专利名称：基于Lambda闭环控制的氧传感器劣化模拟器控制偏差的校准方法
技术领域：
本发明涉及汽车电喷OBD(在线诊断系统)系统，特别是涉及一种基于Lambda(过量空气系数，同空燃比一样表示混合气的浓度)控制的氧传感器劣化模拟器控制偏差的校准方法。
背景技术：
OBD法规要求汽车电喷OBD系统必须监测控制排放的重要部件氧传感器的劣化。随着氧传感器劣化程度的加深，车辆的排放将越来越恶化，OBD法规要求汽车电喷OBD系统必须在氧传感器劣化程度达到能够导致车辆排放超过OBD法规限值之前报出氧传感器劣化的故障。为此，在氧传感器劣化监测功能的标定过程中，以及整车厂在向权力机关演示氧传感器劣化监测功能时都需要用氧传感器劣化模拟器来模拟氧传感器的劣化故障。氧传感器劣化模拟器的工作原理是将氧传感器信号延迟一定的时间后再输入ECU，不同的延迟时间代表了不同程度的氧传感器的劣化。然而不同模拟器由于存在控制偏差的差异，会存在在设定相同的延迟时间的情况下，由于实际延迟时间的差异导致匹配试验或演示试验结果的差异，严重时会导致演示试验失败(报不出故障或排放超限)。因此，有必要对氧传感器劣化模拟器控制偏差进行校准。
而当前国内需要用到氧传感器劣化模拟器的企业(电喷系统供应商和整车厂)对模拟器控制偏差基本没有控制，包括从德国ETAS公司购买的氧传感器劣化模拟器，也没有对控制偏差进行标注。如果需要对模拟器控制偏差进行校对，一般的做法是用示波器监测输入和输出的氧传感器信号跳变的时间差。因此，需要有专业的示波器设备和试验工程师使用该设备的特殊技能。由于试验得到的是模拟信号，试验数据的处理和最终试验结果的获取过程比较繁琐，另外，偶然因素和人为因素对试验结果影响较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于Lambda控制的氧传感器劣化模拟器控制偏差的校准方法，能够避免由不同模拟器控制偏差而导致的试验结果的差异，而且方便快捷。
为解决上述技术问题，本发明的基于Lambda控制的氧传感器劣化模拟器控制偏差的校准方法是测量Lambda闭环控制周期在不同劣化模拟延迟时间下的值，并将所得到测量值分别与Lambda闭环控制周期在不同劣化模拟延迟时间下的理论计算值相比较，得到测量值与理论计算值的差值，并根据该差值计算氧传感器劣化模拟器的控制偏差，依据该控制偏差对所述氧传感器劣化模拟器进行校准。
所述控制偏差为比例偏差。相关的试验结果表明，氧传感器劣化模拟器对劣化模拟延迟时间的控制偏差来由内部计数器的误差累积而成，因而与劣化模拟延迟时间成比例，通过该方法得到该比例偏差后，对该模拟器而言，对设定的劣化模拟延迟时间进行该比例修正后，就能得到实际的劣化模拟延迟时间。
本发明是基于对Lambda闭环控制(PI控制)相关特征参数(死时间、控制周期、Lambda目标偏差等)的研究而得到的一种对氧传感器劣化模拟器控制偏差实现快速便捷校准的方法。采用本发明的方法，任何一个标定工程师只要进行一组不同氧传感器劣化模拟器劣化模拟延迟时间下的Lambda闭环控制的测量，将测量文件读入为之开发的软件，就能方便快捷地得到该氧传感器劣化模拟器对劣化模拟延迟时间的控制偏差，从而保证了在不同氧传感器劣化模拟器上进行的氧传感器劣化试验结果的一致性。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明 图1是本发明采用的氧传感器劣化模拟器控制偏差标定软件界面图； 图2是Lambda闭环控制过程中调节量fr变化示意图； 图3是极限情况(I＝0，P＝2ΔL)下调节量fr变化情况示意图； 图4是极限情况(P＝0)下调节量fr变化情况示意图； 图5是氧传感器周期劣化情况下调节量fr变化情况示意图； 图6是Lambda闭环控制调节量fr达到限值时的情况示意图； 图7是氧传感器特性曲线图； 图8是验证试验中不同氧传感器周期劣化模拟延迟的情况下Lambda控制周期测量值与计算值的比较图； 图9是验证试验中不同氧传感器劣化模拟器设定的延迟时间下延迟时间控制的比例偏差图； 图10是验证试验中修正后的Lambda闭环控制周期的计算值与测量值的比较图； 图11是本发明的基于Lambda控制的氧传感器劣化模拟器控制偏差的校准方法控制流程图； 图12是本发明的方法软件控制流程示意图。
具体实施例方式 采用本发明的方法需要将测量文件读入为之开发的软件。该软件的界面如图1所示。该软件界面左上面的命令按钮“…”用于选择校准试验的测量文件，测量文件的文件名和路径将显示在左边的静态文本框内。右边的命令按钮“读测量文件”用于读取测量文件的数据，包括测量工况点的转速和负荷信息，将显示在“测量工况点信息”一栏中的发动机转速和发动机负荷两个静态文本框中。Lambda闭环控制的调节量fr以及闭环控制周期tpotv将显示在界面下部的轴图中。左边“请输入Lambda控制参数”一栏，需要输入校准试验时Lambda闭环控制的P(比例)部分和I(积分)部分的设定以及Lambda闭环控制调节量fr的上下限，用于计算在各劣化模拟延迟时间情况下的Lambda闭环的理论控制周期，以及对Lambda闭环控制调节量fr达到上下限后Lambda闭环控制周期计算值出现异常情况的估计。右边的两个轴图，下边一个反映了对应不同劣化模拟延迟时间下Lambda闭环控制周期计算值与实测值之间的差异；上边一个反映了根据Lambda闭环控制周期理论计算值与实测值之间的差异，计算得到的各测量点劣化模拟延迟时间控制的比例偏差，对于存在Lambda调节量达到限值的测量点，将以红圈标识。右上面的静态文本框“该氧传感器模拟器控制偏差为”表示最终的校准试验结果，如图中所示+10％代表实际劣化模拟延迟时间比设定的劣化模拟延迟时间大10％，即在该氧传感器劣化模拟器上，如果设定的延迟时间为400ms，则实际的延迟时间应该为440ms。
本发明通过研究Lambda闭环控制各特征参数之间的关系，得到了Lambda闭环控制周期的计算方法，分析该计算方法的误差来源，分为随机误差(包括预控空燃比的不稳定性以及氧传感器特性的随机性)和系统偏差(氧传感器劣化模拟器对劣化模拟延迟时间的控制偏差)。通过对多个Lambda闭环控制周期进行平均来消除随机误判后，剩下的偏差就是氧传感器劣化模拟器的控制偏差。因此，可以通过测量氧传感器劣化模拟器在不同劣化模拟延迟时间下的测量值与理论计算值的差异来获得氧传感器劣化模拟器对劣化模拟延迟时间的控制偏差，然后再对该控制偏差进行校正。
详细的理论分析和推理过程如下。
由于Lambda闭环控制(PI控制)死时间的存在，汽车电喷系统通过改变喷油而对空燃比的调整需要经过该死时间后才能被氧传感器所感知。对于两点式氧传感器，由于氧传感器特性(输出电压在Lambda等于1.0附近存在跳变)，上面的描述可以变为当Lambda闭环控制将系统Lambda调整到1.0时，需经过该死时间后，才会有氧传感器电压的跳变。当电喷系统检测到氧传感器电压跳变时先进行P部分调节(暂时不考虑tv部分，注tv部分为通过延长Lambda控制调节量fr在浓侧或稀侧的停留时间以实现对Lambda窗口的调整以降低排放的手段)，而后进行I部分调节，直到氧传感器检测到下一次电压跳变。
Lambda闭环控制过程中调节量fr的变化参见图2所示。其中的中心线代表了Lambda为1.0(fr不一定为1.0)，td代表Lambda闭环控制的死时间，tp代表Lambda闭环控制周期；先暂时不考虑tv部分，因此，这里的tp严格意义上讲代表tpotv。而ΔL代表Lambda闭环控制的调节范围，尽管在图2中的ΔL是代表Lambda控制对喷油修正的范围，由于喷油修正与Lambda的对应关系，实际上代表了Lambda闭环控制的结果Lambda的变化范围。P代表Lambda闭环控制的P(比例)部分(在BOSCH系统即博世系统中，对应参数KFRP)。在以下推导中还用到I(积分)，I代表Lambda控制的I(积分)部分，(在BOSCH系统中，对应参数KFRI)。
可以将上述各变量之间的关系归结为如下的关系式 ...............(公式1) 下面分两种情况P>ΔL和P≤ΔL来进一步讨论各参数之间的关系。
(1)P>ΔL 当P>ΔL时意味着当氧传感器检测到混合气浓(或稀)时，P部分的调节会直接将空燃比调节回稀(或浓)侧；则当这部分混合气经过死时间后达到氧传感器时必然会引起氧传感器电压的跳变，故始终有 .......................(公式2) 故有 P+I*td＝2ΔL.........................(公式3) 从上式可以看出，P部分只要不大于2ΔL，电喷系统还是能够将Lambda控制在±ΔL内；只要I部分足够小，极限情况是I＝0，P＝2ΔL，此时，在理想情况下，Lambda应该呈现出一个方波的形式，周期为2td，如图3所示。当P部分大于2ΔL时，电喷系统将不可能把Lambda控制在±ΔL以内。
(2)P≤ΔL P≤ΔL的情况是对应通常看到的情况(经过匹配后的Lambda闭环控制均对应该种情况)，在该情况下，Lambda穿越1.0的时刻发生在I部分调节的过程中，如图1所示，故有 I*td＝ΔL..............................(公式4) 由公式1可以得到 ...........(公式5) 公式5代表的含义是当P部分的调节小于ΔL时，即当氧传感器检测到混合气为浓(或稀)时，P部分的调节不能将空燃比调节回稀(或浓)侧，则Lambda控制的半个周期
将比死时间td长，增长的部分为I部分弥补P部分的不足(相对于把Lambda调整到1.0的P部分大小而言)所需的时间。故P部分越小，相应周期会越长。在极限情况P为0的情况下，有 ........................(公式6) 此时Lambda闭环控制周期tp与I部分的大小无关，为死时间td的4倍，参见图4所示。
这也是为什么可以通过测量P部分为0时Lambda闭环控制周期tp来得到Lambda控制的死时间td从而进行Lambda闭环控制的相关参数匹配的原因。
进一步变换公式5，可以得到 ...............(公式7) 上式表明，在满足P≤ΔL的条件下，只要知道了Lambda闭环控制的死时间td，任何P部分和I部分组合情况下的Lambda闭环控制周期都可以根据公式7计算出来。
参见图5所示，就Lambda闭环控制的死时间td的物理意义来讲，应该包括喷油后的混合气在气缸内的燃烧、燃烧后的废气从排气门流动到氧传感器的时间以及氧传感器的反应时间，因此对于氧传感器周期劣化的情况，可以看作是死时间td变长了(反应时间延长)。于是，新的死时间td′应为原先的死时间td加上氧传感器反应的延迟tdelay .........................(公式8) 由公式7可得 .........................(公式9) 其中P和I相对于劣化前的情况，没有变化，故有 ...............(公式10) 上式说明，氧传感器劣化反应延迟tdelay后的Lambda闭环控制周期为劣化前的Lambda闭环控制周期tp加上4倍的反应延迟时间tdelay。
图5也反映了公式10中的关系，虚线对应反应延迟tdelay后的Lambda闭环控制，两个P调节之间部分为劣化后的1/2个周期，为原来的1/2个周期加上2个反应延迟tdelay的时间。从图5中可以看出，之所以劣化后的Lambda闭环控制周期是在原Lambda闭环控制周期的基础上加上4倍反应延迟时间tdelay，是因为一方面由于反应延迟导致系统检测到混合气浓稀跳变的时间推迟了一个反应延迟时间tdelay，而期间I部分继续作用，导致闭环控制的调节量fr继续增大了I*tdelay，故当系统检测到浓稀跳变后，还需要相同的时间将闭环控制的调节量fr调节到原来的水平，因此对于一个浓稀跳变，前后增加了2倍反应延迟时间tdelay。
但是应该看到，在上述推导时没有考虑到Lambda闭环控制调节量fr达到限值时的情况。当Lambda闭环控制调节量达到限值时，调节量将维持在限值上，直到系统检测到浓稀跳变。此时，P部分的调节将以该限值为始点，为此I部分将Lambda闭环控制的调节量调节到原来的水平则不再需要一个反应延迟的时间tdelay，混合气将提前到达浓稀跳变点，如图6所示。提前的时间与Lambda调节量维持在限值上的时间相同，从而使Lambda闭环控制周期缩短；因此，公式10将不在适用。当然，这种情况只有在劣化模拟延迟的时间非常大或者空燃比的预控偏差很大而又没有进行自学习的情况下才可能出现。
以上推导均是建立在空燃比预控制绝对稳定，即预控的空燃比是绝对稳定，氧传感器的特性绝对一致以及氧传感器劣化模拟器在控制氧传感器反应延迟时间上绝对精确的基础之上，但实际情况必然与这一理想情况存在差异。下面分别讨论上述因素对采用本发明的方法推算氧传感器劣化前后Lambda闭环控制周期的影响。
(1)预控空燃比的不稳定性对推算氧传感器劣化前后Lambda闭环控制周期的影响。
影响预控空燃比稳定性的因素很多，主要有发动机进气的不稳定性、喷油器的公差以及喷油流量的不稳定性带来的喷油量计算偏差等。可以想象，当Lambda闭环控制的I部分调节量逐渐增大(或减小)将系统空燃比调节到Lambda为1.0附近时，如果上述因素导致提前(或推迟)形成浓(稀)的混合气，那么这部分混合气经过一个死时间的流动后到达氧传感器，势必会提前(或推迟)氧传感器电压的跳变，使得测量得到控制周期(或死时间)偏小(或偏大)。但应该看到这些因素的影响都是随机的，其影响的结果应该符合正态分布的规律。因此在试验中，增大取样样本(取多个控制周期进行平均)就能很大程度上消除这部分因素的影响。
(2)氧传感器特性的随机因素对推算氧传感器劣化前后Lambda闭环控制周期的影响。
氧传感器的特性决定了氧传感器输出电压在Lambda为1.0附近存在跳变。图7所示的氧传感器特性曲线中的测量数据表明，氧传感器电压同为0.45V时，几次测量的Lambda均不同。同样，如果Lambda相同，每次测量得到的氧传感器电压也会存在差异，有很大的随机性。由于氧传感器的这种特性的存在，必然导致每次Lambda闭环控制将Lambda调整到1.0的过程中，氧传感器电压跳变时刻存在差异，导致测量得到Lambda闭环控制周期的差异。
但同样应该看到，这种因素的影响是随机的，其对结果的影响也应该符合正态分布的规律。同样在试验中，通过增大取样样本(取多个控制周期进行平均)也可以很大程度上消除这部分因素的影响。
(3)氧传感器劣化模拟器对模拟劣化模拟延迟时间的控制偏差对推算氧传感器劣化前后Lambda闭环控制周期的影响。
如果氧传感器劣化模拟器对劣化模拟延迟时间的控制存在偏差，即设定的劣化模拟延迟时间与氧传感器劣化模拟器实际作用的延迟时间存在差异，就必然导致推算出的劣化后Lambda闭环控制周期与实际测量得到的劣化后Lambda闭环控制周期的差异。但这种影响导致的是系统性的偏差。由于氧传感器劣化模拟器是通过一个计数器来实现对劣化模拟延迟时间的控制，因此有理由作出这样的猜测，如果氧传感器劣化模拟器的控制偏差是由其计数器的误差累积而成，则其控制的绝对偏差应该与其设定的反应延迟时间成正比，因此，氧传感器劣化模拟器的控制偏差应该是一个比例偏差。在随后的验证试验中充分验证了上述猜测。
从上面的误差分析中可以得到，在通过对多个Lambda闭环控制周期进行平均，消除了预控空燃比的不稳定性以及氧传感器特性的不稳定性对Lambda闭环控制周期的推算方法的影响后，剩下的只能是氧传感器劣化模拟器对反应延迟时间的控制偏差所造成的差异。因此，反过来就可以通过Lambda闭环控制周期的计算值与实测值之间的差异来计算氧传感器劣化模拟器对劣化模拟延迟时间的控制偏差，据此来对氧传感器劣化模拟器的控制偏差进行校准(参见图12所示)。
上面所述的氧传感器劣化情况下控制周期推算方法可以通过试验验证，目的在于验证氧传感器劣化情况下Lambda控制周期推算方法的准确性；试验的结果一方面验证上述方法的准确性，另一方面也为从该方法的误差分析中得到的氧传感器劣化模拟器控制偏差的校准方法提供了有力的证据。
试验在转鼓试验室进行，试验车辆为轿车，发动机排量为1.3升。使用的氧传感器劣化模拟器型号为GRS，为ETAS公司生产。试验步骤如下 选择一个中等转速和中等负荷的工况点(转速3000转/分钟，负荷60％)，调整空燃比预控，使Lambda闭环控制的调节量fr围绕1.0上下波动。
按照前面所述的方法，测量确定该工况点的死时间td(试验结果td＝0.1375s)，并根据死时间td和Lambda闭环控制的目标偏差ΔL(BOSCH匹配标准3％)，确定闭环控制的I部分和P部分。KFRP为2.7，KFRI为21.67，为避免插值的影响导致标定值与实际作用值之间的差异，应将这两个参数的脉谱(注脉谱是指控制参数对应不同的条件需要取不同的值，预先设定在不同条件下的参数，电喷系统在实际运行过程中根据不同的条件查找合适的控制参数，如对上述两个控制参数，转速和负荷不同则取值也不同)中所有点设成统一值。
将氧传感器劣化模拟器的延迟时间依次设为0ms、100ms、200ms、300ms、400ms、500ms、600ms、700ms、800ms、900ms、1000ms，分别进行测量，测量时间需保证有30个以上的控制周期，闭环控制周期tpotv的平均值作为Lambda控制周期的测量值，并与计算值进行比较。
试验结果如表1所示 表1 验证劣化模拟延迟情况下周期计算值准确性的试验结果 从表1和图8中可以看出，测量值与计算值存在一定的差异，且测量值均大于计算值，而且随延迟时间的增加两者的差异存在线性增加的趋势，比例偏差(差异/计算值)在9％上下(表1第4列)。
根据前面的该推算法的误差分析，如果认为该差异全部是由氧传感器劣化模拟器的控制偏差引起的(认为其他如预控空燃比的不稳定性和氧传感器特性在Lambda为1.0附近的不确定性等影响因素，已经通过多个控制周期的平均消除了影响)，也就是说，设定的延迟时间与氧传感器劣化模拟器实际作用的延迟时间的差异，根据公式7，可以得出这种差异的大小(表1第5列)，可以看出基本上也是随延迟时间的增加而线性增加。计算其比例偏差(差异/延迟时间)，基本在10％左右(表1第6列)，图9表示不同劣化模拟延迟时间下的氧传感器劣化模拟器控制的比例偏差。
上述的试验结果也验证了此前的猜想，氧传感器劣化模拟器的控制偏差是一个比例偏差，也就是说，氧传感器劣化模拟器对劣化模拟延迟时间的控制偏差的绝对量与设定的延迟时间是成比例的。从本次试验的试验结果来看，用于本次试验的氧传感器劣化模拟器的实际控制的延迟时间要较设定的延迟时间长10％左右。
表1中第7列为补偿了该部分偏差后的Lambda控制周期的计算值，可以看出该计算值与测量值非常吻合。表1中第8列反映了修正后的Lambda控制周期的计算值与实际测量值之间的比例偏差(差异/修正后的计算值)，可以看出，偏差基本在3％以内，最大的偏差仅为3.5％，发生在设定的延迟时间为1000ms的测量点。分析测量文件发现，在设定的延迟时间为900ms时，闭环控制的调节量在浓侧已经达到了上限值，只是因为在900ms时闭环控制的调节量维持在上限值的时间非常短，仅为0.06s，故对试验结果影响不大；而在1000ms时，闭环控制的调节量维持在上限值的时间达到了0.16s。从上面分析中可以得到，Lambda闭环控制周期因调节量达到限值而缩短的时间与其维持在限值上的时间相同，因此，如果在该测量点Lambda闭环控制周期测量值的基础上加上0.16s，则经过修正后的Lambda闭环控制周期的计算值与实测值的比例偏差仅为-0.1％。这样，修正后的Lambda控制周期的计算值与实际测量值之间的比例偏差均在2.5％以内。
从上述试验结果，可以得出结论上述的氧传感器(周期)劣化后的Lambda闭环控制周期的推算方法是准确可靠的，反过来也证明了对氧传感器劣化模拟器对劣化模拟延迟时间的控制偏差进行校准的必要性以及上述基于Lambda闭环控制的氧传感器劣化模拟器控制偏差校准方法的止确性。经过上述方法的校准后，就可以保证采用不同的模拟器能够得到相同的实际劣化模拟延迟时间，下表2中分别以控制偏差为+10％和-10％的氧传感器劣化模拟器说明对同一个目标劣化模拟延迟时间需要进行的不同的延迟时间的设定。
表2.不同模拟器控制偏差下劣化模拟延迟时间的设定 从上表2中可以看出，只要能够根据不同氧传感器劣化模拟器的控制偏差来设定劣化模拟延迟的时间，就能得到与目标模拟延迟时间相同的实际的劣化模拟延迟时间，使得采用不同氧传感器劣化模拟器能够得到相同的试验结果。而如果不进行上述的校准，上述两个氧传感器劣化模拟器在模拟同一劣化故障时，如上表中的目标劣化模拟延迟时间400ms，实际的劣化模拟延迟时间将相差80ms左右，这将导致最终试验结果很大的差异。
进行校准试验的步骤基本与上述验证试验相同，为方便软件设计和尽量消除试验过程中随机误差对试验结果的影响，对试验过程有一些具体的要求。
进行校准试验及分析的步骤如下 步骤一、选择一个中等转速和中等负荷的工况点(如转速3000转/分钟，负荷60％)，以保证工况的稳定性。在此后的试验中，转速负荷需维持不变，因为工况的变化将带来Lambda闭环控制死时间的变化，给试验结果带来影响。
步骤二、按照目标偏差的90％设置Lambda闭环控制的P部分，根据该工况点的死时间设置I部分(I＝ΔL/td)。一般情况，经过标定后Lambda闭环控制的P部分和I部分与上述设置一致，可以直接采用脉谱中的设置，只不过将整个脉谱设为该工况点的值，以避免插值的影响。
步骤三、调整空燃比预控，使得Lambda闭环控制调节量fr以1.0为中心上下波动，避免该调节量过早到达限值，从而减少了有效测量点的数量。
步骤四、发动机充分暖机后，开始测量记录。试验测量记录的参数至少应包含转速nmot、负荷rl、闭环控制调节量fr、上游氧传感器电压usvk和剔除tv部分的Lambda闭环控制周期tpotv。为了软件工具设计的方便，采样频率需设置为10ms。
先将氧传感器劣化模拟器的劣化模拟延迟时间设为0，维持在正常情况下一段时间(30s以上)，软件工具将通过该部分的测量，获取正常情况下Lambda闭环控制周期。
然后依次将劣化模拟延迟时间设为100ms、200ms、300ms、400ms、500ms、600ms、700ms、800ms、900ms、1000ms。每个测量点同样需要确保30个以上的Lambda闭环控制周期，以保证足够的采样样本，消除前面所说的随机因素的影响。
步骤五、测量完成后保存测量文件，然后就可以进行软件分析了。
步骤六、运行为所述测量文件开发的软件，点击“…”命令按钮，选择刚才的测量文件。点击“读测量文件”命令按钮，软件将读入该测量文件，此时，软件将显示发动机工况点参数以及图示Lambda闭环控制调节量fr及控制周期tpotv。
步骤七、输入Lambda闭环控制的参数P部分，I部分，调节量的上限和调节量的下限。点击“计算”命令按钮，进行分析计算。软件工具将自动计算不同劣化模拟延迟时间下的Lambda闭环控制周期的计算值，检测各测量点的Lambda闭环控制周期的测量值，以及计算各测量点的控制偏差的比例值，并对有效测量点的比例偏差进行平均，得到该氧传感器劣化模拟器的控制偏差。相关的分析结果均显示在软件界面右侧的图表中，最终的结果显示在右侧上面的文本框中。
参见图11所示，所述为测量文件开发的软件对测量文件进行分析的方法如下 步骤1、读入Lambda闭环控制的P和I参数计其上下限值。
步骤2、读入测量文件的数据。
步骤3、检测无延迟情况下的测量时间(例如20s)，当小于等于设定的测量时间时，则显示错误信息1；当大于设定的测量时间时则执行步骤4。错误信息1为“无延迟情况下测量时间不足！”。如果在无延迟的情况下测量时间不够长，则会影响到测量工况点基础的Lambda闭环控制周期准确性(随机性因素的影响不能得到充分的消除)，将会对后续的计算产生不利影响，因此，软件在该种情况下将不在进行下一步的计算，结束分析。
步骤4、计算无延迟情况下平均的Lambda闭环控制周期。
步骤5、计算最大有效数据点个数num_point。
步骤6、当小于设定的最大有效数据点个数num_point时，则显示错误信息2，结束分析。当大于等于设定的最大有效数据点个数num_point时，则执行步骤7。
根据无延迟情况下Lambda闭环控制周期tp，以及控制参数P部分和I部分，将能够推算出当tdelay大于多少时，Lambda闭环控制的调节量将肯定达到限值，为此可以确定试验测量点(参见公式11)哪些是肯定无效的，对这些无效的测量点，将不进行分析计算。
2*ΔL＝P+I*(tp+2*tdelay)>(frmax-frmin)...............(公式11) 错误信息2为“I部分太大导致有效数据点太少，请减少I部分重新试验！”。为避免个别测量点偶然误差对最终结果的影响，需要采用多个测量点的平均来消除这些偶然误差的影响。但如果从这一步分析中，就发现有效测量点比较少，势必会导致偶然误差对结果的影响加大，因此，在该种情况下，软件也会终止下一步的计算。在这里，有效测量点的数量少，意味着随着劣化模拟延迟时间的增加闭环控制调节量较快地达到了限值，最可能的原因是I部分太大，因此，需要减小I部分后重新试验。
步骤7、将已完成分析的测量点数量i设置为零，即使i＝0。
步骤8、搜索第i+1测量点测量的时间段。
步骤9、当该时间段小于设定值时，则显示错误信息3，并转移到步骤12。当该时间段大于等于设定值时，执行步骤10。错误信息3为“某时间延迟测量时间不足”。在该种情况下，认为不能充分消除随机因素的影响，因此，软件不会对该测量点进行计算，该测量点将会被标记为无效。
步骤10、计算以该时间段为延迟时间下平均的Lambda闭环控制周期。
步骤11、判断有效条件是否满足。当有效条件不满足时，则执行步骤12，当有效条件满足时则执行步骤13。
判断有效条件是否满足包括发动机的工况(转速和负荷)有没有波动，转速相对于无延迟情况下检测到的转速变化超过100l/min，负荷变化超过2％，则该数据点将被标记为无效；另外Lambda闭环控制调节量达到限值，该测量点也会被标记为无效；在该情况下，软件仍然会对该延迟时间下的闭环控制周期进行检测和对控制偏差进行计算。控制偏差也会显示在图1所示右上侧的轴图中，并用红圈标识。但该测量点将不会被用 于最终的模拟器控制偏差的计算(多个测量点的平均)。
步骤12、对测量点作无效标记，然后执行步骤13。
步骤13、将已完成分析的测量点数量i加1。
步骤14、判断是否达到设定的最大有效数据点个数num_point，当没有达到时则转移到步骤8；当达到时则执行步骤15。
步骤15、计算有效测量点的比例偏差。
步骤16、计算氧传感器劣化模拟器平均的比例偏差(控制偏差)。
步骤17、显示最终的分析结果。计算得到的最终的氧传感器劣化模拟器控制偏差将以百分数的形式表示，并用“+”和“—”来分别代表正偏差和负偏差。
以上通过具体实施方式
对本发明作了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。本领域的技术人员在不脱离本发明原理的情况下还可作出若干变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1、一种基于Lambda控制的氧传感器劣化模拟器控制偏差的校准方法，其特征在于测量Lambda闭环控制周期在不同劣化模拟延迟时间下的值，并将所得到测量值分别与Lambda闭环控制周期在不同劣化模拟延迟时间下的理论计算值相比较，得到测量值与理论计算值的差值，并根据该差值计算氧传感器劣化模拟器的控制偏差，依据该控制偏差对所述氧传感器劣化模拟器进行校准。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述控制偏差为比例偏差。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述测量Lambda闭环控制周期在不同劣化模拟延迟时间下的值的方法是
步骤一、选择一个发动机稳定运转的工况点；
步骤二、按照目标偏差的90％设置Lambda闭环控制的P部分，根据所述工况点的死时间设置I部分，I＝△L/td；
步骤三、调整空燃比预控，使得Lambda闭环控制调节量fr以1.0为中心上下波动；
步骤四、发动机充分暖机后，开始测量记录；测量记录的参数至少应包含转速nmot、负荷rl、闭环控制调节量fr、上游氧传感器电压usvk和剔除tv部分的Lambda闭环控制周期tpotv；采样频率为10ms。
先将氧传感器劣化模拟器的劣化模拟延迟时间设为0，维持在正常情况下一段时间，通过该部分的测量，获取正常情况下Lambda闭环控制周期；
然后依次将劣化模拟延迟时间设为100ms、200ms、300ms、400ms、500ms、600ms、700ms、800ms、900ms、1000ms；每个测量点需要确保30个以上的Lambda闭环控制周期；
步骤五、测量完成后保存测量文件。
4、如权利要求3所述的方法，其特征在于对所述测量文件进行分析得到控制偏差的方法是
步骤1、读入Lambda闭环控制的P和I参数计其上下限值；
步骤2、读入测量文件的数据；
步骤3、检测无延迟情况下的测量时间，当小于等于设定的测量时间时，则显示错误信息1，结束分析；
步骤4、计算无延迟情况下平均的Lambda闭环控制周期；
步骤5、计算最大有效数据点个数num_point；
步骤6、当小于设定的最大有效数据点个数num_point时，则显示错误信息2，结束分析；当大于等于设定的最大有效数据点个数num_point时，则执行步骤7；
步骤7、将已完成分析的测量点数量i设置为零，即使i＝0；
步骤8、搜索第i+1测量点测量的时间段；
步骤9、当该时间段小于设定值时，则显示错误信息3，并转移到步骤12；当该时间段大于等于设定值时，执行步骤10；
步骤10、计算以该时间段为延迟时间下平均的Lambda闭环控制周期；
步骤11、判断有效条件是否满足，当有效条件不满足时，则执行步骤12，当有效条件满足时则执行步骤13；
步骤12、对测量点作无效标记，然后执行步骤13；
步骤13、将已完成分析的测量点数量i加1；
步骤14、判断是否达到设定的最大有效数据点个数num_point，当没有达到时则转移到步骤8；当达到时则执行步骤15；
步骤15、计算有效测量点的比例偏差；
步骤16、计算氧传感器劣化模拟器平均的控制偏差。
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于步骤11所述的有效条件是否包括发动机的工况有没有波动，转速相对于无延迟情况下检测到的转速变化超过100 l/min，负荷变化超过2％，则该数据点将被标记为无效；Lambda闭环控制调节量fr达到限值，该测量点也会被标记为无效，但是在该情况下，仍然对该延迟时间下的闭环控制周期进行检测和对控制偏差进行计算，并在软件界面的图表中对该测量点加红圈表示。
全文摘要
本发明公开了一种基于Lambda控制的氧传感器劣化模拟器控制偏差的校准方法，测量Lambda闭环控制周期在不同劣化模拟延迟时间下的值，并将所得到测量值分别与Lambda闭环控制周期在不同劣化模拟延迟时间下的理论计算值相比较，得到测量值与理论计算值的差值，并根据该差值计算氧传感器劣化模拟器对劣化模拟延迟时间的控制偏差，依据该控制偏差对所述氧传感器劣化模拟器进行校准。本发明能够避免由不同模拟器控制偏差而导致的试验结果的差异，而且方便快捷。
文档编号G01D18/00GK101509433SQ200810044198
公开日2009年8月19日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者谢悦孝, 强 刘 申请人:联合汽车电子有限公司