專利名稱：基于Lambda閉環(huán)控制的氧傳感器劣化模擬器控制偏差的校準方法
技術領域：
本發(fā)明涉及汽車電噴OBD(在線診斷系統)系統，特別是涉及一種基于Lambda(過量空氣系數，同空燃比一樣表示混合氣的濃度)控制的氧傳感器劣化模擬器控制偏差的校準方法。

背景技術：
OBD法規(guī)要求汽車電噴OBD系統必須監(jiān)測控制排放的重要部件氧傳感器的劣化。隨著氧傳感器劣化程度的加深，車輛的排放將越來越惡化，OBD法規(guī)要求汽車電噴OBD系統必須在氧傳感器劣化程度達到能夠導致車輛排放超過OBD法規(guī)限值之前報出氧傳感器劣化的故障。為此，在氧傳感器劣化監(jiān)測功能的標定過程中，以及整車廠在向權力機關演示氧傳感器劣化監(jiān)測功能時都需要用氧傳感器劣化模擬器來模擬氧傳感器的劣化故障。氧傳感器劣化模擬器的工作原理是將氧傳感器信號延遲一定的時間后再輸入ECU，不同的延遲時間代表了不同程度的氧傳感器的劣化。然而不同模擬器由于存在控制偏差的差異，會存在在設定相同的延遲時間的情況下，由于實際延遲時間的差異導致匹配試驗或演示試驗結果的差異，嚴重時會導致演示試驗失敗(報不出故障或排放超限)。因此，有必要對氧傳感器劣化模擬器控制偏差進行校準。
而當前國內需要用到氧傳感器劣化模擬器的企業(yè)(電噴系統供應商和整車廠)對模擬器控制偏差基本沒有控制，包括從德國ETAS公司購買的氧傳感器劣化模擬器，也沒有對控制偏差進行標注。如果需要對模擬器控制偏差進行校對，一般的做法是用示波器監(jiān)測輸入和輸出的氧傳感器信號跳變的時間差。因此，需要有專業(yè)的示波器設備和試驗工程師使用該設備的特殊技能。由于試驗得到的是模擬信號，試驗數據的處理和最終試驗結果的獲取過程比較繁瑣，另外，偶然因素和人為因素對試驗結果影響較大。


發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于Lambda控制的氧傳感器劣化模擬器控制偏差的校準方法，能夠避免由不同模擬器控制偏差而導致的試驗結果的差異，而且方便快捷。
為解決上述技術問題，本發(fā)明的基于Lambda控制的氧傳感器劣化模擬器控制偏差的校準方法是測量Lambda閉環(huán)控制周期在不同劣化模擬延遲時間下的值，并將所得到測量值分別與Lambda閉環(huán)控制周期在不同劣化模擬延遲時間下的理論計算值相比較，得到測量值與理論計算值的差值，并根據該差值計算氧傳感器劣化模擬器的控制偏差，依據該控制偏差對所述氧傳感器劣化模擬器進行校準。
所述控制偏差為比例偏差。相關的試驗結果表明，氧傳感器劣化模擬器對劣化模擬延遲時間的控制偏差來由內部計數器的誤差累積而成，因而與劣化模擬延遲時間成比例，通過該方法得到該比例偏差后，對該模擬器而言，對設定的劣化模擬延遲時間進行該比例修正后，就能得到實際的劣化模擬延遲時間。
本發(fā)明是基于對Lambda閉環(huán)控制(PI控制)相關特征參數(死時間、控制周期、Lambda目標偏差等)的研究而得到的一種對氧傳感器劣化模擬器控制偏差實現快速便捷校準的方法。采用本發(fā)明的方法，任何一個標定工程師只要進行一組不同氧傳感器劣化模擬器劣化模擬延遲時間下的Lambda閉環(huán)控制的測量，將測量文件讀入為之開發(fā)的軟件，就能方便快捷地得到該氧傳感器劣化模擬器對劣化模擬延遲時間的控制偏差，從而保證了在不同氧傳感器劣化模擬器上進行的氧傳感器劣化試驗結果的一致性。



下面結合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明 圖1是本發(fā)明采用的氧傳感器劣化模擬器控制偏差標定軟件界面圖； 圖2是Lambda閉環(huán)控制過程中調節(jié)量fr變化示意圖； 圖3是極限情況(I＝0，P＝2ΔL)下調節(jié)量fr變化情況示意圖； 圖4是極限情況(P＝0)下調節(jié)量fr變化情況示意圖； 圖5是氧傳感器周期劣化情況下調節(jié)量fr變化情況示意圖； 圖6是Lambda閉環(huán)控制調節(jié)量fr達到限值時的情況示意圖； 圖7是氧傳感器特性曲線圖； 圖8是驗證試驗中不同氧傳感器周期劣化模擬延遲的情況下Lambda控制周期測量值與計算值的比較圖； 圖9是驗證試驗中不同氧傳感器劣化模擬器設定的延遲時間下延遲時間控制的比例偏差圖； 圖10是驗證試驗中修正后的Lambda閉環(huán)控制周期的計算值與測量值的比較圖； 圖11是本發(fā)明的基于Lambda控制的氧傳感器劣化模擬器控制偏差的校準方法控制流程圖； 圖12是本發(fā)明的方法軟件控制流程示意圖。

具體實施例方式 采用本發(fā)明的方法需要將測量文件讀入為之開發(fā)的軟件。該軟件的界面如圖1所示。該軟件界面左上面的命令按鈕“…”用于選擇校準試驗的測量文件，測量文件的文件名和路徑將顯示在左邊的靜態(tài)文本框內。右邊的命令按鈕“讀測量文件”用于讀取測量文件的數據，包括測量工況點的轉速和負荷信息，將顯示在“測量工況點信息”一欄中的發(fā)動機轉速和發(fā)動機負荷兩個靜態(tài)文本框中。Lambda閉環(huán)控制的調節(jié)量fr以及閉環(huán)控制周期tpotv將顯示在界面下部的軸圖中。左邊“請輸入Lambda控制參數”一欄，需要輸入校準試驗時Lambda閉環(huán)控制的P(比例)部分和I(積分)部分的設定以及Lambda閉環(huán)控制調節(jié)量fr的上下限，用于計算在各劣化模擬延遲時間情況下的Lambda閉環(huán)的理論控制周期，以及對Lambda閉環(huán)控制調節(jié)量fr達到上下限后Lambda閉環(huán)控制周期計算值出現異常情況的估計。右邊的兩個軸圖，下邊一個反映了對應不同劣化模擬延遲時間下Lambda閉環(huán)控制周期計算值與實測值之間的差異；上邊一個反映了根據Lambda閉環(huán)控制周期理論計算值與實測值之間的差異，計算得到的各測量點劣化模擬延遲時間控制的比例偏差，對于存在Lambda調節(jié)量達到限值的測量點，將以紅圈標識。右上面的靜態(tài)文本框“該氧傳感器模擬器控制偏差為”表示最終的校準試驗結果，如圖中所示+10％代表實際劣化模擬延遲時間比設定的劣化模擬延遲時間大10％，即在該氧傳感器劣化模擬器上，如果設定的延遲時間為400ms，則實際的延遲時間應該為440ms。
本發(fā)明通過研究Lambda閉環(huán)控制各特征參數之間的關系，得到了Lambda閉環(huán)控制周期的計算方法，分析該計算方法的誤差來源，分為隨機誤差(包括預控空燃比的不穩(wěn)定性以及氧傳感器特性的隨機性)和系統偏差(氧傳感器劣化模擬器對劣化模擬延遲時間的控制偏差)。通過對多個Lambda閉環(huán)控制周期進行平均來消除隨機誤判后，剩下的偏差就是氧傳感器劣化模擬器的控制偏差。因此，可以通過測量氧傳感器劣化模擬器在不同劣化模擬延遲時間下的測量值與理論計算值的差異來獲得氧傳感器劣化模擬器對劣化模擬延遲時間的控制偏差，然后再對該控制偏差進行校正。
詳細的理論分析和推理過程如下。
由于Lambda閉環(huán)控制(PI控制)死時間的存在，汽車電噴系統通過改變噴油而對空燃比的調整需要經過該死時間后才能被氧傳感器所感知。對于兩點式氧傳感器，由于氧傳感器特性(輸出電壓在Lambda等于1.0附近存在跳變)，上面的描述可以變?yōu)楫擫ambda閉環(huán)控制將系統Lambda調整到1.0時，需經過該死時間后，才會有氧傳感器電壓的跳變。當電噴系統檢測到氧傳感器電壓跳變時先進行P部分調節(jié)(暫時不考慮tv部分，注tv部分為通過延長Lambda控制調節(jié)量fr在濃側或稀側的停留時間以實現對Lambda窗口的調整以降低排放的手段)，而后進行I部分調節(jié)，直到氧傳感器檢測到下一次電壓跳變。
Lambda閉環(huán)控制過程中調節(jié)量fr的變化參見圖2所示。其中的中心線代表了Lambda為1.0(fr不一定為1.0)，td代表Lambda閉環(huán)控制的死時間，tp代表Lambda閉環(huán)控制周期；先暫時不考慮tv部分，因此，這里的tp嚴格意義上講代表tpotv。而ΔL代表Lambda閉環(huán)控制的調節(jié)范圍，盡管在圖2中的ΔL是代表Lambda控制對噴油修正的范圍，由于噴油修正與Lambda的對應關系，實際上代表了Lambda閉環(huán)控制的結果Lambda的變化范圍。P代表Lambda閉環(huán)控制的P(比例)部分(在BOSCH系統即博世系統中，對應參數KFRP)。在以下推導中還用到I(積分)，I代表Lambda控制的I(積分)部分，(在BOSCH系統中，對應參數KFRI)。
可以將上述各變量之間的關系歸結為如下的關系式 ...............(公式1) 下面分兩種情況P>ΔL和P≤ΔL來進一步討論各參數之間的關系。
(1)P>ΔL 當P>ΔL時意味著當氧傳感器檢測到混合氣濃(或稀)時，P部分的調節(jié)會直接將空燃比調節(jié)回稀(或濃)側；則當這部分混合氣經過死時間后達到氧傳感器時必然會引起氧傳感器電壓的跳變，故始終有 .......................(公式2) 故有 P+I*td＝2ΔL.........................(公式3) 從上式可以看出，P部分只要不大于2ΔL，電噴系統還是能夠將Lambda控制在±ΔL內；只要I部分足夠小，極限情況是I＝0，P＝2ΔL，此時，在理想情況下，Lambda應該呈現出一個方波的形式，周期為2td，如圖3所示。當P部分大于2ΔL時，電噴系統將不可能把Lambda控制在±ΔL以內。
(2)P≤ΔL P≤ΔL的情況是對應通?？吹降那闆r(經過匹配后的Lambda閉環(huán)控制均對應該種情況)，在該情況下，Lambda穿越1.0的時刻發(fā)生在I部分調節(jié)的過程中，如圖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代表的含義是當P部分的調節(jié)小于ΔL時，即當氧傳感器檢測到混合氣為濃(或稀)時，P部分的調節(jié)不能將空燃比調節(jié)回稀(或濃)側，則Lambda控制的半個周期

將比死時間td長，增長的部分為I部分彌補P部分的不足(相對于把Lambda調整到1.0的P部分大小而言)所需的時間。故P部分越小，相應周期會越長。在極限情況P為0的情況下，有 ........................(公式6) 此時Lambda閉環(huán)控制周期tp與I部分的大小無關，為死時間td的4倍，參見圖4所示。
這也是為什么可以通過測量P部分為0時Lambda閉環(huán)控制周期tp來得到Lambda控制的死時間td從而進行Lambda閉環(huán)控制的相關參數匹配的原因。
進一步變換公式5，可以得到 ...............(公式7) 上式表明，在滿足P≤ΔL的條件下，只要知道了Lambda閉環(huán)控制的死時間td，任何P部分和I部分組合情況下的Lambda閉環(huán)控制周期都可以根據公式7計算出來。
參見圖5所示，就Lambda閉環(huán)控制的死時間td的物理意義來講，應該包括噴油后的混合氣在氣缸內的燃燒、燃燒后的廢氣從排氣門流動到氧傳感器的時間以及氧傳感器的反應時間，因此對于氧傳感器周期劣化的情況，可以看作是死時間td變長了(反應時間延長)。于是，新的死時間td′應為原先的死時間td加上氧傳感器反應的延遲tdelay .........................(公式8) 由公式7可得 .........................(公式9) 其中P和I相對于劣化前的情況，沒有變化，故有 ...............(公式10) 上式說明，氧傳感器劣化反應延遲tdelay后的Lambda閉環(huán)控制周期為劣化前的Lambda閉環(huán)控制周期tp加上4倍的反應延遲時間tdelay。
圖5也反映了公式10中的關系，虛線對應反應延遲tdelay后的Lambda閉環(huán)控制，兩個P調節(jié)之間部分為劣化后的1/2個周期，為原來的1/2個周期加上2個反應延遲tdelay的時間。從圖5中可以看出，之所以劣化后的Lambda閉環(huán)控制周期是在原Lambda閉環(huán)控制周期的基礎上加上4倍反應延遲時間tdelay，是因為一方面由于反應延遲導致系統檢測到混合氣濃稀跳變的時間推遲了一個反應延遲時間tdelay，而期間I部分繼續(xù)作用，導致閉環(huán)控制的調節(jié)量fr繼續(xù)增大了I*tdelay，故當系統檢測到濃稀跳變后，還需要相同的時間將閉環(huán)控制的調節(jié)量fr調節(jié)到原來的水平，因此對于一個濃稀跳變，前后增加了2倍反應延遲時間tdelay。
但是應該看到，在上述推導時沒有考慮到Lambda閉環(huán)控制調節(jié)量fr達到限值時的情況。當Lambda閉環(huán)控制調節(jié)量達到限值時，調節(jié)量將維持在限值上，直到系統檢測到濃稀跳變。此時，P部分的調節(jié)將以該限值為始點，為此I部分將Lambda閉環(huán)控制的調節(jié)量調節(jié)到原來的水平則不再需要一個反應延遲的時間tdelay，混合氣將提前到達濃稀跳變點，如圖6所示。提前的時間與Lambda調節(jié)量維持在限值上的時間相同，從而使Lambda閉環(huán)控制周期縮短；因此，公式10將不在適用。當然，這種情況只有在劣化模擬延遲的時間非常大或者空燃比的預控偏差很大而又沒有進行自學習的情況下才可能出現。
以上推導均是建立在空燃比預控制絕對穩(wěn)定，即預控的空燃比是絕對穩(wěn)定，氧傳感器的特性絕對一致以及氧傳感器劣化模擬器在控制氧傳感器反應延遲時間上絕對精確的基礎之上，但實際情況必然與這一理想情況存在差異。下面分別討論上述因素對采用本發(fā)明的方法推算氧傳感器劣化前后Lambda閉環(huán)控制周期的影響。
(1)預控空燃比的不穩(wěn)定性對推算氧傳感器劣化前后Lambda閉環(huán)控制周期的影響。
影響預控空燃比穩(wěn)定性的因素很多，主要有發(fā)動機進氣的不穩(wěn)定性、噴油器的公差以及噴油流量的不穩(wěn)定性帶來的噴油量計算偏差等?？梢韵胂?，當Lambda閉環(huán)控制的I部分調節(jié)量逐漸增大(或減小)將系統空燃比調節(jié)到Lambda為1.0附近時，如果上述因素導致提前(或推遲)形成濃(稀)的混合氣，那么這部分混合氣經過一個死時間的流動后到達氧傳感器，勢必會提前(或推遲)氧傳感器電壓的跳變，使得測量得到控制周期(或死時間)偏小(或偏大)。但應該看到這些因素的影響都是隨機的，其影響的結果應該符合正態(tài)分布的規(guī)律。因此在試驗中，增大取樣樣本(取多個控制周期進行平均)就能很大程度上消除這部分因素的影響。
(2)氧傳感器特性的隨機因素對推算氧傳感器劣化前后Lambda閉環(huán)控制周期的影響。
氧傳感器的特性決定了氧傳感器輸出電壓在Lambda為1.0附近存在跳變。圖7所示的氧傳感器特性曲線中的測量數據表明，氧傳感器電壓同為0.45V時，幾次測量的Lambda均不同。同樣，如果Lambda相同，每次測量得到的氧傳感器電壓也會存在差異，有很大的隨機性。由于氧傳感器的這種特性的存在，必然導致每次Lambda閉環(huán)控制將Lambda調整到1.0的過程中，氧傳感器電壓跳變時刻存在差異，導致測量得到Lambda閉環(huán)控制周期的差異。
但同樣應該看到，這種因素的影響是隨機的，其對結果的影響也應該符合正態(tài)分布的規(guī)律。同樣在試驗中，通過增大取樣樣本(取多個控制周期進行平均)也可以很大程度上消除這部分因素的影響。
(3)氧傳感器劣化模擬器對模擬劣化模擬延遲時間的控制偏差對推算氧傳感器劣化前后Lambda閉環(huán)控制周期的影響。
如果氧傳感器劣化模擬器對劣化模擬延遲時間的控制存在偏差，即設定的劣化模擬延遲時間與氧傳感器劣化模擬器實際作用的延遲時間存在差異，就必然導致推算出的劣化后Lambda閉環(huán)控制周期與實際測量得到的劣化后Lambda閉環(huán)控制周期的差異。但這種影響導致的是系統性的偏差。由于氧傳感器劣化模擬器是通過一個計數器來實現對劣化模擬延遲時間的控制，因此有理由作出這樣的猜測，如果氧傳感器劣化模擬器的控制偏差是由其計數器的誤差累積而成，則其控制的絕對偏差應該與其設定的反應延遲時間成正比，因此，氧傳感器劣化模擬器的控制偏差應該是一個比例偏差。在隨后的驗證試驗中充分驗證了上述猜測。
從上面的誤差分析中可以得到，在通過對多個Lambda閉環(huán)控制周期進行平均，消除了預控空燃比的不穩(wěn)定性以及氧傳感器特性的不穩(wěn)定性對Lambda閉環(huán)控制周期的推算方法的影響后，剩下的只能是氧傳感器劣化模擬器對反應延遲時間的控制偏差所造成的差異。因此，反過來就可以通過Lambda閉環(huán)控制周期的計算值與實測值之間的差異來計算氧傳感器劣化模擬器對劣化模擬延遲時間的控制偏差，據此來對氧傳感器劣化模擬器的控制偏差進行校準(參見圖12所示)。
上面所述的氧傳感器劣化情況下控制周期推算方法可以通過試驗驗證，目的在于驗證氧傳感器劣化情況下Lambda控制周期推算方法的準確性；試驗的結果一方面驗證上述方法的準確性，另一方面也為從該方法的誤差分析中得到的氧傳感器劣化模擬器控制偏差的校準方法提供了有力的證據。
試驗在轉鼓試驗室進行，試驗車輛為轎車，發(fā)動機排量為1.3升。使用的氧傳感器劣化模擬器型號為GRS，為ETAS公司生產。試驗步驟如下 選擇一個中等轉速和中等負荷的工況點(轉速3000轉/分鐘，負荷60％)，調整空燃比預控，使Lambda閉環(huán)控制的調節(jié)量fr圍繞1.0上下波動。
按照前面所述的方法，測量確定該工況點的死時間td(試驗結果td＝0.1375s)，并根據死時間td和Lambda閉環(huán)控制的目標偏差ΔL(BOSCH匹配標準3％)，確定閉環(huán)控制的I部分和P部分。KFRP為2.7，KFRI為21.67，為避免插值的影響導致標定值與實際作用值之間的差異，應將這兩個參數的脈譜(注脈譜是指控制參數對應不同的條件需要取不同的值，預先設定在不同條件下的參數，電噴系統在實際運行過程中根據不同的條件查找合適的控制參數，如對上述兩個控制參數，轉速和負荷不同則取值也不同)中所有點設成統一值。
將氧傳感器劣化模擬器的延遲時間依次設為0ms、100ms、200ms、300ms、400ms、500ms、600ms、700ms、800ms、900ms、1000ms，分別進行測量，測量時間需保證有30個以上的控制周期，閉環(huán)控制周期tpotv的平均值作為Lambda控制周期的測量值，并與計算值進行比較。
試驗結果如表1所示 表1 驗證劣化模擬延遲情況下周期計算值準確性的試驗結果 從表1和圖8中可以看出，測量值與計算值存在一定的差異，且測量值均大于計算值，而且隨延遲時間的增加兩者的差異存在線性增加的趨勢，比例偏差(差異/計算值)在9％上下(表1第4列)。
根據前面的該推算法的誤差分析，如果認為該差異全部是由氧傳感器劣化模擬器的控制偏差引起的(認為其他如預控空燃比的不穩(wěn)定性和氧傳感器特性在Lambda為1.0附近的不確定性等影響因素，已經通過多個控制周期的平均消除了影響)，也就是說，設定的延遲時間與氧傳感器劣化模擬器實際作用的延遲時間的差異，根據公式7，可以得出這種差異的大小(表1第5列)，可以看出基本上也是隨延遲時間的增加而線性增加。計算其比例偏差(差異/延遲時間)，基本在10％左右(表1第6列)，圖9表示不同劣化模擬延遲時間下的氧傳感器劣化模擬器控制的比例偏差。
上述的試驗結果也驗證了此前的猜想，氧傳感器劣化模擬器的控制偏差是一個比例偏差，也就是說，氧傳感器劣化模擬器對劣化模擬延遲時間的控制偏差的絕對量與設定的延遲時間是成比例的。從本次試驗的試驗結果來看，用于本次試驗的氧傳感器劣化模擬器的實際控制的延遲時間要較設定的延遲時間長10％左右。
表1中第7列為補償了該部分偏差后的Lambda控制周期的計算值，可以看出該計算值與測量值非常吻合。表1中第8列反映了修正后的Lambda控制周期的計算值與實際測量值之間的比例偏差(差異/修正后的計算值)，可以看出，偏差基本在3％以內，最大的偏差僅為3.5％，發(fā)生在設定的延遲時間為1000ms的測量點。分析測量文件發(fā)現，在設定的延遲時間為900ms時，閉環(huán)控制的調節(jié)量在濃側已經達到了上限值，只是因為在900ms時閉環(huán)控制的調節(jié)量維持在上限值的時間非常短，僅為0.06s，故對試驗結果影響不大；而在1000ms時，閉環(huán)控制的調節(jié)量維持在上限值的時間達到了0.16s。從上面分析中可以得到，Lambda閉環(huán)控制周期因調節(jié)量達到限值而縮短的時間與其維持在限值上的時間相同，因此，如果在該測量點Lambda閉環(huán)控制周期測量值的基礎上加上0.16s，則經過修正后的Lambda閉環(huán)控制周期的計算值與實測值的比例偏差僅為-0.1％。這樣，修正后的Lambda控制周期的計算值與實際測量值之間的比例偏差均在2.5％以內。
從上述試驗結果，可以得出結論上述的氧傳感器(周期)劣化后的Lambda閉環(huán)控制周期的推算方法是準確可靠的，反過來也證明了對氧傳感器劣化模擬器對劣化模擬延遲時間的控制偏差進行校準的必要性以及上述基于Lambda閉環(huán)控制的氧傳感器劣化模擬器控制偏差校準方法的止確性。經過上述方法的校準后，就可以保證采用不同的模擬器能夠得到相同的實際劣化模擬延遲時間，下表2中分別以控制偏差為+10％和-10％的氧傳感器劣化模擬器說明對同一個目標劣化模擬延遲時間需要進行的不同的延遲時間的設定。
表2.不同模擬器控制偏差下劣化模擬延遲時間的設定 從上表2中可以看出，只要能夠根據不同氧傳感器劣化模擬器的控制偏差來設定劣化模擬延遲的時間，就能得到與目標模擬延遲時間相同的實際的劣化模擬延遲時間，使得采用不同氧傳感器劣化模擬器能夠得到相同的試驗結果。而如果不進行上述的校準，上述兩個氧傳感器劣化模擬器在模擬同一劣化故障時，如上表中的目標劣化模擬延遲時間400ms，實際的劣化模擬延遲時間將相差80ms左右，這將導致最終試驗結果很大的差異。
進行校準試驗的步驟基本與上述驗證試驗相同，為方便軟件設計和盡量消除試驗過程中隨機誤差對試驗結果的影響，對試驗過程有一些具體的要求。
進行校準試驗及分析的步驟如下 步驟一、選擇一個中等轉速和中等負荷的工況點(如轉速3000轉/分鐘，負荷60％)，以保證工況的穩(wěn)定性。在此后的試驗中，轉速負荷需維持不變，因為工況的變化將帶來Lambda閉環(huán)控制死時間的變化，給試驗結果帶來影響。
步驟二、按照目標偏差的90％設置Lambda閉環(huán)控制的P部分，根據該工況點的死時間設置I部分(I＝ΔL/td)。一般情況，經過標定后Lambda閉環(huán)控制的P部分和I部分與上述設置一致，可以直接采用脈譜中的設置，只不過將整個脈譜設為該工況點的值，以避免插值的影響。
步驟三、調整空燃比預控，使得Lambda閉環(huán)控制調節(jié)量fr以1.0為中心上下波動，避免該調節(jié)量過早到達限值，從而減少了有效測量點的數量。
步驟四、發(fā)動機充分暖機后，開始測量記錄。試驗測量記錄的參數至少應包含轉速nmot、負荷rl、閉環(huán)控制調節(jié)量fr、上游氧傳感器電壓usvk和剔除tv部分的Lambda閉環(huán)控制周期tpotv。為了軟件工具設計的方便，采樣頻率需設置為10ms。
先將氧傳感器劣化模擬器的劣化模擬延遲時間設為0，維持在正常情況下一段時間(30s以上)，軟件工具將通過該部分的測量，獲取正常情況下Lambda閉環(huán)控制周期。
然后依次將劣化模擬延遲時間設為100ms、200ms、300ms、400ms、500ms、600ms、700ms、800ms、900ms、1000ms。每個測量點同樣需要確保30個以上的Lambda閉環(huán)控制周期，以保證足夠的采樣樣本，消除前面所說的隨機因素的影響。
步驟五、測量完成后保存測量文件，然后就可以進行軟件分析了。
步驟六、運行為所述測量文件開發(fā)的軟件，點擊“…”命令按鈕，選擇剛才的測量文件。點擊“讀測量文件”命令按鈕，軟件將讀入該測量文件，此時，軟件將顯示發(fā)動機工況點參數以及圖示Lambda閉環(huán)控制調節(jié)量fr及控制周期tpotv。
步驟七、輸入Lambda閉環(huán)控制的參數P部分，I部分，調節(jié)量的上限和調節(jié)量的下限。點擊“計算”命令按鈕，進行分析計算。軟件工具將自動計算不同劣化模擬延遲時間下的Lambda閉環(huán)控制周期的計算值，檢測各測量點的Lambda閉環(huán)控制周期的測量值，以及計算各測量點的控制偏差的比例值，并對有效測量點的比例偏差進行平均，得到該氧傳感器劣化模擬器的控制偏差。相關的分析結果均顯示在軟件界面右側的圖表中，最終的結果顯示在右側上面的文本框中。
參見圖11所示，所述為測量文件開發(fā)的軟件對測量文件進行分析的方法如下 步驟1、讀入Lambda閉環(huán)控制的P和I參數計其上下限值。
步驟2、讀入測量文件的數據。
步驟3、檢測無延遲情況下的測量時間(例如20s)，當小于等于設定的測量時間時，則顯示錯誤信息1；當大于設定的測量時間時則執(zhí)行步驟4。錯誤信息1為“無延遲情況下測量時間不足！”。如果在無延遲的情況下測量時間不夠長，則會影響到測量工況點基礎的Lambda閉環(huán)控制周期準確性(隨機性因素的影響不能得到充分的消除)，將會對后續(xù)的計算產生不利影響，因此，軟件在該種情況下將不在進行下一步的計算，結束分析。
步驟4、計算無延遲情況下平均的Lambda閉環(huán)控制周期。
步驟5、計算最大有效數據點個數num_point。
步驟6、當小于設定的最大有效數據點個數num_point時，則顯示錯誤信息2，結束分析。當大于等于設定的最大有效數據點個數num_point時，則執(zhí)行步驟7。
根據無延遲情況下Lambda閉環(huán)控制周期tp，以及控制參數P部分和I部分，將能夠推算出當tdelay大于多少時，Lambda閉環(huán)控制的調節(jié)量將肯定達到限值，為此可以確定試驗測量點(參見公式11)哪些是肯定無效的，對這些無效的測量點，將不進行分析計算。
2*ΔL＝P+I*(tp+2*tdelay)>(frmax-frmin)...............(公式11) 錯誤信息2為“I部分太大導致有效數據點太少，請減少I部分重新試驗！”。為避免個別測量點偶然誤差對最終結果的影響，需要采用多個測量點的平均來消除這些偶然誤差的影響。但如果從這一步分析中，就發(fā)現有效測量點比較少，勢必會導致偶然誤差對結果的影響加大，因此，在該種情況下，軟件也會終止下一步的計算。在這里，有效測量點的數量少，意味著隨著劣化模擬延遲時間的增加閉環(huán)控制調節(jié)量較快地達到了限值，最可能的原因是I部分太大，因此，需要減小I部分后重新試驗。
步驟7、將已完成分析的測量點數量i設置為零，即使i＝0。
步驟8、搜索第i+1測量點測量的時間段。
步驟9、當該時間段小于設定值時，則顯示錯誤信息3，并轉移到步驟12。當該時間段大于等于設定值時，執(zhí)行步驟10。錯誤信息3為“某時間延遲測量時間不足”。在該種情況下，認為不能充分消除隨機因素的影響，因此，軟件不會對該測量點進行計算，該測量點將會被標記為無效。
步驟10、計算以該時間段為延遲時間下平均的Lambda閉環(huán)控制周期。
步驟11、判斷有效條件是否滿足。當有效條件不滿足時，則執(zhí)行步驟12，當有效條件滿足時則執(zhí)行步驟13。
判斷有效條件是否滿足包括發(fā)動機的工況(轉速和負荷)有沒有波動，轉速相對于無延遲情況下檢測到的轉速變化超過100l/min，負荷變化超過2％，則該數據點將被標記為無效；另外Lambda閉環(huán)控制調節(jié)量達到限值，該測量點也會被標記為無效；在該情況下，軟件仍然會對該延遲時間下的閉環(huán)控制周期進行檢測和對控制偏差進行計算?？刂破钜矔@示在圖1所示右上側的軸圖中，并用紅圈標識。但該測量點將不會被用 于最終的模擬器控制偏差的計算(多個測量點的平均)。
步驟12、對測量點作無效標記，然后執(zhí)行步驟13。
步驟13、將已完成分析的測量點數量i加1。
步驟14、判斷是否達到設定的最大有效數據點個數num_point，當沒有達到時則轉移到步驟8；當達到時則執(zhí)行步驟15。
步驟15、計算有效測量點的比例偏差。
步驟16、計算氧傳感器劣化模擬器平均的比例偏差(控制偏差)。
步驟17、顯示最終的分析結果。計算得到的最終的氧傳感器劣化模擬器控制偏差將以百分數的形式表示，并用“+”和“—”來分別代表正偏差和負偏差。
以上通過具體實施方式
對本發(fā)明作了詳細的說明，但這些并非構成對本發(fā)明的限制。本領域的技術人員在不脫離本發(fā)明原理的情況下還可作出若干變形和改進，這些也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1、一種基于Lambda控制的氧傳感器劣化模擬器控制偏差的校準方法，其特征在于測量Lambda閉環(huán)控制周期在不同劣化模擬延遲時間下的值，并將所得到測量值分別與Lambda閉環(huán)控制周期在不同劣化模擬延遲時間下的理論計算值相比較，得到測量值與理論計算值的差值，并根據該差值計算氧傳感器劣化模擬器的控制偏差，依據該控制偏差對所述氧傳感器劣化模擬器進行校準。
2、如權利要求1所述的方法，其特征在于所述控制偏差為比例偏差。
3、如權利要求1所述的方法，其特征在于所述測量Lambda閉環(huán)控制周期在不同劣化模擬延遲時間下的值的方法是
步驟一、選擇一個發(fā)動機穩(wěn)定運轉的工況點；
步驟二、按照目標偏差的90％設置Lambda閉環(huán)控制的P部分，根據所述工況點的死時間設置I部分，I＝△L/td；
步驟三、調整空燃比預控，使得Lambda閉環(huán)控制調節(jié)量fr以1.0為中心上下波動；
步驟四、發(fā)動機充分暖機后，開始測量記錄；測量記錄的參數至少應包含轉速nmot、負荷rl、閉環(huán)控制調節(jié)量fr、上游氧傳感器電壓usvk和剔除tv部分的Lambda閉環(huán)控制周期tpotv；采樣頻率為10ms。
先將氧傳感器劣化模擬器的劣化模擬延遲時間設為0，維持在正常情況下一段時間，通過該部分的測量，獲取正常情況下Lambda閉環(huán)控制周期；
然后依次將劣化模擬延遲時間設為100ms、200ms、300ms、400ms、500ms、600ms、700ms、800ms、900ms、1000ms；每個測量點需要確保30個以上的Lambda閉環(huán)控制周期；
步驟五、測量完成后保存測量文件。
4、如權利要求3所述的方法，其特征在于對所述測量文件進行分析得到控制偏差的方法是
步驟1、讀入Lambda閉環(huán)控制的P和I參數計其上下限值；
步驟2、讀入測量文件的數據；
步驟3、檢測無延遲情況下的測量時間，當小于等于設定的測量時間時，則顯示錯誤信息1，結束分析；
步驟4、計算無延遲情況下平均的Lambda閉環(huán)控制周期；
步驟5、計算最大有效數據點個數num_point；
步驟6、當小于設定的最大有效數據點個數num_point時，則顯示錯誤信息2，結束分析；當大于等于設定的最大有效數據點個數num_point時，則執(zhí)行步驟7；
步驟7、將已完成分析的測量點數量i設置為零，即使i＝0；
步驟8、搜索第i+1測量點測量的時間段；
步驟9、當該時間段小于設定值時，則顯示錯誤信息3，并轉移到步驟12；當該時間段大于等于設定值時，執(zhí)行步驟10；
步驟10、計算以該時間段為延遲時間下平均的Lambda閉環(huán)控制周期；
步驟11、判斷有效條件是否滿足，當有效條件不滿足時，則執(zhí)行步驟12，當有效條件滿足時則執(zhí)行步驟13；
步驟12、對測量點作無效標記，然后執(zhí)行步驟13；
步驟13、將已完成分析的測量點數量i加1；
步驟14、判斷是否達到設定的最大有效數據點個數num_point，當沒有達到時則轉移到步驟8；當達到時則執(zhí)行步驟15；
步驟15、計算有效測量點的比例偏差；
步驟16、計算氧傳感器劣化模擬器平均的控制偏差。
5、如權利要求4所述的方法，其特征在于步驟11所述的有效條件是否包括發(fā)動機的工況有沒有波動，轉速相對于無延遲情況下檢測到的轉速變化超過100 l/min，負荷變化超過2％，則該數據點將被標記為無效；Lambda閉環(huán)控制調節(jié)量fr達到限值，該測量點也會被標記為無效，但是在該情況下，仍然對該延遲時間下的閉環(huán)控制周期進行檢測和對控制偏差進行計算，并在軟件界面的圖表中對該測量點加紅圈表示。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于Lambda控制的氧傳感器劣化模擬器控制偏差的校準方法，測量Lambda閉環(huán)控制周期在不同劣化模擬延遲時間下的值，并將所得到測量值分別與Lambda閉環(huán)控制周期在不同劣化模擬延遲時間下的理論計算值相比較，得到測量值與理論計算值的差值，并根據該差值計算氧傳感器劣化模擬器對劣化模擬延遲時間的控制偏差，依據該控制偏差對所述氧傳感器劣化模擬器進行校準。本發(fā)明能夠避免由不同模擬器控制偏差而導致的試驗結果的差異，而且方便快捷。
文檔編號G01D18/00GK101509433SQ200810044198
公開日2009年8月19日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權日2008年12月25日
發(fā)明者謝悅孝, 強 劉 申請人:聯合汽車電子有限公司