专利名称：基于灰色决策理论的egr阀的计量孔电磁阀的控制方法
技术领域：
基于灰色决策理论的EGR阀的计量孔电磁阀的控制方法，属于内燃机排气系统控制技术领域。具体涉及废气再循环系统EGR阀的计量孔电磁阀的控制方法。
背景技术：
内燃机排气中有害气体之一的氮氧化合物NOx排到大气中，碰到强烈的紫外线时，会生成光化学烟雾。这种光化学烟雾，会造成眼睛疼痛，严重的还会引发呼吸困难。长期呼吸氮氧化物NOx和黑烟等污染的空气，容易带来呼吸器官的疾病和癌症，严重影响人类健康. 在化学上，氮是所谓的惰性气体，不容易起氧化作用，但温度高到一个程度，还是会形成氮氧化物的。因此若要降低引擎排气中的氮氧化物含量，就必须设法降低引擎的燃烧温度。目前车辆使用的方法就是在进气管中导入一些已经燃烧过的废气，与新鲜空气混合，使之再次燃烧；其作用是降低混合气的含氧浓度、吸收燃烧释放出的热量，使燃烧速度减慢、燃烧温度降低，便减少了NOx的生成数量，现代内燃机不论是汽油或柴油的都有EGR废气再循环系统，并且都用计算机来控制管理废气的进气量，以期望在环保和动力上取得最大的利益和平衡。
经检索和调查，目前用得最多的是低压废气再循环系统，其系统的主要元件是数控式EGR阀。数控式EGR阀安装在右排气歧管上，作用是独立地对再循环到发动机的废气量进行准确的控制，而不管歧管真空度的大小。EGR阀通过三个孔径递增的计量孔，控制从排气歧管流回进气歧管的废气量，以产生7种不同流量的组合。每个计量孔都由一个电磁阀和针阀组成，当电磁阀通电时，电枢便被磁铁吸向上方，使计量孔开启。旋转式针阀的特性保证了当EGR阀关闭时，具有良好密封性。EGR阀通常在下列条件下开启1.发动机暖机运转；2.转速超过怠速。
考虑到大多厂家对于环保的意识并不是很高，考虑更多的还是制造成本的问题，因此关于EGR阀的计量孔电磁阀的控制方法大都基于发动机冷却水温传感器、节气门位置传感器和空气流量传感器来进行粗略控制，容易导致发动机熄火，没有考虑更多的影响工况的因素，且各类影响因素均参与计算和查表，容易忽略主要影响因素的作用，EGR阀的计量孔电磁阀的控制精度和响应速度还有提升的空间.
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对目前废气再循环系统EGR阀的计量孔电磁阀的控制方法的一些不足，充分利用现代电子化汽车的构成特点，提供了一种基于灰色决策理论的EGR阀的计量孔电磁阀的控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该基于灰色决策理论的EGR阀的计量孔电磁阀的控制方法，其特征在于步骤如下 1.1定周期连续采样内燃机转速n(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t(0)(k)，内燃机进气温度T(0)(k)，空燃比λ(0)(k)，k为采样时刻； 1.2初值化处理内燃机转速n(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t(0)(k)，内燃机进气温度T(0)(k)，空燃比λ(0)(k)等相关采样数据，得到初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)，k为采样时刻； 1.3针对初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)，进行灰色自关联分析，并依据结果选择相互之间的关联度均为最大的影响因素，为后期灰色决策做准备； 1.4构造决策局势sk＝(a，bi)，其中a为开关EGR阀的计量孔电磁阀的事件，bi为实现事件a的对策，通过目标pj来数值化，j为目标序号，j＝1，2，…，M，M≤5，i为EGR阀计量孔电磁阀的序号. 1.5建构目标pj的对应数值化目标，即开关EGR阀的计量孔电磁阀影响因子qj，其中qj按下标升序排列依次代表内燃机转速n(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t(0)(k)，内燃机进气温度T(0)(k)，空燃比λ(0)(k)中符合步骤1.3中关联度达到要求的因素，j＝1，2，…，M，M≤5； 1.6根据建构目标，定周期连续采样事件的对策bi下的各目标值，并采用上限效果测度统一各事件的对策bi下的开关EGR阀的计量孔电磁阀影响因子qj(i)的序列极性，得到统一极性后的序列qj′(i)，并根据公式
求解各事件对策bi下的综合效果测度zi(∑)； 1.7根据公式 获得最大测度元，次大测度元和第三测度元，下标i*，i′，i″分别对应事件对策bi的开关操作，亦即开关EGR阀的计量孔电磁阀，若
则开启EGR阀的第i*计量孔电磁阀和EGR阀的第i′计量孔电磁阀，若
|zi″-zi′|＜ε，
则EGR阀的计量孔电磁阀全部开启，若上述条件均不满足，则开启EGR阀的第i*计量孔电磁阀；其中ε为系统设定绝对差阈值。
所述的步骤1.3中所述的针对初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)，进行灰色自关联分析，自关联分析的具体步骤如下 2.1求解初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)各因素序列两两绝对差Δij(k)，表达式为
其中，wi(k)，wj(k)分别代表初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)各因素序列； 2.2依据表达式
获得各因素序列的灰关联系数τ(wi(k)，wj(k))； 2.3依据表达式
获得各因素序列的灰关联度。
所述的步骤1.2中所述的初值化处理内燃机转速n(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t(0)(k)，内燃机进气温度T(0)(k)，空燃比λ(0)(k)等采样数据，其初值化方法为使各序列的首项系数为1。
与现有技术相比，本发明基于灰色决策理论的EGR阀的计量孔电磁阀的控制方法所具有的有益效果是考虑了更多的与实际工况有关且影响发动机系统运行和开关EGR阀的计量孔电磁阀的各种因素，利用现代电子化汽车已有的各种传感器信号，运用具有少量数据，动态实时性高的灰色决策理论，获取影响开关EGR阀的计量孔电磁阀的影响因子，在不增加改装成本的基础上，实现了开关EGR阀的计量孔电磁阀的最优控制，EGR阀的计量孔的电磁阀的控制精度和响应速度明显提升，避免了无谓的燃油消耗，重要的是大大降低了氮氧化物的排放量，保护了环境。
图1是本发明基于灰色决策理论的EGR阀的计量孔电磁阀的控制方法流程框图； 图2是本发明基于灰色决策理论的EGR阀的计量孔电磁阀的控制方法的氮氧化物排放量效果图。
图1-2为本发明基于灰色决策理论的EGR阀的计量孔电磁阀的控制方法的最佳实施例。
具体实施例方式 下面结合附图1-2对本发明基于灰色决策理论的EGR阀的计量孔电磁阀的控制方法作进一步详细说明 如图1所示为本发明基于灰色决策理论的EGR阀的计量孔电磁阀的控制方法流程框图，具体步骤如下 步骤1定周期连续采样内燃机转速n(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t(0)(k)，内燃机进气温度T(0)(k)，空燃比λ(0)(k)；k为采样时刻；定周期为0～200ms；采样个数不少于四个数据单位，各序列采样值具体表达式为 n(0)(k)＝{n(0)(1) n(0)(2) … n(0)(M)}
t(0)(k)＝{t(0)(1) t(0)(2) … t(0)(M)} T(0)(k)＝{T(0)(1) T(0)(2) … T(0)(M)} λ(0)(k)＝{λ(0)(1) λ(0)(2) … λ(0)(M)} 其中，M为单位周期采样总数，且M≥4。
步骤2初值化处理内燃机转速n(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t(0)(k)，内燃机进气温度T(0)(k)，空燃比λ(0)(k)等采样数据，得到初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)；k为采样时刻；各初值化序列的具体表达式为 n′(0)(k)＝{1 n(0)(2)/n(0)(1) … n(0)(M)/n(0)(1)}
t′(0)(k)＝{1 t(0)(2)/t(0)(1) … t(0)(M)/t(0)(1)} T′(0)(k)＝{1 T(0)(2)/T(0)(1) … T(0)(M)/T(0)(1)} λ′(0)(k)＝{1 λ(0)(2)/λ(0)(1) … λ(0)(M)/λ(0)(1)} 步骤3针对初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)进行灰色自关联分析，自关联分析的具体步骤如下 1)求解初值化的内燃机转速n ′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)各因素序列两两绝对差Δij(k)，表达式为
其中，wi(k)，wj(k)按下标互异升序原则，分别代表初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)各因素序列。
2)依据表达式
获得各因素序列的灰关联系数τ(wi(k)，wj(k))。
3)依据表达式
获得各因素序列的灰关联度。
最后根据灰色自关联分析的结果，选择相互之间的关联度均为最大的影响因素，为后期灰色决策做准备。
步骤4构造决策局势sk＝(a，bi)，其中a为开关EGR阀的计量孔电磁阀的事件，bi为实现事件a的对策，通过目标pj来数值化，j为目标序号，j＝1，2，…，M，M≤5，i为EGR阀的计量孔电磁阀的序号。
步骤5建构目标pj的对应数值化目标，开关EGR阀的计量孔电磁阀影响因子qj，其中qj按下标升序排列依次代表内燃机转速n(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t(0)(k)，内燃机进气温度T(0)(k)，空燃比λ(0)(k)中符合步骤3中关联度达到要求的因素，j＝1，2，…，M，M≤5。
步骤6根据建构目标，定周期连续采样事件的对策bi下的各目标值，并采用上限效果测度统一各事件的对策bi下的开关EGR阀的计量孔电磁阀影响因子qj(i)的序列极性，得到统一极性后的序列qj′(i)，采用的上限效果测度的具体表达式为 然后，根据公式
求解各事件的对策bi下的综合效果测度zi(∑)； 步骤7根据公式 获得最大测度元，次大测度元和第三测度元，下标i*，i′，i″分别对应事件对策bi的开关操作，亦即开关EGR阀的计量孔电磁阀，若
则开启EGR阀的第i*计量孔电磁阀和EGR阀的第i′计量孔电磁阀，若
|zi″-zi′|＜ε，
则EGR阀的计量孔电磁阀全部开启，若上述条件均不满足，则开启EGR阀的第i*计量孔电磁阀；其中ε为系统设定绝对差阈值，一般取为0.01。
实施例 本发明实施例对象选择的是洛阳南峰机电设备制造有限公司制造生产配套的内燃机试验台架，此设备可以通过电涡流测功机，准确模拟各种行驶工况，需要说明的是为了实现本发明与试验台架测得的数据的比较，对实施例中各影响因素的传感设备，进行了微小改动，采用了双传感器模式，通过RS232和A/D接口，连接另一微处理器，系统设定绝对差阈值为0.01。
下面结合本发明针对实施例对象模拟的某一行驶工况的氮氧化物排放量进行本发明的基于灰色决策理论的EGR阀的计量孔电磁阀的控制方法的详细阐述 第一步，单位周期连续采样数据个数为6，采样前5个数据作为获得的内燃机转速n(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t(0)(k)，内燃机进气温度T(0)(k)，空燃比λ(0)(k)的原始序列数据如表1所示，温度的单位为摄氏度，节气门开度的单位是角度，转速的单位是转/分，采样的后1个数据作为灰色自关联分析确定主要影响因素后按目标pj获得的对策bi下的采样序列。
表1
第二步，初值化处理后，得到初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)的序列数据如表2所示 表2
第三步，求解初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)各因素序列两两绝对差Δij(k)，根据式
计算所得结果如表3所示，其中wi(k)，wj(k)按下标互异升序原则，分别代表初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)各因素序列. 表3
显然有如下表达式 Δ12(k)＝Δ21(k)，Δ13(k)＝Δ31(k)，Δ14(k)＝Δ41(k)，Δ15(k)＝Δ51(k)，Δ23(k)＝Δ32(k) Δ24(k)＝Δ42(k)，Δ25(k)＝Δ52(k)，Δ34(k)＝Δ43(k)，Δ35(k)＝Δ53(k)，Δ45(k)＝Δ54(k). Δ11(k)＝Δ22(k)＝Δ33(k)＝Δ44(k)＝Δ55(k)＝0 第四步，依据表达式τ(wi(k)，
获得各因素序列的灰关联系数τ(wi(k)，wj(k))，计算所得结果如表4所示，其中分辨系数ρ取为0.5，wi(k)，wj(k)按下标互异升序原则，分别代表初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)各因素序列。
表4
第五步，依据表达式r(wi(k)，
获得各因素序列的灰关联度计算所得结果如表5所示，其中wi(k)，wj(k)按下标互异升序原则，分别代表初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)各因素序列。
表5
由表5灰色关联分析的结果可以看出，在此时刻工况下，内燃机的转速与内燃机节气门开度的灰关联度
大于其与其他影响因素的灰关联度；内燃机节气门开度和内燃机的进气温度的灰关联度
大于其与其他影响因素的灰关联度；内燃机的进气温度与内燃机的冷却水温度的灰关联度r(t′(0)(k)，T′(0)(k))大于其与其他影响因素的灰关联度；从而确定的此时刻工况下的主要影响因素分别为内燃机转速n(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t(0)(k)，内燃机进气温度T(0)(k)。
第六步，根据建构目标，按照事件对策bi下的各目标值获取后1个采样值，如表6所示 表6
采用上限效果测度统一各事件的对策bi下的开关EGR阀的计量孔电磁阀影响因子qj(i)的序列极性，得到统一极性后的序列qj′(i)(k)，如表7所示，采用的上限效果测度的具体表达式为
其中qj(i)表示对策bi下的，按照目标pj获得的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k). 表7
表6和表7中i的编号形式不固定，本发明暂时根据EGR阀的计量孔电磁阀安装位置自上而下的顺序编号，对策bi表示开关EGR阀的计量孔电磁阀的事件的对策. 结合表7中的数据，根据公式
获得的各事件对策bi下的综合效果测度zi(∑)为 第七步，根据公式 获得最大测度元，次大测度元和第三测度元，下标i*，i′，i″分别对应事件对策bi的开关操作，亦即开关EGR阀的计量孔电磁阀，若
则开启EGR阀的第i*计量孔电磁阀和EGR阀的第i′计量孔电磁阀，若
|zi″-zi′|＜ε，
则EGR阀的计量孔电磁阀全部开启，若上述条件均不满足，则开启EGR阀的第i*计量孔电磁阀；结合第六步给出的结果，可以确定此时刻工况下，EGR阀的第1，3号计量孔电磁阀开启。
如图2所示为本发明基于灰色决策理论的EGR阀的计量孔电磁阀的控制方法的氮氧化物排放量效果图，为了方便比较和保证排气氧传感器的精度，本发明采用独立重复试验，模拟的汽车行驶里程为150km，氮氧化物排放量的采样周期为1～50min.从图中可以看出，采用EGR系统的氮氧化物排放量明显低于不采用EGR系统的氮氧化物排放量，且采用本发明的方法控制EGR阀的计量孔电磁阀的开关，大大降低了氮氧化物的排放量，比低压EGR系统平均低5～10个百分点. 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.基于灰色决策理论的EGR阀的计量孔电磁阀的控制方法，其特征在于步骤如下
1.1定周期连续采样内燃机转速n(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t(0)(k)，内燃机进气温度T(0)(k)，空燃比λ(0)(k)，k为采样时刻；
1.2初值化处理内燃机转速n(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t(0)(k)，内燃机进气温度T(0)(k)，空燃比λ(0)(k)相关采样数据，得到初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)，k为采样时刻；
1.3针对初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)，进行灰色自关联分析，并依据结果选择相互之间的关联度均为最大的影响因素，为后期灰色决策做准备；
1.4构造决策局势sk＝(a，bi)，其中a为开关EGR阀的计量孔电磁阀的事件，bi为实现事件a的对策，通过目标pj来数值化，j为目标序号，j＝1，2，…，M，M≤5，i为EGR阀计量孔电磁阀的序号；
1.5建构目标pj的对应数值化目标，即开关EGR阀的计量孔电磁阀影响因子qj，其中qj按下标升序排列依次代表内燃机转速n(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t(0)(k)，内燃机进气温度T(0)(k)，空燃比λ(0)(k)中符合步骤1.3中关联度达到要求的因素，j＝1，2，…，M，M≤5；
1.6根据建构目标，定周期连续采样事件的对策bi下的各目标值，并采用上限效果测度统一各事件的对策bi下的开关EGR阀的计量孔电磁阀影响因子qj(i)的序列极性，得到统一极性后的序列q′j(i)，并根据公式
求解各事件对策bi下的综合效果测度zi(∑)；
1.7根据公式
获得最大测度元，次大测度元和第三测度元，下标i*，i′，i″分别对应事件对策bi的开关操作，亦即开关EGR阀的计量孔电磁阀，若
则开启EGR阀的第i*计量孔电磁阀和EGR阀的第i′计量孔电磁阀，若
则EGR阀的计量孔电磁阀全部开启，若上述条件均不满足，则开启EGR阀的第i*计量孔电磁阀；其中ε为系统设定绝对差阈值。
2.根据权利要求1所述的基于灰色决策理论的EGR阀的计量孔电磁阀的控制方法，其特征在于步骤1.3中所述的针对初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)，进行灰色自关联分析，自关联分析的具体步骤如下
2.1求解初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)各因素序列两两绝对差Δij(k)，表达式为
其中，wi(k)，wj(k)分别代表初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)各因素序列；
2.2依据表达式τ(wi(k)，
获得各因素序列的灰关联系数τ(wi(k)，wj(k))；
2.3依据表达式r(wi(k)，
获得各因素序列的灰关联度。
3.根据权利要求1所述的基于灰色决策理论的EGR阀的计量孔电磁阀的控制方法，其特征在于步骤1.2中所述的初值化处理内燃机转速n(0)(k)，节气门开度
内燃机冷却水温t(0)(k)，内燃机进气温度T(0)(k)，空燃比λ(0)(k)等采样数据，其初值化方法为使各序列的首项系数为1。
全文摘要
基于灰色决策理论的EGR阀的计量孔电磁阀的控制方法，属于内燃机排气系统控制技术领域。步骤如下定周期连续采样和初值化处理内燃机转速n(0)(k)，节气门开度内燃机冷却水温t(0)(k)，内燃机进气温度T(0)(k)，空燃比λ(0)(k)，k为采样时刻；得到初值化的内燃机转速n′(0)(k)，节气门开度内燃机冷却水温t′(0)(k)，内燃机进气温度T′(0)(k)，空燃比λ′(0)(k)，k为采样时刻。利用动态实时性高的灰色决策理论，获取影响开关EGR阀的计量孔电磁阀的影响因子，在不增加改装成本的基础上，实现了开关EGR阀的计量孔电磁阀的最优控制。
文档编号F02M25/07GK101761424SQ20101010442
公开日2010年6月30日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者高述辕, 高小群, 赵华 申请人:山东申普汽车控制技术有限公司