发动机混合气控制系统参数识别方法及装置与流程

文档序号:25992557发布日期:2021-07-23 21:05阅读:109来源:国知局
发动机混合气控制系统参数识别方法及装置与流程

本发明涉及发动机控制技术领域,特别涉及一种发动机混合气控制系统参数识别方法及装置。



背景技术:

随着排放和油耗法规的不断加严,越来越多的新技术和新产品被应用到发动机上。为了满足排放法规对排放物的苛刻要求需要利用宽域氧传感器进行燃油喷射闭环控制。如图1所示,发动机喷油到宽域氧传感器感知到喷油信号(即λ)有一定的延迟时间t,t与发动机燃烧室、排气管路及运行工况等密切相关,而宽域氧传感器从开始感知喷油信号到正确反映出真实空燃比有一个过程,这个过程的时间长短与氧含量浓度梯度、混合气浓稀变化方向及传感器特性等因素有关,可以用τ来表示。由发动机喷油、宽域氧传感器感知喷油量形成的混合气闭环系统可以采用比例积分微分控制(proportional-integral-derivativecontrol,简称pid控制)、内模控制(internalmodelcontrol,简称imc)等方式进行控制。

由于不同型号发动机和氧传感器特性参数不同,其共同形成的混合气控制系统参数t和τ对闭环控制效果以及最终的排放有着很大影响。因此在每型发动机研发阶段均需对空燃比控制系统参数进行测试与标定。但是每型发动机与氧传感器均有制造散差,导致各发动机的混合气控制系统参数t和τ不一致,且零部件老化、故障也会带来参数的变化,如果不能准确识别这些参数的变化量进而及时修正控制系统参数,那么闭环控制效果将会变差,进而导致排放恶化。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种发动机混合气控制系统参数识别方法及装置,以准确识别发动机的混合气控制系统参数。

为解决上述技术问题,本发明提供一种发动机混合气控制系统参数识别方法,包括:

生成备选参数集;

根据所述备选参数集中不同的参数组建立不同的参考模型;

生成混合气激励信号,输入至不同的所述参考模型以分别生成不同的第一参考信号,以及输入至发动机混合气系统以生成第二参考信号;以及,

比较各所述第一参考信号与所述第二参考信号的相似度,并输出具有最高相似度的所述第一参考信号所对应的所述参数组;

其中,所述发动机混合气系统对于喷油指令的开环响应包括一个滞后环节和一个一阶惯性环节,所述发动机混合气系统的传递函数以及所述参考模型均为关于所述滞后环节的滞后时间及所述一阶惯性环节的滤波系数的函数,每一所述参数组均包括一所述滞后时间和一所述滤波系数。

可选的,在所述的发动机混合气控制系统参数识别方法中,所述激励信号根据发动机特性或设定规则生成。

可选的,在所述的发动机混合气控制系统参数识别方法中,所述根据所述备选参数集中不同的参数组建立不同的参考模型的步骤包括:

根据所述备选参数集中所述滞后时间和所述滤波系数的物理取值范围,组成网格,并采用网格搜索法,逐次生成n个序列,每个序列表示一所述参数组。

可选的,在所述的发动机混合气控制系统参数识别方法中,使用最小均法误差法比较所述第一参考信号和所述第二参考信号的相似度,所采用的评价指标l为:

其中,s1[i]表示所述第二参考信号,s2[i]表示所述第一参考信号,n表示所述参数组的序列。

可选的,在所述的发动机混合气控制系统参数识别方法中,在将所述混合气激励信号输入至发动机混合气系统及所述参考模型模块之前,还包括:根据混合气浓度的变化对所述混合气激励信号进行截取,而后将截取的所述混合气激励信号输入至所述发动机混合气系统及所述参考模型模块。

可选的,在所述的发动机混合气控制系统参数识别方法中,所述激励信号生成模块根据混合气浓度的变化对所述混合气激励信号进行截取包括:

若混合气浓度由低至高变化,则截取所述混合气激励信号的上升沿,输入至所述发动机混合气系统及所述参考模型模块;

若混合气浓度由高至低变化,则截取所述混合气激励信号的下降沿,输入至所述发动机混合气系统及所述参考模型模块。

本发明还提供一种发动机混合气控制系统参数识别装置,包括:激励信号生成模块、备选参数生成模块、参考模型模块和参数评价模块;其中,

所述激励信号生成模块用于生成混合气激励信号,并输入至所述参考模型模块及发动机混合气系统;

所述备选参数生成模块用于生成备选参数集,并输出给所述参考模型模块;

所述参考模型模块用于根据所述备选参数集中不同的参数组建立不同的参考模型,以及用于接收所述激励信号生成模块生成的所述混合气激励信号,输入至不同的所述参考模型,以输出不同的第一参考信号;

所述参数评价模块用于比较各所述第一参考信号及所述激励信号输入至所述发动机混合气系统输出的第二参考信号的相似度,并输出具有最高相似度的所述第一参考信号所对应的所述参数组;

其中,所述发动机混合气系统对于喷油指令的开环响应包括一个滞后环节和一个一阶惯性环节,所述发动机混合气系统的传递函数以及所述参考模型均为关于所述滞后环节的滞后时间及所述一阶惯性环节的滤波系数的函数,每一所述参数组均包括一所述滞后时间和一所述滤波系数。

可选的,在所述的发动机混合气控制系统参数识别装置中,所述参考模型模块用于根据所述备选参数集中不同的参数组建立参考模型的步骤包括:

根据所述备选参数集中所述滞后时间和所述滤波系数的物理取值范围,组成网格,并采用网格搜索法,逐次生成n个序列,每个序列表示一所述参数组。

可选的,在所述的发动机混合气控制系统参数识别装置中,所述参数评价模块使用最小均法误差法比较所述第一参考信号和所述第二参考信号的相似度,所采用的评价指标l为:

其中,s1[i]表示所述第二参考信号,s2[i]表示所述第一参考信号,n表示所述参数组的序列。

可选的,在所述的发动机混合气控制系统参数识别装置中,所述激励信号生成模块还用于在将所述混合气激励信号输入至发动机混合气系统及所述参考模型模块之前,根据混合气浓度的变化对所述混合气激励信号进行截取,而后将截取的所述混合气激励信号输入至所述发动机混合气系统及所述参考模型模块。

可选的,在所述的发动机混合气控制系统参数识别装置中,所述激励信号生成模块根据混合气浓度的变化对所述混合气激励信号进行截取包括:

若混合气浓度由低至高变化,则截取所述混合气激励信号的上升沿,输入至所述发动机混合气系统及所述参考模型模块;

若混合气浓度由高至低变化,则截取所述混合气激励信号的下降沿,输入至所述发动机混合气系统及所述参考模型模块。

本发明还提供一种可读存储介质,所述可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被执行时,实现如上所述的发动机混合气控制系统参数识别方法。

综上所述,本发明提供的所述发动机混合气控制系统参数识别方法及装置,包括:生成备选参数集,并根据所述备选参数集中不同的参数组建立不同的参考模型;生成混合气激励信号,输入至不同的所述参考模型以分别生成不同的第一参考信号,输入至发动机混合气系统以生成第二参考信号;以及,比较各所述第一参考信号与所述第二参考信号的相似度,并输出具有最高相似度的所述第一参考信号所对应的所述参数组;其中,所述发动机混合气系统对于喷油指令的开环响应包括一个滞后环节和一个一阶惯性环节,所述发动机混合气系统的传递函数以及所述参考模型均为关于所述滞后环节的滞后时间及所述一阶惯性环节的滤波系数的函数,每一所述参数组均包括一所述滞后时间和一所述滤波系数。输出的所述滞后环节的滞后时间t及所述一阶惯性环节的滤波系数τ,可用于空燃比控制系统中控制算法的参数调节,以覆盖发动机、氧传感器制散差、零部件老化带来的参数变化,进而提升空燃比控制精度,降低车辆有害物排放。

附图说明

图1为发动机喷油到宽域氧化器感知到喷油信号而后反映出真实空燃比的过程示意图;

图2为本发明实施例提供的发动机混合气控制系统参数识别方法的流程图;

图3为本发明实施例中信号传递逻辑示意图;

图4为本发明实施例中采用采用网格搜索法生成序列的示意图;

图5为本发明实施例提供的发动机混合气控制系统参数识别装置的组成框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚,以下结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外,附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的,各附图需要展示的侧重点不同,有时会采用不同的比例。还应当理解的是,除非特别说明或者指出,否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等,而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

发明人研究发现,可将由发动机和氧传感器构成的发动机混合气系统对于喷油指令的开环响应等效为一个滞后环节和一个一阶惯性环节,激励信号为混合气浓度(即喷油指令)、响应信号为前氧传感器测到废气中空燃比信号。

另外,所述发动机混合气系统,其传递函数可以表示为:

其中,y(s)、u(s)分别为输出量和输入量的拉普拉斯变换,s为复变量,t为滞后环节的滞后时间,τ一阶惯性环节的滤波系数。

对于空燃比控制系统来说,可基于该传递函数输出控制策略,因此,对于发动机的混合气控制系统参数t和τ的识别,可用于空燃比控制系统中控制算法的参数调节。

基于上述发明,本发明的核心思想在于提供基于参数搜索的发动机混合气控制系统参数辨识方法,能够识别发动机混合气控制系统参数,识别到的参数可用于控制算法中参数调节,以覆盖发动机、氧传感器制散差、零部件老化带来的参数变化,进而提升空燃比控制精度,降低车辆有害物排放。

基于该思想,如图2所示,并请结合图3,本发明实施例提供一种发动机混合气控制系统参数识别方法,包括如下步骤:

s11,生成备选参数集;

s12,根据所述备选参数集中不同的参数组建立不同的参考模型;

s13,生成具有特定角频率与幅值的混合气激励信号,输入至不同的所述参考模型以分别生成不同的第一参考信号,以及输入至发动机混合气系统以生成第二参考信号;

s14,比较各所述第一参考信号与所述第二参考信号的相似度,并输出具有最高相似度的所述第一参考信号所对应的所述参数组;

其中,所述发动机混合气系统对于喷油指令的开环响应包括一个滞后环节和一个一阶惯性环节,所述发动机混合气系统的传递函数以及所述参考模型均为关于所述滞后环节的滞后时间及所述一阶惯性环节的滤波系数的函数,每一所述参数组均包括一所述滞后时间和一所述滤波系数。

实际应用时,如图3中所示例的,上述步骤s11~s14可由控制器来执行,但本申请不仅限于此,可为由集成有包括步骤s11~s14的计算机程序的其它电子设备来执行,具体可参见下文对于可读存储介质的描述,在此不再赘述。

步骤s11中,所述激励信号可根据发动机特性或设定规则生成。所述设定规则为专家根据经验所设定的规则。所述激励信号为正弦波或方波,若所述激励信号为方波,可将其输入带通滤波器,将方波转为为正弦波而后再输入至所述发动机混合气系统和所述参考模型,得到正弦波的所述第一参考信号和所述第二参考信号。在另外一些实施例中,也可通过在发动机喷油器的原始控制信号上叠加正弦波信号的方式向所述发动机混合气系统输入正弦波信号,在避免因单独发出正弦波信号会干扰到原有发动机功能的正常运行的同时,也可直接得到正弦波的所述第一参考信号和所述第二参考信号,本申请对此不作限制。

如图4所示,步骤s12中,所述根据所述备选参数集中不同的参数组建立不同的参考模型的步骤可包括:根据所述备选参数集中所述滞后时间和所述滤波系数的物理取值范围,组成网格,并采用网格搜索法,逐次生成n个序列,每个序列表示一所述参数组。

进而步骤s14中,可使用最小均法误差法比较所述第一参考信号和所述第二参考信号的相似度,所采用的评价指标l为:

其中,s1[i]表示所述第二参考信号,s2[i]表示所述第一参考信号,n表示所述参数组的序列。

当混合气浓度由稀到浓或由浓到稀变化时,其延时、上升斜率并不一样。为了对双边(由浓到稀、由稀到浓)参数进行辨识,本实施例中,优选的,在将所述混合气激励信号输入至发动机混合气系统及所述参考模型模块之前,还包括:根据混合气浓度的变化对所述混合气激励信号进行截取,而后将截取的所述混合气激励信号输入至所述发动机混合气系统及所述参考模型模块。具体的,若混合气浓度由低至高变化,则截取所述混合气激励信号的上升沿,输入至所述发动机混合气系统及所述参考模型模块;若混合气浓度由高至低变化,则截取所述混合气激励信号的下降沿,输入至所述发动机混合气系统及所述参考模型模块。

基于同一思想,如图5所示,本发明实施例还提供一种发动机混合气控制系统参数识别装置,包括:激励信号生成模块101、备选参数生成模块102、参考模型模块103和参数评价模块104;

所述激励信号生成模块101用于生成具有特定角频率与幅值的混合气激励信号,并输入至所述参考模型模块103及发动机混合气系统;

所述备选参数生成模块102用于生成备选参数集,并输出给所述参考模型模块101;

所述参考模型模块103用于根据所述备选参数集中不同的参数组建立不同的参考模型,以及用于接收所述激励信号生成模块101生成的所述混合气激励信号,输入至不同的所述参考模型,以输出不同的第一参考信号;

所述参数评价模块104用于比较各所述第一参考信号及所述激励信号输入至所述发动机混合气系统输出的第二参考信号的相似度,并输出具有最高相似度的所述第一参考信号所对应的所述参数组;

其中,所述发动机混合气系统对于喷油指令的开环响应包括一个滞后环节和一个一阶惯性环节,所述发动机混合气系统的传递函数以及所述参考模型均为关于所述滞后环节的滞后时间及所述一阶惯性环节的滤波系数的函数,每一所述参数组均包括一所述滞后时间和一所述滤波系数。

所述参考模型模块103用于根据所述备选参数集中不同的参数组建立参考模型的步骤可包括:根据所述备选参数集中所述滞后时间和所述滤波系数的物理取值范围,组成网格,并采用网格搜索法,逐次生成n个序列,每个序列表示一所述参数组。

所述参数评价模块104可使用最小均法误差法比较所述第一参考信号和所述第二参考信号的相似度,所采用的评价指标l为:

其中,s1[i]表示所述第二参考信号,s2[i]表示所述第一参考信号,n表示所述参数组的序列。

基于同样的理由,本实施例中,优选的,所述激励信号生成模块101还用于在将所述混合气激励信号输入至发动机混合气系统及所述参考模型模块之前,根据混合气浓度的变化对所述混合气激励信号进行截取,而后将截取的所述混合气激励信号输入至所述发动机混合气系统及所述参考模型模块。若混合气浓度由低至高变化,则截取所述混合气激励信号的上升沿,输入至所述发动机混合气系统及所述参考模型模块;若混合气浓度由高至低变化,则截取所述混合气激励信号的下降沿,输入至所述发动机混合气系统及所述参考模型模块。

另外,本发明实施例提供的所述发动机混合气控制系统参数识别装置还可包括自学习值存储模块(未图示),用于存储所述参数评价模块输出的具有最高相似度的所述第一参考信号所对应的所述参数组。

可以理解的是,所述的激励信号生成模块101、备选参数生成模块102、参考模型模块103、参数评价模块104以及自学习值存储模块可以合并在一个装置中实现,或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个子模块,或者,所述的激励信号生成模块101、备选参数生成模块102、参考模型模块103、参数评价模块104以及自学习值存储模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合,并在一个功能模块中实现。根据本发明的实施例,所述的激励信号生成模块101、备选参数生成模块102、参考模型模块103、参数评价模块104以及自学习值存储模块中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路,例如现场可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑阵列(pla)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(asic),或可以以对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现,或以软件、硬件以及固件三种实现方式的适当组合来实现。或者,所述的激励信号生成模块101、备选参数生成模块102、参考模型模块103、参数评价模块104以及自学习值存储模块中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块,当该程序被计算机运行时,可以执行相应模块的功能。

举例而言,本发明实施例提供的所述发动机混合气控制系统参数识别装置可为用于台架标定的控制器,或者通过为集成至车辆的控制器。

本发明实施例还提供一种可读存储介质,所述可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被执行时,实现如本实施例中所述的发动机混合气控制系统参数识别方法。

所述可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备,例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式压缩盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码设备以及上述的任意合适的组合。这里所描述的计算机程序可以从可读存储介质下载到各个计算/处理设备,或者通过网格、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。所述计算机程序可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在一些实施例中,通过利用计算机程序的状态信息来个性化定制电子电路,例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑阵列(pla),该电子电路可以执行计算机可读程序指令,从而实现本发明的各个方面。

综上所述,本发明实施例提供的所述发动机混合气控制系统参数识别方法及装置,包括:生成备选参数集,并根据所述备选参数集中不同的参数组建立不同的参考模型;生成混合气激励信号,输入至不同的所述参考模型以分别生成不同的第一参考信号,输入至发动机混合气系统以生成第二参考信号;以及,比较各所述第一参考信号与所述第二参考信号的相似度,并输出具有最高相似度的所述第一参考信号所对应的所述参数组;其中,所述发动机混合气系统对于喷油指令的开环响应包括一个滞后环节和一个一阶惯性环节,所述发动机混合气系统的传递函数以及所述参考模型均为关于所述滞后环节的滞后时间及所述一阶惯性环节的滤波系数的函数,每一所述参数组均包括一所述滞后时间和一所述滤波系数,输出的所述滞后环节的滞后时间t及所述一阶惯性环节的滤波系数τ,可用于空燃比控制系统中控制算法的参数调节,以覆盖发动机、氧传感器制散差、零部件老化带来的参数变化,进而提升空燃比控制精度,降低车辆有害物排放。

此外还应该认识到,虽然本发明已以较佳实施例披露如上,然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围。

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