专利名称：氧传感器信号对发动机进气量的控制方法
技术领域：
本发明氧传感器信号对发动机进气量的控制方法，属于提髙机动车发动机混合气空 燃比的技术领域。
背景技术：
氧传感器安装在排气管上，利用废气及大气中氧浓度之间的差值来判定空燃比；氧 传感器通过检测排气中的氧含量输出不同的电压值输入E C U与理论空燃比所对应的
标准电压进行比较，排出的混合气含氧量高，则说明进气量足，进气混合气稀，则氧传 感器输出电压低，反之亦然。
发动机实际运行中，发动机工作状态会发生动态变化，由于台架优化的控制脉谱对 执行器件和相关传感器的特性差异和特性渐变无能为力，加之信号测量传递及执行动作 的时滞性，使利用氧传感器信号反馈控制的喷油脉宽闭环控制系统在发动机瞬态空燃比 的目标调整中时刻处于被动地位和力不从心。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种依据控制器内预设的目标空燃比值，以发动 机氧传感器信号为基本条件，对不同工况下自动调节进气压力和进气量，使混合比更逼 近于最佳目标空燃比值的自动调节发动机进气量的控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该氧传感器信号对发动机进气量的 控制方法，其特征在于依据控制器内预设的目标空燃比值，控制器釆集氧传感器信号 数据，参考相关传感器信号进行修正补偿，通过微处理器模糊控制策略及软测量计算分 析，对不同工况目标空燃比和同工况不同条件目标空燃比进行主动预测提前控制，从而 对不同工况发动机混合气空燃比的需气量自动调节控制。
控制器内预设的目标空燃比值是通过发动机台架试验，对所测数据进行优化处理并 存储于控制器内的脉谱数据。
控制器包括微处理器、氧传感器信号、信号调理电路、驱动控制电路及执行器，氧 传感器信号通过信号调理电路与微处理器相连，微处理器通过驱动控制电路与执行器相 连。控制器对氧传感器的信号按模糊到精确的处理方法进行了软测量处理。 执行器是由调速电机、扇叶组成的风机和进气管总成。 控制器对各传感器信号和执行器的时滞问题采取提前预测控制。 控制器采集氧传感器信号数据经软测量处理后输入给发动机电喷控制器。 控制器对氧传感器信号软测量模糊化分度集，量化为超浓、浓、偏浓、合理、偏稀、 稀、超稀七个等级，进行由模糊到精确的判别控制。 工作原理
本发明控制器采取给定工况目标空燃比和同工况不同条件目标空燃比的主动预测 提前控制方法。这种方法将空燃比的目标按经济性、动力性、兼顾型单目标优化，根据 转速、负荷条件判定当前优化目标，在当前优化目标框架内确定目标进行主动控制，根 据发动机相关传感器反映的发动机状态变化趋势，提前预测给定目标空燃比进行主动预 测控制。因此控制器对氧传感器电压的变化区域进行了量化处理，由于电压输出与排气 中氧含量呈单调变化关系，其设定最大值量化为100%，最小值量化为0%，则对应区 域
，无量纲。 同时经过微处理器对氧传感器信号的变化率条件判别，即信号样本变化率SvX)为加 浓趋势，Sv〈0为转稀趋势，从而确定软测量模糊化分度集，量化为超浓、浓、偏浓、 合理、偏稀、稀、超稀七个等级，则对应的论域为{3， 2， 1， 0， -1， -2， -3}，对应的 入值控制量化等级为[1.24， 1.17，[1.17， 1.10，[1.10， 1.03]， [1.03， 0.96，
， [0.89， 0.82，[0.82， 0.75，进行由模糊到精确的判别控制。实施控制过程中为 提高响应度控制器对氧传感器信号按模糊到精确的处理方法进行了软测量处理，即利用 可测的氧传感器电压信号推算出不可测的空燃比隶属度集，在每个按隶属度分级的等级 中按中值平均法推算出控制系数，控制的同时形成分隶属度控制脉谱，只要确定查表条 件所处的等级，就可得到控制系数对执行器进行实时调整；控制器为了解决各传感器信 号和执行器的时滞问题，利用氧传感器信号电压变化率判定状态趋势对执行器进行提前 预测控制。
由于此模糊推理计算过程可在离线状态下进行，而且其生成的脉谱表可直接进入査 表使用，再利用氧传感器电压信号的变化率对是否预测控制的判定，将达到精确实时控 制的要求。
本发明所具有的有益效果是本发明控制器采取给定工况目标空燃比和同工况不同 条件目标空燃比的主动预测提前控制方法。这种方法将空燃比的目标按经济性、动力性、兼顾型单目标优化；同时控制过程中为提高响应度控制器对氧传感器信号按模糊到精确
的处理方法进行了软测量处理的实时调整；为了解决各传感器信号和执行器的时滞问 题，利用氧传感器信号电压变化率判定状态趋势对执行器进行提前预测控制；故此氧传 感器信号经本控制器处理后进入发动机电喷控制器使得该控制器修正的喷油脉宽更趋 于精确，从而达到给定目标空燃比主动预测控制的目的，也克服了时滞带来的一系列滞 后响应，使对发动机的空燃比控制更精确，更合理。
图1:发动机进气总成结构示意图2:控制器电路原理框图3:控制器电路原理图。
图1-3是本发明的最佳实施例。其中1进气通道口 2空气滤清器 3控制器 4气流腔5风机6风机支架 7调速电机8扇叶 9气流通道口 IO壳体；
图3中Ul为微处理器、U2为存储器、U3反相器、U4门电路、U5锁相环、U6 运算放大器、U7对数放大器、U8运算放大器、Ql-Q2稳压三极管MG调速电机 0P1-0P2光电耦合器R1- R17电阻C1-C7电容 D1、D2稳压二极管。
具体实施例方式
下面结合附图1-3对本发明的自动调节发动机进气量的控制方法做进一步说明 如图l所示图中进气总成由进气通道口 1、空气滤清器2、控制器3、气流腔4、 风机5、气流通道口9及壳体10组成；其中，风机5由风机支架6、调速电机7、扇叶 8组成；外界气体经进气通道口 l进入空气滤清器2，经空气滤清器2对所进气体进行 净化过滤后经气流腔4，通过气流通道口 9进入发动机；控制器3与风机4的调速电机 7相连接。
如图3所示由微处理器U1及其外围电路组成控制器，微处理器为单片机，内嵌
比例控制及计算方法；根据发动机不同工况，通过微处理器模糊控制策略及软测量计算
分析后，氧传感器信号经本控制器进入发动机电喷控制器使得该控制器修正的喷油脉宽
更趋于精确，通过对风机5的转速比例控制对发动机进气量实现自动调节。
微处理器Ul的XI、 X2脚与晶体管Yl相连，并分别通过电容Cl、 C2接地；微 处理器Ul的P62脚通过电阻R3与稳压三极管Ql的1脚连接，稳压三极管Ql的3脚 接地，2脚与稳压三极管Q2的1脚连接；稳压三极管Q2的3脚接地，并通过稳压二极 管D1、 D2接高电平VCC， 2脚与电机MG的负极相连，MG的正极接高电平VCC。由存储器U2及其外围电路组成数据存储单元，对数据进行存储。 存储器U2的1"、 2、 3、 4、 7脚接地，8脚接高电平VCC;存储器U2的5、 6脚与微 处理器U1的P40、 P41相连，并分别通过电阻R1、 R2接髙电平VCC。
由反相器U3和门电路U4及其外围电路组成喷油信号脉冲鉴宽电路，输入到微处理 日an器Ul的INTP3脚，参与控制参量计算。
反相器U3的1脚通过电阻R5连接VCC高电平，通过电容C4连接喷油信号，电容 C3和电阻R5串联接在电容C4的一端和地之间；反相器U3的2脚连接门电路U4的1 脚。门电路U4的2脚通过电阻R4接地，3脚连接光电耦合器0P1的第1脚；光电耦合 器0P1的2、 4脚接地，光电耦合器0P1的第3脚依次连接微处理器U1的INTP3脚。
由锁相环U5及其外围电路组成电源检测电路，输入到微处理器U1的P12脚，参与 控制参量计算。
锁相环U5的4脚连接光电耦合器0P2的第4脚；锁相环U5的6脚和7脚之间连接 有电容C5;锁相环U5的9脚通过电阻R6连接电瓶电压，9脚还通过电阻R7接地；锁 相环U5的11脚通过电阻R8接地。光电耦合器0P2的1、 3脚接地，光电耦合器0P2 的第2脚连接微处理器Ul的P12脚。
由运算放大器U6、对数放大器U7、运算放大器U8、及其外围电路组成氧传感器信 号采集调理电路，氧传感器信号经运算放大器U6对电流信号进行10倍放大后输入对数 放大器U7，经对数放大器U7的10脚输出后，经运算放大器U8进行I-V变换为5-0V 电压信号输入到微处理器Ul的P27脚，参与控制参量计算。
运算放大器U6的2脚连接氧传感器信号，通过电阻R9与6脚相连；运算放大器 U6的3脚与对数放大器U7的2脚相连，通过电阻R10与运算放大器U6的6脚相连， 并通过电阻Rll连接VCC高电平。对数放大器U7的2脚通过电容C7与对数放大器U7 的7脚相连；对数放大器U7的6脚通过电阻R12、电容C6接地；对数放大器U7的15 脚通过电阻R13、可调电阻VR2接地；对数放大器U7的16脚通过电阻R14、可调电阻 VR1接VCC高电平；对数放大器U7的11脚接VCC高电平。对数放大器U7的10脚通过 电阻R15与运算放大器U8的2脚相连，且通过电阻R16接地；运算放大器U8的2脚通 过电阻R17与6脚相连；运算放大器U8的6脚连接微处理器Ul的P27脚；运算放大器 U8的3脚接地。
工作过程
发动机运转时，依据控制器内预设的目标空燃比值，控制器采集氧传感器信号数据，通过微处理器模糊控制策略及软测量计算分析后，进入发动机电喷控制器；同时控制过 程中为提高响应度控制器对氧传感器信号按模糊到精确的处理方法进行了软测量处理 的实时调整；为了解决各传感器信号和执行器的时滞问题，利用氧传感器信号电压变化 率判定状态趋势对执行器进行提前预测控制；从而使得该控制器修正的喷油脉宽更趋于 精确，从而达到给定目标空燃比主动预测控制的目的，也克服了时滞性带来的一系列滞 后响应，使对发动机的空燃比控制更精确，更合理。
权利要求
1、氧传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在于依据控制器内预设的目标空燃比值，控制器采集氧传感器信号数据，参考相关传感器信号进行修正补偿，通过微处理器模糊控制策略及软测量计算分析，对不同工况目标空燃比和同工况不同条件目标空燃比进行主动预测提前控制，从而对不同工况发动机混合气空燃比的需气量自动调节控制。
2、 根据权利要求1所述的氧传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在于 控制器内预设的目标空燃比值是通过发动机台架试验，对所测数据进行优化处理并存储 于控制器内的脉谱数据。
3、 根据权利要求1所述的氧传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在于 控制器包括微处理器、氧感器信号、信号调理电路、驱动控制电路及执行器，氧传感器 信号通过信号调理电路与微处理器相连，微处理器通过驱动控制电路与执行器相连。
4、 根据权利要求3所述的氧传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在于 控制器对氧传感器的信号按模糊到精确的处理方法进行了软测量处理。
5、 根据权利要求3所述的氧传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在于 执行器是由调速电机(7)、扇叶(8)组成的风机(5)和进气管总成。
6、 根据权利要求1或3所述的氧传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在于控制器对各传感器信号和执行器的时滞问题釆取提前预测控制。
7、 根据权利要求4所述的氧传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在于控制器采集氧传感器信号数据经软测量处理后输入给发动机电喷控制器。
8、 根据权利要求4所述的氧传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在于:软测量模糊化分度集，量化为超浓、浓、偏浓、合理、偏稀、稀、超稀七个等级，进行 由模糊到精确的判别控制。
全文摘要
氧传感器信号对发动机进气量的控制方法，属于提高机动车发动机混合气空燃比的技术领域。其特征在于依据控制器内预设的目标空燃比值，控制器采集氧传感器信号数据，通过微处理器模糊控制策略及变化区域量化计算分析，对不同工况目标空燃比和同工况不同条件目标空燃比进行主动预测提前控制，从而对不同工况发动机混合气空燃比的需气量自动调节控制。控制器采集氧传感器信号数据经软测量处理后输入给发动机电喷控制器，使得该控制器修正的喷油脉宽更趋于精确，从而达到给定目标空燃比主动预测控制的目的，也克服了时滞带来的一系列滞后响应，使对发动机的空燃比控制更精确，更合理。
文档编号F02D41/26GK101418730SQ20071011318
公开日2009年4月29日 申请日期2007年10月22日 优先权日2007年10月22日
发明者宫春勇, 华 赵, 高小群 申请人:山东申普汽车控制技术有限公司