（动力机械及工程专业论文）摩托车电喷系统闭环控制策略的研究.pdf

a thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of master of engineering the research on closed-loop control strategy of motorcycle efi system candidate : liu zhaoliang major : power machinery & engineering supervisor : prof. chen guohua huazhong university of science & technology wuhan, 430074 p. r. china january, 2012 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描复制保存手段和汇编本学位论文。 保 密 ，在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密 。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 i 摘 要 目前，我国已经成为摩托车产销大国，但摩托车技术离世界先进技术还有比较 大的距离，尤其是发动机电子燃油控制技术方面。在节能减排的背景下，我国也开 始实施了更为严格的国排放法规。要解决这一问题的主要途径是在摩托车发动机 上应用电喷技术。因此本文研究摩托车稳定工况下闭环电控技术有较重要的意义。 本文重点研究了摩托车稳定工况下空燃比的闭环控制策略。采用 pid+自学习控 制策略控制空燃比， 对 pid 控制和自学习控制进行了较深入的分析， 并且在 mplab 编辑器下用 c 语言编写实现其软件化。文中，以凌云 172mm 单缸汽油机为原机， 对其进行电喷化改装，先通过原化油器发动机台架试验得到试验喷油 map，然后通 过 matlab/simulink 软件建立进气系统模型并得到仿真喷油 map，两种方法比较 后得到电喷化初始喷油 map。还设计了电喷系统的软硬件系统，试验证明了其可行 性。 论文还进行了摩托车发动机的试验台架，通过台架试验调整了不同工况下 pi 的 控制参数，使其得到优化，并且进行了稳定工况下空燃比开环和闭环控制效果的比 较试验。试验表明 pi+自学习控制策略具有可行性，其对空燃比的控制效果远好于开 环控制，使空燃比基本控制在三元催化转化器的高效区间。为后续的加装三元催 化转化器并测试其排放性能奠定了基础。 关键字：关键字：摩托车电喷系统 空燃比 闭环控制 pid 自学习控制 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 ii abstract at present, china has already been the most motorcycle production and the biggest motorcycle market all over the world. but it still has relatively long distance in motorcycle technology from the advanced technology in the world, especially in the engine control system. in the background of energy conservation and emission reduction , china has also started to implement more stringent national stage- emission standard. the main way to solve this problem is the application of the motorcycle engine fuel injection technology. so that this article studies the closed-loop electric motorcycle technology on stable conditions of engine is probably important significance. this paper focuses on the study of the closedloop control strategy in the stable condition of motorcycle engine air-fuel ratio. use pid and self-learning control strategy controlling the air-fuel ratio, study deeply on the strategy, and implement the software by using c language in mplab editor. in this paper, ly172mm single cylinder gasoline engine as the original machine, it is transformed to electronic fuel injection engine, and then focus on the stability conditions for closed-loop air-fuel ratio control. first get basic injection map through engine test on the original carburetor engine, then which compares with the injection map that gotten through matlab / simulink simulation. so final get the initialization injection map for the efi engine. also design the hardware and soft ware of ecu that are proven reliable by engine test. the paper also carries the motorcycle engine bench test. adjust the pi control parameters to be optimized in different conditions by bench test. and compare the test results of open-loop and closed-loop of air-fuel ratio in stable conditions. tests shows that pi + self-learning control strategy is feasible, its effect on the air-fuel ratio control is much better than open-loop control. the air-fuel ratio under control is in an efficient catalytic converter range. that is ready for the subsequent installation of catalytic converters to observe the emissions performance of this engine. key words: efi a/f ratio closed-loop control pid self-learning control 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 i 目目 录录 摘摘 要要 . i abstract . ii 1 绪论绪论 1.1 概述 . (1) 1.2 汽油机电子控制的研究现状 . (4) 1.3 本课题的目的和意义 . (5) 1.4 本课题的主要内容 . (6) 2 初始喷油初始喷油 map 的获得的获得 2.1 初始喷油 map 图仿真计算 . (8) 2.2 初始喷油 map 图试验测取及对比分析 . (14) 2.3 本章小结 . (17) 3 电喷系统软硬件设计电喷系统软硬件设计 3.1 电喷系统的硬件设计 . (18) 3.2 软件设计 . (25) 3.3 抗干扰分析 . (28) 3.4 本章小结 . (29) 4 空燃比空燃比 pid 控制和自学习控制控制和自学习控制 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 ii 4.1 pid 控制 . (31) 4.2、自学习控制策略 . (37) 4.3 本章小结 . (42) 5 发动机台架试验与测试发动机台架试验与测试 5.1 台架试验装置. (43) 5.2 调整 pi 参数实验 . (45) 5.3 空燃比的闭环控制控制效果 . (48) 5.4 本章小结 . (51) 6 全文总结与展望全文总结与展望 6.1 全文总结 . (52) 6.2 展望 . (52) 致致 谢谢 . (54) 参考文献参考文献 . (55) 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 iii 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 1 1 绪论 1.1概述概述 1.1.1 中国摩托车中国摩托车行业现状行业现状 1993 年，我国摩托车产量为 335.1 万辆，自此之后，一直是世界第一大生产国。 长期以来，摩托车是我国很重要的交通工具之一，特别是在县城农村1。2008 年， 据中国汽车工业协会统计分析， 我国摩托车产销分别是 2750.11 万辆和 2750.20 万辆， 是历史最高产量，远远多于其他国家的产销量2。由于随后的金融危机的影响和国 排放法规的实施， 2010 年， 摩托车产销量分别是 2669.43 万辆和 2659.16 万辆3， 2011 年 1-11 月份的产销量分别是 2454.72 万辆和 2451.49 万辆，超过 2010 年同期水平4。 据我国公安部统计，截止 2011 年 11 月 2 日，全国民用机动车保有量为 2.17 亿辆， 其中汽车 1 亿辆，摩托车 1.1 亿辆。据我会摩托车分会的统计、全国摩托车保有量应 为 1.41.5 亿辆，这是因为部分摩托车在偏远地区使用，没有上牌，所以公安部无 法统计这部分车辆。而且相比汽车来讲，我国摩托车的出口所占比例很大，目前已 达 40%5。 以上数据表明我国是世界第一摩托车产销大国，但并非是摩托车强国，摩托车 产业目前遇到很严重的问题。问题一，生产技术与欧美日差距较大。意大利是欧洲 最大的产销国，拥有杜卡迪、阿普利亚等知名品牌；日本摩托车的生产技术、造型 及品牌在国际上都很有知名度，相比之下，我国主要以中低档车为主，在技术和质 量上与发达国家差距较大。问题二，排放法规的日益严格给我国摩托车产业造成很 大挑战。随着世界范围内对节能减排要求力度的加大，各国都在逐步实施更为严格 的排放法规，欧盟计划在 2017 年开始实施更为严格的欧排放标准。我国于 2010 年 7 月 1 日开始实施相当于欧水平的国排放标准，这意味着很多过不了这排放 标准的企业将面临倒闭。问题三，产业结构亟待改善。我国摩托车以 50ml、110m、 125ml 及 150ml 等中小排量、 中低端摩托车为主， 还不具备自主研发大排量、 低排放、 高性能的摩托车发动机的能力，而发达国家的市场恰以这些高端产品为主体12。问 题四，成本上涨，竞争更激励。要达到国排放标准，必须要进行技术改革，所以 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 2 成本必然要上涨，而且原材料和劳动力成本也都在上涨，因此摩托车企业的盈利空 间进一步被压缩6。 1.1.2 摩托车摩托车排放法规排放法规 近年来，在保护环境的大趋势下，各国纷纷颁布并实施了针对摩托车的排放法 规。欧盟于 2003 年开始实施欧排放法规，并 2006 年 1 月制定并实施了更为严格 的欧摩托车排放法规。相比其他国家，摩托车在美国更具有娱乐性，可以分为公 路和非公路用车，2002 年 7 月，美国环保局提议对公路用车制定更为严格的排放法 规，并于 2005 年正式推出实施；从 2006 年也开始对非公路摩托车进行排放要求。 日本在 1998 年 10 月开始对两轮摩托车进行排放法规限制，2006 年同步采用和欧 排放标准相当的排放法规7。 虽然我国早已成为摩托车产销大国，但排放法规的制定相对西方发达国家有些 滞后，这是由于我国的国情决定的，但经过若干年发展和实践后，确定了以欧洲摩 托车排放法规为蓝本， 结合我国摩托车行业的发展现状制订了相应的排放法规。 2000 制订了 gb18176-2000轻便摩托车排气污染物限制及测量方法 ，于 2003 年 1 月 1 日开始实施国排放标准，2004 年 1 月 1 日开始实施二轮摩托车国排放标准，二 轮轻便摩托车延迟一年后实施国排放标准8。 随着车辆排放对大气环境的污染越来 越严重，2009 年 7 月 1 日，国家环保局开始要求新生产的摩托车排放必须符合国 排放标准，由于我国国产摩托车的技术和成本问题，于 2010 年 7 月 1 日才正式实施 国排放标准。如表 1-1 是二轮两轮摩托车国与国排放标准比较。 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 3 表 1-1 两轮摩托车国与国排放标准比较 类别 3000 返回主程序 怠速工况 加减速工况 n8000 k80% 大负荷工 况处理 超速断油工况 稳定工况处理 n y n n n n n y y y y 起动工况处理 y 工况判断及处理 传感器故障 跛行工况模块 n k20% 急减速工况 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 28 3） 点火信号采集和转速计算 从节省成本和便于设计的角度考虑，本系统没有加装转速传感器信号，而是 通过采用点火脉冲初级输出信号作为等效转速信号， 通过 timer0 利用外部触发 计数模式， 即每采集此信号就会加一， 再利用软件定时 1s， 得到外部触发的次数， 然后再乘以 60 即可得到当前发动机的转速，在每个工作循环都要计算一次转速。 4） a/d 信号采集 节气门开度和缸体温度传感器都是模拟信号，需要 a/d 采集后经过处理得到相 应的数字信号才能输入电控单元。精确读取各传感器的信号是进行精确控制的前提 条件，所以采取合理而高效的 a/d 采集软件设计很重要。这里采用计算 n 次平均值 的方法来得到较为精确度测量值。氧传感器也是通过这样的方法采集的。a/d 采集 流程图如图 3-13 所示： 图 3-13 a/d 信号采集流程图 3.3 抗干扰分析抗干扰分析 发动机电控系统的工作环境非常恶劣，主要受机体振动、点火干扰及喷油器的 采样结束 a/d 采集开始 a/d 初始化 读取当前 a/d 值 求平均值 返回主程序 n y 求和 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 29 电磁干扰及电源波动等干扰，其中点火干扰最严重 4243。所以采取相应的措施，否 则会影响电控系统的稳定性，直接影响闭环空燃比的控制效果，严重的甚至出现死 机现象4445。本系统从硬件上主要采取一些低通滤波，光电耦合器去耦和提高地线 的抗干扰能力等措施。 但硬件并不能完全消除干扰问题， 从软件方面， 主要采用了看 门狗技术、设置软件陷阱、数字滤波技术等。 3.4 本章小结本章小结 本章主要介绍了电控 ecu 的软硬件方面的设计。 硬件方面介绍了 pic16f877 单 片机的基本特点，并且给出了节气门位置传感器、缸体温度传感器、氧传感器的采 集电路和喷油器的驱动电路。软件方面介绍了软件开发环境 mplab 编辑器，并且 介绍了主程序及各工况判别程序及转速计算、ad 采集等模块程序。最后进行了抗干 扰分析并从软硬件方面采取相应的措施。 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 30 4 空燃比空燃比 pid 控制和自学习控制控制和自学习控制 目前，解决日益严格的排放问题，汽油机主要靠三元转化催化器的后处理的办 法来解决，三元转化催化器有高效区，其高效区即三元催化转化器对hc、co、nox 的净化效率都很高，但其范围很窄，即只有过量空气系数为0.991.01的小区域10， 如图4-1所示。要使控制在这一狭小区域，必须要精确地控制空燃比，以前的化油 器靠机械装置来控制根本无法满足要求，所以必须用电子控制系统控制。发动机处 于稳定工况下，空燃比控制偏差可分为系统偏差和随机偏差两类。系统偏差的产生 原因主要与发动机产品的制造公差、老化磨损和燃油品质情况有关18。一般情况， 发动机的喷油map是通过大量的标定试验得到，但这只是在该发动机结构参数和燃 油品质下很准确，由于批量产品的公差及老化等原因造成发动机的实际结构参数发 生变化， 或各种燃油品质的不一致性， 假如发动机仍然按照原来匹配的喷油脉宽map 进行喷油，就会使空燃比出现偏差。这些误差往往使发动机电喷系统不能在发动机 所有工况范围下都保证精确的空燃比。系统偏差的特点是实际空燃比与目标空燃比 的偏差具有确定性和一致性。 空燃比的随机偏差与发动机的运行情况关系密切，如发动机的某传感器信号受 到电磁干扰失真时，则根据该传感器信号进行修正的喷油量会偏离目标喷油量，于 是产生实际空燃比偏离目标空燃比18。空燃比随机偏差的特点具有不确定性，即这 些随机因素可能使实际空燃比偏浓也可能偏稀。 目前，发动机电子控制系统在稳态工况多采用闭环控制方式控制发动机的空燃 比，闭环通过氧传感器进行反馈控制，这样能同时消除稳态工况时的两种误差。并 且利用pi+自学习控制的控制策略，利用实际空燃比的氧传感器反馈信号对试验标定 的原稳态map进行修正，这样可以根据发动机的实际运行情况精确地控制喷油脉宽 的大小，从而精确而快速地控制空燃比，本文即用此控制策略在稳定工况下控制空 燃比的。 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 31 图4-1 三元催化转化器的催化窗口 4.1 pid 控制控制 4.1.1 pid 控制器的理论基础控制器的理论基础 随着控制理论和计算机的快速发展，人们正试图用神经网络控制，遗传控制， 智能控制等现代控制理论来解决空燃比控制问题，但由于发动机复杂性、实时性和 多线性等特点，目前尚不能真正有效地达到预想的控制效果，所以传统的 pid 控制 器仍是最简单可靠的控制方法。pid 控制是一种比例、积分、微分并联控制器。常规 pid 控制器原理图如图 4-2 所示。pid 控制器的数学模型可以用下式描述46： 1( ) ( ) ( )( ) pd i de t u tk e te t dtt tdt （4-1） 其中：( )u t控制器的输出，同时也是被控对象的输入 ( )e t控制器的输入，即给定值与被控对象实际输出值的差值 p k控制器的比例系数 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 32 i t控制器的积分时间 d t控制器的微分时间 比例 积分 微分 被控对象 e(t) + + + u(t)c(t)r(t) - + 图 4-2 基本 pid 控制原理图 由图 4-2 可知，pid 控制器由比例项、积分项和微分项三部分组成。 以上是 pid 控制器的数学模型， 要想实现单片机控制， 必须实现其软件化编写， 先要离散化处理。 （4-2） 其中：t：采样周期 n：采样序号 所以式（4-1）可写成： 1 0 n nn npnjd j i eet ukeet tt （4-3） 式中 n u：第 n 次采样周期时的输出； n e：第 n 次采样周期时的偏差量； t：采样周期 令 p i i k k t ， dpd kk t， 1nnn eee 则有： 1 00 0 ( )()(1) ( )() (0,1,2,3.) nn t nn i ji eede te nte nt dttt e t dtte jtte tntn 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 33 0 n n npnijd j e ukeke tk t （4-4） 其中 p k、 i k、 d k分别为比例、积分、微分系数。 由于发动机控制的特点，其对稳定性要求更高，而微分项考虑的是变化趋势不 易控制，且软件实现比较复杂，因此，在发动机的闭环反馈控制中均舍弃微分47， 即采用数字 pi 控制方法。得到式 4-5 0 (45) n npnij j ukeke t 4.1.2 pi 控制器喷油量反馈修正量控制器喷油量反馈修正量 pi 控制器的控制目标是空燃比，氧传感器和空燃比有对应关系的，本文是用开 关式氧传感器，其关系如图所示，氧传感器在 =1 附近发生跳变，对应氧传感器的 输出电压为 450mv； 空燃比浓时， 1， 约为 100mv。 首先根据氧传感器信号反馈得到空燃比的浓稀，然后根据空燃比浓稀情况分别向其 相反的方向调整空燃比，其控制目标不是使其输出值维持一恒定值，而是使空燃比 控制在 =1 附近快速动态平衡。 图 4-3 氧传感器与过量空气系数的关系 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 34 图 4-4 氧传感器电压与空燃比的关系 图 4-5 pi 控制喷油量图示 pi 控制在本系统中的具体意义： 1） r(t)：当前目标喷油量，若经氧传感器判断空燃比为稀时，r(t)=f0/1；浓时， r(t)=f0/2，f0：空燃比 =1 对应的喷油量，也就是在相应工况下喷油 map 表中 对应的值。1、2如图 4-3 所示，分别为 0.98、1.02，这是在仿真时确定的参考 值，也是为了能使 控制在 0.981.02 的范围内。 2） c(t)： 当前喷油量， 若经氧传感器判断空燃比为稀时， c(t)=f0/2； 浓时， c(t)=f0/1。 3） e(t)：当前对应 1、2的喷油量的偏差，即 e(t)= r(t)- c(t)。由于 1、2是不变值， 所以 e(t)只随 f0的变化而变化，map 表中喷油脉宽 f0的增大，e(t)就增大。 4） u(t)：喷油量反馈修正值（下面用 fk代替） ，当前循环喷油量=上一循环喷油量+ 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 35 反馈修正值 fk。最初的循环喷油量是该工况下的 f0，即从喷油 map 中读取的， 之后的喷油量由上面公式可以获得，fk可由 pi 控制程序计算获得。 以下是得到 fk值的具体设计方法，参照图 4-5，pi 计算方法中，根据氧传感信 号反馈可以判断空燃比的浓稀状况。当通过反馈可知空燃比偏稀时，如图中 a-c 段， fk的值可以采用式 4-6 来获得，r(t)=f0/1 ，c(t)=f0/2。 00 1 00 12 ()* ()(46) nn kpnijpi jj ff fkeke tkktjak 式中，kp是比例项系数，ki*t 是积分项参数，j 为从 b 点到当前的循环数， 00 12 () p ff ak 为增油比例项，如图即从 a 点到 b 点的增加值，k1为增油积分项， 即从 b 点到 c 点的增量。 当通过氧传感器得到空燃比偏浓时，如图中 c-e 段，fk利用计算式(4-7)获得： 00 2 00 21 ()* ()(47) nn kpnijpi jj ff fkeke tkktjbk 此刻以反向稀状态为控制目标，r(t)=f0/2 ，c(t)=f0/1。 00 21 () p ff k = b，b 为减油 比例项，如图中 c 点到 d 点的减少量，k2为减油积分项。k1 、k2的值由 t1、t2 间隔内的次数乘以增、 减油量 d1、 d2得到。 因此由式(4-6)和式(4-7)分别转化为式(4-8) 和式(4-9)。 11 1 *,(0,1,2.)(48) k j fakai dii t 22 2 *,(0,1,2.)(49) k j fbkbi dii t j 是执行比例项至当前循环的间隔数，i 取整数，即增减油积分项的次数，因此，pi 控制系统的参数最终为 a、b、d1 、d2、t1、t2六个参数，pi 控制系统的各参数最 优评价标准：空燃比在目标空燃比附近浓稀频率要快，且其波动范围不能超出期望 区间。图中，即完成了浓稀控制的过程，在稳态工况下，通过以上的控制策略就可 以完成对空燃比的控制， 不是稳定在 =1， 而是一个在一定范围内浓稀变化的动态平 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 36 衡过程。 4.1.3 pi 控制的软件实现控制的软件实现 由上面分析可得到发动机稳定工况下的空燃比 pi 控制，有些论文对此进行了理 论分析4849，可知空燃比差值缩小，比例项随之减小，并且实际空燃比距离当前比 更小；当不变时，比例项 a、b 随喷油量 f0 增大而增大； 积分项 k1、k2，在 d1=d2=1 的情况下，仅与积分时间间隔 t1、t2有关， 并且近似成反比。但比例项和积分项具有多种组合，其最佳值需要结合本系统的具 体情况，每个喷油循环都要进行闭环修正，氧传感器及工作循环的延迟问题等通过 实验匹配得到。pi 控制器的程序流程图如图 4-6 所示。 图 4-6 pi 控制程序图 闭环控制开关 初始化 氧传感器参考电压 v0 氧传感器采集电压 v 1 v0 v=v0 计算喷油量 返回主程序 y y y n n 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 37 pi 控制器根据氧传感器的反馈信号判断空燃比的浓稀状况， 然后修正喷油脉宽 逐步进行调节的。一般情况下能比较好的控制效果，其修正过程如图 4-7 所示。 图 4-7 pi 控制器修正图 4.2、自学习控制策略、自学习控制策略 4.2.1空燃比自学习控制的空燃比自学习控制的提出提出 发动机各种工况下的基本喷油量以 map 表格的形式预存在电控单元中， 就某型 号的发动机来说，这些数据都是固定值，但在生产和装配过程及长期的运行过程中 都都可能造成实际空燃比长期偏离其理论空燃比，在稳态工况下，虽然通过空燃比 闭环反馈调节可以快速修正其偏差，但其修正范围有限，一般为 0.81.25051。当反 馈的中心长期偏浓或稀，闭环修正则不能及时使空燃比回归到理论空燃比，在这种 情况下，为了使修正值回到正常修正范围之内，并使反馈值的中心回到理论空燃比 的位置，在稳态工况下，在 pi 控制的基础上增加自学习控制的策略来控制空燃比， 使其更有效地维持在理论空燃比附近波动。 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 38 图 4-8 pi 控制对 的修正范围 4.1.2 空燃比自学习控制使能条件空燃比自学习控制使能条件 空燃比自学习过程必须有反馈控制，所以只存在于闭环控制中。自学习控制可 以随时替换原喷油 map 表中的不再适合的值。由于发动机的固有状态如疲劳，老化 等原因使原有的喷油量不再适合该工况，在闭环工况下可以通过 pi 控制器修正喷油 脉宽，但在开环时却无能为力，这时需要修改存放在 ecu 内存中的自学习值，以改 变喷油脉宽。自学习过程就是通过软件检测出这部分值，然后用自学习后的新的学 习值覆盖掉这些旧的学习值。这样在开环、闭环等状态下自学习修正项都要参与燃 料喷射脉宽的计算。但空燃比自学习控制功能需要一定条件一定工况下才能进行， 这就是自学习的使能条件，其具体的主要使能条件如下： （1）节气门开度，缸体温度等传感器及点火信号采集电路没有发生故障。 （2）发动机水温大于设定值，70。 （3）发动机运行于闭环状态，既有氧传感器的反馈。 （4）自学习单元值不处于复位状态，保证软件逻辑的正确性。 除此之外，空燃比自学习控制策略在程序中还要满足以下附加条件： （1）积分延时计时器和自学习延时计时器都已完成延时，即保证不能随意改动自 学习值，学习在 pi 控制器在延时时间内无法调整空燃比到正常范围内才修正自学习 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 39 值。积分延时计时器即为前面的 j。 （2）当前积分值k+m；或当前积分值k-m，其中 k 是积分值，k 值得大小由积 分延时 t1、t2和单次增减油量 d1、d2的值决定的，不同工况下其值有所变化，m 为 积分项死区标定阈值。理论上，k 和 m 的值不同工况有所不同，具体值是由相应的 喷油脉宽决定的，并且喷油脉宽越大，其值也有所增大，准确值是有通过试验标定 得到的。一般情况下 k+m 不超过喷油脉宽的 10%，为了简化程序，并且在没有做大 量试验之前，将其 k 和 m 设为定值。 4.1.3 空燃比自学习控制原理空燃比自学习控制原理 自学习控制就是跟踪发动机的闭环控制状况，实时地反应发动机固有变化而引 起的原试验值的准确性，从而通过学习算法而修正原试验值，从而得到更为准确的 喷油脉宽。自学习表格中的初始值是一定的，本文均设为 128，在发动机整个电控系 统中都要经过自学习控制才能确定喷油脉宽，然后发出指令给执行器，但在开环和 不满足自学习使能条件时，是不能修改原学习值的，只有在空燃比闭环修正过程中， 满足使能条件，记录下不同工况下的新学习值，并且存入学习值表格，下次在同样 的工况下进入自学习控制入口后直接通过新的自学习值来计算喷油脉宽。本文中转 速每 300 转和 3%的节气门开度对应一个学习单元值。如图中 a，b 两表所示，给出 部分工况下的自学习值。表 a、b 分别是在混合气偏稀和偏浓工况下，空燃比自学习 修正后的结果。自学习修正对喷油脉宽（fpw）具体修正量可由公式得出，自学习 量是喷油脉宽的一个乘数因子，即 fpw=fpw*（自学习值/128）40。 a 混合器偏稀 b 混合气偏浓 图 4-9 自学习单元信息 4.2.