CN101285426B - 组合脉谱对发动机怠速控制的方法 - Google Patents

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Abstract

组合脉谱对发动机怠速控制的方法，属于汽车汽油发动机控制领域。包括基本怠速脉谱参数和动态怠速脉谱参数，基本怠速脉谱参数是经过台架标定或经过台架及道路参数优化标定的脉谱参数，动态怠速脉谱参数是控制系统自学习在线自标定和自优化生成的脉谱参数，基本怠速脉谱参数和动态怠速脉谱参数构成组合脉谱参数，通过控制系统按怠速控制策略对汽油发动机怠速进行自适应控制。由于采用了以自适应学习方法合成的组合脉谱控制方式，使得被控系统发生改变和未知变化对发动机的影响得到了修正，从而提高了开环控制时的控制精度和速度，提高了控制的实时性。

Description

组合脉谱对发动机怠速控制的方法
技术领域
组合脉谱对发动机怠速控制的方法，属于汽车汽油发动机控制领域。
背景技术
在控制过程中，控制系统根据基本控制条件查控制脉谱参数，并且根据各传感器反映的发动机状态条件对控制脉谱参数进行修正输出，控制各执行器对目标进行控制。控制分为开环控制和闭环控制。
发动机怠速工况一般是指在不对外做功的最低稳定转速状态，目前有多种控制方式，典型的作法是利用怠速步进电机打开通往节流阀的旁通截面，是以转速为目标的进气闭环控制。另外一种典型的方法是怠速通过电子节气门控制，既控制节气门有一个极小的开度来稳定发动机内燃料的燃烧，是以节气门位置传感器信号反馈的节气门开度目标闭环控制。
上述控制方法在汽油发动机上得到很好的应用，但现有的脉谱参数控制策略对下列问题无能为力：
(1)各传感器及执行器件的制造偏差及使用一段时间的磨损及老化引起的工作特性改变，更换配件引起的匹配偏差等，从而使控制精度变差；
(2)环境、季节的改变，各种工作介质的的变化(如机械油的粘度改变等)、各种电器及辅助动力的接入改装、对发动机的操控等引起的负荷变化；
(3)在台架对控制系统优化时测量仪器及处理手段引起的的测量偏差以及未曾考虑在内的其它未知因素等；
(4)各传感器的信号传递时滞、控制系统的运算过程时滞、执行器件的运动时滞等带来的控制实时性偏差等。
以上这些因素的影响只应用台架优化的基本点火脉谱参数与基本喷油脉谱参数以及其它控制脉谱参数显然偏离控制目标；以各传感器反馈的各种状态信号由于各种时滞效应只能对控制数据修正局部的偏差，而不能完全控制目标偏差，使发动机未能达到合理的使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对目前汽油发动机的控制方式所存在的问题，提供一种能在工作过程中根据发动机相关特性改变和发动机使用条件改变而自适应生成动态脉谱参数的策略，进而提供一种动态脉谱参数与原有样机台架确定的基本脉谱参数组合控制的组合脉谱对发动机怠速控制的方法。
本发明要解决的技术问题是：针对目前汽油发动机的控制方式所存在的问题，提供一种能在工作过程中根据发动机相关特性改变和发动机使用条件改变而自适应生成动态脉谱参数的策略，进而提供一种动态脉谱参数与原有样机台架确定的基本脉谱参数组合控制的组合脉谱对发动机怠速控制的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该组合脉谱对发动机怠速控制的方法，其特征在于：包括基本怠速脉谱参数和动态怠速脉谱参数，基本怠速脉谱参数是经过台架标定或经过台架及道路参数优化标定的基本怠速脉谱参数，动态怠速脉谱参数是控制系统自学习在线自标定和自优化生成的动态怠速脉谱参数，基本怠速脉谱参数和动态怠速脉谱参数构成组合脉谱参数，通过控制系统按怠速控制策略对汽油发动机的怠速进行自适应控制，控制策略包括怠速组合控制策略和修正控制策略；
怠速组合控制策略和修正控制策略是：
a、组合作用对象：作用于组合怠速脉谱，对应于相同或非常相近的进气系统目标查表条件，既有基本怠速脉谱，又有生成的动态怠速脉谱时，即作用条件是该工况所对应的控制目标具有动态怠速脉谱；
b、组合原则；对同工况、同条件或同工况具有非常相近的条件，即数据节点既有存在于基本怠速脉谱的，也有存在于动态怠速脉谱的，当组成数据节点的元素中，相关各特征信号值相同而目标参数不同时，选动态怠速脉谱参数；怠速相关各特征信号值不完全相同但目标参数相同时，对该不相同特征信号值分别按前一循环值与当次循环值计算变化率，比较该变化率，取小判优，确定怠速组合脉谱参数；相关各特征信号值相同而目标参数相差较大时，取两目标中值按动态怠速脉谱生成策略进行逼近生成新的动态怠速脉谱参数插入动态怠速脉谱中；
c、组合方法：从动态怠速脉谱中选择动态怠速脉谱参数后，原同工况、同条件或同工况具有非常相近的条件下的基本怠速脉谱参数被屏蔽；动态怠速脉谱参数对控制目标进行控制，当被确定使用的动态怠速脉谱参数在对进气系统目标控制时，相关各特征信号值的变化率无法稳定在允许范围内时，放弃该动态怠速脉谱参数，回到该工况、该条件下的基本怠速脉谱，应用动态怠速脉谱生成策略重新学习生成；
d、以上组合作用下，通过对部分控制目标的动态怠速脉谱参数应用，对同一工况，或代换一部分基本怠速脉谱参数，或取代该工况下的全部基本怠速脉谱；
控制系统通过控制节气门对怠速的期望目标按修正策略以及动态怠速脉谱的生成策略、组合策略选择最佳怠速控制目标进行逐步纠偏逼近控制，在控制过程中通过自适应学习和经验聚类，生成动态怠速脉谱使对怠速目标的控制达到快速响应和高精度；
在纠偏逼近中，使用的修正控制策略是：
该修正策略由常规修正策略和小脑关节控制器CMAC的逼近修正策略组成：常规修正策略是来自反映发动机工况的相关各传感器的特征信号值对基本怠速脉谱的修正，这一部分在常规控制方式下输出基本修正怠速脉谱通过节气门对怠速目标进行控制；小脑关节控制器CMAC的逼近修正策略中，一是采用新的相关各传感器的特征信号处理方式对不可直接测得量进行软测量方法推断，以及模糊推断而得到软测量特征信号值对基本怠速脉谱进行修正；二是利用小脑关节控制器CMAC通过期望目标对实际目标进行纠偏，并在纠偏过程中进行权值匹配而自适应学习相关各传感器的特征信号值对基本怠速脉谱进行修正，三是通过各传感器给出的特征信号变化率，以及软测量推定的特征信号变化率确定逼近范围，不断按变化率逼近最小偏差范围对基本怠速脉谱进行修正。
基本怠速脉谱参数的组成是不同工况分区的若干个子脉谱参数区域之和，每个区域都按该区域的控制目标值闭环控制。
控制系统包括微处理器、小脑关节控制器CMAC、铁电存储器、模拟信号、数字信号、电源检测及稳压电路、H桥PWM驱动电路、功率驱动电路，模拟信号的一部分通过输入调理电路、模拟信号通道与微处理器相连，模拟信号的另一部分通过输入调理缓冲电路、数字信号通道与微处理器相连，数字信号经数字信号通道、输入调理缓冲电路与微处理器相连，电源检测及稳压电路连接微处理器，铁电存储器与小脑关节控制器CMAC互联，小脑关节控制器CMAC与微处理器互联，微处理器与H桥PWM驱动电路相连，H桥PWM驱动电路与节气门力矩电机相连，微处理器与功率驱动电路相连，功率驱动电路与进气控制系统相连。
与控制系统相连的信号包括油门踏板信号、节气门位置信号、发动机工况信号、电源检测信号、及包括CAN收发器信号、自动巡航信号、车身稳定信号、ABS信号、变速器信号的车身系统信号、H桥PWM驱动电路信号、节气门力矩电机信号、进气控制系统信号，油门踏板信号、节气门位置信号、发动机工况信号、电源检测信号、及包括CAN收发器信号、自动巡航信号、车身稳定信号、ABS信号、变速器信号的车身系统信号分别与控制系统相连，控制系统通过H桥PWM驱动电路信号与节气门力矩电机信号相连，控制系统与进气控制系统信号相连。
动态怠速脉谱参数的生成方法是，根据工况条件和使用条件的变化以及发动机自身因素变化学习生成的一系列怠速自适应参数，该怠速自适应参数在工作过程中按工况依据条件变化通过节气门对怠速的控制目标进行自适应学习和经验聚类，反复应用和实时修正而不断刷新；
动态怠速脉谱参数的生成方法由以下几个步骤产生：
a、确定动态怠速脉谱生成区域：在怠速工况条件下的控制喷油脉宽和控制进气机构的基本修正脉谱，以及表征此刻工况条件的相关各特征信号值为数据节点，以该数据节点的基本修正脉谱参数y为中心值，以期望空燃比和推定空燃比偏差为基本参考半径，找出动态脉谱生成区域(y-Δy，y+Δy)；
b、确定动态怠速脉谱生成的寻优区域：在同维空间区域利用该数据节点中表征该工况与怠速相关的各特征信号值的变化率大小进行动态怠速脉谱生成趋势判定，从而判定更小的区域是在(y-Δy)还是在(y+Δy)一边，确定后以(y-Δy)或(y+Δy)区域的中值为目标逼近后的新数据节点，并且以该目标为中心，确定新的逼近后的动态怠速脉谱生成区域，如此反复，不断逼近，直到最小的区域min(y-Δy，y+Δy)出现，该区域为寻优区域；
c、动态怠速脉谱的生成：当表征该工况的相关各特征信号值的变化率ε趋近于一个近似于零的常数时，以及进行概率统计处理的相关特征信号的概率分布在允许的范围内，确定min(y-Δy，y+Δy)中的中值点ym，该中值点ym即为生成的动态怠速脉谱参数；
d、确定动态怠速脉谱：重复以上过程a-c，并且在全过程小脑关节控制器CMAC对怠速控制目标进行自适应学习和跟踪，以及对偏差进行逼近调整和进行经验聚类，当相关各特征信号值的变化率ε及相关特征信号的概率分布稳定在一个允许的变化范围内时，确定该动态怠速脉谱参数，存入铁电存储器，此时，确定的动态怠速脉谱参数和所对应的怠速相关各特征信号值为一组数据节点，该数据节点即为动态怠速脉谱参数，该动态怠速脉谱参数的集合构成动态怠速脉谱；
e、对动态怠速脉谱的刷新：生成的动态怠速脉谱在控制过程中，由于发动机自身特性及使用环境改变，使其怠速控制目标也有所变化，其所组成的数据节点在进行a-d的过程时，当确定其相关各特征信号值变化率ε改变以及相关特征信号的概率分布不在允许的变化范围时，重新生成新的动态怠速脉谱参数，经小脑关节控制器CMAC对节气门开度所对应的转速控制目标进行自适应学习和跟踪，以及对偏差进行逼近调整和经验聚类确定，对原来数据节点地址单元刷新。
怠速相关各传感器的特征信号：即发动机上的传感器信号以及采用软测量方式推断出的特征信号，包括油门踏板信号，发动机的曲轴位置及转速信号、转矩信号、喷油脉宽信号、节气门位置信号、氧传感器信号、燃油温度信号、供电回路电压信号、水温传感器信号、进气压力信号，空燃比信号、EGR率信号、爆震信号。
控制系统根据发动机与怠速相关各传感器的特征信号变化率判定工况变化趋势对部分时滞偏差过大的控制目标进行给定怠速期望值预测控制，同时以预测控制目标值为数据节点，利用小脑关节控制器CMAC的自适应逼近调整能力和学习能力，降低或消除各方面信号滞后带来的误差。
工况是指：起动工况、暖机工况、怠速工况、大负荷工况，加减速工况、空燃比闭环控制工况以及全节气门控制工况。
与现有技术相比，本发明组合脉谱对发动机怠速控制的方法，所具有的有益效果是：由于采用了以自适应学习方法合成的组合脉谱参数控制方式，使得被控系统发生改变和未知变化对发动机怠速控制的影响得到了修正，使控制更加精确，改善了发动机自身条件变化时反馈信号确定单一造成的怠速控制系统无法快速响应，并通过适时提前预测控制，最大可能的修正了各种时滞带来的控制滞后，提高了控制实时性。
附图说明
图1本发明控制系统电路原理框图1；
图2控制系统电路原理框图2；
图3怠速控制方案示意框图；
图4怠速控制策略示意图；
图5自适应方案示意图；
图6实现控制过程程序流程框图；
图7控制系统电路原理图。
图1-7是本发明的最佳实施例，图7中：U1微处理器、U2缓存器、U3锁相环、U4、U6经运算放大器、U5对数放大器、U7比较器、U8磁变换器、U9运算放大器、U10运算放大器、U11反相器、U12门电路、U13、U14微功耗运算放大器、U15锁相环、U16斯密特触发器、U17时基电路、U18微处理器、U19锁存器、U20动态储存器、U21存储器、U22扩展口、OP1-OP5光电耦合器、MG2节气门电机、DE1-DE5功率驱动管、R1-R54电阻、VR1-VR2可调电阻、C1-C31电容、D1-D8整流二极管、Q1-Q3三极管、L1-L2电感、Y1-Y2晶振、S1开关。
具体实施方式
实施过程：
本发明提出的组合脉谱对发动机怠速控制的方法体现在常规控制器(发动机中央控制器ECU)和小脑关节控制器CMAC根据控制策略对控制功能的实现中；控制功能包括喷油控制、点火控制(点火提前角和点火闭合角)、进气控制、怠速控制、排放控制(碳罐蒸发、废气再循环系统EGR)和辅助控制(电气负荷、方向助力、油泵、空调等)。以下对实施过程分别说明。
下面结合附图1-7对本发明组合脉谱对发动机怠速控制的方法做进一步的详细说明：
如图1所示：控制系统包括微处理器、小脑关节控制器CMAC、铁电存储器、模拟信号、数字信号、电源检测及稳压、H桥PWM驱动电路、功率驱动电路，模拟信号的一部分通过输入调理电路、模拟信号通道与微处理器相连，模拟信号的另一部分通过输入调理缓冲电路、数字信号通道与微处理器相连，数字信号经数字信号通道、输入调理缓冲电路与微处理器相连，电源检测及稳压连接微处理器，铁电存储器与小脑关节控制器CMAC互联，小脑关节控制器CMAC与微处理器互联，微处理器与H桥PWM驱动电路相连，H桥PWM驱动电路与节气门力矩电机相连，微处理器与功率驱动电路相连，功率驱动电路与进气控制系统相连。
外部传感器的模拟信号通过输入调理电路将信号输入到微处理器；输入调理电路对模拟信号的处理分两部分：一部分由输入调理电路将信号调理为数字信号经数字信号通道输入微处理器；另一部分输入调理电路将信号直接经模拟通道输入微处理内部的A/D端口。
模拟信号主要包括：进气压力或进气流量、节气门位置信号、大气压力信号、进气温度信号、冷却水温度信号、氧传感器信号、环境温度信号、油门踏板信号、系统电压变化信号等。
传感器的数字信号通过输入调理缓冲电路转换为微处理器能接收的输入信号；输入调理缓冲电路的作用是对传感器数字信号的幅度、波形及干扰进行处理，即滤波处理。
数字信号主要有：曲轴位置、喷油脉宽信号、车速信号、爆震信号、空调请求信号、方向助力请求信号、空挡信号、大灯开关信号及电离子传感器信号等。
电源通过电源检测及稳压电路处理后接入微处理器。电源检测及稳压电路的主要功能是：给系统各芯片提供稳压电源、给传感器提供工作电源和给RAM提供电源保持。电源检测及稳压电路由DC/DC转换器、过流过压保护器、电压变化信号变送器及抗干扰电路组成。
微处理器由32位的CPU内核，内置常规控制器控制策略和算法、各类脉谱及其它相关控制目标数据及通信总线处理器等。
小脑关节控制器CMAC由另一片32位微处理器为内核，与外部电路构成；其内置自适应学习算法及控制策略，与主微处理器共同组成控制系统核心，接受外部信号变化，根据策略及时作出决策，进行自适应学习聚类刷新动态脉谱参数，发出指令控制外部执行机构动作和运行。
铁电存储器对系统基本怠速脉谱参数进行备份，经自适应学习后参与工况控制后被判定为使系统按要求稳定工作的那部分动态怠速脉谱参数也会作为经验数据存入其中。微处理器判定系统失控时会自动将节气门开度基本怠速脉谱参数从铁电存储器写入微处理器中。
H桥驱动控制电路采用H桥式控制驱动节气门力矩电机等。
功率驱动控制电路采用专用控制驱动芯片和外围电路，驱动有进气阀、电控调速压气机、比例电磁阀等组成的进气系统。
在这里特别说明的是，为便于区别新的控制方法，本发明将传统处理方式和方法，如PID控制策略的使用等，均定义为常规控制器，常规控制器作为控制系统一部分，控制系统的另一部分称之为小脑关节控制器CMAC。
如图2所示：与控制系统相连的信号包括油门踏板信号、节气门位置信号、发动机工况信号、电源检测信号、及包括CAN收发器、自动巡航信号、车身稳定信号、ABS信号、变速器信号的车身系统信号、H桥PWM驱动电路、节气门力矩电机、进气控制系统，油门踏板信号、节气门位置信号、发动机工况信号、电源检测信号、及包括CAN收发器、自动巡航信号、车身稳定信号、ABS信号、变速器信号的车身系统信号分别与控制系统相连，控制系统通过H桥PWM驱动电路与节气门力矩电机相连，控制系统与进气控制系统相连。
怠速控制时基于节气门电路实施的，控制系统检测油门踏板信号确认发动机是否在怠速工况，以确定是否使用组合脉谱；在怠速工况时，控制系统依据冷却水温度信号所对应的目标转速信号通过组合脉谱调整节气门力矩电机到合适的节气门开度；节气门位置信号反馈节气门的实际开度，该信号经信号调理电路处理并A/D转换后送入控制系统，控制系统通过该反馈信号，并且测量曲轴位置加速度信号和计算节气门位置变化率、进气温度变化率、冷却水温度变化率对组合脉谱进行修正输出。
控制系统在怠速调整过程中，适时地对进气系统进行控制，使其对应于怠速时的状态，以上怠速控制过程为闭环控制。
如图3所示：是通过节气门位置反馈控制的实施例之一。本例中，通过组合脉谱参数控制方法对电子节气门实施闭环控制，使节气门的开度稳定在一个相对固定的怠速位置。
控制系统根据发动机怠速工况状态信号，即节气门位置信号、进气流量信号、转速信号、冷却水温度信号、喷油脉宽信号以及其它相关信号，如大气压力、进气温度等，按控制策略，查取经台架标定的节气门力矩电机的基本脉谱参数，通过常规控制器对基本脉谱参数进行修正输出控制节气门力矩电机运动。
常规控制器内置怠速的PID模糊控制策略，利用怠速工况发动机各状态参数，如冷却水温度和大气压力等，并利用上一工作循环的相关状态参数的变化率和偏差，如曲轴转角加速度和转速偏差，以及各辅助电器开关状态，如空调开关，对基本脉谱参数进行修正输出。
小脑关节控制器CMAC对控制节气门力矩电机的输出基本脉谱参数进行自适应学习跟踪，并根据控制策略生成相应的动态脉谱参数暂存聚类，该动态脉谱参数通过组合策略参与控制目标控制，在几个循环的反复验证、判比和不断参与修改、聚类和联想，当发动机在怠速工况最稳定的工况条件出现时，确定该动态脉谱参数以及稳定条件；确定的动态脉谱参数被存入铁电存储器，取代基本脉谱参数对目标进行控制。
当器件特性和使用环境发生改变时，重复以上过程进行控制。当负荷突变时，控制系统充分考虑发动机各状态信号的传递时滞效应，依据聚类的联想记忆学习经验对目标进行预测控制，并在几个工作循环内对工况信号变化率进行趋势判定，以尽快自适应学习该状态进行聚类暂存，类似情况连续发生时进行自适应跟踪调整修正，生成动态脉谱参数。类似情况随机发生时，聚类记忆生成突变时的动态脉谱参数和工况条件，再次发生时进行预测控制。
如图4所示：在怠速控制策略中，通过发动机实际转速信号的测量反馈，进行目标转速节气门开度闭环控制，控制中充分考虑了冷却水温度传感器的信号，该信号反映了发动机在暖机过程中不断按温度确定目标转速，通过目标转速使节气门调整于对应的开度。还有车辆接入电器增加负载的对应转速等，这些信号根据节气门基本脉谱调整节气门开度。怠速控制时，通过油门踏板开度检测确定车辆是否在怠速工况，若在怠速工况，则进入怠速闭环控制，控制中以转速为目标，判定是否在目标转速，决定力矩电机是停转或正、反转。
以上通过节气门位置传感器信号的反馈，同时计算其位置变化率以及目标位置的偏差，由小脑关节控制器CMAC对这些量跟综纠偏，此时的小脑关节控制器CMAC实际上是一个逼近控制器，由该控制器将转速波动限制在一个允许的范围之内。
如图5所示：怠速自适应控制策略，一但投入使用的发动机，除开始是通过经台架试验优化的基本怠速脉谱参数工作外，由于自适应策略的作用，不断自适应产生新的优化动态怠速脉谱参数，因而工作一段时间的发动机，其基本怠速脉谱参数已或多或少发生改变，即是同时投入使用和经过相同工作时间后的发动机，其同控制目标的基本怠速脉谱参数也改变的不再相同。
控制系统根据冷却水温度信号和转速信号决定的节气门力矩电机基本脉谱参数，该目标值由于各种使用环境、条件、传递时滞、机构传动时滞、特性差异等，与实际目标产生偏差；对实际目标的信号反馈，由于传感器的特性、信号的传递时滞、信号运算处理过程的时滞等；还包括随机产生的干扰和干扰引起的器件特性突变等；以上等等因素的存在，影响到控制的实时性和准确性，加上无法“因地制易”调整的台架标定脉谱参数，使控制系统无法准确确定控制目标。
使用小脑关节控制器CMAC，结合传统PID控制的自适应控制策略从二方面实施控制，一方面针对控制目标的偏差进行自适应控制，即确保系统稳定的自适应控制和保证控制目标性能最优的自校正自适应控制(在线辨识系统)。另一方面是对控制目标的相关传感器信号进行变化率跟踪的自适应学习控制，即采集传感器反馈量变化率趋势判定与系统稳定性聚类逼近，以及稳定目标后的自学习生成动态怠速脉谱对目标实时控制。
图5中，
(1)设被控制输出量yj(j＝1，2，3…)，在此条件下连续测量发动机n个工作循环的时间ti和转速信号、节气门位置信号、喷油脉宽信号、进气压力信号、氧传感器信号、爆震信号、大气压力信号、水温信号、燃油温度信号、机油温度与机油压力信号、VNT截面开度(有涡轮增压器时)和EGR阀开度信号、蓄电池电压信号以及以上各信号的变化率，并特别处理氧传感器和爆震传感器信号，如根据氧传感器反馈量变化率的变化趋势进行软测量方式的目标空燃比控制；根据爆震传感器信号经选频检波器作用后按n个循环爆震发生的概率在2％-5％以内为最佳点火调整阈值，而取代传统的爆震安全角距离。
以上信号经控制系统并以以下公式
Na 0 + a 1 Σ i = 1 N t i - Σ i = 1 N y i = 0 , a 0 Σ i = 1 N t i + a 1 Σ i = 1 N t i 2 - Σ i = 1 N t i y i = 0
进行拟合计算处理，得到基本控制目标yi
公式中，a0为基本脉谱参数值或传感器信号值，a1为控制目标变化率或传感器信号变化率；ti第i个循环时间；yi第i个循环的控制目标平均变化量。
(2)通过拟合的数据再利用关系 Δy = f ( d 1 dt , d 2 dt , . . . , dn dt ) 拟合，式中，d1/dt，d2/dt，…，dn/dt，分别为相关测值变化率；将被控制输出量改变为yj＝yj-1+Δy，(i＝1，2，3…)；
(3)设计控制律逻辑确定被控制输出量由yj-1改为yj之后，发动机各被测量的变化率趋近于零，该趋近于零的值ε被视为最佳条件，该条件下的目标值y被优化选出成为新的控制目标，以及对应的查表条件改变。
yj-yj-1＞0时，有bj-bj-1＞ε，则yj+1＝yj+Δy(Δy＞0)。
yj-yj-1＜0时，有bj-bj-1＜ε，则yj+1＝yj+Δy(Δy＞0)。
yj-yj-1＞0时，有bj-bj-1＜ε，则yj+1＝yj-Δy(Δy＞0)。
yj-yj-1＜0时，有bj-bj-1＜ε，则yj+1＝yj-Δy(Δy＞0)。
(4)以上是以发动机各相关传感器测量值及其变化矢量为反馈参数的对y进行自适应控制的过程。该过程在n次工作循环中若使发动机平稳工作(各条件特征值参数变化不大，即有趋近于零的ε，概率分布在允许的范围内)，则控制目标y被定义在(y-Δy，y+Δy)几何体区间内，得出控制目标的空间区域，并对区域内不断插值逼进极小空间区域而进行控制；此时表现出的发动机各参数即为发动机最优条件参数，该条件下的目标值即被优化选出的控制目标。此时该控制目标按规定被聚类写入动态怠速脉谱参数区，该地址有不合条件的数据时被取代。
(5)当变化趋势在n次循环中稳定或最佳条件出现时，控制策略对控制系统及发动机的各时滞效应将按学习的模式进行预测消除，相同事件再次发生时联想控制；工况变化或同工况下条件变化时再按上述原则，如此反复；
(6)以上过程中，n以稳定的鲁棒性为界而确定，ε值为一多因素相关微小量常数。这两个参数在台架数据时反复验证并予以确认。
如图6所示：发动机进入工作时，控制系统根据不同的操作条件和各传感器的状态信号判定发动机当前的工况类别，即基本操作条件(如油门踏板位置)与当前相关传感器(如转速信号、节气门位置信号)的状态构成控制系统选定工况的当前基本工况条件，控制系统根据上述条件确定当前工况，计算输出该工况下的基本怠速脉谱参数。
如果此过程有经过自适应学习生成的动态怠速脉谱参数存在，控制系统经稳定性优化判比，若该动态怠速脉谱参数更优于基本怠速脉谱参数，则输出的是新生成的动态怠速脉谱参数。该动态怠速脉谱参数被传感器的反馈信号进行当前修正，修正后的动态怠速脉谱参数对节气门力矩电机控制，这一过程进行的同时，一是通过各位置状态信号测量反馈上一循环的执行机构目标定位(如节气门位置信号)情况，控制系统将实际目标值与输出的修正目标值计算偏差及偏差变化率输入小脑关节控制器CMAC进行自适应权值修正，二是通过前馈方式训练和跟踪获得被控目标逆模型(如节气门开度、转速、喷油脉宽等)，若用x(k)表示系统状态，u(k)表示控制向量时，对执行机构的控制描述为x(k+1)＝g[x(k)，x(k)]；三是控制系统通过对与控制目标相关的传感器信号在规定循环周期内算出其信号量的变化率(如曲轴转角加速度、进气压力变化率、电压变化率以及氧传感器信号变化率等)，通过变化率确定变化趋势，以确定控制方向，通过控制策略利用该变化趋势预测给出期望输出目标，通过与实测目标的偏差和偏差变化率计算，各相关传感器信号的变化率计算，不断修正权值，按各变化率趋近于零的稳定性趋势，逼近控制目标。
当系统自适应学习的经验聚类信号(经验聚类的生成动态脉谱参数被存储器暂存的数据)与基于变化率达到稳定阈值的偏差变化率最小以及偏差最小时，该预测控制目标被确定为将要选定的动态怠速脉谱参数值。该怠速脉谱参数值被送于暂存器中用于对控制目标的输出，重复前述的过程，不断计算前一循环的各相关变化率，在当前循环中控制和学习，在下一循环中预测输出。学习与控制交替进行。
当稳定性阈值出现时，该预测控制目标的动态脉谱参数值即生成的动态怠速脉谱参数，被存入铁电存储器中，稳定性阈值出现时的各传感器信号值也同时被确定为决定该脉谱参数输出的工况条件信号，而与怠速目标共同构成数据节点。同理，在条件发生变化时，重复以上过程，不断生成相对应的动态怠速脉谱参数。
在学习与控制交替进行过程中，生成的动态怠速脉谱参数和生成该动态怠速脉谱参数时的各相关传感器的信号值按控制策略中的数据处理原则被聚类优化存储；优化的原则分两个方面，一是不断对基本工况条件和记忆的操作条件对动态脉谱参数值按趋势找出寻优区域不断逼近控制，确定最优条件ε出现时的数据节点，这样减少了空间占用率，同时也缩短了动态怠速脉谱参数的生成周期。二是采用紧凑型地址空间存储策略，避免多余单元重新分配地址，即采用统一地址求余运算得到训练存放权值的空间，以满足硬件实现要求。
如以上小脑关节控制器CMAC流程，以怠速控制说明该控制器的工作过程。
在当前学习与控制阶段，控制系统中小脑关节控制器CMAC根据前一循环的节气门力矩电机位置、负荷及电器接入状态以及与之相关的传感器信号变化率确定下一循环的预测输出。因而首先以前一循环的脉谱参数为中心，根据与之相关传感器信号变化范围(如转速)及信号的变化率范围确定工况条件输入空间Ug＝[a，b]×[c，d]，根据预测目标和实际目标偏差范围及偏差变化率范围确定脉谱参数跟踪修正空间Um＝[e，f]×[g，h]，如力矩电机调整行程在1到8度，其变化率在0到3，则标准乘积空间为Ug＝[1，8]×[0，3]；并选取合适的量化级数，给出初始权系数矩阵，以当前与之相关传感器信号变化及信号的变化率和当前执行器位置信号及信号变化率为节点，选取合适的参数和空间超几何体半径，根据给定的样本找出包含该点的空间超几何体，确定选择矩阵S，此时小脑关节控制器CMAC的输出定义在以激活节点为中心的超几何体上的基函数线性组合，即 y ^ t = S t T B ( x t ) q , 其中：B(xt)＝diag[b1(xt)，b2(xt)，…，bm(xt)]，q＝[q1，q2，，qn]T是权系数向量，Sm＝[St，m]n×m为权系数选择向量，这样对于每个样本，只需局部调整权系数即可。这样经不断学习与控制，不断重复以上过程，学习与控制交替进行，生成符合要求的动态脉谱参数，对下一循环中怠速喷油脉宽与电机进行预测控制，经过一段时间(多个循环过程)的学习聚类，通过多次逼近达到了实际目标值，最大能力的消除了时滞带来的控制偏差，从而使怠速达到精确控制。
如图7所示：微处理器U1的31、32脚分别与存储器U16的29、24脚相连，40脚通过电阻R1接VCC高电平，通过电容C1接地，通过开关S1接地；微处理器U1的73、74脚之间接有晶振Y1，并且通过电容C2、C3接地；
进气压力、大气压力传感器的信号经过缓存器U2进入锁相环U3进行V/F转换处理后，通过光电耦合器OP1输入到微处理器U1的A/D口P50、P51脚，供微处理器U1进行分析计算处理。
氧传感器信号经运算放大器U4对其进行10倍放大后输入对数放大器U5，经对数放大器U5的放大后由对数放大器U5的10脚输出，经运算放大器U6进行I-V变换为5-0V电压信号输入到微处理器U1的A/D口P52脚，供微处理器U1对空燃比进行分析判定。
将冷却水温度信号、进气温度信号、环境温度信号通过串接分压电阻转换为模拟电压信号供比较器U7比判，比较器U7依次输出数字信号输入到微处理器U1的A/D口P54、P55、P56脚，供微处理器U1来分析判断发动机工况。
曲轴位置传感器信号输入到磁变换器U8进行转换处理后，输入到微处理器U1的A/D口P57脚，供微处理器U1进行分析计算处理。
节气门位置信号、油门踏板信号经降压后输入到运算放大器U9放大处理后，输入到微处理器U1的A/D口P46、P47脚，供微处理器U1进行分析计算处理。
爆震的信号通过由运算放大器U10及其外围电路组成的信号选频放大电路进行放大处理后，输入到由运算放大器U10E组成的检波电路，检波器的输出信号经过一个非门缓冲后输入微处理器U1的P16脚，供微处理器U1进行分析计算处理。
反相器U11和门电路U12组成喷油信号脉冲鉴宽电路；喷油信号输入到微处理器U1的INTP0口P01脚，供微处理器U1进行分析计算处理。
电离传感器信号通过由微功耗运算放大器U13、U14及其外围电路组成的恒电位仪电路和电流检测电路处理后，传感器信号的电位被控制在一个定值，传感器信号经处理后输入到微处理器U1的P27脚，供微处理器U1进行分析计算处理。
电源通过由锁相环U15组成的电源检测电路处理后，通过光电耦合器OP3输入微处理器U1的P26脚，实时检测电瓶电压量，为系统提供可靠性稳压直流电源。
大灯开关信号、空档位置信号、方向助力信号、空调请求信号通过串接分压电阻转换为模拟电压信号供斯密特触发器U16整形后，依次输出数字信号输入到微处理器U1的P21、P22、P23、P24脚，给微处理器U1来判断分析发动机工况。
转速信号经过时基电路U17调理后，通过光电耦合器OP4输入到微处理器U1的P20脚，供微处理器U1进行分析计算处理。
微处理器U18、锁存器U19、动态储存器U20构成小脑关节控制器CMAC，在微处理器U1的控制下，依据内置控制策略自适应学习，并对受空燃比目标值进行调节逼近；动态储存器U20是闪存存储器，其对类聚调节参数进行刷新存储，在微处理器U18的控制下参与新工况下的控制器控制。
由扩展口U26和存储器U25构成预备扩展闪存器，存储系统脉谱MAP数据。
微处理器U1驱动控制信号经光电耦合器OP4隔离处理后，通过三极管Q2放大后驱动功率管QE1，控制驱动旁通进气阀、电控调速压气机、比例电磁阀。
由微处理器U1的P116、P117脚分别输出PWM1、PWM2控制信号，通过功率驱动器QE2-QE5组成的H桥驱动电路，经过稳压整流二极管D5-D8组成的整流隔离电路来驱动控制节气门力矩电机MG1。

Claims (6)

1.组合脉谱对发动机怠速控制的方法，其特征在于：包括基本怠速脉谱参数和动态怠速脉谱参数，基本怠速脉谱参数是经过台架标定或经过台架及道路参数优化标定的基本怠速脉谱参数，基本怠速脉谱参数的组成是不同工况分区的若干个子脉谱参数区域之和，每个区域都按该区域的控制目标值闭环控制；动态怠速脉谱参数是控制系统自学习在线自标定和自优化生成的动态怠速脉谱参数，基本怠速脉谱参数和动态怠速脉谱参数构成组合脉谱参数，通过控制系统按怠速控制策略对汽油发动机的怠速进行自适应控制，控制策略包括怠速组合控制策略和修正控制策略；
怠速组合控制策略和修正控制策略是：
a、组合作用对象：作用于组合怠速脉谱，对应于相同或非常相近的进气系统目标查表条件，既有基本怠速脉谱，又有生成的动态怠速脉谱时，即作用条件是怠速工况所对应的控制目标具有动态怠速脉谱；
b、组合原则；对同工况、同条件或同工况具有非常相近的条件，即数据节点既有存在于基本怠速脉谱的，也有存在于动态怠速脉谱的，当组成数据节点的元素中，相关各特征信号值相同而目标参数不同时，选动态怠速脉谱参数；怠速相关各特征信号值不完全相同但目标参数相同时，对该不相同特征信号值分别按前一循环值与当次循环值计算变化率，比较该变化率，取小判优，确定怠速组合脉谱参数；相关各特征信号值相同而目标参数相差较大时，取两目标中值按动态怠速脉谱生成策略进行逼近生成新的动态怠速脉谱参数插入动态怠速脉谱中；
c、组合方法：从动态怠速脉谱中选择动态怠速脉谱参数后，原同工况、同条件或同工况具有非常相近的条件下的基本怠速脉谱参数被屏蔽；动态怠速脉谱参数对控制目标进行控制，当被确定使用的动态怠速脉谱参数在对进气系统目标控制时，相关各特征信号值的变化率无法稳定在允许范围内时，放弃该动态怠速脉谱参数，回到怠速工况、该条件下的基本怠速脉谱，应用动态怠速脉谱生成策略重新学习生成；
d、以上组合作用下，通过对部分控制目标的动态怠速脉谱参数应用，对同一工况，或代换一部分基本怠速脉谱参数，或取代怠速工况下的全部基本怠速脉谱；
控制系统通过控制节气门对怠速的期望目标按修正策略以及动态怠速脉谱的生成策略、组合策略选择最佳怠速控制目标进行逐步纠偏逼近控制，在控制过程中通过自适应学习和经验聚类，生成动态怠速脉谱使对怠速目标的控制达到快速响应和高精度；
在纠偏逼近中，使用的修正控制策略是：
该修正策略由常规修正策略和小脑关节控制器CMAC的逼近修正策略组成：常规修正策略是来自反映发动机工况的相关各传感器的特征信号值对基本怠速脉谱的修正，这一部分在常规控制方式下输出基本修正怠速脉谱通过节气门对怠速目标进行控制；小脑关节控制器CMAC的逼近修正策略中，一是采用新的相关各传感器的特征信号处理方式对不可直接测得量进行软测量方法推断，以及模糊推断而得到软测量特征信号值对基本怠速脉谱进行修正；二是利用小脑关节控制器CMAC通过期望目标对实际目标进行纠偏，并在纠偏过程中进行权值匹配而自适应学习相关各传感器的特征信号值对基本怠速脉谱进行修正，三是通过各传感器给出的特征信号变化率，以及软测量推定的特征信号变化率确定逼近范围，不断按变化率逼近最小偏差范围对基本怠速脉谱进行修正。
2.根据权利要求1所述的组合脉谱对发动机怠速控制的方法，其特征在于：控制系统包括微处理器、小脑关节控制器CMAC、铁电存储器、模拟信号、数字信号、电源检测及稳压电路、H桥PWM驱动电路、功率驱动电路，模拟信号的一部分通过输入调理电路、模拟信号通道与微处理器相连，模拟信号的另一部分通过输入调理缓冲电路、数字信号通道与微处理器相连，数字信号经数字信号通道、输入调理缓冲电路与微处理器相连，电源检测及稳压电路连接微处理器，铁电存储器与小脑关节控制器CMAC互联，小脑关节控制器CMAC与微处理器互联，微处理器与H桥PWM驱动电路相连，H桥PWM驱动电路与节气门力矩电机相连，微处理器与功率驱动电路相连，功率驱动电路与进气控制系统相连。
3.根据权利要求2所述的组合脉谱对发动机怠速控制的方法，其特征在于：与控制系统相连的信号包括油门踏板信号、节气门位置信号、发动机工况信号、电源检测信号、及包括CAN收发器信号、自动巡航信号、车身稳定信号、ABS信号、变速器信号的车身系统信号、H桥PWM驱动电路信号、节气门力矩电机信号、进气控制系统信号，油门踏板信号、节气门位置信号、发动机工况信号、电源检测信号、及包括CAN收发器信号、自动巡航信号、车身稳定信号、ABS信号、变速器信号的车身系统信号分别与控制系统相连，控制系统通过H桥PWM驱动电路信号与节气门力矩电机信号相连，控制系统与进气控制系统信号相连。
4.根据权利要求1所述的组合脉谱对发动机怠速控制的方法，其特征在于：动态怠速脉谱参数的生成方法是，根据工况条件和使用条件的变化以及发动机自身因素变化学习生成的一系列怠速自适应参数，该怠速自适应参数在工作过程中按工况依据条件变化通过节气门对怠速的控制目标进行自适应学习和经验聚类，反复应用和实时修正而不断刷新；
动态怠速脉谱参数的生成方法由以下几个步骤产生：
a、确定动态怠速脉谱生成区域：在怠速工况条件下的控制喷油脉宽和控制进气机构的基本修正脉谱，以及表征此刻工况条件的相关各特征信号值为数据节点，以该数据节点的基本修正脉谱参数y为中心值，以期望空燃比和推定空燃比偏差为基本参考半径，找出动态脉谱生成区域(y-Δy，y+Δy)；
b、确定动态怠速脉谱生成的寻优区域：在同维空间区域利用该数据节点中表征该工况与怠速相关的各特征信号值的变化率大小进行动态怠速脉谱生成趋势判定，从而判定更小的区域是在(y-Δy)还是在(y+Δy)一边，确定后以(y-Δy)或(y+Δy)区域的中值为目标逼近后的新数据节点，并且以该目标为中心，确定新的逼近后的动态怠速脉谱生成区域，如此反复，不断逼近，直到最小的区域min(y-Δy，y+Δy)出现，该区域为寻优区域；
c、动态怠速脉谱的生成：当表征该工况的相关各特征信号值的变化率ε趋近于一个近似于零的常数时，以及进行概率统计处理的相关特征信号的概率分布在允许的范围内，确定min(y-Δy，y+Δy)中的中值点ym，该中值点ym即为生成的动态怠速脉谱参数；
d、确定动态怠速脉谱：重复以上过程a-c，并且在全过程小脑关节控制器CMAC对怠速控制目标进行自适应学习和跟踪，以及对偏差进行逼近调整和进行经验聚类，当相关各特征信号值的变化率ε及相关特征信号的概率分布稳定在一个允许的变化范围内时，确定该动态怠速脉谱参数，存入铁电存储器，此时，确定的动态怠速脉谱参数和所对应的怠速相关各特征信号值为一组数据节点，该数据节点即为动态怠速脉谱参数，该动态怠速脉谱参数的集合构成动态怠速脉谱；
e、对动态怠速脉谱的刷新：生成的动态怠速脉谱在控制过程中，由于发动机自身特性及使用环境改变，使其怠速控制目标也有所变化，其所组成的数据节点在进行a-d的过程时，当确定其相关各特征信号值变化率ε改变以及相关特征信号的概率分布不在允许的变化范围时，重新生成新的动态怠速脉谱参数，经小脑关节控制器CMAC对节气门开度所对应的转速控制目标进行自适应学习和跟踪，以及对偏差进行逼近调整和经验聚类确定，对原来数据节点地址单元刷新。
5.根据权利要求1所述的组合脉谱对发动机怠速控制的方法，其特征在于：怠速相关各传感器的特征信号：即发动机上的传感器信号以及采用软测量方式推断出的特征信号，包括油门踏板信号，发动机的曲轴位置及转速信号、转矩信号、喷油脉宽信号、节气门位置信号、氧传感器信号、燃油温度信号、供电回路电压信号、水温传感器信号、进气压力信号，空燃比信号、EGR率信号、爆震信号。
6.根据权利要求1所述的组合脉谱对发动机怠速控制的方法，其特征在于：控制系统根据发动机与怠速相关各传感器的特征信号变化率判定工况变化趋势对部分时滞偏差过大的控制目标进行给定怠速期望值预测控制，同时以预测控制目标值为数据节点，利用小脑关节控制器CMAC的自适应逼近调整能力和学习能力，降低或消除各方面信号滞后带来的误差。
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