一种基于燃料自动识别的甲醇汽车自适应启动方法

1.本发明涉及一种基于燃料自动识别的甲醇汽车自适应启动方法，属于汽车燃油喷射控制技术领域。


背景技术：

2.目前我国一部分省份响应国家号召积极发展甲醇汽车，并结合当地实际情况推广和销售相应型号的甲醇燃料。但目前市场上尚无一种燃油喷射方法可以自动识别燃油型号并自动调整燃油喷射量，使得燃烧的空燃比保持在一范围内。现有的燃油喷射系统在加入不同的甲醇燃料后，往往需多次试调ecu 的参数，具有明显的地域局限性，一直制约甲醇汽车的推广。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，提供一种基于燃料自动识别的甲醇汽车自适应启动方法。该方法可以自动识别环境温度和甲醇燃料的型号，然后根据环境温度和甲醇燃料型号自动判断发动机启动所需的喷油脉宽，并自动将发动机启动时的转速调整到怠速转速。
4.本发明的技术方案：一种基于燃料自动识别的甲醇汽车自适应启动方法，通过自动采集得到车辆甲醇燃料型号以及进气管温度，从而自动调节燃油喷射器的喷射量；具体包括有启动调节和自适应调节：
5.启动调节：单片机根据传感器判断出甲醇燃料的型号，并根据发动机进气温度决定发动机启动的模式，并对原始喷油控制信号进行初始化；
6.自适应调节：启动调节后单片机根据检测出的甲醇燃料型号和原始喷油控制信号的频率自适应调整原始喷油控制信号，喷油器驱动电路根据调整之后的喷油控制信号对喷油器的喷射量进行调整。
7.前述的基于燃料自动识别的甲醇汽车自适应启动方法中，所述启动调节具体包括有以下步骤：
8.a.预先将环境温度分为若干个等级，每个型号的甲醇燃料在不同的温度等级下对应一个原始喷油控制信号展宽系数，并将该信息录入单片机中进行储存；同步将不同甲醇燃料型号对应相对介电常数以及电容值录入单片机中进行储存；
9.b.通过放置在汽车甲醇燃料箱中的介电常数或电容传感器检测得到甲醇燃料的相对介电常数或电容，并将该相对介电常数或电容反馈至单片机中，与储存信息进行对比从而得到甲醇燃料的型号，同步通过放置在发动机进气管中的温度传感器检测得到甲醇发动机的进气温度,并将该温度值反馈至单片机中；
10.c.单片机启动模块根据检测到的甲醇燃料型号和温度值，匹配对应的原始喷油控制信号展宽系数。
11.前述的基于燃料自动识别的甲醇汽车自适应启动方法中，所述步骤a中，环境温度
分为以下几个等级：
12.步骤a中，不同甲醇燃料型号对应的相对介电常数可通过下式计算得到：
13.式中：β为甲醇型号；
14.不同甲醇燃料型号对应的电容值可通过下式计算得到：：其中c为电容，ε0为真空介电常数，ε
g
为不同甲醇燃料型号对应的相对介电常数，s为电容传感器平行极板覆盖的有效面积，δ为电容传感器平行极板的有效距离。
15.前述的基于燃料自动识别的甲醇汽车自适应启动方法中，所述自适应调节具体包括有两个阶段，分别为启动前期自适应调节和启动后期自适应回归；自适应调节前在单片机中设定发动机启动转速n1和发动机怠速转速n2，通过单片机pid控制原始喷油控制信号的展宽系数，使得发动机转速在启动前期自适应调节过程中≥发动机启动转速n1、使得发动机转速在启动后期自适应回归过程中＜发动机怠速转速n2。
16.前述的基于燃料自动识别的甲醇汽车自适应启动方法中，所述自适应调节具体包括有以下步骤：
17.a.在单片机中设定发动机启动转速n1和发动机怠速转速n2；
18.b.启动前期自适应调节：单片机根据原始喷油控制信号的频率计算出汽车发动机的转速，并与发动机启动转速n1进行比较，如果转速小于发动机启动转速n1，则采用pid控制增大原始喷油控制信号的展宽系数，将调整之后的喷油控制信号输入喷油器驱动电路，增大喷油器的喷射量，控制过程中，通过单片机计算每次调整后的发动机转速，直至发动机转速≥发动机启动转速n1；
19.c.维持当前喷油控制信号的展宽系数6
‑
9秒；
20.d.启动后期自适应回归：单片机将喷油控制信号的展宽系数增大为 div_mid，使发动机进入高转速状态，通过单片机计算此时的发动机转速并与发动机怠速转速n2进行对比，如果发动机转速＞发动机怠速转速n2,则采用pid控制减小喷油控制信号的展宽系数，将此时展宽系数输入喷油驱动电路，减小喷油器的喷射量，控制过程中，通过单片机计算每次调整后的发动机转速，直至发动机转速≤发动机怠速转速n2，然后将上一次调节的喷油控制信号的展宽系数+1并进行输出，启动过程结束。
21.前述的基于燃料自动识别的甲醇汽车自适应启动方法中，600rpm≤发动机启动转速n1＜800rpm；800rpm≤发动机怠速转速n2＜900rpm。
22.前述的基于燃料自动识别的甲醇汽车自适应启动方法中，所述发动机转速通过下式计算得到：
23.n
发
＝2*60*f；式中：n
发
为发动机转速；f为喷油控制信号低电平的频率。
24.前述的基于燃料自动识别的甲醇汽车自适应启动方法中，所述单片机在接收到行车电脑反馈的启动信号后，开始顺序进行启动调节和自适应调节。
25.前述的基于燃料自动识别的甲醇汽车自适应启动方法中，所述步骤a中，每个型号的甲醇燃料在不同的温度等级下对应的原始喷油控制信号展宽系数通过实验方式得到。
26.本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的方法中通过在发动机进气管处设置温度传感器可以自动识别环境温度，并通过在汽车甲醇燃料箱中放置传感器采集燃油的相关信息，将采集的数值反馈至单片机后对比得到甲醇燃油型号，从而根据当前环境温度和甲醇燃油型号匹配得到对应的原始喷油控制信号展宽系数，实现发动机启动节段的系统初始化设置。发动机启动后，单片机根据输入的原始喷油控制信号的频率，通过自适应调节自动将发动机启动时的转速调整到怠速转速。使得甲醇汽车的燃油喷射系统在加入不同的甲醇燃料后，不再需要试调ecu的参数，加快了甲醇汽车的推广速度。
附图说明
27.附图1为本发明的控制流程图；
28.附图2为本发明的控制系统结构示意图；
29.附图3为不同型号的甲醇燃料对应的相对介电常数示意图；
30.附图4为不同型号的甲醇燃料对应的电容示意图。
31.附图标记：1
‑
单片机，2
‑
介电常数传感器或电容传感器，3
‑
温度传感器， 4
‑
喷油器，5
‑
行车电脑，6
‑
汽车蓄电池，7
‑
输入模块，8
‑
储存模块，9
‑
对比模块，10
‑
自适应模块，11
‑
计算模块。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
33.本发明的实施例：一种基于燃料自动识别的甲醇汽车自适应启动方法，如附图1
‑
4所示，该基于燃料自动识别的甲醇汽车自适应启动方法所对应的燃油喷射系统包括有1个单片机1，该单片机1的输入端分别与介电常数或电容传感器2、温度传感器3电性连接，其中介电常数或电容传感器2放置在甲醇燃料箱中，而温度传感器3则放置在发动机进气管处，单片机1的输出端经喷油驱动电路与喷油器4电性连接；所述单片机1包括有输入模块7、储存模块8、对比模块9和自适应模块10，其中输入模块7与储存模块8电性连接，储存模块8和对比模块9电性连接，对比模块9与自适应模块10 互连。
34.该方法主要用于对发动机启动时启动模式进行选择，并对喷油控制信号进行初始化，以及发动机启动后单片机1对原始喷油控制信号进行自适应调整，喷油器驱动电路将调整后之后的喷油控制信号输出至喷油器4，从而使得喷油器4的喷射量发生改变。
35.整个方法中，介电常数传感器或电容传感器2放置在汽车甲醇箱内，负责采集甲醇燃料箱内部甲醇燃料的相关信息。而温度传感器3则放置在发动机进气管处，负责测量甲醇发动机进气温度。而单片机1则根据传感器采集的信息判断甲醇燃料的型号，并根据发动机进气温度决定选择启动模块的模式(冷启动还是正常启动)，同时对原始喷油控制信号进行初始化。之后单片机1根据检测出的甲醇燃料型号和原始喷油控制信号的频率自适应调整原始喷油控制信号，然后喷油器驱动电路根据调整之后的喷油控制信号对喷油器4的喷射量进行调整。
36.单片机1的调节过程中包括有启动调节和自适应调节两个节段：
37.启动调节阶段：单片机1根据介电常数传感器或电容传感器采集2的数据信息判断出燃料箱中甲醇燃料的型号，并结合温度传感器3反馈的发动机进气温度决定发动机启动的模式(冷启动还是正常启动)，并对原始喷油控制信号进行初始化。
38.启动调节阶段具体包括有以下步骤：
39.a.预先将环境温度分为若干个等级，每个型号的甲醇燃料在不同的温度等级下对应一个原始喷油控制信号展宽系数，并将该信息通过输入模块7录入单片机1中，储存至储存模块8中。
40.可根据发动机进气温度将原始喷油控制信号的展宽系数初始化分为7个等级，如表1所示。
41.表1不同环境温度对应的原始喷油控制信号的展宽系数等级
[0042][0043]
目前甲醇燃料的型号从m0、m5、
……
至m100，有20种不同型号的甲醇燃料，不同型号的甲醇燃料在不同的温度等级下都有1个与之对应的原始喷油控制信号的展宽系数di，di＝f(ti，mj)，ti为温度等级，有7个等级；mj 为甲醇燃料型号，有20种，那么对应的原始喷油控制信号的展宽系数总计就是140个。
[0044]
这140个原始喷油控制信号的展宽系数前期需要通过实验确定得到。比如m100型号的甲醇燃料在20℃的环境下，进行发动机启动，然后测试得到对应的展宽系数。这些展宽系数确定后，将其录入、储存在单片机1的储存模块8中即可。
[0045]
同时需要将不同甲醇燃料型号对应相对介电常数以及电容值通过输入模块7录入单片机1的中储存模块8进行储存。
[0046]
由图3和图4可知，甲醇燃料型号与相对介电常数和电容值都近似呈线性关系。
[0047]
不同甲醇燃料型号对应的相对介电常数可通过下式计算得到：
[0048][0049]
式中：β为甲醇型号(例如：80、100)。将甲醇型号代入式中即可计算得到对应的相对介电常数。
[0050]
而不同甲醇燃料型号对应的电容值可通过下式计算得到：其中c为电容，ε0为真空介电常数，ε0＝8.85*10
‑
12
f/m。ε
g
为不同甲醇燃料型号对应的相对介电常数，s为电容传感器平行极板覆盖的有效面积，δ为电容传感器平行极板的有效距离。s和δ可以根据选择的电容传感器确定。而ε
g
可以通过第一个公式计算得到，则可以计算得到不同甲醇燃料型号对应的电容值。
[0051]
b.通过放置在汽车甲醇燃料箱中的介电常数传感器或电容传感器2检测得到甲醇燃料的相对介电常数或电容，该相对介电常数或电容经过信号转换点了转换后反馈至单片机1中，单片机1将该信号分配至对比模块9，同时对比模块9则调用前期储存在储存模块8中的不同甲醇燃料型号对应的相对介电常数或电容值信息，与传感器反馈的信息进行对比后从而可以得到甲醇燃料的型号。比如步骤a中我们已经计算得到m75的甲醇燃料对应的相对介电常数为20，将其录入、储存至储存模块8中后，后期若介电常数传感器2 检测到燃料箱中的甲醇燃料的相对介电常数为20，将该信息反馈至单片机1 的对比模块9以后，对比模块9通过对比则直接可以判断得到燃料箱中的甲醇型号即为m75。
[0052]
同时通过放置在发动机进气管中的温度传感器3检测得到甲醇发动机的进气温度,并将该温度值反馈至单片机1中。
[0053]
c.单片机1的对比模块9根据检测到的甲醇燃料型号和温度值，与步骤 a中录入、储存的信息进行对比，即可匹配得到对应的原始喷油控制信号展宽系数di，并将该原始喷油控制信号的相关信息反馈至自适应模块10。
[0054]
自适应调节阶段：单片机1根据检测出的甲醇燃料型号和原始喷油控制信号的频率自适应调整原始喷油控制信号，喷油器驱动电路根据调整之后的喷油控制信号对喷油器4的喷射量进行调整。
[0055]
自适应调节具体包括有两个阶段，分别为启动前期自适应调节和启动后期自适应回归。启动前期自适应调节是为了使发动机转速大于等于发动机启动转速阈值；启动后期自适应回归是调节发动机转速到一个正常怠速的过程。因为汽车的点火时间最多为3秒，为满足调整速度，单片机mcu自适应调节部分两个控制环节都采用pid控制。
[0056]
自适应调节具体包括有以下步骤：
[0057]
a.通过输入模块7在单片机1中设定发动机启动转速n1和发动机怠速转速n2的具体数值，该设定储存至储存模块8中。其中600rpm≤n1＜800 rpm；800rpm≤n2＜900rpm。
[0058]
b.启动前期自适应调节：自适应模块10根据前期接收到的原始喷油控制信号的频率计算出汽车发动机的转速，该转速信息反馈至对比模块9中，对比模块9调用储存模块8中储存的转速信息，将计算出的汽车发动机转速与发动机启动转速n1进行比较，如果转速小于发动机启动转速n1，该信息则反馈至自适应模块10中，自适应模块10则采用pid控制增大原始喷油控制信号的展宽系数，并将调整之后的喷油控制信号输入喷油器驱动电路，从而增大喷油器4的喷射量，控制过程中，通过对比模块9计算每次调整后的发动机转速，直至发动机转速≥发动机启动转速n1。
[0059]
发动机转速通过下式计算得到：
[0060]
n
发
＝2*60*f；式中：n
发
为发动机转速；f为喷油控制信号低电平的频率。
[0061]
c.单片机1维持当前喷油控制信号的展宽系数6
‑
9秒；
[0062]
d.启动后期自适应回归：自适应模块10将喷油控制信号的展宽系数增大为div_mid(发动机在最大空燃比时pwm喷油控制信号的展宽系数)，使发动机进入高转速状态，然后通过对比模块9计算此时的发动机转速并与发动机怠速转速n2进行对比，如果发动机转速＞发动机怠速转速n2,则自适应模块10采用pid控制减小喷油控制信号的展宽系数，将此时展宽系数输入喷油驱动电路，减小喷油器4的喷射量，控制过程中，通过对比模块9计算每次调整后的发动机转速，直至发动机转速≤发动机怠速转速n2，然后自适应模块10将上一次调节的喷油控制信号的展宽系数+1并进行输出，这样发动机将进入怠速工况，启动过程结束。此处的上一次调节的喷油控制信号指的是最后一次使得发动机转速≤发动机怠速转速n2时的喷油控制信号。
[0063]
所述自适应模块10内设有计算模块11，该计算模块11主要是用于自适应调节过程中根据输出的喷油控制信号的展宽系数计算对应的发动机转速
[0064]
行车电脑5经整车滤波电路与单片机1的输入端电性连接。单片机1在接收到行车电脑5反馈的启动信号后，开始顺序进行启动调节和自适应调节。
[0065]
汽车蓄电池6经电源稳压电路与单片机1的输入端电性连接，为单片机 1提供所需工作电源。