一种增压器控制阀流量特性的在线自学习方法和系统与流程

本发明涉及一种增压器控制阀流量特性的在线自学习方法和系统，具体涉及一种商用车天然气发动机增压器控制阀流量特性的在线自学习方法和系统。

背景技术：

对于以外接稳压气源作为增压器控制用工作气源的天然气发动机增压器控制而言，增压器控制阀作为增压器控制中的关键执行部件，其流量特性是否稳定和一致，直接关系到发动机增压压力控制的控制速度和控制精度，对保证发动机性能起着举足轻重的作用。然而由于生产一致性及使用过程中的磨损问题，增压器控制阀的流量特性往往会与设定值出现偏差，如果在使用过程中不能识别到控制阀的流量特性已经发生偏移这个问题，那么会直接导致增压器增压压力控制的控制速度和控制精度出现问题，严重还会导致控制发散，或者增压压力达不到设定值，影响发动机性能。

因此，如果能提出一种天然气发动机增压器控制阀流量特性的在线自学习方法，在使用过程中及时对增压器控制阀的流量特性进行自学习识别，并对增压器控制算法中增压器控制阀的流量特性参数进行更新，使得控制参数与被控对象相符，将会提高增压器控制的控制速度与控制精度。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供一种增压器控制阀流量特性的在线自学习方法和系统，使得在增压器控制阀的使用过程中及时对增压器控制阀的流量特性进行自学习识别，并对增压器控制算法中增压器控制阀的流量特性参数进行更新，使得控制参数与被控对象相符，以提高增压器控制的控制速度与控制精度。

本发明采用的技术方案为：

本发明实施例提供一种增压器控制阀流量特性的在线自学习方法，所述方法包括：以预设周期对发动机所处工况进行判断；在确定所述发动机处于不影响发动机正常运行的预设工况时，则执行如下增压器控制阀流量特性的自学习操作：将增压器控制阀的占空比设置为0，以对流入增压器控制阀的气源压力进行自学习，并将进行自学习后得到的增压器控制阀的出口压力作为气源压力；将增压器控制阀的占空比从0开始以预设梯度进行递增以对增压器控制阀特性进行自学习，得到增压器控制阀在不同占空比下的实际出口压力与占空比之间的关系表；利用所得到的关系表更新增压器控制算法中的增压器控制阀特性表。

可选地，所述预设工况为减速断油工况。

可选地，所述将增压器控制阀的占空比设置为0，以对流入增压器控制阀的气源压力进行自学习，并将进行自学习后得到的增压器控制阀的出口压力作为气源压力，具体包括：将增压器控制阀的占空比设置为0，采集增压器控制阀的出口压力；对所采集的出口压力的稳定性进行判断；在确定所采集的出口压力稳定后，将稳定后的出口压力作为气源压力。

可选地，对所采集的出口压力的稳定性进行判断包括：将所采集的出口压力进行低通滤波处理，如果低通滤波处理之后的出口压力与低通滤波处理之前的出口压力之间的差值小于预设门限值，则确定所采集的出口压力稳定。

可选地，所述将增压器控制阀的占空比从0开始以预设梯度进行递增以对增压器控制阀特性进行自学习，得到增压器控制阀在不同占空比下的实际出口压力与占空比之间的关系表，具体包括：将增压器控制阀的占空比从0开始以预设梯度递增，直至占空比达到100％；其中，在递增过程中，对每次递增后的出口压力的稳定性进行判断，在确定每次递增后的出口压力达到稳定后，记录本次递增后的出口压力并进行下一次占空比的递增；将增压器控制阀的每个占空比与相应的出口压力进行数据拟合处理，得到实际出口压力与占空比之间的关系表。

可选地，所述预设梯度为5％；所述预设周期为10ms。

本发明另一实施例提供一种增压器控制阀流量特性的在线自学习系统，包括：判断模块，用于以预设周期对发动机所处工况进行判断；自学习模块，用于在所述判断模块确定所述发动机处于不影响发动机正常运行的预设工况时，执行如下增压器控制阀流量特性的自学习操作：将增压器控制阀的占空比设置为0，以对流入增压器控制阀的气源压力进行自学习，并将进行自学习后的增压器控制阀的出口压力作为气源压力；将增压器控制阀的占空比从0开始以预设梯度进行递增以对增压器控制阀特性进行自学习，得到增压器控制阀在不同占空比下的实际出口压力与占空比之间的关系表；利用所得到的关系表更新增压器控制算法中的增压器控制阀特性表。

可选地，所述预设工况为减速断油工况。

可选地，所述将增压器控制阀的占空比设置为0，以对流入增压器控制阀的气源压力进行自学习，并将进行自学习后得到的增压器控制阀的出口压力作为气源压力，具体包括：将增压器控制阀的占空比设置为0，采集增压器控制阀的出口压力；对所采集的出口压力的稳定性进行判断；在确定所采集的出口压力稳定后，将稳定后的出口压力作为气源压力。

可选地，所述将增压器控制阀的占空比从0开始以预设梯度进行递增以对增压器控制阀特性进行自学习，得到增压器控制阀在不同占空比下的实际出口压力与占空比之间的关系表，具体包括：将增压器控制阀的占空比从0开始以预设梯度递增，直至占空比达到100％；其中，在递增过程中，对每次递增后的出口压力的稳定性进行判断，在确定每次递增后的出口压力达到稳定后，记录本次递增后的出口压力并进行下一次占空比的递增；将增压器控制阀的每个占空比与相应的出口压力进行数据拟合处理，得到实际出口压力与占空比之间的关系表。

本发明实施例提供的增压器控制阀流量特性的在线自学习方法和系统，在发动机处于不影响发动机正常运行的预设工况时，执行对增压器控制阀流量特性的自学习操作，当增压器控制阀特性自学习更新后，增压器控制算法中的增压器控制阀特性表与此部件特性一致，使得增压器控制算法能够控制的更加有效和及时，避免了以往控制算法中的部件特性参数与部件实际特性不一致导致的控制效果差的问题，提高了增压器控制的控制速度。

附图说明

图1为本发明实施例涉及的增压器控制系统；

图2为发明实施例提供的增压器控制阀流量特性的在线自学习方法的流程示意图；

图3为发明实施例提供的增压器控制阀流量特性的在线自学习方法的具体流程示意图；

图4为发明实施例提供的增压器控制阀流量特性的在线自学习系统的结构框图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明实施例提供的增压器控制阀流量特性的在线自学习方法用于对天然气发动机增压器控制系统的增压器控制阀的流量特性进行自学习识别，并对增压器控制算法中增压器控制阀的流量特性参数进行更新，使得控制参数与被控对象相符，提高增压器控制的控制速度与控制精度。

如图1所示，本发明实施例涉及的天然气发动机增压器控制系统可包括压缩空气储气瓶1、减压器2、增压器控制阀3、废气旁通(WGP)压力传感器4、发动机控制单元ECU 5、增压压力传感器6、增压器废气旁通控制膜片阀7及增压器11；其中，增压器11包括增压器废气旁通阀8、增压器涡轮9和增压器压气机10。

其中，压缩空气储气瓶1为商用车普遍配备的刹车用高压空气储气瓶，储存在压缩空气储气瓶1里的高压空气经过减压器2减压后送至增压器控制阀3，称之为增压器控制阀3的气源压力。由于减压器2的生产差异及使用过程中的老化，导致经减压器2减压后的空气压力会发生变化，因此需要对减压器2减压后的空气压力进行学习。

增压器控制阀3为带控制阀的三通阀，在一个示例中，控制阀为电磁阀。如图1所示，增压器控制阀3的下方通道为空气入口，接减压器2减压后的空气；增压器控制阀3的右方通道为空气出口，接增压器旁通控制膜片阀7；增压器控制阀3的左方通道连通大气；增压器控制阀3的左方通道上装有电磁阀，用于控制增压器控制阀3的出口压力的大小；增压器控制阀3的右方空气出口通道上装有压力传感器4，用于测量增压器控制阀3出口空气压力。

增压压力传感器6安装于节气门前的发动机进气管路上，用于测量增压器增压压力。

在发动机的运行过程中，ECU 5通过增压压力传感器6采集当前工况实际增压压力大小，并与当前工况的设定增压压力比较，根据二者的偏差计算需求增压器控制阀3出口压力；ECU5根据WGP压力传感器4采集增压器控制阀3实际出口空气压力，并与需求出口压力比较，根据二者的偏差计算出增压器控制阀3的电磁阀目标占空比；然后，ECU 5根据计算得到的目标占空比参数控制增压器控制阀3的电磁阀执行。

由于增压器控制阀3的空气出口通道连接至增压器废气旁通控制膜片阀7，增压器控制阀3的出口压力不同，将导致增压器废气旁通控制膜片阀7的推杆行程不一样。增压器废气旁通控制膜片阀7的推杆可通过一套杠杆机构控制增压器废气旁通阀8的开度大小，用于控制流经增压器涡轮9的废气量的多少，最终导致经增压器压气机10增压后的增压压力发生变化。

本实施例的增压器控制系统的控制原理为：来自于车辆刹车用压缩空气储气瓶的高压空气经过减压器减压后，送至增压器控制阀，通过对增压器控制阀的电磁阀的开度控制，来控制流经增压器控制阀进入到真空膜片阀的空气压力的大小，同时使用一个压力传感器来采集增压器控制阀出口空气压力的大小，当作用于真空膜片阀中的膜片上的压力大于其右侧弹簧的弹力时，真空膜片阀的推杆被推动，推杆通过一个杠杆机构来打开增压器废气旁通阀，ECU通过控制增压器控制阀出口空气压力的大小，就可以实现对增压器旁通阀开度的控制。

本发明实施例提供的增压器控制阀流量特性的在线自学习方法，在发动机处于不影响正常工作的预设工况，例如减速断油工况，通过调整增压器控制阀的占空比，使增压器控制阀开度逐步变化，然后通过WGP压力传感器采集不同的占空比下的增压器控制阀出口压力的大小，以此便可以计算得到在不同占空比下的控制阀出口压力大小，然后用这个学习到的参数更新增压器控制算法中增压器特性表。

具体地，如图2所示，本发明实施例提供的增压器控制阀流量特性的在线自学习方法，包括：

S101、以预设周期对发动机所处工况进行判断。

在确定所述发动机处于不影响发动机正常运行的预设工况时，则执行增压器控制阀流量特性的自学习操作，执行步骤S102至S104：

S102、将增压器控制阀的占空比设置为0，以对流入增压器控制阀的气源压力进行自学习，并将进行自学习后得到的增压器控制阀的出口压力作为气源压力。

S103、将增压器控制阀的占空比从0开始以预设梯度进行递增，以对增压器控制阀特性进行自学习，得到增压器控制阀在不同占空比下的实际出口压力与占空比之间的关系表。

S104、利用所得到的关系表更新增压器控制算法中的增压器特性表。

其中，在本实施例中，所述预设工况为不影响发动机正常运行的减速断油工况，即发动机运行过程中的减速断油工况，所述预设梯度为5％，所述预设周期为10ms。步骤S103需在步骤S102中的气源压力自学习完成之后才进行。

此外，步骤S102中的将进行自学习后得到增压器控制阀的出口压力作为气源压力是指通过将增压器控制阀3通往大气的压力调节为0，此时WGP压力传感器4检测的增压器控制阀的出口压力即为气源压力，具体地，步骤S102可包括：

步骤一、将增压器控制阀的占空比设置为0，采集此时的增压器控制阀的出口压力；

步骤二、对所采集的出口压力的稳定性进行判断。

该步骤的具体判断过程包括：将所采集的出口压力进行低通滤波处理，如果在预设时间内，进行低通滤波处理之后的出口压力与低通滤波处理之前的出口压力之间的差值小于预设门限值，则确定所采集的出口压力稳定。所述预设时间和预设门限值可根据实际情况确定，本发明并不做特别的限定。在一个非限制实施例中，预设时间可为0.2秒，预设压力稳定门限值可为20hPa。

步骤三、在确定所采集的出口压力稳定后，将稳定后的出口压力作为气源压力。

进一步地，步骤S103包括：

第一步骤、将增压器控制阀的占空比从0开始以预设梯度例如5％递增，直至占空比达到100％；其中，在递增过程中，对每次递增后的出口压力的稳定性进行判断，在确定每次递增后的出口压力达到稳定后，记录本次递增后的出口压力并进行下一次占空比的递增。

在该步骤中，如果每次递增后的出口压力在预设时间内的波动范围小于预设的波动范围值，则认为本次递增后的出口压力达到稳定。每次递增后的出口压力达到稳定的预设时间和预设的波动范围值可根据实际情况来确定，本发明并不做特别的限定。在一个非限制实施例中，达到稳定的预设时间可为1秒，预设的波动范围值可为20hPa。

第二步骤、将增压器控制阀的每个占空比与相应的出口压力进行数据拟合处理，得到实际出口压力与占空比之间的关系表。

在该步骤中，可将增压器控制阀的每个占空比与相应的出口压力绘制在直角坐标系中，将各个离散点用曲线连接起来进行数据拟合处理，得到目标出口压力与占空比之间的关系表，在该关系表中，出口压力为输入，占空比为输出。

此外，在本发明实施例中，所述方法还包括：如果确定所述发动机不是处于所述预设工况，则停止执行增压器控制阀流量特性的自学习操作。即如果在执行自学习操作的过程中，如果发动机没有处于减速断油工况，则立即退出自学习操作。

进一步地，在本发明实施例中，可使用自学习成功标志表示增压器控制阀流量特性的自学习操作。其中，如果增压器控制算法中的增压器特性表更新完毕，则使得所述自学习成功标志为1；如果停止执行增压器控制阀流量特性的自学习操作，则使得所述自学习成功标志为0。

在一具体实施例中，如图3所示，发明实施例提供的增压器控制阀流量特性的在线自学习方法可包括如下步骤：

S201、发动机ECU以10ms周判断当前工况是否处于减速断油工况，如果是，则激活增压器控制阀流量特性的自学习功能，执行步骤S202至S209；如果这两个工况退出，则立即退出自学习功能，同时自学习成功标志置0；

S202、自学习功能激活后，首先进行气源压力的自学习。发动机控制单元ECU将增压器控制阀的占空比设置为0，并采集增压器控制阀的出口压力；

S203、判断步骤S202采集的增压器控制阀的出口压力是否稳定，如果稳定，则执行步骤S204，否则循环该步骤；

S204、将步骤S203判断为稳定的增压器控制阀的出口压力作为气源压力；执行步骤S205；

S205、发动机控制单元ECU将增压器控制阀的占空比增加5％的梯度，并采集占空比增加后的增压器控制阀的出口压力；执行步骤S206；

S206、判断步骤S205采集的出口压力是否稳定，如果稳定，执行步骤S207，否则，循环本步骤；

S207、将步骤S206判断为稳定的出口压力作为当前占空比下的出口压力；执行步骤S208；

S208、判断当前占空比是否达到100％，如果是，执行步骤S209，否则，返回步骤S205；

S209、将采集到的增压器控制阀每个占空比与出口压力数据，经数据拟合处理后，得到目标出口压力与占空比之间的关系表(出口压力为输入，占空比为输出)，用此关系表更新增压器控制算法中增压器特性表。

即，本发明实施例提供的增压器控制阀流量特性的在线自学习方法，首先对气源压力进行自学习，在气源压力自学习完成后，进行增压器控制阀特性的学习，在增压器控制阀特性的学习过程中，将增压器控制阀的占空比从0开始，以5％的梯度递增，直至占空比达到100％，占空比每增加一次，当增压器控制阀出口压力稳定后，记录当前增压器控制阀出口压力，即占空比每增加一次，都要对增压器控制阀出口压力的稳定性进行判断，只有在稳定后才进行下一次的增加，这样，使得采集的增压器控制阀的出口压力都是稳定的，使得控制参数与被控对象相符，能够提高增压器控制的控制速度与控制精度。

本实施例以某8.6L天然气发动机为例说明本发明的有益效果。在发动机的某次道路耐久试验中，发现发动机增压压力在加速期间增压压力稳定时间长，且在稳定前增压压力有震荡，与发动机台架试验数据不符，随后检查增压器控制相关监控数据，发现增压器控制阀出口压力实际值与期望值有延迟，随后检查增压器控制阀相关管路器件，首先发现增压器控制用气源压力偏离了设计值，设计值2.3bar，实际压力只有2.15bar，后发现增压器控制阀在入口压力2.15bar下的输出压力曲线与入口压力2.3bar下的响应曲线偏差超过了5％，后来将增压器控制阀特性参数更新后，发动机增压压力的响应曲线就与台架一致了。同时，又检查了其他几个增压器控制阀，发现即使入口气源压力相同，其输出压力曲线也不一样，也更证明了对增压器控制阀的特性曲线进行自学习的必要。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种增压器控制阀流量特性的在线自学习系统，由于该系统所解决问题的原理与前述增压器控制阀流量特性的在线自学习方法相似，因此该系统的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。

如图4所示，本发明实施例提供的增压器控制阀流量特性的在线自学习系统，包括：

判断模块301，用于以预设周期对发动机所处工况进行判断；

自学习模块302，用于在所述判断模块确定所述发动机处于不影响发动机正常运行的预设工况时，执行如下增压器控制阀流量特性的自学习操作：

将增压器控制阀的占空比设置为0，以对流入增压器控制阀的气源压力进行自学习，并将进行自学习后的增压器控制阀的出口压力作为气源压力；

将增压器控制阀的占空比从0开始以预设梯度进行递增，以对增压器控制阀特性进行自学习，得到增压器控制阀在不同占空比下的实际出口压力与占空比之间的关系表；

利用所得到的关系表更新增压器控制算法中的增压器控制阀特性表。

进一步地，所述预设工况为发动机运行过程中的减速断油工况。

进一步地，对流入增压器控制阀的气源压力进行自学习，将进行自学习后的增压器控制阀的出口压力作为气源压力具体包括：

将增压器控制阀的占空比设置为0，采集增压器控制阀的出口压力；

对所采集的出口压力的稳定性进行判断；

在确定采集的出口压力稳定后，将稳定后的出口压力作为气源压力。

进一步地，对所采集的出口压力的稳定性进行判断包括：将所采集的出口压力进行低通滤波处理，如果在预设时间内，进行低通滤波处理之后的出口压力与低通滤波处理之前的出口压力之间的差值小于预设门限值，则确定采集的出口压力稳定。

进一步地，对增压器控制阀特性进行自学习，得到增压器控制阀在不同占空比下的实际出口压力与占空比之间的关系表包括：

将增压器控制阀的占空比从0开始以预设梯度递增，直至占空比达到100％；其中，在递增过程中，对每次递增后的出口压力的稳定性进行判断，在确定每次递增后的出口压力达到稳定后，记录本次递增后的出口压力并进行下一次占空比的递增；

将增压器控制阀的每个占空比与相应的出口压力进行数据拟合处理，得到实际出口压力与占空比之间的关系表。

进一步地，所述预设梯度为5％；所述预设周期为10ms。

进一步地，所述自学习模块302还用于：如果确定所述发动机不是处于所述预设工况，则停止执行增压器控制阀流量特性的自学习操作。

进一步地，所述自学习模块302使用自学习成功标志表示增压器控制阀流量特性的自学习操作；如果增压器控制算法中的增压器特性表更新完毕，则使得所述自学习成功标志为1；如果停止执行增压器控制阀流量特性的自学习操作，则使得所述自学习成功标志为0。

上述各模块可设置在前述实施例的增压器控制系统的发动机控制单元中，各模块的功能可对应于图2至图3所示流程中的相应处理步骤，在此不再赘述。

以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。