为中心值，确定Ay,对Ay的确定将考虑二个方面，其一是以期望点火闭合 角和实际点火闭合角偏差，其二是火焰信号角小于一个给定的阈值；上述二方面确定取 小后，按初级线圈的电压(点火模块输入电压)的变化率与曲轴转角加速度双因素拟合， 确定基本参考半径，找出动态脉谱生成区域(y—Ay， y+Ay);
b、 动态点火闭合角脉谱生成寻优区域的确定在同维空间区域利用该数据节点中表 征该工况与点火闭合角相关的各特征信号值的变化率大小进行动态点火闭合角脉谱生成 趋势判定，从而判定更小的区域是在(y—Ay)还是在(y+Ay)—边，确定后以(y—Ay) 或(y+Ay)区域的中值为目标逼近后的新节点，并且以该目标为中心，确定新的逼近后 的动态点火闭合角脉谱生成区域，如此反复，不断逼近，直到最小的区域min(y—Ay， y 十Ay)出现，该区域为寻优区域；
c、 动态点火闭合角脉谱的生成当表征该工况的相关各特征信号值趋近于一个近似 于零的常数e时，以及进行概率统计处理的相关特征信号的概率分布在允许的范围内， 确定min(y—Ay， y+Ay)中的中值点ym，该点即为生成的动态点火闭合角脉谱参数；
d、 确定动态点火闭合角脉谱重复以上过程a-c，并且在全过程小脑关节控制器CMAC 对点火闭合角控制目标进行自适应学习和跟踪，以及对偏差进行逼近调整和进行经验聚 类，当相关各特征信号值的变化率e及相关特征信号的概率分布稳定在一个允许的变化 范围内时，确定该动态点火闭合角脉谱参数，存入铁电存储器，此时，确定的动态点火 闭合角脉谱参数和所对应的点火闭合角相关各特征信号值为一组数据节点，该节点即为 动态点火闭合角脉谱参数，该动态点火闭合角脉谱参数的集合构成动态脉谱；
e、 对动态点火闭合角脉谱的刷新生成的动态点火闭合角脉谱在控制过程中，由于 发动机自身特性及使用环境改变，使其点火闭合角控制目标也有所变化，其所组成的数 据节点在进行a-d的过程时，当相关各特征信号值的变化率e及相关特征信号的概率分 布稳定在一个不允许的变化范围内时，重新生成新的动态点火闭合角脉谱参数，经小脑 关节控制器CMAC对点火正时控制目标进行自适应学习和跟踪，以及对偏差进行逼近调整 和经验聚类确定，对原来数据节点地址单元刷新。
控制策略包括点火闭合角组合控制策略和修正控制策略或其他控制策略。 点火闭合角的组合控制策略和修正控制策略
a、组合作用对象作用于组合点火闭合角脉谱，对应于相同或非常相近的点火闭合
角目标查表条件，既有其本点火闭合角脉谱，又有生成的动态点火闭合角脉谱时，即作用条件是该工况所对应的控制目标具有动态点火闭合角脉谱；
b、 组合原则；对同工况、同条件或同工况具有非常相近的条件，即数据节点既有存
在于基本点火闭合角脉谱的，也有存在于动态点火闭合角脉谱的，当组成数据节点的元
素中，相关各特征信号值相同而目标参数不同时，选动态点火闭合角脉谱参数；点火闭 合角相关各特征信号值不完全相同但目标参数相同时，对该不相同特征信号值分别按前 一循环值与当次循环值计算变化率，比较该变化率，取小判优，确定点火闭合角组合脉 谱参数；相关各特征信号值相同而目标参数相差较大时，取两目标中值按动态点火闭合 角脉谱生成策略进行逼近生成新的动态点火闭合角脉谱参数插入动态点火闭合角脉谱 中；
c、 组合方法从动态点火闭合角脉谱中选择动态点火闭合角脉谱参数后，原同工况、 同条件或同工况具有非常相近的条件下的基本点火闭合角脉谱参数被屏蔽；动态点火闭 合角脉谱参数对控制目标进行控制，当被确定使用的动态点火闭合角脉谱参数在对点火 闭合角目标控制时，相关各特征信号值的变化率无法稳定在允许范围内时，放弃该动态 点火闭合角脉谱参数，回到该工况、该条件下的基本点火闭合角脉谱，应用动态点火闭 合角脉谱生成策略重新学习生成；
d、 以上组合作用下，通过对部分控制目标的动态点火闭合角脉谱参数应用，对同一 工况，或代换一部分基本点火闭合角脉谱参数，或取代该工况下的全部基本点火闭合角 脉谱；
控制系统对点火闭合角的期望目标按修正策略以及动态点火闭合角脉谱的生成策 略、组合策略选择最佳点火闭合角控制目标进行逐步纠偏逼近控制，在控制过程中通过 自适应学习和经验聚类，生成动态点火闭合角脉谱使对点火闭合角目标的控制达到快速 响应和高精度；
在纠偏逼近中，使用的修正控制策略是
该修正策略由常规修正策略和小脑关节控制器CMAC的逼近修正策略组成，常规修正 策略是来自反映发动机工况的相关各传感器的特征信号值对基本点火闭合角脉谱的修 正，这一部分在常规控制方式下输出基本修正点火闭合角控制点火控制摸块对点火闭合 角目标进行控制；小脑关节控制器CMAC的逼近修正策略中， 一是采用新的相关各传感器 的特征信号处理方式对不可直接测得量进行软测量方法推断，以及推断而得到软测量特 征信号值对基本点火闭合角脉谱进行修正；二是利用小脑关节控制器CMAC通过期望目标 与实际目标进行纠偏，并在纠偏过程中进行权值匹配而自适应学习的相关各传感器的特
征信号值对基本点火闭合角脉谱进行修正，三是通过各传感器给出的特征信号变化率，以及软测量推定的特征信号变化率确定逼近范围，不断按变化率逼近最小偏差范围对基 本点火闭合角脉谱进行修正。
各相关传感器信号为点火闭合角相关各传感器的特征信号以及采用软测量方式推断 出的特征信号，包括油门踏板信号，发动机的曲轴位置及转速信号、上止点信号、转矩 信号、喷油脉宽信号、节气门位置信号、燃油温度信号、供电回路电压信号、水温传感 器信号、进气压力信号，空燃比信号、EGR率信号和上述信号的变化率，以及爆震信号传 感器和火焰电离传感器在几个循环的概率分布之间的多因素相关拟合。
控制系统根据发动机与点火闭合角相关各传感器的特征信号变化率判定工况变化趋 势对部分时滞偏差过大的控制目标进行给定点火闭合角期望值预测控制，同时以预测控 制目标值为数据节点，利用小脑关节控制器CMAC的自适应逼近调整能力和学习能力，降 低或消除各方面信号滞后带来的误差；
控制系统还根据发动机与点火闭合角相关各传感器的特征信号变化率判定工况变化 趋势进行经济模式、动力模式、正常模式判定，在不同的控制模式下自适应选定不同的 点火闭合角闭环控制目标进行控制；在控制过程中，通过控制和学习交替进行，对模式 目标进行优化，并在今后的控制中依据条件的改变，不断修改和被优化；
同一工况下点火闭合角有多个闭环控制目标，当条件发生变化时，控制模式也发生 改变，如经济模式和功率模式时的目标不同，控制系统根据控制策略，利用各工况条件 参数进行模式分析判定，通过选定模式而自动选定该工况下的闭环控制目标之一进行闭 环控制。
工况是指中小负荷工况、大负荷工况，起动工况、加减速工况以及怠速工况。 与现有技术相比，本发明组合脉谱对发动机点火闭合角控制的方法，所具有的有益 效果是由于采用了以自适应学习方法合成的组合脉谱参数控制方式，使得被控系统发 生改变和未知变化对发动机的影响得到了修正，从而提高了开环控制时的控制精度和速 度。也利用动态脉谱参数的规划和生成，对闭环控制目标进行了修正和选定，改善了发 动机自身条件变化时发动机控制系统无法响应，通过自适应学习控制产生动态脉谱参数 的策略提前预测控制，最大可能的修正了各种时滞效应带来的控制滞后，提高了控制的 实时性。


图1本发明实施例的控制系统电路原理框图； 图2点火闭合角控制方案示意图； 图3自适应方案示意图；图4实现控制过程程序流程框图； 图5控制电路原理图。
图l-5是本发明的最佳实施例，图5中Ul微处理器、U2运算放大器、U3磁变换器 大器、U4锁相环、U5时基电路、U6微处理器、U7锁存器、U8动态储存器、U9存储器、 U10扩展口、 Ull-U12开关量驱动器、0P1~0P2光电耦合器、Tl-T4升压器、BT1-BT4 功率驱动管、Rl—R14电阻、C1~C17、电容、Dl—D2 二极管、Ql三极管、Yl-Y2晶振、 Sl开关。
具体实施例方式
实施过程
本发明提出的组合脉谱对发动机点火闭合角控制的方法体现在常规控制器(发动机 中央控制器ECU)和小脑关节控制器CMAC根据控制策略对点火闭合角的相对闭合率实现 自适应控制；以下结合附图l-5对实施过程说明。
如图l所示控制系统包括微处理器、小脑关节控制器CMAC、铁电存储器、传感器 信号、信号调理电路、电源检测、功率驱动电路、点火模块，传感器信号通过信号调理 电路与微处理器相连，铁电存储器与小脑关节控制器CMAC互联，小脑关节控制器CMAC 与微处理器互联，微处理器与功率驱动电路相连，功率驱动电路与点火模块相连。
相关传感器信号通过信号调理电路将信号输入到微处理器。
相关传感器信号主要包括节气门位置信号、曲轴位置信号、转速信号、电压检测 信号等。
电瓶电压信号通过电源检测处理后接入微处理器，电源检测及稳压电路由DC/DC转 换器、过流过压保护器、电压变化信号变送器及抗干扰电路组成。
微处理器由32位的CPU内核，内置常规控制器控制策略和算法、各类脉谱及其它相 关控制目标数据及通信总线处理器等。
小脑关节控制器CMAC由另一片32位微处理器为内核，与外部电路构成；其内置自适 应学习算法及控制策略，与主微处理器共同组成控制系统核心，接受外部信号变化，根 据策略及时作出决策，进行自适应学习聚类刷新动态脉谱参数，发出指令控制外部执行 机构动作和运行。
铁电存储器对系统基本点火闭合角脉谱参数进行备份，经自适应学习后参与工况控制
后被判定为使系统按要求稳定工作的那部分动态脉谱参数也会作为经验数据存入其中。
微处理器判定系统失控时会自动将基本固态脉谱参数从铁电存储器写入微处理器中。
功率驱动控制电路采用专用控制驱动芯片和外围电路，驱动控制点火闭合角。在这里特别说明的是，为便于区别新的控制方法，本发明将传统处理方式和方法， 如PID控制策略的使用等，均定义为常规控制器，常规控制器作为控制系统一部分，控 制系统的另一部分为小脑关节控制器CMAC。
如图2所示基本点火闭合角脉谱是发动机转速与电压的函数，常规控制中己将电 压进行稳压处理，但由于发电机以及用电负荷的突变仍造成电压变化，故在闭合角控制 策略中对电压也进行了检测输入，同时输入供闭合角控制策略决策的信号还有反映点火 正时的曲轴位置信号、反映点火周期的转速信号、反映发动机负荷的节气门位置信号； 通过控制策略给出的基本闭合率脉谱送入常规控制器进行常规的偏差率PID控制，该控 制器在处理过程中，使用了相关信号的变化率，即节气门位置变化率、电压变化率和曲 轴位置加速度，同时通过组合控制策略对常规控制器加入了小脑关节控制器对控制目标 的自适应学习跟踪影响，使常规控制器输出的闭合率修正脉谱与发动机点火能量的变化 响应趋近于同步，达到自适应控制的目的。
小脑关节控制器CMAC在点火闭合率控制中对控制目标进行自适应学习，经验聚类， 并且根据控制策略和相关工况参数确定寻优区间和对寻优区间进行最小逼近，以达到生 成动态脉谱的目的；生成的动态脉谱经稳定性和最优判定后，经反复使用和工况稳定性 验证，调入铁电存储器，与基本点火闭合角脉谱相组合，构成组合脉谱参数，在组合策 略作用下对点火器相对闭合率进行自适应控制。
如图3所示，按照本发明组合脉谱对发动机点火闭合角控制的方法的自适应控制策 略， 一但投入使用的发动机，除开始是通过经台架样机试验优化的基本点火闭合角脉谱 参数工作外，由于自适应策略的作用，不断自适应产生新的优化动态点火闭合角脉谱参 数，因而工作一段时间的发动机，其基本点火闭合角脉谱参数已或多或少发生改变，即 是同时投入使用和经过相同工作时间后的发动机，其同控制目标的基本点火闭合角脉谱 参数也改变的不再相同；这是因为器件的制造偏差、安装的工艺以及器件本身特性的差 异，发动机使用环境的不同，使用条件的不同，操纵方法的差异等。
控制单元对点火闭合角实施控制将应用点火闭合角基本点火闭合角脉谱参数，对应
于不同的工况将给出不同的目标值，该目标值由于各种使用环境、条件、传递时滞、机 构传动时滞、特性差异等，与实际目标产生偏差；对实际目标的信号反馈，由于传感器 的特性、信号的传递时滞、信号运算处理过程的时滞等；还包括随机产生的干扰和干扰 引起的器件特性突变等；以上等等因素的存在，影响到控制的实时性和准确性，加上无 法"因地制易"调整的台架标定脉谱参数，使控制系统无法准确确定控制目标。
使用小脑关节控制器CMAC，结合传统PID控制的点火闭合角自适应控制策略从二方面实施控制， 一方面针对点火闭合角的偏差进行自适应控制，如通过曲轴位置信号对控 制系统点火周期跟踪确定点火角调整后周期的变化，确保系统稳定。另一方面是以点火 闭合角相关的转速和电压信号进行变化率对控制目标预测控制，本发明特别给出的控制 策略，即采集传感器反馈量变化率模糊趋势判据与系统稳定性经验聚类逼近，以及稳定 目标后的自学习调整时滞性的给定目标预测实时控制。
图3中，(1)设被控制输出量力(J'二厶么J…)，在此条件下连续测量发动机/7个循
环的时间t,和转速信号、节气门位置信号、蓄电池电压信号以及以上各信号的变化率。 以上信号经控制系统并以以下公式
<formula>formula see original document page 13</formula>
进行拟合计算处理，得到基本控制目标^
公式中，a。为基本脉谱值或传感器信号值，q为控制目标变化率或传感器信号变化
率；？,第i个循环时间；少,第i个循环的控制目标平均变化量。
(2) 通过拟合的数据再利用关系A /^1，^, ...,^)拟合，式中，dl/dt， d2/dt，…，
dn/dt，分别为相关测值变化率；将被控制输出量改变为么
(3) 设计控制律逻辑确定被控制输出量由力-,改为jo之后，发动机各被测量的变化 率趋近于零，该趋近于零的值e被视为最佳条件，该条件下的目标值y被优化选出成为 新的控制目标，以及对应的查表条件改变。
L<formula>formula see original document page 13</formula>
(4) 以上是以发动机各相关传感器测量值及其变化矢量为反馈参数的对y进行自适 应控制的过程。该过程在"次工作循环中若使发动机平稳工作(各条件特征值参数变化不
大，即有趋近于零的f，概率分布在允许的范围内)，则控制目标y被定义在0-^》"
」W几何体区域内，得出控制目标空间区域，并对区域内不断定步长或变步长插值逼进 极小空间区域而进行控制；此时表现出的发动机各参数即为发动机最优条件参数，该条 件下的目标值即被优化选出的控制目标。此时该控制目标按规定被经验聚类写入动态脉 谱参数区，该地址若有不合条件的数据时被取代刷新。当这些最佳条件出现时，小脑关 节控制器CMAC对控制目标进行定步长或变步长逐点控制。(5) 当变化趋势在n次循环中稳定或最佳条件出现时，控制策略对控制单元及发动 机的各时滞效应将按学习的模式进行预测消除，相同事件再次发生时联想控制；工况变 化或同工况下条件变化时再按上述原则，如此反复；
(6) 以上过程中，11以稳定的鲁棒性为界而确定，e值为一多因素相关微小量常数。 这两个参数在台架数据时反复验证并予以确认。
如图4所示发动机进入工作时，控制系统根据不同的操作条件和各传感器的状态 信号判定发动机当前的工况类别，即基本操作条件与当前相关传感器的状态构成控制系 统选定工况的当前基本工况条件，控制系统根据上述条件确定当前工况，计算输出该工 况下的基本点火闭合角脉谱参数。
如果此过程有经过自适应学习生成的动态点火闭合角脉谱参数存在，控制系统经稳 定性优化判比，若该动态点火闭合角脉谱更优于基本点火闭合角脉谱，则输出的是新生 成的动态点火闭合角脉谱参数。该动态点火闭合角脉谱参数被传感器的反馈信号进行当 前修正，修正后的动态点火闭合角脉谱分参数通过驱动电路对各执行器进行控制，，如控 制点火模块以决定点火正时；这一过程进行的同时， 一是通过各位置状态信号测量反馈 上一循环的执行机构目标定位情况，控制系统将实际目标值与输出的修正目标值计算偏 差及偏差变化率输入小脑关节控制器CMAC进行自适应权值修正，二是通过前馈方式训练 和跟踪获得被控目标逆模型，若用x(k)表示系统状态，u(k)表示控制向量时，对执行机 构的控制描述为x(k+l)=g[x(k)， x(k)];三是控制系统通过对与控制目标相关的传感器 信号在规定循环周期内算出其信号量的变化率，通过变化率模糊确定变化趋势，通过控 制策略利用该变化趋势预测给出期望输出目标，通过与实测目标的偏差和偏差变化率计 算，各相关传感器信号的变化率计算，不断修正权值，按各变化率趋近于零的稳定性趋 势，逼近控制目标。
当系统自适应学习的经验聚类信号与基于变化率达到稳定阈值的偏差变化率最小以 及偏差最小时，该预测控制目标被确定为将要选定的动态点火闭合角脉谱值。该动态点 火闭合角脉谱值被送于暂存器中用于对控制目标的输出，重复前述的过程，不断计算前 一循环的各相关变化率，在当前循环中控制和学习，在下一循环中预测输出。学习与控 制交替进行。
当稳定性阈值出现时，该预测控制目标的动态脉谱参数值即生成的动态点火闭合角 脉谱，被存入铁电存储器中，稳定性阈值出现时的各传感器信号值也同时被确定为决定 该脉谱输出的工况条件信号。同理，在条件发生变化时，重复以上过程，不断生成相对 应的动态点火闭合角脉谱。在学习与控制交替进行过程中，生成的动态点火闭合角脉谱和生成该动态点火闭合 角脉谱时的各相关传感器的信号值按控制策略中的数据处理原则被聚类优化存储；优化 的原则分两个方面， 一是不断对基本工况条件和记忆的操作条件对动态点火闭合角脉谱 值按趋势找出寻优区域不断逼近控制，确定最优条件e出现时的数据节点，这样减少了 空间占用率，同时也縮短了动态点火闭合角脉谱的生成周期。二是采用紧凑型地址空间 存储策略，避免多余单元重新分配地址，即采用统一地址求余运算得到训练存放权值的 空间，以满足硬件实现要求。
如以上小脑关节控制器CMAC流程，对点火闭合角控制的工作过程。 在当前学习与控制阶段，控制系统中小脑关节控制器CMAC根据前一循环的的点火闭 合率、曲轴转角加速度、电压变化率、节气门位置变化率，按最小区间逼进寻优的点火 闭合角组合脉谱参数中同工况和同条件的脉谱参数值为数据节点，与之相关传感器信号 变化范围(如转速)及信号的变化率范围确定工况条件输入空间〃^= [a，力]X [c， ^ ]， 根据预测目标和实际目标偏差范围及偏差变化率范围确定脉谱参数跟踪修正空间他= [e， / ] X [g，力]，如曲轴转角加速度在I到IO，其变化率在0到3，则标准乘积空 间为〃g=[厶] X [" 3 ];并选取合适的量化级数，给出初始权系数矩阵，以当 前与之相关传感器信号变化及信号的变化率和当前执行器位置信号及信号变化率为数据 节点，选取合适的参数和空间超几何体半径，根据给定的样本找出包含该点的空间超几 何体，确定选择矩阵51,此时小脑关节控制器CMAC的输出定义在以激活节点为中心的超
几何体上的基函数线性组合，即j),=《5(x> ，其中
^^血g[^")A(;0'…A")]'^[《4' '^f是权系数向量，& + J为权系数选择向量，
这样对于每个样本，只需局部调整权系数即可。这样经不断学习与控制，不断重复以上 过程，学习与控制交替进行，生成符合要求的动态脉谱参数，对下一循环中点火提前角 进行预测控制，再根据爆震和火焰传导角阚值概率分布，确定输入空间，以及确定与引 射器相关的执行器调整输入空间，选择矩阵S，经过一段时间(多个循环过程)的学习经验 聚类，通过多次逼近达到了实际目标值，最大能力的消除了时滞带来的控制偏差，从而 使点火正时达到精确控制。
如图5所示微处理器U1的31、 32脚分别与存储器U16的29、 24脚相连，40脚 通过电阻Rl接VCC高电平，通过电容Cl接地，通过开关Sl接地；微处理器Ul的73、 74脚之间接有晶振Y1，并且通过电容C2、 C3接地；
节气门位置信号经降压后输入到运算放大器U2放大处理后，输入到微处理器U1的A/D 口P46脚，供微处理器U1进行分析计算处理。
曲轴位置传感器信号输入到磁变换器U3进行转换处理后，输入到微处理器U1的A/D 口P57脚，供微处理器U1进行分析计算处理。
电源通过由锁相环U4组成的电源检测电路处理后，通过光电耦合器OP1输入微处 理器U1的P26脚，实时检测电瓶电压量，为系统提供可靠性稳压直流电源。
转速信号经过时基电路U5调理后，通过光电耦合器0P2输入到微处理器Ul的P20 脚，供微处理器U1进行分析计算处理。
微处理器U6、锁存器U7、动态储存器U8构成小脑关节控制器CMAC，在微处理 器U1的控制下，依据内置控制策略自适应学习，并对受空燃比目标值进行调节逼近；动 态储存器U8是闪存存储器，其对类聚调节参数进行刷新存储，在微处理器U6的控制下 参与新工况下的控制器控制。
微处理器Ul利用其I/0端口 P30-P37，通过开关量驱动器Ull、 U12对点火信号进 行釆集与反馈分析判比处理后，通过功率驱动管BT1 -BT4对发动机的点火进行实时控 制。
权利要求
1、组合脉谱对发动机点火闭合角控制的方法，其特征在于包括基本点火闭合角脉谱参数和动态点火闭合角脉谱参数，基本点火闭合角脉谱参数是经过台架标定或经过台架及道路参数优化标定的脉谱参数，动态点火闭合角脉谱参数是自适应生成的发动机在线自标定和自优化控制脉谱参数，基本点火闭合角脉谱参数和动态点火闭合角脉谱参数构成组合脉谱参数，该组合脉谱参数通过控制系统按控制策略对汽油发动机点火闭合角进行自适应控制。
2、 根据权利要求1所述的组合脉谱对发动机点火闭合角控制的方法，其特征在于 点火闭合角脉谱参数的组成是不同工况分区的若干个子脉谱参数区域之和，每个区域都 按该区域的控制目标值分为闭环控制目标和开环控制区域。
3、 根据权利要求1所述的组合脉谱对发动机点火闭合角控制的方法，其特征在于 控制系统包括微处理器、小脑关节控制器CMAC、铁电存储器、传感器信号、信号调理电 路、电源检测、功率驱动电路、点火模块，传感器信号通过信号调理电路与微处理器相连，铁电存储器与小脑关节控制器CMAC互联，小脑关节控制器CMAC与微处理器互联， 微处理器与功率驱动电路相连，功率驱动电路与点火模块相连。
4、 根据权利要求1所述的组合脉谱对发动机点火闭合角控制的方法，其特征在于动态点火闭合角脉谱参数的生成方法是，根据转速、电瓶电压工况条件和使用条件的变 化以及发动机自身因素变化学习生成的一系列自适应参数，该自适应参数在工作过程中按工况依据条件变化自适应学习，不断经验聚类，反复应用和实时修正而不断刷新； 动态点火闭合角脉谱参数的生成方法由以下几个步骤产生a、 点火闭合角脉谱生成区域的确定以某一工况条件下的控制点火闭合角的基本修 正脉谱，以及表征此刻工况条件的相关各特征信号值为数据节点，以该节点的基本修正脉谱参数y为中心值，确定Ay，对Ay的确定将考虑二个方面，其一是以期望点火闭合角和实际点火闭合角偏差，其二是火焰信号角小于一个给定的阈值；上述二方面确定取小后，按初级线圈的电压(点火模块输入电压)的变化率与曲轴转角加速度双因素拟合，确定基本参考半径，找出动态脉谱生成区域(y—Ay， y+Ay);b、 动态点火闭合角脉谱生成寻优区域的确定在同维空间区域利用该数据节点中表 征该工况与点火闭合角相关的各特征信号值的变化率大小进行动态点火闭合角脉谱生成 趋势判定，从而判定更小的区域是在(y—Ay)还是在(y+Ay)—边，确定后以(y—Ay)或(y+Ay)区域的中值为目标逼近后的新节点，并且以该目标为中心，确定新的逼近后 的动态点火闭合角脉谱生成区域，如此反复，不断逼近，直到最小的区域min(y—Ay， y 十Ay)出现，该区域为寻优区域；c、 动态点火闭合角脉谱的生成当表征该工况的相关各特征信号值趋近于一个近似 于零的常数e时，以及进行概率统计处理的相关特征信号的概率分布在允许的范围内， 确定min(y—Ay， y+Ay)中的中值点y ，该点即为生成的动态点火闭合角脉谱参数；d、 确定动态点火闭合角脉谱重复以上过程a-c，并且在全过程小脑关节控制器CMAC 对点火闭合角控制目标进行自适应学习和跟踪，以及对偏差进行逼近调整和进行经验聚 类，当相关各特征信号值的变化率e及相关特征信号的概率分布稳定在一个允许的变化 范围内时，确定该动态点火闭合角脉谱参数，存入铁电存储器，此时，确定的动态点火 闭合角脉谱参数和所对应的点火闭合角相关各特征信号值为一组数据节点，该节点即为 动态点火闭合角脉谱参数，该动态点火闭合角脉谱参数的集合构成动态脉谱；e、 对动态点火闭合角脉谱的刷新生成的动态点火闭合角脉谱在控制过程中，由于 发动机自身特性及使用环境改变，使其点火闭合角控制目标也有所变化，其所组成的数 据节点在进行a-d的过程时，当相关各特征信号值的变化率e及相关特征信号的概率分 布稳定在一个不允许的变化范围内时，重新生成新的动态点火闭合角脉谱参数，经小脑 关节控制器CMAC对点火正时控制目标进行自适应学习和跟踪，以及对偏差进行逼近调整 和经验聚类确定，对原来数据节点地址单元刷新。
5、 根据权利要求1所述的组合脉谱对发动机点火闭合角控制的方法，其特征在于 控制策略包括点火闭合角组合控制策略和修正控制策略或其他控制策略。
6、 根据权利要求5所述的组合脉谱对发动机点火闭合角控制的方法，其特征在于 点火闭合角组合控制策略和修正控制策略a、 组合作用对象作用于组合点火闭合角脉谱，对应于相同或非常相近的点火闭合 角目标査表条件，既有基本点火闭合角脉谱，又有生成的动态点火闭合角脉谱时，即作 用条件是该工况所对应的控制目标具有动态点火闭合角脉谱；b、 组合原则；对同工况、同条件或同工况具有非常相近的条件，即数据节点既有存 在于基本点火闭合角脉谱的，也有存在于动态点火闭合角脉谱的，当组成数据节点的元 素中，相关各特征信号值相同而目标参数不同时，选动态点火闭合角脉谱参数；点火闭 合角相关各特征信号值不完全相同但目标参数相同时，对该不相同特征信号值分别按前 一循环值与当次循环值计算变化率，比较该变化率，取小判优，确定点火闭合角组合脉谱参数；相关各特征信号值相同而目标参数相差较大时，取两目标中值按动态点火闭合角脉谱生成策略进行逼近生成新的动态点火闭合角脉谱参数插入动态点火闭合角脉谱 中；C、组合方法从动态点火闭合角脉谱中选择动态点火闭合角脉谱参数后，原同工况、同条件或同工况具有非常相近的条件下的基本点火闭合角脉谱参数被屏蔽；动态点火闭 合角脉谱参数对控制目标进行控制，当被确定使用的动态点火闭合角脉谱参数在对点火 闭合角目标控制时，相关各特征信号值的变化率无法稳定在允许范围内时，放弃该动态 点火闭合角脉谱参数，回到该工况、该条件下的基本点火闭合角脉谱，应用动态点火闭 合角脉谱生成策略重新学习生成；d、以上组合作用下，通过对部分控制目标的动态点火闭合角脉谱参数应用，对同一 工况，或代换一部分基本点火闭合角脉谱参数，或取代该工况下的全部基本点火闭合角脉谱；控制系统对点火闭合角的期望目标按修正策略以及动态点火闭合角脉谱的生成策 略、组合策略选择最佳点火闭合角控制目标进行逐步纠偏逼近控制，在控制过程中通过 自适应学习和经验聚类，生成动态点火闭合角脉谱使对点火闭合角目标的控制达到快速 响应和高精度；在纠偏逼近中，使用的修正控制策略是该修正策略由常规修正策略和小脑关节控制器CMAC的逼近修正策略组成，常规修正 策略是来自反映发动机工况的相关各传感器的特征信号值对基本点火闭合角脉谱的修 正，这一部分在常规控制方式下输出基本修正点火闭合角控制点火控制摸块对点火闭合 角目标进行控制；小脑关节控制器CMAC的逼近修正策略中， 一是采用新的相关各传感器 的特征信号处理方式对不可直接测得量进行软测量方法推断，以及推断而得到软测量特 征信号值对基本点火闭合角脉谱进行修正；二是利用小脑关节控制器CMAC通过期望目标 与实际目标进行纠偏，并在纠偏过程中进行权值匹配而自适应学习的相关各传感器的特 征信号值对基本点火闭合角脉谱进行修正，三是通过各传感器给出的特征信号变化率， 以及软测量推定的特征信号变化率确定逼近范围，不断按变化率逼近最小偏差范围对基 本点火闭合角脉谱进行修正。
7、根据权利要求6所述的组合脉谱对发动机点火闭合角控制的方法，其特征在于 各相关传感器信号为点火闭合角相关各传感器的特征信号以及采用软测量方式推断出的 特征信号，包括油门踏板信号，发动机的曲轴位置及转速信号、上止点信号、转矩信号、 喷油脉宽信号、节气门位置信号、燃油温度信号、供电回路电压信号、水温传感器信号、 进气压力信号，空燃比信号、EGR率信号和上述信号的变化率，以及爆震信号传感器和火焰电离传感器在几个循环的概率分布之间的多因素相关拟合。
8、根据权利要求6所述的组合脉谱对发动机点火闭合角控制的方法，其特征在于控制系统根据发动机与点火闭合角相关各传感器的特征信号变化率判定工况变化趋势对 部分时滞偏差过大的控制目标进行给定点火闭合角期望值预测控制，同时以预测控制目 标值为数据节点，利用小脑关节控制器CMAC的自适应逼近调整能力和学习能力，降低或 消除各方面信号滞后带来的误差；控制系统还根据发动机与点火闭合角相关各传感器的特征信号变化率判定工况变化 趋势进行经济模式、动力模式、正常模式判定，在不同的控制模式下自适应选定不同的 点火闭合角闭环控制目标进行控制；在控制过程中，通过控制和学习交替进行，对模式 目标进行优化，并在今后的控制中依据条件的改变，不断修改和被优化；同一工况下点火闭合角有多个闭环控制目标，当条件发生变化时，控制模式也发生 改变，如经济模式和功率模式时的目标不同，控制系统根据控制策略，利用各工况条件 参数进行模式分析判定，通过选定模式而自动选定该工况下的闭环控制目标之一进行闭 环控制。
全文摘要
组合脉谱对发动机点火闭合角控制的方法，属于汽车发动机控制领域。包括基本点火闭合角脉谱参数和动态点火闭合角脉谱参数，基本点火闭合角脉谱参数是经过台架标定或经过台架及道路参数优化标定的脉谱参数，动态点火闭合角脉谱参数为自适应生成的发动机在线自标定和自优化控制脉谱参数，基本点火闭合角脉谱参数和动态点火闭合角脉谱参数构成组合脉谱参数，该组合脉谱参数通过控制系统按控制策略对汽油发动机点火闭合角进行自适应控制。由于采用了以自适应学习方法合成的组合脉谱控制方式，使得被控系统发生改变和未知变化对发动机的影响得到了修正，从而提高了开环控制时的控制精度和速度，提高了控制的实时性。
文档编号F02P5/15GK101285445SQ200710301909
公开日2008年10月15日 申请日期2007年12月20日 优先权日2007年4月9日
发明者宫春勇, 华 赵, 高小群 申请人:山东申普汽车控制技术有限公司