CN105136251A

CN105136251A - 空气质量流量计的检测方法

Info

Publication number: CN105136251A
Application number: CN201410251977.0A
Authority: CN
Inventors: 董良雄
Original assignee: Zhejiang Ocean University ZJOU
Current assignee: Zhejiang Ocean University ZJOU
Priority date: 2014-06-09
Filing date: 2014-06-09
Publication date: 2015-12-09

Abstract

本发明提供一种空气质量流量计的检测方法，按以下步骤实施：(1)建表：将所述空气质量流量计的所述标准电压、标准流量一一对应建立标准表格；(2)标定：根据工作电压在步骤(1)中的标准表格查询最接近的标准电压、标准流量，根据标定函数计算出工作流量，再将所述工作电压、工作流量一一对应建立标定表格；(3)矫正：根据实时电压在步骤(2)中的标定表格查询最接近的工作电压、工作流量，根据矫正函数计算出实时流量，上述的空气质量流量计的检测方法，可针对任何型号的空气质量流量计进行，适应性强，对于空气质量流量计的输出流量检测准确。

Description

空气质量流量计的检测方法

技术领域

本发明涉及空气检测，尤其涉及一种空气质量流量的检测方法。

背景技术

现代汽车发动机的控制系统一般采用电子控制系统，其中喷油量的控制也由之前的化油器喷油改为电控喷油。电子控制汽油喷射系统(EFI)就是由计算机控制喷油量的汽油供给系统，其由信号采集及输入装置(各种传感器及控制开关)检测发动机的工况，并将信息传递给电子控制单元(ECU)，经ECU处理后，发出控制指令，决定执行器件(喷油器)的喷油量。为了在各种运转工况下都能获得最佳空燃比的混合气,发动机必须准确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量。

发动机的电控系统中，传感器作为输入信号，检测并传递给ECU相应的流量、温度、压力等信号。电子喷油系统的传感器即为目前广泛使用的空气流量计，一般安装在空气滤清器和节气门体之间,用它来测量吸入发动机中的空气量的多少。电子控制单元(ECU)接受来自空气流量计的流量信号，结合发动机的不同运转工况信息，通过空燃比计算来控制燃油喷射器的喷射量，所以空气流量计作为控制喷油量的主要参数，其性能与可靠性对电喷发动机正常运转和排放控制至关重要。空气质量流量计的精度决定了输入ECU的空气质量流量信号是否正确，从而对空燃比、喷油量产生着影响，进而对发动机的油耗和排放性能也造成影响。

热线(膜)式空气流量计是建立在热平衡原理基础上的,其工作原理为在空气通道中放置热线(膜),当空气通过流量计时,热线(膜)被冷却,工作温度下降,周围流过的空气质量流量越大被带走的热量也就越多,其电阻值随之减小,电桥失去平衡,此时集成运算放大器会自动增加供给热线(膜)的电流,使热线恢复原来的工作温度和电阻值,直至电桥恢复平衡。热线(膜)电流与空气质量流量存在相对应关系,可计算出空气质量流量，也可以测量恒定电流条件下热线(膜)电阻与检测实际空气温度的参考电阻差值,来计算空气质量流量。

对于汽车空气流量计的研究，是随着汽车工业与传感器、微处理器的发展而不断进行的。近年来，汽车发动机多采用可变气门定时控制的发动机，这种发动机中的进气空气流量变化更大，要求流量计的测量范围广泛，测量效果稳定，对流量计提出了更高要求。具体到热膜式流量传感器与流量计，国内外学者的研究多集中于其动态特性上。针对热膜式MAF传感器存在的非线性问题，国内外学者采用多种方法进行了研究。Buehler等提出以综合信息方法分析热膜/热线式MAF传感器，得到空气质量流量传感器在不同进气量下的特性，用于进气量的控制。I.Mrad等提出用时变自回归滑动平均RMA均模型描述MAF传感器的动态非线性特性，预测传感器的响应。但是，这些方法计算复杂，难以实现，也不利于传感器的动态校正。国内的吴克刚等人对MAF传感器进行动态非线性建模，结论表明，热式流量传感器的动态性能具有很明显的非线性特性。非线性导致的传感器输出会造成误差，从而引起发动机喷油量过大或者过小，不利于节能环保。国内学者仅从机理上研究和证明，尚未提出过相应的解决思路。

美国专利号为4986243的专利：Massairflowenginecontrolsystemwithmassaireventintegrator对热膜式传感器的校正提供了一种思路。其采用电控单元中的查表式(Look-upTable)算法，对于特定的传感器应用提供一种线性校正的方法。上述的改进思路是在发动机控制算法上进行控制，对于不同传感器，其控制效果并不能得以很好的体现。而且，针对某一型号的轿车，不易实现通用化和产品化。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种空气质量流量计的检测方法，该检测方法不依赖于空气质量流量计的型号，能够较准确地检测到汽车进气的实时流量值，以使电子控制单元准确计算出喷油量。

为了达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种空气质量流量计的检测方法，按以下步骤实施：

(1)建表：将所述空气质量流量计的所述标准电压、标准流量一一对应建立标准表格；

(2)标定：根据工作电压在步骤(1)中的标准表格查询最接近的标准电压、标准流量，根据标定函数计算出工作流量，再将所述工作电压、工作流量一一对应建立标定表格；

(3)矫正：根据实时电压在步骤(2)中的标定表格查询最接近的工作电压、工作流量，根据矫正函数计算出实时流量。

所述的检测方法，所述步骤(2)中的最接近的标准电压小于所述工作电压，所述步骤(3)中的最接近的工作电压大于所述实时电压。

所述的检测方法，所述标准表格还包括相邻两标准电压之间的斜率，所述标定表格还包括相邻两工作电压之间的斜率。

所述的检测方法，将步骤(2)中的所述工作电压定义为U_g，所述最接近的标准电压定义为U_b，对应于所述标准电压U_b的标准流量定义为F_b，将两标准电压之间的斜率定义为Sb，将所述工作流量定义为F_g，则所述标定函数为：

F_g＝F_b+(U_g-U_b)/S_b。

所述的检测方法，将步骤(3)中的所述实时电压定义为U_s，所述最接近的工作电压定义为U_g，对应于所述工作电压U_g的工作流量定义为F_g，将两工作电压之间的斜率定义为S_g，将所述实时流量定义为F_s，则所述标定函数为：

F_s＝F_g+[U_s-(U_s+U_g)/2]/S_g。

所述的检测方法，所述步骤(1)、步骤(2)之间还有一个启动步骤，在汽车启动后，所述空气质量流量计检测到工作电压大于预设值后，再进行步骤(2)。

所述的检测方法，所述步骤(2)每隔一预定时间进行一次。

本发明相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明空气质量流量计的检测方法，其针对空气质量流量计的实际输出与标准输出之间的关系进行整体矫正，使其能适应各种型号的空气质量流量计。

(2)本发明空气质量流量计的检测方法，其采用先标定后矫正的方式得到空气质量流量计的实时输出流量，得到的结果比较准确。

附图说明

图1为本发明实施例的启动的流程示意图。

图2为本发明实施例的标定的流程示意图。

图3为本发明实施例的矫正的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行进一步的说明：

常用的热膜式空气质量流量计包括热膜传感器，设于热膜传感器的热电阻，所述热膜传感器电连接于控制电路，所述控制电路包括惠斯登电桥电路、功率放大器、微处理器、信号输出电路，所述热电阻由于空气流动发生温度改变后，惠斯登电桥电路输出电压，经功率放大器放大后由微处理器接收，所述微处理器经过计算、处理后得到进入汽车发动机的空气流量，再经信号输出电路输出该流量信号至汽车的电子控制单元(ECU)，以此来控制喷油机构喷油。

本发明提供的空气质量流量计的检测方法为，在实验室中在标准环境下利用现有的高精度的仪器检测得到的所述空气质量流量计的此时的空气流量，称为标准流量，对应于此时的标准流量的空气质量流量计的输出电压，称为标准电压，得到两者之间的标准对应关系，再根据所述标准对应关系得到所述空气质量流量计装入汽车后，在实际使用中的工作电压与工作流量之间的标定对应关系，再将汽车工作中所述空气质量流量计的实时电压、实时流量根据所述标定对应关系修正后输出。

上述标准对应关系指的是将标准电压、标准流量一一对应建立的表格，或者是根据各标准电压之间的变化曲线与各标准流量之间的变化曲线之间的关系得到的拟合函数，当然也可以是二者的结合。上述标定对应关系与前述相同，在此不再赘述。

以下是本发明提供的空气质量流量计的检测方法的一个实施例，其按以下步骤实施：

(1)建表：将所述空气质量流量计的所述标准电压、标准流量、相邻两标准电压之间的斜率，一一对应建立标准表格；

(2)启动：在汽车启动后，所述空气质量流量计检测到工作电压大于预设值后进行步骤(3)；

(3)标定：根据工作电压在步骤(1)中的标准表格查询最接近且小于工作电压的标准电压，以及与该标准电压对应的标准流量，根据标定函数计算出工作流量，再将所述工作电压、工作流量、相邻两工作电压之间的斜率，一一对应建立标定表格；

(4)矫正：根据实时电压在步骤(3)中的标定表格查询最接近且大于实时电压的工作电压，以及与该工作电压对应的工作流量，根据矫正函数计算出实时流量。

具体来说，在本实施例步骤(1)中，所述标准表格中的数据包括对象空气质量流量计在实验室的标准环境下在各测试点的标准电压、标准流量及相邻两标准电压之间的斜率，然后将互相对应的这三个数据作为一组，并进行排列，在本实施例中取8个测试点，即有8组数据，如下表1所示：

表1：标准表格的数据结构

存储器地址	数据	存储器地址	数据
				00	8	OE	0.0102
01	1.2917	OF	120
				02	0.036	10	2.9468
03	10	11	0.0058
				04	1.3637	12	250
05	0.0288	13	3.6985
				06	15	14	0.0035
07	1.5079	15	370
				08	0.023	16	4.1243
09	30	17	0.0027
				OA	1.8538	18	480
OB	0.016	19	4.4173
				OC	60	1A	0.0016
OD	2.3356

如表1所示，举例来说，存储器地址00处的数据8表示该测试点的流速为8kg/h，存储器地址01处的数据1.2917表示流速为8kg/h(即标准流量)的测试点的空气质量流量计的实际输出电压(即标准电压)为1.2917V，存储器地址03处的数据10表示该测试点的流速为10kg/h(即标准流量)，存储器地址04处的数据1.3637表示流速为10kg/h的测试点的传感器实际输出电压为1.3637(即标准电压)，而存储器地址02处的数据0.036表示流速为8kg/h的测试点的传感器实际输出电压值与流速为10kg/h的测试点的传感器标准电压之间的斜率。

如上述方法建立好标准表格后，进行步骤(2)，如图1所示，大致分为以下几步：

a)启动程序开始后，微处理器首先检测汽车是否上电，即汽车是否启动，若汽车已上电，则转到步骤b)，否则程序返回；

b)微处理器输出电脉冲给功率放大器，功率放大器给惠斯登电桥电路提供激励电压；

c)微处理器检测惠斯登电桥电路是否有实时电压输出(即是否大于某个预设值)，若大于则返回主程序，准备进行步骤(3)，若小于则返回步骤b)继续输出电脉冲给功率放大器。

步骤c)中的预设值根据实际需要设定，一般来说，由于惠斯登电桥电路中实际有实时电压输出时，其电压值明显大于没有输出时，因此这个预设值不需要很精确，只要检测到惠斯登电桥电路输出的电压明显升高即可。但，如果包括惠斯登电桥电路在内的电路结构有特殊的设置，也可以根据实际情况设定预设值。以此来确定汽车已启动进入正常工作状态，防止汽车启动初始阶段，步骤(3)的标定受惠斯登电桥电路的错误电压的干扰，进而导致空气质量流量计的输出流量不准确，导致汽车的电子控制单元的控制喷油机构错误喷油。而步骤b)中的输出电脉冲则能使空气质量流量计更快预热，达到正常的工作状态。

完成步骤(2)启动后，进入步骤(3)标定，其如图2所示，大致分为以下几步：

a)读取传感器输出，即惠斯登电桥电路的实时输出电压，称为工作电压，将其定义为U_g；

b)使标准表格中的指针搜索标准表格中的接近U_g的标准电压，假设标准表格的指针的初始位置X₁为0x01，读取该X₁处的标准电压，将该数值赋值给Y，并判断U_g是否小于Y；

c)若U_g大于Y，标准表格指针位置向下选3格，指针位置为X₂＝X₁+0x03，读取此处的数值Y，若Y依然小于U_g，则重复这一步骤；

d)若U_g小于Y，标准表格指针位置向上选4格，指针位置为X₃＝X₁-0x04，读取此处的标准流量，将该数值赋值为F_b；

e)将指针位置在步骤d)的基础上向下选1格，指针位置为X₄＝X₃+0x01，读取此处的标准电压，将此数值赋值为U_b；

f)将指针位置在步骤e)的基础上向下选1格，指针位置为X₅＝X₄+0x01，读取此处的斜率，将此数据赋值给S_b；

g)将输出结果定义为F_g，以F_g＝F_b+(U_g-U_b)/S_b的函数式计算出F_g。

将U_g和与之对应的F_g以及两相邻的U_g之间的斜率，继续按照步骤(1)中的方式，三个为一组，建立标定表格。

该步骤(3)使空气质量流量计在实际工作中的系统误差得到了修正，使空气质量流量计的输出流量值收到空气质量流量计本身的系统误差的影响变小，使输出流量值更为准确。

在完成上述步骤(3)的标定后，空气质量流量计开始了正式的工作，在汽车行驶过程中，该空气质量流量计的会得到一个实时的电压，但是由于这个实时电压仍然具有较大误差，因此进行步骤(4)的矫正。具体来说，步骤(4)如图3所示，大致分为几下几步：

a)微处理器检测输入的实时电压，定义为U_s；

b)查询步骤(3)中的标定表格中的查询最接近U_s的工作电压，得到U_g；

c)判断U_s是否大于U_g；

d)若U_s大于U_g，则继续查询表中下一组数据中的U_g；

e)若U_s小于U_g，则将输出结果定义为U_out，以公式U_out＝(U_s+U_g)/2得到U_out；

f)将输出结果定义为F_s，以F_s＝F_g+(U_s-U_out)/S_g。

经过上述矫正程序后，输出结果F_s对实时输出流量进行线性矫正，能够减少空气质量流量计的各部件的非线性漂移，使得输出结果F_s更加准确。本实施例是以大于U_s的最接近U_g值对其取平均值，再根据函数关系计算，当然，根据需要也可以将小于U_s的最接近U_g值取平均值后再进行线性矫正，其原理同步骤(3)基本相同，在此不再赘述。

经上述处理后的实时流量信号F_s经输出电路输出至电子控制单元(ECU)，电子控制单元根据这个比较准确的输出值，来计算需要的喷油量，从而控制汽车的喷油机构进行相应喷油，使发动机得到较好的空燃比。

所述微处理器可以根据实际需要每隔一段预设时间进行一次步骤(3)的标定，以更新标定表格，使经标定、矫正后的流量值更为准确。该预设时间根据实际需要设定。

Claims

1.一种空气质量流量计的检测方法，其特征在于：按以下步骤实施：

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述步骤(2)中的最接近的标准电压小于所述工作电压。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述步骤(3)中的最接近的工作电压大于所述实时电压。

4.根据权利要求1或2所述的检测方法，其特征在于：所述标准表格还包括相邻两标准电压之间的斜率。

5.根据权利要求1或3所述的检测方法，其特征在于：所述标定表格还包括相邻两工作电压之间的斜率。

6.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于：将步骤(2)中的所述工作电压定义为U_g，所述最接近的标准电压定义为U_b，对应于所述标准电压U_b的标准流量定义为F_b，将两标准电压之间的斜率定义为S_b，将所述工作流量定义为F_g，则所述标定函数为：

F_g＝F_b+(U_g-U_b)/S_b。

7.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：将步骤(3)中的所述实时电压定义为U_s，所述最接近的工作电压定义为U_g，对应于所述工作电压U_g的工作流量定义为F_g，将两工作电压之间的斜率定义为S_g，将所述实时流量定义为F_s，则所述标定函数为：

F_s＝F_g+[U_s-(U_s+U_g)/2]/S_g。

8.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述步骤(1)、步骤(2)之间还有一个启动步骤，在汽车启动后，所述空气质量流量计检测到工作电压大于预设值后，再进行步骤(2)。

9.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述步骤(2)每隔一预定时间进行一次。